DE60003389T2

DE60003389T2 - Monolithische zusammensetzung enthaltend feste partikeln und bindemittel

Info

Publication number: DE60003389T2
Application number: DE60003389T
Authority: DE
Inventors: Johannes Marinus REYNHOUT
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2020-01-29
Also published as: KR20010105341A; TWI235739B; PL192951B1; PL349098A1; BR0007942B1; SA99200831B1; EP1147068B1; CO5111033A1; DE60003389D1; CA2361661C; JP4443770B2; CN1342134A; EP1147068A1; DK1147068T3; NO20013652L; ATE243174T1; ES2200833T3; NO332482B1; US6749678B1; NZ513112A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf im festen Zustand vorliegende Zusammensetzungen, die feste Teilchen und ein kohlenwasserstoffhaltiges Bindemittel umfassen. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren zur Herstellung einer derartigen Zusammensetzung, auf die Anwendung einer solchen Zusammensetzung im Bauwesen, auf ein Bauelement mit einem Gehalt an einer derartigen Zusammensetzung und auf ein Gebäude, das derartige Bauelemente enthält.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, Kohlenstoffteilchen wie Erdölkoks, Kohlenstoffruß oder Anthrazitkohle mit Bindemittelmaterialien wie Kohleteerpech und Erdölpech zu vermischen, diese Gemische durch Verformen oder Extrudieren in eine Form zu bringen und die Gemische in Öfen bei Temperaturen von 800 bis 1.400°C zu brennen (Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage, Bd. 4, Seite 557).
Die Patentschrift US-A-4,961,837 beschreibt ein spezielles Erdölpech zum Binden von Kohlenstoffruß zur Herstellung von Elektroden für die Aluminium- und Stahlindustrie, welches Erdölpech durch Vorerhitzen eines Einsatzmaterials, Einbringen des vorerhitzten Einsatzmaterials in einen Durchwärmofen (soaker) zur Förderung der Kondensation und Polymerisation und Abtrennen eines Erdölteerpechs mit einer zur Anwendung als Bindemittel in der Elektrodenherstellung geeigneten Qualität erhalten worden ist.
Die Lehre beider Dokumente ist auf die Verwendung dieser Bindemittel mit Kohlenstoffteilchen beschränkt.
Die Patentschrift US-A-5,759,250 beschreibt die Anwendung eines sehr harten Bitumenbindemittels für Straßenbettfundierungen. Das Bitumen ist vorzugsweise ein Bitumengemisch, das aus einem harten Grundmaterial, hergestellt durch direkte Destillation und mit einer Penetration von 15 bis 25, und einer schweren Fraktion, erhalten durch Destillation von Rohöl oder von Produkten, die nach einem solchen Verfahren wie katalytisches oder thermisches Cracken erhalten worden sind, besteht. Es wird angegeben, daß diese Bitumenbindemittel nur in Straßenbettfundierungsschichten verwendet werden können, weil sie keine ausreichenden Anhafteigenschaften aufweisen und ein daraus hergestellter Asphalt nicht eine geschlossene, glatte Oberfläche ohne Löcher und Rauhigkeiten aufweist. Weiterhin wird beschrieben, daß diese Fundierungsschichten von einer Deckschicht bedeckt werden müssen, um einen guten Wärmeschutz sicherzustellen.
Überraschender Weise wurden nunmehr Bindemittel gefunden, die hart sein können und dennoch gute Adhäsionseigenschaften aufweisen.
Die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 61-89215 beschreibt ein Verfahren zum selektiven Abtrennen eines hochmolekularen polycyclischen aromatischen Polymers aus einem Rückstandsöl, das durch thermisches Cracken von Naphtha produziert wird. Zu dem Polymer wird ausgeführt, daß es als ein Hilfsmaterial zum Formgeben von Sand geeignet wäre, um die Nachteile eines existierenden Quarzpulvers zu überwinden.
Das beste Modell für die Bindungswirkung in Formsanden ist dasjenige einer Keil-und-Block-Bindung an der Teilchengrenzfläche. Die Bindungswirkung ist nicht diejenige eines Leims oder Klebstoffes, die dazu führt, daß die Teilchen aneinander anhaften (Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3.
Auflage, Bd. 6, Seite 213). Daher nähert sich die Biegefestigkeit eines Formsandes dem Wert 0 N/mm². Die Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich von Formsanden insoweit, als die Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Biegefestigkeit von wenigstens 0,5 N/mm² aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Festkörperzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung weisen eine Biegefestigkeit von wenigstens 0,5 N/mm³ auf und umfassen 70 bis 99 Gew.-% feste Teilchen und 30 bis 1 Gew.-% eines kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittels, welches Bindemittel (i) 15 bis 95 Gew.-%, bezogen auf Gesamtbindemittel, an Asphaltenen enthält, welche Asphaltene wenigstens 60% aromatischen Kohlenstoff enthalten, und (ii) 5 bis 85 Gew.-%, bezogen auf Gesamtbindemittel, an weiteren Kohlenwasserstoffen enthält, mit der Maßgabe, daß die festen Teilchen nicht ausschließlich Kohlenstoffteilchen sind.
Die Mengen an festen Teilchen und an kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel sind auf die Menge an Gesamtzusammensetzung bezogen.
Kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung werden im allgemeinen als Abfallprodukte angesehen. Üblicherweise werden sie für irgendeine andere attraktive Anwendung als ein Anodenbindemittelmaterial oder als Heizölbestandteil als ungeeignet angesehen.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung eine gute Biegefestigkeit aufweisen. Darüber hinaus behalten Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung ihre Biegefestigkeit verhältnismäßig gut bei, nachdem sie der Einwirkung von Wasser ausgesetzt worden sind, das gegebenenfalls Salz und/oder Säure enthält.
Weiterhin wurde gefunden, daß Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch härter gemacht werden können, daß sie auf erhöhter Temperatur gehalten werden, entweder durch eine ausgesprochene Wärmebehandlung oder durch ein Halten auf erhöhter Temperatur während der Herstellung und/oder Heißlagerung. Darüber hinaus wurde gefunden, daß dies die Biegefestigkeit der Zusammensetzungen erhöhte.
Die Biegefestigkeit wird gemäß der Norm NEN 7014, "Nederlands Normalisatie Instituut", 2. Auflage, 8/1974 bestimmt.
Die Menge an Asphaltenen in dem kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittel wird gemäß IP 143/96 bestimmt.
Der Prozentsatz an in den Asphaltenen vorliegenden aromatischen Kohlenstoffatomen wird durch Abtrennen der Asphaltene in den Bindemittel, wie in IP 143/96 beschrieben, Auflösen einer Probe der Asphaltene in Schwefelkohlenstoff oder Chloroform und Ermitteln des Prozentsatzes an aromatischem Kohlenstoff durch H- und ¹³C-NMR gemessen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung, welches Verfahren ein Mischen von 70 bis 99 Gew.-% fester Teilchen und von 30 bis 1 Gew.-% eines geschmolzenen kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittels, welches Bindemittel (i) 15 bis 95 Gew.-%, bezogen auf Gesamtbindemittel, an Asphaltenen enthält, welche Asphaltene wenigstens 60% aromatischen Kohlenstoff enthalten, und (ii) 5 bis 85 Gew.-%, bezogen auf Gesamtbindemittel, an weiteren Kohlenwasserstoffen enthält, und ein Erstarrenlassen des resultierenden Gemisches um faßt, mit der Maßgabe, daß die festen Teilchen nicht ausschließlich Kohlenstoffteilchen sind.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin. auf die Anwendung einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung im Bauwesen, auf ein Bauelement, das eine derartige Zusammensetzung enthält, und auf ein Gebäude mit einem Gehalt an derartigen Bauelementen.
Eingehende Beschreibung der Erfindung
Die Festkörperzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein kohlenwasserstoffhaltiges Bindemittel, das 15 bis 95 Gew.-%, bezogen auf Gesamtbindemittel, an Asphaltenen enthält, bestimmt gemäß IP 143/96. Die Asphaltene enthalten Wasserstoff, Kohlenstoff und gegebenenfalls andere Atome. Im speziellen können die Asphaltene bis zu 15 Gew.-% an anderen Atomen als Wasserstoff und Kohlenstoff enthalten, im spezielleren Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff, vorzugsweise bis zu höchstens 12 Gew.-%, stärker bevorzugt bis zu höchstens 10 Gew.-%, bezogen auf Asphaltene.
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel umfaßt 5 bis 85 Gew.-% an weiteren Kohlenwasserstoffen. Die weiteren Kohlenwasserstoffe sind andere Verbindungen als Asphaltene gemäß IP 143/96. Die weiteren Kohlenwasserstoff umfassen Wasserstoff, Kohlenstoff und gegebenenfalls andere Atome. Im allgemeinen können die weiteren Kohlenwasserstoffe bis zu 15 Gew.-% an anderen Atomen als Wasserstoff und Kohlenstoff enthalten, im spezielleren Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff, vorzugsweise bis zu höchstens 12 Gew.-%, am meisten bevorzugt bis zu höchstens 10 Gew.-%, bezogen auf die weiteren Kohlenwasserstoffe.
Vorzugsweise enthält das Bindemittel wenigstens 20 Gew.-% Asphaltene, bezogen auf Gesamtbindemittel. Stärker bevorzugt enthält das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel wenigstens 25 Gew.-% Asphaltene. Die Menge an Asphaltenen beträgt bis zu 95 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 70 Gew.-%, stärker bevorzugt bis zu 60 Gew.-%, noch stärker bevorzugt bis zu 50 Gew.-%, weiter bevorzugt bis zu 45 Gew.-%, am meisten bevorzugt höchstens 40 Gew.-%. Der Rest des kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittels besteht aus weiteren Kohlenwasserstoffen.
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel besteht nicht ausschließlich aus Kohlenstoff, wie er nach einer vollständigen Karbonisierung produziert wird, beispielsweise durch Wärmebehandeln eines Kohleteers oder einer thermisch gecrackten Rückstandsfraktion.
Kohleteerpech unterscheidet sich von dem vorliegenden kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittel dadurch, daß Kohleteerpech eine begrenzte Menge an Asphaltenen enthält. Die Menge an Asphaltenen im Kohleteerpech liegt typisch unter 10 Gew.-%. Darüber hinaus enthält Kohleteerpech erhebliche Mengen an gefährlichen polyaromatischen Verbindungen mit einem Gehalt an 4 oder 5 aromatischen Ringen. Das Bindemittel der vorliegenden Erfindung wird im allgemeinen eine sehr begrenzte Menge an polyaromatischen Verbindungen mit einem Gehalt an 4 oder 5 aromatischen Ringen enthalten. Im allgemeinen wird das Bindemittel der vorliegenden Erfindung unter 2 Gew.-% an gefährlichen polyaromatischen Verbindungen mit einem Gehalt an 4 oder 5 aromatischen Ringen enthalten, im spezielleren unter 1 Gew.-%, noch spezieller unter 0,5 Gew.-%. Die Menge dieser polyaromatischen Verbindungen ist auf die Bindemittelmenge bezogen und wird durch hochauflösende Gaschromatographie bestimmt, wie in dem Artikel von J. Blomberg et al., Journal of Chromatography A, 849 (1999), Seiten 483–494, beschrieben wird.
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel ist in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% enthalten. Vorzugsweise liegt das kohlen wasserstoffhaltige Bindemittel in einer Menge von wenigstens 2 Gew.-%, stärker bevorzugt in einer Menge von wenigstens 3 Gew.-%, am meisten bevorzugt von wenigstens 4 Gew.-% vor. Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel ist vorzugsweise in einer Menge von bis zu 15 Gew.-% enthalten, stärker bevorzugt bis zu 10 Gew.-%, am meisten bevorzugt bis zu 8 Gew.-%.
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel ist in wünschenswerter Weise ein Bindemittel, das bei 20°C und darunter fest ist. Im allgemeinen wird das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel ein viskoelastisches Verhalten zeigen, derart, daß seine Penetration gemäß ASTM D5 bei 25°C bestimmt werden kann. Vorzugsweise hat das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel eine Penetration von höchstens 30 dmm bei 25°C, stärker bevorzugt von höchstens 20, stärker bevorzugt höchstens 15, stärker bevorzugt höchstens 10 dmm, am meisten bevorzugt unter 10 dmm. Weiterhin weist das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel vorzugsweise eine Penetration von wenigstens 0,1 dmm bei 25°C auf, stärker bevorzugt von wenigstens 1 dmm, stärker bevorzugt von wenigstens 2 dmm, am meisten bevorzugt von wenigstens 4 dmm.
Die Penetrationswerte unter 2 dmm können durch Messen bei 40°C und anschließendes Extrapolieren der Ergebnisse bestimmt werden.
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise einen Erweichungspunkt, bestimmt nach der Ring-und-Kugel-Methode von ASTM D 36, von höchstens 160°C, stärker bevorzugt höchstens 150°C, stärker bevorzugt höchstens 120°C, am meisten bevorzugt von höchstens 100°C auf.
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel kann nach jeder dem Fachmann geläufigen Weise hergestellt werden, vorausgesetzt, daß das erhaltene Bindemittel den Anforderungen entspricht.
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel kann dadurch hergestellt werden, daß Kohlenwasserstoffe einem thermischen Cracken unterzogen werden. Vorzugsweise wird eine Kohlenwasserstoffrückstandsfraktion einem thermischen Cracken unterzogen. Das thermisch gecrackte Produkt kann als solches verwendet werden, oder in Kombination mit irgendeiner anderen Kohlenwasserstofffraktion, solange die Erfordernisse erfüllt werden.
Vorzugsweise besteht das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel zumindest teilweise aus einem Produkt, das erhalten wurde, indem Kohlenwasserstoffe einem thermischen Cracken unterzogen wurden. Am meisten bevorzugt besteht das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel aus einem Produkt, das dadurch erhalten wurde, daß Kohlenwasserstoffe einem thermischen Cracken unterzogen wurden. Obwohl in einem solchen Fall ein Teil des thermisch gecrackten Produktes verwendet werden kann, enthält das Bindemittel nur jenes Produkt, das thermisch gecrackt worden ist.
Das thermische Cracken wird vorzugsweise dadurch ausgeführt, daß eine Kohlenwasserstofffraktion auf eine Temperatur von 350 bis 500°C vorerhitzt wird, das vorerhitzte Öl unter solchen Bedingungen gehalten wird, um ein thermisches Cracken hervorzurufen, und anschließend eine oder mehrere leichte Fraktionen abgetrennt werden. Das thermische Cracken von Rückstandsfraktionen sieht üblicherweise eine Temperatur von 300 bis 600°C vor. Der Druck kann im Bereich von 1 bis 100 × 10⁵ N/m² (bar) liegen, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 20 × 10⁵ N/m² (bar). Das thermische Cracken wird vorzugsweise in einem Durchwärmofen (soaker) ausgeführt. Das thermisch gecrackte Produkt kann als solches als Bindemittel verwendet werden, oder das Bindemittel kann nur ein Teil des thermisch gecrackten Produktes sein. Im letztgenannten Falle wird das Bindemittel in jeder geeigneten Weise aus dem thermisch gecrackten Produkt abge trennt. Vorzugsweise wird das Bindemittel durch Abtrennen der leichten Fraktionen durch Flashdestillation, stärker bevorzugt durch Vakuumflashdestillation ausgebildet.
Ein weiteres Verfahren, nach dem das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel erhalten werden kann, umfaßt die Ausführung einer Hydrokonversion an einer Rückstandsfraktion bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 450°C und einem Druck im Bereich von 0 bis 200 × 10⁵ N/m² (bar), gegebenenfalls mit einer vorangehenden Hydrodemetallisierung. Vorzugsweise ist die Hydrokonversion eine Hydrodesulfurierung.
Darüber hinaus kann das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel durch Mischen verschiedener Kohlenwasserstofffraktionen erhalten werden. Eine attraktive Methode umfaßt ein Mischen einer Zusammensetzung, die feste Teilchen und Kohlenwasserstoffe enthält, beispielsweise ölverunreinigtes Erdreich oder Teersande enthaltende Feststoffe, mit weiteren Kohlenwasserstoffen, sodaß die Endzusammensetzung eine Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Das ölverunreinigte Erdreich kann Sand, Steine und/oder Holz enthalten.
Im Prinzip können beliebige geeignete feste Teilchen in der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die festen Teilchen müssen vom kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittel verschieden sein. Weiterhin sind die festen Teilchen nicht ausschließlich Kohlenstoffteilchen.
Eine nicht erschöpfende Liste von festen Teilchen, die verwendet werden können, umfaßt Mineralteilchen, Zement, Betonstaub, recyclierten Asphalt, recyclierte Reifen, Ton, Altsand, poröse Teilchen wie Zeolithe und Perlit, Muschelschalen, gebrochene Muschelschalen, verbrauchten Katalysator, organischen Abfall, wie Blätter und Knochen, Flugasche, Gummi, Polymere und Holzteilchen wie Schnitzel, Späne und/oder Fasern, und Metallteil chen wie Aluminium. Feste Teilchen, die besonders gute Ergebnisse erbringen, sind Muschelschalen, Mineralteilchen und/oder Holzteilchen.
Vorzugsweise umfassen die festen Teilchen wenigstens 5 Gew.-% an anorganischen Verbindungen, bei denen es sich um Verbindungen handelt, die keinen Kohlenstoff enthalten, bezogen auf die Menge der festen Teilchen, vorzugsweise wenigstens 10 Gew.-%. Am meisten bevorzugt sind die festen Teilchen anorganische Verbindungen.
Vorzugsweise sind die festen Teilchen eine Kombination aus Teilchen mit einer Teilchengröße von höchstens 63 um (sogenannter Füller) und Teilchen mit einer Teilchengröße im Bereich von 63 um bis 2 mm (sogenannter Sand) und Teilchen mit einer Teilchengröße im Bereich von 2 bis 8 mm, vorzugsweise 4 bis 8 mm (sogenannte Steine), gegebenenfalls in Kombination mit Teilchen mit größerer Teilchengröße. Die Teilchengröße werden durch Sieben mit Sieben gemessen, die Öffnungen mit der angegebenen Größe besitzen. Vorzugsweise ist die Menge an jeweils Füller, Sand und Steinen im Bereich von 10 bis 50 Gew.-% (die Kombination macht insgesamt 100 Gew.-% aus), bezogen auf die Gesamtmenge an festen Teilchen. Feste Teilchen mit einer Teilchengröße von über 8 mm sind vorzugsweise dann vorhanden, wenn größere Gegenstände ausgebildet werden.
Besonders gute Ergebnisse wurden mit Zusammensetzungen erhalten, die feste Teilchen mit einem Gehalt an Siliziumoxid und/oder Aluminiumoxid umfassen. Es hat sich gezeigt, daß feste Teilchen mit einem Gehalt an Siliziumoxid Zusammensetzungen mit hoher Biegefestigkeit ergeben. Zusammensetzungen mit einem Gehalt an festen Teilchen, die Aluminiumoxid enthalten, weisen, wie sich gezeigt hat, hohe Druckfestigkeit auf. Vorzugsweise umfassen die Zusammensetzungen von 1 bis 100 Gew.-% an Siliziumoxid und/oder Aluminiumoxid, bezogen auf die Menge an festen Teilchen, stärker bevorzugt von 1 bis 100 Gew.-% Siliziumoxid, stärker bevorzugt von 5 bis 90% Siliziumoxid, stärker bevorzugt von 10 bis 70% Siliziumoxid.
Es wird besonders bevorzugt, daß die festen Teilchen Quarz umfassen. Quarz besteht aus Siliziumoxid. Vorzugsweise umfassen die Zusammensetzungen 20 bis 95 Gew.-% Quarz, bezogen auf die Menge an festen Teilchen, im spezielleren 30 bis 90 Gew.-%.
Um die Zusammensetzung elektrisch leitfähig zu machen, kann die Zusammensetzung zusätzlich elektrisch leitende feste Teilchen enthalten, vorzugsweise Graphitteilchen wie Schuppen oder Fasern. Vorzugsweise kann die Zusammensetzung von 0 bis 40 Gew.-% an elektrisch leitenden festen Teilchen, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, umfassen, stärker bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-%. Durch Einstellen der Menge an elektrisch leitfähigem Material in der Zusammensetzung ist es möglich, Zusammensetzungen auszubilden, die von elektrisch nichtleitenden Zusammensetzungen bis zu elektrisch leitfähigen Zusammensetzungen reichen.
Darüber hinaus kann die Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung magnetische Materialien wie Eisenteilchen umfassen. In dieser Weise kann eine magnetische Zusammensetzung erhalten werden.
Wenn die Zusammensetzung zur Wärmeisolierung verwendet werden soll, kann die Zusammensetzung feste Teilchen enthalten, die deren Wärmeisolierungseigenschaften erhöhen. Wenn die Zusammensetzung zum Leiten von Wärme verwendet werden soll, kann die Zusammensetzung feste Teilchen enthalten, die deren Wärmeleitfähigkeitseigenschaften erhöht. Wenn die Zusammensetzung zur Schallisolierung oder -dämpfung verwendet werden soll, kann die Zusammensetzung feste Teilchen enthalten, die deren Schallisolierungs- und/oder -dämpfungseigenschaften erhöhen.
Wenn in der Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung Holz zugegen ist, umfaßt die Zusammensetzung vorzugsweise zwischen 1 und 97 Gew.-% Holzteilchen, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung. Die Holzteilchen können in Form von behandelten oder unbehandelten Fasern, Schnitzeln, Spänen und/oder Pulvern enthalten sein. Derartige Zusammensetzungen eignen sich besonders zur Herstellung von Platten. Vorzugsweise umfaßt die Zusammensetzung wenigstens 5 Gew.-% Holzteilchen, vorzugsweise Fasern, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, stärker bevorzugt wenigstens 10 Gew.-%. Die Zusammensetzung umfaßt vorzugsweise höchstens 80 Gew.-% Holzteilchen, vorzugsweise Fasern, stärker bevorzugt höchstens 70 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist bei Umgebungstemperatur fest. Die Kombination aus festen Teilchen und kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 80°C oder darüber flüssig, stärker bevorzugt bei 110°C oder darüber.
Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung weisen eine Biegefestigkeit von wenigstens 0,5 N/mm² auf. Eine gute Biegefestigkeit ist dann von Vorteil, wenn die Zusammensetzungen in Bauelementen zum Einsatz gelangen. Vorzugsweise beträgt die Biegefestigkeit 3 N/mm², stärker bevorzugt wenigstens 4 N/mm², stärker bevorzugt wenigstens 5 N/mm², am meisten bevorzugt wenigstens 6 N/mm². Die Biegefestigkeit wird gemäß der Norm NEN 7014, "Nederlands Normalisatie Instituut", 2. Auflage, 8/1974 bestimmt. Für zahlreiche Anwendungen reichen niedrige Biegefestigkeiten von wenigstens 0,5 N/mm² aus.
Es hat sich gezeigt, daß durch die Verwendung der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung gute Druckfestigkeiten erzielt werden können. Dies ist von Vorteil, wenn die Zusammensetzung in Bauelementen zum Einsatz gelangt. Druckfestigkeiten, die erzielt werden können, sind 5 N/mm² oder darüber, vorzugsweise 10 N/mm² oder darüber, im spezielleren 15 N/mm² oder darüber, bestimmt gemäß der Norm ISO/R 836 der European Federation of Manufacturers of Refractory Products, revidiert 1990, PRE/R 14-1. Das Vorliegen von Graphit erhöht, wie sich gezeigt hat, die Druckfestigkeit. Für viele Anwendungen sind jedoch derart hohe Druckfestigkeiten nicht erforderlich.
Die Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung weisen vorzugsweise einen Hohlraumgehalt von höchstens 3%, stärker bevorzugt höchstens 2,5%, am meisten bevorzugt von höchstens 2,0% auf. Der Hohlraumgehalt wird gemäß der Norm "Standaard Regelgeving Advisering Wegenbouw", 1995, Test 67, bestimmt. Für zahlreiche Anwendungen sind jedoch derart niedrige Hohlraumgehalte nicht erforderlich. Eine der Anwendungen, bei denen Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung einen hohen Hohlraumgehalt aufweisen können, sind Zusammensetzungen mit niedriger Dichte. Diese speziellen Zusammensetzungen haben eine Dichte von höchstens 1.000 kg/m³.
Es wurde beobachtet, daß Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindungen härter gemacht werden können, indem sie auf erhöhter Temperatur gehalten werden, entweder durch eine gesonderte Wärmebehandlung oder durch Halten der Zusammensetzungen auf erhöhter Temperatur während der Herstellung und/oder Heißlagerung. Ein Test für diese spezielle Art von Härten ist RTFOT (ASTM D 2872). In einigen Versuchen betrug die Penetration einer Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung nur 50% oder weniger des ursprünglichen Penetrationswertes. Weiterhin wurde beobachtet, daß die Biegefestigkeit durch die Wärmebehandlung zunahm.
Die Wärmebehandlung kann ein Erhitzen der Zusammensetzungen auf eine Temperatur von wenigstens 70°C, vorzugsweise wenig stens 100°C, stärker bevorzugt auf wenigstens 130°C, stärker bevorzugt wenigstens 150°C, stärker bevorzugt auf wenigstens 200°C während wenigstens 0,25 Stunden, stärker bevorzugt wenigstens 0,5 Stunden, stärker bevorzugt wenigstens 1 Stunde umfassen. Die Temperatur beträgt vorzugsweise höchstens 300°C, und die Dauer beträgt vorzugsweise höchstens 3 Stunden. Obwohl höhere Temperaturen und längere Zeitdauern angewendet werden können, ist dies aus wirtschaftlichen Gründen üblicherweise nicht attraktiv.
Zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften des kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittels kann die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung konventionelle Additive zur Steigerung von Härte, Biegefestigkeit und/oder Adhäsion enthalten. Vorzugsweise umfaßt die Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung bis zu 3 Gew.-% Eisen und/oder einer oder mehrerer eisenhaltiger Verbindungen, bezogen auf die Menge an kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel, stärker bevorzugt von 0,001 bis 1 Gew.-%. Am meisten bevorzugt ist das Eisensalz Eisenoxid. Das Eisen und/oder die Eisenverbindung kann gleichzeitig als Pigment wirken.
Weiterhin können radikalbildende Verbindungen in eine Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgenommen werden, um das Härten zu beschleunigen. Hierfür einsetzbare Verbindungen sind Polymere, wie Polyethen, und (verbrauchte) Katalysatorfeinteile.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann weitere Verbindungen umfassen, um die Eigenschaften des Endproduktes zu ändern und/oder die Herstellung der Zusammensetzung und/oder des Endproduktes zu erleichtern. Eine nicht erschöpfende Liste von weiteren Verbindungen, die zugegen sein können, umfaßt schwere Paraffine, Schwefel, Polyethylen, Polypropylen, Ethylenvinylacetat, Elastomere und Polymere mit einem Gehalt an verfügbaren Epoxygruppen, wie in WO 96/28513 beschrieben.
Das Aussehen von Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung kann nach Wunsch für deren Anwendung verändert werden. Zum Ändern der Farbe der Zusammensetzungen können beliebige der konventionellen Pigmente angewendet werden. Um eine glattere Oberfläche zu erzielen, kann die Oberfläche der Zusammensetzung mit einer Flamme behandelt werden, oder die Größen der festen Teilchen können angepaßt werden, wie dem Fachmann bekannt ist. Zur Verbesserung des Aussehens von Zusammensetzungen, im spezielleren von Bauelementen, kann die Oberfläche mit Wachs oder wachsähnlichen Materialien wie Bienenwachs, Erdölwachs, synthetischem Wachs oder mit einem Silikone enthaltenden Poliermittel behandelt werden.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann nach jeder geeigneten Weise hergestellt werden. Gewünschtenfalls kann das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel in eine Suspension oder Emulsion gebracht werden, die anschließend mit den festen Teilchen vermischt wird. Vorzugsweise werden die festen Teilchen mit geschmolzenem kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel vermischt werden, beispielsweise wird ein die erforderlichen Asphaltene enthaltendes kohlenwasserstoffhaltiges Bindemittel geschmolzen und entweder mit kalten oder mit warmen festen Teilchen vermischt, oder heiße feste Teilchen werden mit heißem oder mit kaltem kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittel vermischt. Zusätzlich kann ein geschmolzenes kohlenwasserstoffhaltiges Bindemittel mit festen Teilchen vermischt werden und die erforderlichen Asphaltene können in situ während einer Wärmebehandlung des Gemisches ausgebildet werden.
Eine vorteilhafte Methode zur Herstellung von Zusammensetzungen oder Bauelementen gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Anwendung des kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittels, ge gebenenfalls zusammen mit festen Teilchen, in der Form von Bindemittel enthaltenden Teilchen, im spezielleren in der Form von Bindemittel enthaltendem Granulat oder Pulver. In den das Bindemittel enthaltenden Teilchen können entweder keine, ein Teil oder alle festen Teilchen zugegen sein. Bindemittel enthaltende Teilchen können leicht im Transport und während der Herstellung verwendet werden. Die Anwendung von Bindemittel enthaltenden Teilchen ist besonders vorteilhaft, wenn das Bindemittel verhältnismäßig hart ist, das heißt eine verhältnismäßig niedrige Penetration aufweist, in welchem Falle die Teilchen nicht zusammenkleben werden. Derartige Bindemittel enthaltende Teilchen können weitere Additive wie Pigmente enthalten.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung eignet sich besonders zur Anwendung im Bauwesen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher weiterhin auf Bauelemente, die eine Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen. Die Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich ganz besonders zum Ersatz von Beton. Ein Konstruktionselement ist eine selbständige Komponente mit festgelegten Abmessungen, die im Bauwesen verwendet wird. Konstruktionselemente schließen Bauelemente ein. Bevorzugte Konstruktionselemente sind Rohre, Ziegel, Dachziegel, Pflastersteine, Ecksteine, Ziegel, Fundamente, Platten, Abläufe und/oder Leitungen. Straßendecken, Böden und Dächer sind keine Konstruktionselemente. Vorzugsweise wird das Konstruktionselement Abmessungen von höchstens 5 m mal höchstens 5 m mal höchstens 40 m aufweisen, im spezielleren Abmessungen von höchstens 1 m mal höchstens 1 m mal höchstens 2 m. Vorzugsweise wird das Element Abmessungen von höchstens 1 m mal höchstens 1 m mal höchstens 0,5 m haben. Am meisten bevorzugt wird das Element Abmessungen von höchstens 20 cm mal höchstens 20 cm mal höchstens 10 cm aufweisen. Das Konstruktionselement ist vorzugsweise ein Block. Die Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung eignen sich ganz besonders zur Anwendung in Pflastersteinen im Hinblick auf die gute Biegefestigkeit der Zusammensetzungen, insbesondere die gute Biegefestigkeit nach Einwirkung von Wasser, das gegebenenfalls Salz und/oder (starke) Säure enthält, im spezielleren eine derartige Einwirkung bei erhöhter Temperatur.
Konstruktionselemente mit einem Gehalt an einer Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung haben den weiteren Vorteil, daß sie recycliert werden können.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf Konstruktionen, einschließlich Gebäuden, die Konstruktionselemente gemäß der vorliegenden Erfindung einschließen.
Zufolge ihrer Beständigkeit sind die Zusammensetzungen und Konstruktionselemente der vorliegenden Erfindung für Aussenanwendungen ganz besonders geeignet.
Zur Steigerung der Lasttrageeigenschaften können die Zusammensetzungen Verstärkungen enthalten, wie Stahlstäbe, Stahlgewebe, Polymere, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffflocken und/oder Kohlenstoffgewebe.
BEISPIELE
Die Biegefestigkeit in allen Beispielen wurde gemäß dem NEN 7014-Test des "Nederlands Normalisatie Instituut", 2. Auflage, 8/1974 bestimmt.
Die Druckfestigkeit wurde gemäß der Norm ISO/R 836 der European Federation of Manufacturers of Refractory Products, revidiert 1990, PRE/R 14-1, bestimmt.
Der Hohlraumgehalt wurde gemäß der Norm "Standaard Regelgeving Advisering Wegenbouw", 1995, Test 67 bestimmt.
Die angewendete "Marshall-Methode" ist in "Standaard Regelgeving Advisering Wegenbouw", 1995, Test 47 (Seiten 111–119) beschrieben, mit dem Unterschied, daß die Teilchengrößenverteilung jedes Ansatzes an festen Teilchen bestimmt und die verschiedenen Ansätze vereinigt wurden, um die gewünschte Teilchengrößenverteilung zu erzielen, anstelle eines Auftrennens des Mineralaggregats in gesonderte Fraktionen.
Die Asphaltene wurden wie in IP 143/96 abgetrennt.
Die Menge an aromatischem Kohlenstoff in den Asphaltenen wurde durch H- und ¹³C-NMR-Messungen bestimmt.
Die Penetration wurde gemäß ASTM D 5 bei 25°C bestimmt.
Beispiel 1
Durch thermisches Cracken einer Rückstandsfraktion von Mittelost-Provenienz mit einem Siedepunkt von 520°C oder darüber und anschließendes Abtrennen der leichten Fraktionen durch Ausführen eines Vakuumflashverdampfens an dem Produkt wurde ein kohlenwasserstoffhaltiges Bindemittel erhalten. Das erhaltene Bindemittel würde einen Siedepunkt von 520°C oder darüber unter atmosphärischen Bedingungen aufweisen.
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel enthielt 24,9 Gew.-% Asphaltene. Die Asphaltene hatten 64,6 Gew.-% Kohlenstoffatome in aromatischen Ringen. Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel enthielt 75,1 Gew.-% weitere Kohlenwasserstoffe. Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel wies eine Penetration von 7 dmm auf.
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel (7,68 Gew.-%) wurde geschmolzen und auf eine Temperatur von 180°C erhitzt und mit 20,27 Gew.-% Füller (Teilchengröße unter 63 μm), 39,86 Gew.-% Sand (Teilchengröße zwischen 63 μm und 2 mm) und 39,87 Gew.-% Steinen (Teilchengröße zwischen 4 und 8 mm, gebrochener niederländischer Flußkiesel) vermischt, wobei alle Mengen auf das Gesamtgewicht der festen Teilchen bezogen sind. Die Mineralteilchen wurden auf eine Temperatur von 180°C vorerhitzt.
Das Mischen wurde mit einer Mischvorrichtung von Hobart während 3 Minuten bei 180°C vorgenommen.
1,1 kg dieses Gemisches mit einer Temperatur von 180°C wurden in eine auf 180°C vorerhitzte Form von 8 cm Höhe und 10,5 cm Durchmesser eingebracht und nach der Marshall-Methode wurden zylindrische Blöcke hergestellt.
Aus diesen zylindrischen Blöcken gesägte Scheiben von 8 mm Stärke wurden zum Testen verwendet.
Die Biegefestigkeit einer Scheibe betrug 7,4 N/mm². Der Hohl-raumgehalt belief sich auf 2,3%.
Weitere Scheiben wurden durch Lagern in 1 M HCl- oder 1 M NaCl-Lösungen während 1 bis 9 Wochen gealtert.
Nach 3 Wochen in 1 M HCl-Lösung bei Umgebungstemperatur betrug die Biegefestigkeit 4,7 N/mm².
Nach 9 Wochen in 1 M HCl-Lösung bei Umgebungstemperatur betrug die Biegefestigkeit 4,3 N/mm².
Nach einer Woche in 1 M NaCl-Lösung bei 60°C betrug die Biegefestigkeit 4,7 N/mm².
Beispiel 2
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel wurde mit den vorerhitzten Mineralteilchen wie in Beispiel 1 beschrieben vermischt, außer daß das Gemisch eine Temperatur von 210°C aufwies.
Wie in der Marshall-Methode beschrieben wurden Blöcke hergestellt. Die Biegefestigkeit betrug etwa 4 N/mm2.
Die Druckfestigkeit der Blöcke lag bei 19 N/mm2.
Beispiel 3A
4 kg des Gemisches aus kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel und Mineralteilchen, hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben und mit einer Temperatur von 180°C, wurden in eine konventionelle Zementbeton-Fliesenform (Bodenplatte; 200 × 200 × 80 mm) eingebracht, welche Form auf Raumtemperatur war. In einer konventionellen Plattenproduktionsmaschine wurden bei einer Verdichtungszeit von 12 Sekunden Platten hergestellt. Die Biegefestigkeit der Platten betrug 8,1 N/mm², der Hohlraumgehalt lag bei 2,4%.
Beispiel 3B
4 kg des Gemisches aus kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel und Mineralteilchen, hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, außer daß das Gemisch eine Temperatur von 200°C aufwies, wurden in eine konventionelle Zementbeton-Pflastersteinform (200 × 100 × 80 mm) eingebracht, welche Form auf Umgebungstemperatur war. Mit einer konventionellen Pflastersteinproduktionsmaschine wurden Pflastersteine bei einer Verdichtungszeit von 12 Sekunden hergestellt. Die Biegefestigkeit betrug 6,1 N/mm².
Beispiel 3C
Ein Pflasterstein, hergestellt wie in Beispiel 3B beschrieben, wurde wiederum auf 200°C erhitzt und gemischt und in eine Pflastersteinform eingebracht, um wiederum einen Pflasterstein auszubilden, nach der in Beispiel 3B beschriebenen Methode. Die Biegefestigkeit wurde mit 6,3 N/mm² bestimmt.
Diese Vorgangsweise wurde nochmals wiederholt, was zu einem doppelt recyclierten Pflasterstein mit einer Biegefestigkeit von 6,7 N/mm² führte.
Beispiel 4 (zum Vergleich)
Ein Bitumenbindemittel wurde erhalten, indem ein Rohöl von Mittelostprovenienz einer Destillation bei Atmosphärendruck und anschließend der erhaltene Rückstand einer Destillation unter vermindertem Druck unterworfen wurden. Der nach der Destillation unter vermindertem Druck erhaltene Rückstand würde einen Siedepunkt von 520°C oder darüber unter Atmosphärenbedingungen aufweisen und zeigte eine Penetration von 80 bis 100 dmm und einen Gehalt an Asphaltenen von 11%. Die Asphaltene enthielten 53% aromatischen Kohlenstoff. Dieses Bindemittel wurde geschmolzen und zur Herstellung eines Gemisches bei einer Temperatur von 150 bis 160°C verwendet. Das Gemisch enthielt 7,1 Gew.-% Füller, 36,8 Gew.-% Sand, 56,1 Gew.-% Steine und 5,8 Gew.-% Bindemittel, wobei sämtliche Mengen auf das Gesamtgewicht der festen Teilchen bezogen sind.
1,1 kg dieses Gemisches wurden zur Herstellung von zylindrischen Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet.
Die Biegefestigkeit einer 8 mm dicken, aus dem Block gesägten Scheibe betrug 1,3 N/mm².
Die Druckfestigkeit eines Blockes lag bei 3,7 N/mm².
Beispiel 5 (zum Vergleich)
Ein Bitumenbindemittel wurde erhalten, indem ein Rohöl amerikanischen Provenienz einer Destillation bei Atmosphärendruck unterzogen wurde und anschließend der erhaltene Rückstand einer Destillation unter vermindertem Druck unterworfen wurde. Der nach der Destillation unter vermindertem Druck erhaltene Rückstand würde einen Siedepunkt von 520°C oder darüber unter atmosphärischen Bedingungen aufweisen und zeigte eine Penetration von 23 dmm und einen Gehalt an Asphaltenen von 11%. Die Asphaltene enthielten 35% aromatischen Kohlenstoff.
Dieses Bindemittel wurde geschmolzen und zur Herstellung eines Gemisches verwendet, wie in Beispiel 1 beschrieben, außer daß die Temperatur des Gemisches 170°C betrug. 1,1 kg dieses Gemisches wurden für die Standardherstellung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet.
Die Biegefestigkeit einer 8 mm dicken, aus diesem Block gesägten Scheibe betrug 3,2 N/mm². Der Hohlraumgehalt lag bei 2,8%.
Beispiel 6 (zum Vergleich)
Ein Rohöl von Mittelostprovenienz wurde einer Destillation unter atmosphärischem Druck unterworfen und anschließend wurde der erhaltene Rückstand einer Destillation unter vermindertem Druck unterzogen. Der nach der Destillation unter vermindertem Druck erhaltene Rückstand würde einen Siedepunkt von 520°C oder darüber unter atmosphärischem Druck aufweisen. Dieser Rückstand wurde einer Extraktion mit Propan unterzogen. Das erhaltene Bindemittel hatte eine Penetration von 7 dmm und einen Gehalt an Asphaltenen von 13,3 Gew.-%. Das Bindemittel wurde geschmolzen und zur Ausbildung eines Gemisches verwen det, das 7,1 Gew.-% Füller, 36,8 Gew.-% Sand, 56,1 Gew.-% Steine und 5,8 Gew.-% Bindemittel enthielt, wobei sämtliche Werte auf die Gesamtmenge an festen Teilchen bezogen sind.
1,1 kg dieses Gemisches wurden zur Ausbildung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet. Ein Block wurde zur Druckfestigkeitsmessung verwendet und ergab einen Wert von 11,6 N/mm².
Aus diesen zylindrischen Blöcken geschnittene Scheiben von 8 mm Stärke wurden zum Testen verwendet.
Die Biegefestigkeit einer Scheibe betrug 7,5 N/mm². Der Hohlraumgehalt belief sich auf 5,6%.
Weitere Scheiben wurden durch Lagern in 1 M HCl- oder 1 M NaCl-Lösungen während 1 bis 9 Wochen gealtert.
Nach 3 Wochen in einer 1 M HCl-Lösung bei Umgebungstemperatur betrug die Biegefestigkeit 2,9 N/mm².
Nach einwöchiger Lagerung in 1 M NaCl-Lösung bei 60°C betrug die Biegefestigkeit 3 N/mm².
Beispiel 7 (zum Vergleich)
7,68 Gew.-% eines Bindemittels, wie in Beispiel 6 beschrieben, wurden mit 20,4 Gew.-% Füller, 40,11 Gew.-% Sand und 39,5 Gew.-% reinen Siliziumoxidsteinen (4–8 mm) gemischt, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an festen Teilchen.
1,1 kg dieses Gemisches wurden zur Ausbildung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet.
Aus dem Block wurde eine Scheibe von 8 mm Stärke gesägt und zeigte eine Biegefestigkeit von 7 N/mm².
Eine weitere Scheibe von 8 mm Stärke wurde 24 Stunden in Meerwasser bei einer Temperatur von 60°C gelagert, wonach die Biegefestigkeit 3,7 N/mm² betrug.
Beispiel 8
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde zur Ausbildung des Gemisches verwendet, wie dies in Beispiel 7 beschrieben wird.
1,1 kg dieses Gemisches wurden zur Herstellung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet.
Aus dem Block wurde eine Scheibe von 8 mm Stärke gesägt. Die Scheibe hatte eine Biegefestigkeit von 7 N/mm² und einen Hohlraumgehalt von 1%. Die Druckfestigkeit eines Blocks betrug 12,8 N/mm².
Eine weitere Scheibe von 8 mm Stärke wurde 24 Stunden lang in Meerwasser bei einer Temperatur von 60°C gelagert, wonach die Biegefestigkeit 6,4 N/mm² betrug.
Beispiel 9 (zum Vergleich)
Ein Bitumenbindemittel wurde erhalten, indem ein Rohöl amerikanischer Provenienz einer Destillation bei Atmosphärendruck unterworfen wurde und anschließend der erhaltene Rückstand einer Destillation unter vermindertem Druck unterzogen wurde. Der nach der Destillation unter vermindertem Druck erhaltene Rückstand würde einen Siedepunkt von 520°C oder darüber unter Atmosphärenbedingungen aufweisen und hatte eine Penetration von 6 dmm und einen Gehalt an Asphaltenen von 22%. Die Asphaltene enthielten 53,6% an aromatischem Kohlenstoff. Das Bindemittel wurde geschmolzen. und zur Herstellung eines Gemisches mit einem Füller, Sand und Steinen verwendet, wie in Beispiel 1 beschrieben. 1,1 kg dieses Gemisches wurden zur Ausbildung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet.
Aus einem Block wurde eine Scheibe von 8 mm Stärke gesägt und zeigte eine Biegefestigkeit von 5,6 N/mm² und einen Hohlraumgehalt von 2,6%.
Beispiel 10 (zum Vergleich)
Ein Bitumenbindemittel wurde erhalten, indem ein Rohöl von Fernost-Provenienz einer Destillation unter Atmosphärendruck unterzogen wurde und anschließend der erhaltene Rückstand einer Destillation unter vermindertem Druck unterworfen wurde. Der nach der Destillation unter vermindertem Druck erhaltene Rückstand würde einen Siedepunkt von 520°C oder darüber unter Atmosphärenbedingungen aufweisen und hatte eine Penetration von 5 dmm und enthielt 10,3 Gew.-% Asphaltene. Die Asphaltene enthielten 57,9% aromatischen Kohlenstoff.
1,1 kg des Gemisches wurden geschmolzen und zur Ausbildung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet, wie in Beispiel 1 beschrieben.
Eine aus dem Block gesägte Scheibe von 8 mm Stärke hatte eine Biegefestigkeit von 2,4 N/mm² und einen Hohlraumgehalt von 3,3%.
Beispiel 11
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde zur Ausbildung eines Gemisches verwendet, das 7,5 Gew.-% Bindemittel, 7 Gew.-% rotes Pulver (Eisenoxid), 15,5 Gew.-% Füller, 38,92 Gew.-% Sand und 38,93 Gew.-% Steine enthielt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der festen Teilchen, wie in Beispiel 1 beschrieben.
Für die Herstellung von Blöcken nach der Marshall-Methode wurden 1,1 kg Gemisch verwendet.
Eine aus dem Block gesägte Scheibe von 8 mm Stärke wurde zum Biegefestigkeitstesten verwendet und ergab einen Wert von 7,3 N/mm².
Die Scheibe hatte einen Hohlraumgehalt von 1,8%.
Beispiel 12
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde zur Ausbildung eines Gemisches wie in Beispiel 1 beschrieben. verwendet, worin der Füller durch rotes Pulver (20,27 Gew.-%) ersetzt wurde.
1,1 kg dieses Gemisches wurden zur Herstellung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet.
Die Biegefestigkeit betrug etwa 4 N/mm².
Die Druckfestigkeit lag bei 20 N/mm².
Beispiel 13
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde zur Herstellung eines Gemisches aus 7,97 Gew.-% kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel, 37,6% recycliertem Asphalt, 21 Gew.-% Füller und 41,4 Gew.-% Sand verwendet, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der festen Teilchen. Das Gemisch wurde nach der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgangsweise erhalten.
1,1 kg des Gemisches wurden zur Herstellung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet.
Aus einem Block wurde eine Scheibe von 8 mm Stärke gesägt und diese wies eine Biegefestigkeit von 7,2 N/mm² und einen Hohlraumgehalt von 1,2% auf.
Beispiel 14
Das in Beispiel 1 beschriebene kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel wurde zur Ausbildung eines Gemisches mit der folgenden Zusammensetzung verwendet: 7,95 Gew.-% kohlenwasserstoffhaltiges Bindemittel, 17,4% Graphitflocken, 41,3 Gew.-% Sand und 41,3 Gew.-% Steine, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der festen Teilchen. Es wurde nach der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgangsweise gemischt. 1,1 kg Gemisch wurden zur Herstellung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet.
Aus einem Block wurde eine Scheibe von 8 mm Stärke gesägt und diese wies eine Biegefestigkeit von 3,5 N/mm² auf.
Der elektrische Widerstand betrug 20 Ω.
Beispiel 15
Das in Beispiel 1 beschrieben kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel wurde zur Ausbildung eines Gemisches mit der folgenden Zusammensetzung verwendet: 7,8 Gew.-% kohlenwasserstoffhaltiges Bindemittel, 8,5 Gew.-% Graphitflocken, 10,29 Gew.-% Füller, 40,61% Gew.-% Sand und 40,58 Gew.-% Steine, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht an festen Teilchen. Es wurden nach der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgangsweise gemischt. 1,1 kg Gemisch wurden zur Herstellung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet.
Eine aus einem Block geschnittene Scheibe von 8 mm Stärke wies eine Biegefestigkeit von 6,2 N/mm² und einen Hohlraumgehalt von 3% auf.
Der elektrische Widerstand belief sich auf 200 Ω.
Beispiel 16
Das in Beispiel 1 beschriebene kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel wurde zur Ausbildung einer sehr offenen Zusammensetzung verwendet, die 6,43 Gew.-% Bindemittel, 5,8 Gew.-% Füller, 10,13 Gew.-% Sand und 84,07 Gew.-% Steine enthielt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der festen Teilchen. Es wurde nach der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgangsweise gemischt. 1,1 kg Gemisch wurden zur Herstellung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet.
Die Biegefestigkeit wurde mit 2 N/mm² abgeschätzt.
Die Druckfestigkeit betrug 7,6 N/mm².
Beispiel 17 (zum Vergleich)
Es wurde ein kohlenwasserstoffhaltiges Bindemittel erhalten, indem eine Rückstandsfraktion von Mittelost-Provenienz mit einem Siedepunkt von 520°C oder darüber thermisch gecrackt wurde und anschließend die leichten Fraktionen beseitigt wurden, indem das Produkt einem Vakuumflaschen unterzogen wurde. Das erhaltene Bindemittel würde einen Siedepunkt von 520°C oder darüber unter atmosphärischen Bedingungen aufweisen.
Das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel hatte eine Penetration von 47 dmm und enthielt 12,6 Gew.-% Asphaltene. Das Binde mittel wurde in der Herstellung eines Gemisches eingesetzt, wie in Beispiel 1 beschrieben.
1,1 kg dieses Gemisches wurden zur Ausbildung von Blöcken nach der Marshall-Methode verwendet.
Aus einem Block wurde eine Scheibe von 8 mm Stärke gesägt. Die Biegefestigkeit betrug 3,6 N/mm².
Die Druckfestigkeit eines Blocks lag bei 5,9 N/mm².
Die Beispiele gemäß der Erfindung zeigen, daß Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung eine gute Biegefestigkeit aufweisen.
Ein Vergleich von Beispiel 1 mit Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel) und ein Vergleich von Beispiel 7 (Vergleichsbeispiel) mit Beispiel 8 zeigen, daß die Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung ihre Biegefestigkeit nach Einwirkung von NaCl enthaltendem Wasser und nach Einwirkung von Salzsäure enthaltendem Wasser besser beibehalten als nicht erfindungsgemäße Zusammensetzungen.
Die Beispiele 3B und 3C zeigen, daß die Biegefestigkeit von Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Wärmebehandlung zunimmt.

Claims

Festkörperzusammensetzung mit einer Biegefestigkeit von wenigstens 0,5 N/mm², welche Zusammensetzung 70 bis 99 Gew.-% feste Teilchen und 30 bis 1 Gew.-% eines kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittels umfaßt, welches Bindemittel (i) 15 bis 95 Gew.-%, bezogen auf Gesamtbindemittel, an Asphaltenen enthält, welche Asphaltene wenigstens 60% aromatischen Kohlenstoff enthalten, und (ii) 5 bis 85 Gew.-%, bezogen auf Gesamtbindemittel, an weiteren Kohlenwasserstoffen enthält, mit der Maßgabe, daß die festen Teilchen nicht ausschließlich Kohlenstoffteilchen sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, welche Zusammensetzung eine Biegefestigkeit von wenigstens 3 N/mm² aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, in welcher Zusammensetzung das kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel eine Penetration von höchstens 10 dmm aufweist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel aus einem Produkt besteht, das durch Ausführen eines thermischen Crackens an Kohlenwasserstoffen erhalten wird.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches kohlenwasserstoffhaltige Bindemittel aus einem Produkt besteht, das durch Vorerhitzen eines Kohlenwasserstofföls auf eine Temperatur von 350 bis 500°C, Halten des vorerhitzten Öls bei derartigen Bedingungen, um ein thermisches Cracken hervorzurufen, und anschließendes Abtrennen einer oder mehrerer leichten Fraktionen erhalten wird.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche Zusammensetzung 1 bis 100 Gew.-% Siliciumdioxid, bezogen auf die Menge der festen Teilchen, umfaßt.
Verfahren zur Herstellung einer Festkörperzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches Verfahren ein Mischen von 70 bis 99 Gew.-% fester Teilchen und von 30 bis 1 Gew.-% eines geschmolzenen kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittels, welches Bindemittel (i) 15 bis 95 Gew.-%, bezogen auf Gesamtbindemittel, an Asphaltenen enthält, welche Asphaltene wenigstens 60% aromatischen Kohlenstoff enthalten, und (ii) 5 bis 85 Gew.-%, bezogen auf Gesamtbindemittel, an weiteren Kohlenwasserstoffen enthält, und ein Erstarrenlassen des resultierenden Gemisches umfaßt, mit der Maßgabe, daß die festen Teilchen nicht ausschließlich Kohlenstoffteilchen sind.
Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 im Bauwesen.
Bauelement, umfassend eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Bauelement nach Anspruch 9, welches Element Abmessungen von höchstens 1 Meter mal höchstens 1 Meter mal höchstens 2 Meter aufweist.
Konstruktion, enthaltend Bauelemente nach Anspruch 9 oder 10.