DE69829714T2

DE69829714T2 - Herstellungsverfahren für Blöcke zum Abbremsen von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE69829714T2
Application number: DE69829714T
Authority: DE
Inventors: D. Richard ANGLEY; S. Michael CIESIELSKI; T. Christopher DIAL; T. Peter MAHAL
Original assignee: Engineered Arresting Systems Corp
Current assignee: Engineered Arresting Systems Corp
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2018-02-07
Also published as: ATE293187T1; EP0900302A2; CA2250807A1; WO1998035098A1; EP0900302B1; NO984669D0; CA2250807C; KR20000064864A; TR199802009T1; NO984669L; JP3929077B2; AU741158B2; US5902068A; KR100574571B1; NZ332541A; ES2241118T3; JP2000511608A; DE69829714D1; AU6148398A; NO320925B1

Description

Diese Erfindung betrifft das Verlangsamen der Bewegung von Gegenständen und insbesondere Verfahren zum Herstellen von Porenbetoneinheiten, geeignet zur Verwendung in Abbremsbettsystemen zum sicheren Verzögern eines Flugzeugs, welches das Ende einer Rollbahn überrollt.
Flugzeuge können die Enden von Rollbahnen überrollen und tun dies, was die Möglichkeit einer Verletzung von Fluggästen und einer Zerstörung oder ernsten Beschädigung des Flugzeugs hervorruft. Solches Überrollen ist während abgebrochener Starts oder beim Landen aufgetreten, wobei sich das Flugzeug mit Geschwindigkeiten bis zu 150 km/h (80 Knoten) bewegt. Um die Gefahren eines Überrollens auf ein Minimum zu verringern, fordert die Bundesluftfahrtverwaltung (Federal Aviation Administration – FAA) allgemein einem Sicherheitsbereich von 300 m (1 000 Fuß) Länge über das Ende der Rollbahn hinaus. Obwohl dieser Sicherheitsbereich nun FAA-Standard ist, wurden viele Rollbahnen vor seiner Annahme gebaut und sind so gelegen, daß Wasser, Fahrbahnen und andere Hindernisse eine wirtschaftliche Einhaltung der Forderung der Eintausend-Fuß-Überrollstrecke verhindern.
Mehrere Materialien, einschließlich vorhandener Bodenflächen jenseits der Rollbahn, sind auf ihre Fähigkeit, Flugzeuge zu verzögern, geprüft worden. Bodenflächen sind in ihrer Abbremsfähigkeit sehr unvorhersagbar, weil ihre Eigenschaften unvorhersagbar sind. Zum Beispiel kann sehr trockener Lehm sehr hart und nahezu undurchdringlich sein, aber nasser Lehm kann bewirken, daß ein Flugzeug schnell absinkt, bewirken, daß das Fahrwerk einknickt, und für eine Möglichkeit sowohl einer Verletzung von Fluggästen und Besatzung als auch einer größeren Flugzeugbeschädigung sorgen.
Ein Bericht von 1988 widmet sich einer Untersuchung durch die Hafenbehörde von New York und New Jersey über die Durchführbarkeit der Entwicklung einer Schaumkunststoff-Abbremsvorrichtung für eine Rollbahn auf dem Internationalen Flughafen JFK. In dem Bericht wird erklärt, daß Analysen zeigten, daß eine solche Abbremsvorrichtungsauslegung durchführbar ist und ein Flugzeug von 45 Tonnen (100 000 Pfund), das die Rollbahn mit einer Austrittsgeschwindigkeit von bis zu 150 km/h (80 Knoten) überrollt, und ein Flugzeug von 37 Tonnen (82 000 Pfund), das mit einer Austrittsgeschwindigkeit von bis zu 110 km/h (60 Knoten) überrollt, sicher anhalten könnte. Der Bericht erklärt, daß gezeigt wurde, die Leistung einer geeigneten Kunststoffschaum-Abbremsvorrichtung sei potentiell „einem gepflasterten Überrollbereich von 300 m (1 000 Fuß) überlegen, insbesondere wenn das Bremsen nicht wirksam ist und Umkehrschub nicht verfügbar ist". Wie gut bekannt ist, kann die Wirksamkeit des Bremsens unter Bedingungen nasser oder eisiger Oberfläche begrenzt sein. (University of Dayton report UDR-TR-88-07, Januar 1988.)
In jüngerer Zeit ist im US-Patent Nr. 5193764 an Larrett et al. ein Flugzeugabbremssystem beschrieben worden. Nach der Offenlegung dieses Patents wird ein Flugzeugabbremsbereich dadurch geformt, daß mehrere geschichtete dünne Lagen eines starren, bröckligen, feuerbeständigen Phenolharzschaums aneinander geklebt werden, wobei die unterste Schaumlage an eine Trägerfläche geklebt wird. Die geschichteten Lagen werden so ausgelegt, daß die Druckbeständigkeit der kombinierten Lagen eines starren Kunststoffschaums geringer ist als die Kraft, die durch das Fahrwerk eines beliebigen Flugzeugs des Typs, der abgebremst werden soll, ausgeübt wird, wenn es sich von einer Rollbahn in den Abbremsbereich bewegt, so daß der Schaumstoff zerdrückt wird, wenn er durch das Flugzeug berührt wird. Das bevorzugte Material ist Phenolharzschaum, verwendet mit einem verträglichen Klebstoff, wie beispielsweise einem Latexklebstoff.
Tests von Phenolharzschaumstoff-Abbremssystemen zeigen, daß die Verwendung des Schaumstoffmaterials Nachteile hat, während solche Systeme funktionieren können, um ein Flugzeug zum Halten zu bringen. Der größte unter den Nachteilen ist die Tatsache, daß Schaumstoff in Abhängigkeit von seinen Eigenschaften typischerweise eine Rückpralleigenschaft zeigen kann. Folglich wurde beim Testen von Phenolharzschaum-Abbremsbetten bemerkt, daß den Rädern des Flugzeugs im Ergebnis des Rückpralls des Schaummaterials selbst ein gewisser Vorwärtsschub verliehen wurde, als es sich durch das geschäumte Material bewegte.
Schaum- oder Porenbeton ist als Material zur Verwendung in Abbremsbettsystemen vorgeschlagen worden und ist nach dem Stand der Technik begrenzten Feldversuchen unterworfen worden. Solche Versuche haben gezeigt, daß Porenbeton, auf der Grundlage dessen, daß er viele der gleichen Vorteile bereitstellt wie Phenolharzschaum, während er einige der Nachteile von Phenolharzschaum vermeidet, ein gutes Potential zur Verwendung in Abbremsbettsystemen hat. Die Anforderungen an eine genau gesteuerte Druckfestigkeit und Materialgleichförmigkeit durch das gesamte Abbremsbett sind kritisch, und soweit bekannt ist, ist die Herstellung von Porenbeton mit geeigneten Charakteristika und Gleichförmigkeit bisher nicht erreicht oder beschrieben worden. Die Herstellung von Baubeton für Bauzwecke ist eine alte Kunst, die verhältnismäßig einfache Verfahrensschritte beinhaltet. Die Herstellung von Porenbeton ist, während sie allgemein einfache Zutaten beinhaltet, kompliziert durch die Beschaffenheit und Wirkung von Belüftungs-, Mischungs- und Wasseranlagerungsaspekten, die genau vorgeschrieben und akkurat gesteuert werden müssen, falls ein gleichförmiges Endprodukt, das weder zu schwach noch zu stark ist, für vorliegende Zwecke bereitzustellen ist. Diskontinuitäten, einschließlich von Bereichen schwächeren oder stärkeren Porenbetons, können tatsächlich Schäden an dem Fahrzeug, das verzögert wird, verursachen, falls zum Beispiel die Verzögerungskräfte die Festigkeit der Radstützstruktur übersteigen. Solche Ungleichförmigkeit führt ebenfalls zu einer Unmöglichkeit, die Verzögerungsleistung und den Gesamtanhalteweg genau vorherzusagen. Bei einer neueren Durchführbarkeitsprüfung unter Verwendung von Porenbeton handelsüblicher Güte rollte ein mit Instrumenten zum Aufzeichnen von Prüfdaten ausgestattetes Flugzeug durch einen Bettabschnitt, und Belastungsdaten wurden erfaßt. Obwohl Schritte unternommen worden waren, um zu versuchen, eine Herstellungsgleichförmigkeit zu gewährleisten, zeigten genommene Proben und Flugzeug-Belastungsdaten von dem Prüfabbremsbett beträchtliche Variationen zwischen Bereichen, in denen die Druckfestigkeit übermäßig hoch war, und Bereichen, in denen sie übermäßig niedrig war. Offensichtlich wird der mögliche Nutzen eines Abbremssystems beeinträchtigt, falls das Flugzeug Kräften ausgesetzt wird, die das Hauptfahrwerk beschädigen oder einknicken könnten.
Ein für die Bundesluftfahrtverwaltung vorbereiteter Bericht von 1995, mit dem Titel „Preliminary Soft Ground Arrestor Design for JFK International Airport" (Vorentwurf einer weichen Bodenabbremsvorrichtung für den Internationalen Flughafen JFK), beschreibt eine vorgeschlagene Flugzeugabbremsvorrichtung. Dieser Bericht erörtert die Möglichkeiten zur Verwendung entweder von Phenolharzschaum oder von Porenbeton. Phenolharzschaum betreffend, wird auf den Nachteil einer „Rückprall"-Charakteristik Bezug genommen, die zur Rückführung von etwas Energie anschließend an die Kompression führt. Porenbeton betreffend, der „Schaumbeton" genannt wird, wird bemerkt, daß in der Herstellung „eine gleichbleibende Dichte (Festigkeitsparameter) von Schaumbeton schwer aufrechtzuerhalten ist". Es wird angedeutet, daß Schaumbeton ein guter Kandidat für die Konstruktion von Abbremsvorrichtungen zu sein scheint, falls er in großen Mengen mit gleichbleibender Dichte und Druckfestigkeit hergestellt werden kann. Eine Flachplattenprüfung wird illustriert, und gleichförmige Druckfestigkeitswerte von 410 und 550 kPa (60 und 80 Pfund/Quadratzoll) über einen Verformungsbereich von fünf bis achtzig Prozent werden auf der Grundlage des damals auf dem Gebiet verfügbaren Informationsstandes als Ziele beschrieben. Der Bericht weist auf die mangelnde Verfügbarkeit von beiden vorhandenen Materialien mit annehmbaren Eigenschaften und Verfahren zur Herstellung solchen Materials hin und schlägt auf einer etwas hypothetischen Grundlage mögliche Eigenschaften und Prüfungen solcher Materialien vor, sollten sie verfügbar werden.
Folglich ist, obwohl Abbremsbettsysteme erwogen worden sind und einige tatsächliche Prüfungen verschiedener Materialien dafür erforscht worden sind, eine praktische Herstellung und Umsetzung weder eines Abbremsbettsystems, das ein Flugzeug bekannter Größe und Masse, das sich mit einer geplanten Geschwindigkeit über eine Rollbahn hinaus bewegt, innerhalb von vorgeschriebenen Strecken sicher anhalten wird, noch von Materialien, die für eine Verwendung in demselben geeignet sind, erreicht worden. Die Menge an Material und die Geometrie, in der es geformt wird, um ein wirksames Abbremsbett für Fahrzeuge einer vorher festgelegten Größe, Masse und Geschwindigkeit bereitzustellen, hängt unmittelbar von den physikalischen Eigenschaften des Materials und insbesondere dem Maß an Widerstand ab, das auf das Fahrzeug ausgeübt wird, wenn es sich durch das Bett bewegt und das Material zerdrückt oder auf andere Weise verformt. Rechnerprogrammiermodelle oder andere Techniken können eingesetzt werden, um auf der Grundlage der veranschlagten Kräfte und der Energieabsorption für ein Flugzeug einer bestimmten Größe und Masse, im Hinblick auf entsprechende Fahrwerksfestigkeitsvorschriften für ein solches Flugzeug, Widerstands- oder Verzögerungswerte für Abbremsbetten zu entwickeln. Jedoch müssen die Modelle voraussetzen, daß das Abbremsbett aus einem Material konstruiert wird, das von Abschnitt zu Abschnitt und von Charge zu Charge eine Gleichförmigkeit der Eigenschaften, wie beispielsweise Festigkeit, Widerstandsfähigkeit usw., hat, um gleichförmige Ergebnisse mit einem vorhersagbaren Maß an Energieabsorption (Widerstand) zu erzeugen, wenn es durch die Abschnitte des Flugzeugs (oder anderen Fahrzeugs) berührt wird, welche die Last des Fahrzeugs durch das Bett tragen (z.B. die Räder eines Flugzeugs, wenn es sich durch das Bett bewegt, nachdem es die Rollbahn überrollt hat).
Einer der möglichen Vorteile der Verwendung von geschäumtem oder Porenbeton in Abbremsbettsystemen ist, daß das Material selbst in einer Vielfalt von unterschiedlichen Weisen unter Verwendung zahlreicher unterschiedlicher Ausgangsmaterialien hergestellt werden kann. Für frühere Arten von Verwendungen, die nicht mit der Fahrzeugverzögerung verbunden sind, ist der Beton unter Verwendung einer bestimmten Art von Zement (üblicherweise Portlandzement), der mit Wasser verbunden wird, eines Schaumbildners und von Luft hergestellt worden, um einen Porenbeton herzustellen. Eine bedeutsame unterscheidende Anforderung unterscheidet solche früheren Anwendungen von Porenbeton jedoch vom Herstellen eines zur Verwendung in einem Abbremsbett geeigneten Erzeugnisses. Bei früheren Anwendungen sind die Ziele typischerweise Gewichts- oder Kostenreduzierung oder beides, während eine vorher festgelegte Mindestfestigkeit gewährleistet wird, wobei gilt: je mehr Festigkeit, desto besser. Frühere Anwendungen haben typischerweise nicht erfordert, daß Porenbeton nach strengen Standards sowohl der Höchstfestigkeit als auch der Mindestfestigkeit hergestellt wird. Außerdem haben frühere Anwendungen keinen hohen Grad an Materialgleichförmigkeit erfordert, vorausgesetzt, grundlegende Festigkeitsziele werden erfüllt. Selbst bei früheren Anwendungen von Porenbeton ist bekannt, daß die Menge und Art des Zements, das Wasser-Zement-Verhältnis, die Menge und Art des Schaumbildners, die Weise, in der die Materialien verbunden werden, Verarbeitungsbedingungen und Aushärtebedingungen alle entscheidende Wirkungen auf die sich ergebenden Eigenschaften des Porenbetons haben können. Durch frühere Anwendungen hat sich keine Notwendigkeit ergeben, die Herstellung auf die Niveaus zu verfeinern, die für Fahrzeugabbremsbetten geeignet sind.
Folglich ist es eine Sache, Ziele bezüglich der mechanischen Eigenschaften von Materialien vorzuschreiben, die geeignet sind, beim Eintreten eines Flugzeugs oder anderen Fahrzeugs in das Abbremsbett die gewünschte Verzögerung zu erreichen. Es ist jedoch nicht bekannt, daß die Möglichkeit, beständig Porenbetonmaterial herzustellen, das tatsächlich die erforderlichen Eigenschaften einer vorher festgelegten Festigkeit und Gleichförmigkeit haben wird, bisher erreicht worden ist.
GB 1 092 255 beschreibt ein Fahrzeugabbremsbett, das aus zerdrückbarem starrem geschäumtem Material hergestellt wird, das geschäumter Beton sein kann, und ein Verfahren zum Herstellen des geschäumten Betons.
GB 1 169 415 beschreibt ein Fahrzeugabbremsbett, hergestellt aus einem körnigen Material, wie beispielsweise Kies oder Schotter, und einem zweiten Material, wie beispielsweise Gasbeton.
Ein wesentliches Problem auf dem Gebiet ist das Fehlen eingeführter Techniken zur Herstellung von Porenbeton im niedrigen Festigkeitsbereich, auf eine gleichförmige Weise mit sehr engen Toleranzen, um die Konstruktion eines ganzen Abbremsbetts zu ermöglichen, das durch seine gesamte Geometrie beständig die gewünschten mechanischen Eigenschaften hat.
Es sind Aufgaben der Erfindung, für die Herstellung von Fahrzeugabbremseinheiten neue und verbesserte Verfahren bereitzustellen, die eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften und Fähigkeiten haben:

– Verfahren, die eine wiederholbare Herstellung mit vorher festgelegten Charakteristika ermöglichen,
– Verfahren, die eine Fertigungssteuerung auf der Grundlage von festgelegten Parameterbereichen ermöglichen, und
– Verfahren, die ein hohes Niveau der Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Porenbeton ermöglichen, der eine vorher festgelegte Druckgradientenfestigkeit hat, die für eine Vielfalt von Anwendungen geeignet ist.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Abschnittes aus Abbremsmaterial nach Anspruch 1 bereit.
Eine Fahrzeugabbremseinheit kann einen Fahrzeugabbremsblock umfassen, der so gefertigt wird, daß er eine rückprallfreie Druckgradientenfestigkeit gewährleistet, die wirksam ist, um ohne Versagen einer zugeordneten Radstützstruktur die Fahrt eines Fahrzeugrades zu verlangsamen. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Block aus Porenbeton gefertigt, der eine Trockendichte in einem Bereich von 190 bis 350 kg/m³ (12 bis 22 Pfund pro Kubikfuß) hat, hergestellt aus einer Verbindung einer Aufschlämmung aus Zement und Wasser, die eine Temperatur hat, die nicht 32°C (89°F) übersteigt, eines Schaumstoffes, hergestellt aus Wasser und einem Schaumbildner, und einer Aushärteform. Die Aushärteform wird angeordnet, um eine dreidimensionale Stütze mit kontrollierter Verdunstung bereitzustellen für eine Mischung der Aufschlämmung und des Schaumstoffs, die gemischt werden, nachdem die Aufschlämmung einen Temperaturanstieg in einem Bereich von 3 bis 7°C (5 bis 12°F) über ihrer anfänglichen Temperatur erfahren hat. Für Zwecke dieser Erfindung hat ein Fahrzeugabbremsblock eine vorher festgelegte Druckgradientenfestigkeit (Compressive Gradient Strength – CGS), zum Beispiel eine CGS von 60/80, die etwa 480 kPa (70 Pfund/Quadratzoll) entspricht, gemittelt über eine Eindringtiefe von 10 bis 66 Prozent der Blockdicke.
Zum besseren Verständnis der Erfindung, zusammen mit anderen und weiteren Zielen, wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, und der Rahmen der Erfindung wird in den beigefügten Ansprüchen gezeigt.
1A, 1B bzw. 1C sind eine Draufsicht, eine Längs- und eine Querschnittsansicht eines Fahrzeugabbremsbettsystems;
2 zeigt eine Form eines Verzögerungsblocks aus Porenbeton, gefertigt nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3, 4 und 5 zeigen alternative Konstruktionen von Verzögerungsblocks, gefertigt durch Verfahren nach bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
6 illustriert eine Aushärteform mit kontrollierter Verdunstung zur Verwendung nach der Erfindung;
7 und 8 zeigen Testergebnisse bezüglich der Druckkraft gegenüber den Prozentsatz des Eindringens für Proben von Porenbeton von zwei unterschiedlichen Festigkeiten.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Verwendung von Porenbeton bei Abbremsbettanwendungen erfordert, daß das Material in seiner Widerstandsfähigkeit gegen Verformung allgemein gleichförmig ist, weil die Vorhersagbarkeit von Widerstandskräften, die auf die Oberfläche von Berührungselementen des Fahrzeugs wirken, das verzögert wird, ermöglicht, das Bett auf eine Weise zu entwerfen, zu bemessen und zu konstruieren, die eine annehmbare Leistung sichern wird. Um eine solche Gleichförmigkeit zu erreichen, muß es eine sorgfältige Auswahl und Kontrolle der zum Herstellen des Porenbetons verwendeten Zutaten, der Bedingungen, unter denen er verarbeitet wird, und seines Aushärteregimes geben.
Die Zutaten von Porenbeton sind allgemein ein Zement, vorzugsweise Portlandzement, ein Schaumbildner und Wasser. Verhältnismäßig feiner Sand oder andere Materialien können unter einigen Umständen ebenfalls Anwendung finden, werden aber bei gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen nicht verwendet. Zusätzlich zu verbreiteten Arten von Materialien, die bei verschiedenen Betonanwendungen verwendet werden, können nach der Erfindung hohle Glas- oder Keramikkugeln oder andere zerdrückbare Materialien in Porenbeton eingebettet werden. Die gegenwärtig bevorzugte Art von Zement für Abbremsbettanwendungen ist Portlandzement Typ III. Für vorliegende Zwecke wird der Begriff „Porenbeton" als Gattungsbegriff verwendet, der Beton mit verhältnismäßig kleinen inneren Zellen oder Blasen eines Fluids, wie beispielsweise Luft, umfaßt und der Sand oder anderes Material einschließen kann, ebenso wie Ansätze, die solchen Sand oder anderes Material nicht einschließen.
Zahlreiche Schaumbildner, wie sie in der Porenbetonindustrie bekannt sind und verwendet werden, werden entweder als natürliche oder als synthetische Schaumstoffe klassifiziert. Natürliche Schaumstoffe werden allgemein als robuster angesehen, in dem Sinn, daß sie nicht so schnell zusammenfallen wie synthetische Schaumstoffe. Andererseits sind synthetische Schaumstoffe allgemein gleichförmiger in der Qualität und daher vorhersagbarer in der Leistung. Während jede Art von Schaumstoff verwendet werden kann, wird gegenwärtig die Verwendung eines synthetischen Schaumstoffs mit geeigneten Schäum- und Erstarrungseigenschaften bevorzugt, da die Konsistenz und Gleichförmigkeit des sich ergebenden Porenbetons bei der Abbremsbettanwendung von vorrangiger Bedeutung ist.
Es gibt viele bekannte Verfahren zum Herstellen von Porenbeton. Im allgemeinen schließt das Verfahren die Schritte ein, das Schaumkonzentrat mit Wasser zu mischen, durch Einleiten von Luft Schaum zu erzeugen, den sich ergebenden Schaum der Zementaufschlämmung oder der Zement-Zuschlagstoff-Aufschlämmungsmischung zuzugeben und die Schaum- und Zementaufschlämmung auf eine kontrollierte Weise gründlich zu mischen, die zu einer homogenen Mischung mit einer bedeutenden Menge an Poren oder „Zellen" führt, welche die Dichte des Materials, verglichen mit anderen Arten von Beton, verhältnismäßig niedrig halten. Da die Anwendung von Porenbeton auf Abbremsbettanwendungen eine allgemeine Gleichförmigkeit von Materialeigenschaften erfordert, sind gleichförmiges Schäumen, Mischen und Erstarren der Materialien von außerordentlicher Bedeutung.
Das bevorzugte Verfahren zum Herstellen des Porenbetons ist, ein Verfahren anzuwenden, das einem stationären, kontinuierlichen Verfahren so nahe wie möglich kommt. Dadurch, daß Drücke, Mischgeschwindigkeiten, Temperaturen oder Rohstoffe und andere Verfahrensvariablen so geregelt werden, daß sie so gleichbleibend wie möglich sind, sind höhere Gleichförmigkeitsniveaus des Porenbetonerzeugnisses erreichbar, und Variationen, die üblicherweise mit Chargenverarbeitung verbunden sind, werden vermieden. Dennoch wird die Menge des jedes Mal in einem Chargenverfahren oder auf andere Weise erzeugten Materials bestimmen, wie lange das Verfahren laufen gelassen wird und eine wie enge Annäherung an einen „stationär"-artigen Betrieb unter den Fertigungsumständen für eine bestimmte Abbremsbettanlage zweckmäßig ist.
Das bevorzugte Verfahren schließt die Schritte ein, eine Zementaufschlämmung zu erzeugen, den Schaumstoff zu erzeugen und danach die Zementaufschlämmung und den Schaumstoff zu mischen, um den Schaum- oder Porenbeton herzustellen. Der Schaumstoff wird durch Mischen des Schaumkonzentrats mit Wasser zum Herstellen einer Schäumlösung bereitet. Als Beispiel beträgt ein bevorzugtes Verhältnis von Wasser zu Schaumkonzentrat für das oben erwähnte synthetische Schaumstoffmaterial, wie oben angesprochen, etwa 39:1 auf Volumenbasis. Als nächstes wird durch ein beliebiges geeignetes Mittel zum Lufteinschluß, wie beispielsweise Führen der Schäumlösung durch eine mit einem einstellbaren Lufteinlaß versehene Pumpe, der Schaumstoff hergestellt. Vorzugsweise wird die durch diesen Verfahrensschritt erzeugte Schaumstoffdichte von etwa 35 (2,2) bis etwa 42 kg/m³ (2,6 lbs/cu·ft.) und insbesondere von etwa 37 (2,3) bis etwa 38,5 kg/m³ (2,4 lbs/cu·ft.) betragen. Wenn hierin verwendet, wird Pfund pro Quadratfuß entweder als „lbs/cu·ft." oder als „pcf" abgekürzt.
Nach der Erfindung wird die Zementaufschlämmug durch Mischen von Wasser mit dem Portlandzement Typ III erzeugt. Es hat sich gezeigt, daß bevorzugte Verhältnisse von Wasser und Zement im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 0,7 liegen, wobei sich gezeigt hat, daß ein Verhältnis von 0,54 hervorragende Ergebnisse gewährleistet. Anfangs wird der Zement mit dem Wasser gemischt, und es hat sich gezeigt, daß es besonders vorteilhaft ist, eine hohe Scherung auf die Zementaufschlämmung auszuüben. Es ist vorzuziehen, daß die Umgebungstemperaturen während der Herstellung des Porenbetons wenigstens etwa 18°C (65°F) betragen. Wenn hierin verwendet, wird Fahrenheit als „F" abgekürzt.
Es ist ebenfalls festgestellt worden, daß das bevorzugte Verfahren einschließt, der Zementaufschlämmung eine ausreichende Teilhydratisierungszeit zu geben, bevor sie mit dem Schaumstoff gemischt wird, um den geschäumten Beton herzustellen. Während die Teilhydratisierungszeiten angesichts unterschiedlicher Zemente und Zement-Wasser-Verhältnisse variieren können, hat es sich gezeigt, daß ein gewisses Maß an Hydratisierung der Aufschlämmung, zum Beispiel, wenn sie durch eine Scherung erteilende Vorrichtung geführt wird, das Erreichen eines annehmbaren Endprodukts unterstützt. Da die Hydratisierungsreaktion Wärme in die Aufschlämmung freisetzt, ist ein Maß der Hydratisierung ein Anstieg der Temperatur. So hat es sich gezeigt, daß es besonders wirksam ist, das Wasser und den Zement ausreichend lange zu mischen, um einen mit der Hydratisierung in Beziehung stehenden Temperaturanstieg von etwa 3 bis etwa 7°C (5 bis etwa 12°F) zu gewährleisten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Zeitraum von etwa vier Minuten eingesetzt, um einen mit der Hydratisierung in Beziehung stehenden Temperaturanstieg innerhalb eines Bereichs von 3,5 bis etwa 4,5°C (6 bis etwa 8°F) zu gewährleisten, bevor der Schaum in die Zementaufschlämmung eingeleitet wird. Zum Beispiel kann eine Hochgeschwindigkeitspumpe mit Temperatursensoren versehen werden, und das Mischen der Zementaufschlämmung kann auf eine Umlaufweise ausgeführt werden, bis der erwähnte, mit der Hydratisierung in Verbindung stehende, Temperaturanstieg (und folglich ein angemessenes Hydratisierungsniveau für vorliegende Zwecke) erfolgt ist. Die teilweise hydratisierte Zementaufschlämmung kann danach in eine verhältnismäßig sanfte Mischumgebung mit niedriger Scherung, wie beispielsweise einen Rührmischer, überführt werden, wo der Schaum damit verbunden wird, um den Porenbeton herzustellen.
Die Naßdichten des Schaumbetons müssen sehr genau kontrolliert werden, falls die notwendige Erzeugnisgleichförmigkeit erreicht werden soll. Bevorzugte Naßdichten betragen von etwa 220 bis etwa 370 kg/m³ (14 bis etwa 23 lbs./cu·ft.). Eine gegenwärtig bevorzugte Naßdichte, die verwendet worden ist, um eine vorgeschriebene Druckgradientenfestigkeit oder „CGS" (wie unten definiert) von etwa 60/80 CGS zu erreichen, beträgt etwa 290 kg/m³ (18 lbs./cu·ft.)
Der geschäumte Beton sollte auf eine Weise aushärten gelassen werden, welche die Wasserverlustgeschwindigkeiten verringern wird. Vorzugsweise werden nur die Selbsttrocknungswirkungen des Aushärtens für den Großteil des Wasserverlusts verantwortlich sein. Dies kann durch Gießen von Abschnitten aus Porenbeton in Holzformen, die mit Kunststoff Folienmaterial ausgekleidet sind, das sich ebenfalls oben auf dem Porenbeton erstreckt. 6 ist eine vereinfachte Illustration einer oben offenen Holzform 90, die zur Verwendung nach der Erfindung geeignet ist. Die Form 90 kann typischerweise innere Längen- bzw. Breitenabmessungen von 2,4 × 1,2 m (8 mal 4 Fuß) und eine Innenhöhe haben, die für die bestimmte Dicke des unter Verwendung der Form herzustellenden Blocks geeignet ist. Wie gezeigt, wird eine Kunststoffauskleidung 92, die Innenflächen bedeckt und einen/mehrere Abdeckabschnitt/e hat, der/die über der oberen Fläche des in die Form eingebrachten Porenbetons liegt/en, innerhalb der Form 90 eingeschlossen und angeordnet. Die Verbindung der Form 90 und einer Auskleidung 92 aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material ermöglicht das Gewährleisten kontrollierter Verdunstungsbedingungen während des Aushärtezeitraums für Abbremsblöcke, die nach der Erfindung hergestellt werden. Bevorzugte Aushärtebedingungen schließen Umgebungstemperaturen ein, die nahe der typischen Raumtemperatur (etwa 21°C (70°F)) liegen. Das Aushärteverfahren wird mit den Materialien und der Mischung variieren, ist aber normalerweise in etwa 21 Tagen abgeschlossen.
Die Konstruktion eines Abbremsbettsystems kann durch Herstellen des Porenbetons in einer zentralen Herstellungseinrichtung oder am Standort des Betts und Gießen des Betons in Formen entsprechender Abmessungen, um die gewünschte Geometrie für das System zu erreichen, ausgeführt werden. Jedoch hat es sich gezeigt, daß es im Interesse der Gleichförmigkeit der Materialeigenschaften und der Gesamtqualitätskontrolle zu bevorzugen ist, Abschnitte des Gesamtbetts unter Verwendung von Formen entsprechender Abmessungen zu gießen und danach die Abschnitte zum Standort zu transportieren und sie einzubauen, um die Gesamtkonfiguration des Betts herzustellen. Im letzteren Fall können solche Einheiten oder Abschnitte, in der Form von Blöcken vorher festgelegter Größen, hergestellt und bis zum Abschluß der Qualitätskontrollprüfung vorgehalten werden. Dann können die Blöcke an den Standort gebracht und unter Verwendung von Asphalt, Zementmörtel oder einem anderen geeigneten Haftmaterial, in Abhängigkeit von den Baumaterialien des Sicherheitsbereichs selbst, an den Rollbahnsicherheitsbereich geklebt werden.
In jedem Fall wird auf die freigelegten Oberflächen jedes Blocks des zusammengebauten Abbremsbetts vorzugsweise ein Hartschichtmaterial aufgebracht, um eine festere Oberfläche bereitzustellen, die nicht so leicht zu verformen ist wie die Hauptstruktur des Bettes selbst, was ein Ausführen der Wartung ohne ernsten Verformungsschaden an der Hauptstruktur ermöglicht. Ein bevorzugtes Hartschichtmaterial umfaßt geschäumten Beton, bei dem die Naßdichte etwas höher ist, zum Beispiel im Bereich von etwa 350 bis 420 kg/m³ (22 bis etwa 26 lbs/cu·ft.) liegt.
Um einen größeren Kontext zum Beschreiben von Abbremsblöcken zu liefern, die durch Verfahren nach der Erfindung hergestellt werden, wird in 1A, 1B und 1C ein Beispiel eines vollständigen Abbremsbettsystems unter Benutzung solcher Blöcke illustriert. Wie gezeigt, schließt das Abbremsbett grundsätzlich einen ersten Abschnitt 52, der aus seitlichen Reihen vom Abbremsblöcken einer ersten Druckgradientenfestigkeit (z.B. einer CGS von 60/80) zusammengebaut wird, und einen Abschnitt 54, der aus Reihen vom Abbremsblöcken einer höheren Druckgradientenfestigkeit zusammengebaut wird, ein. Die Abbildungen zeigen, daß eine Anfangsreihe von Abbremsblöcken eine Dicke oder Höhe von 23 cm (9 Zoll) hat, wobei anschließende Reihen in der Höhe um Schritte von 2 cm (3/4 Zoll) zunehmen. Bestimmte anschließende Reihen von Abbremsblöcken im Abschnitt 54 haben schrittweise Höhenunterschiede von 7,5 cm (3 Zoll). Die Verbindung von schrittweise zunehmender Höhe und unterschiedlicher CGS gewährleistet eine zunehmende Widerstandswirkung für die Verzögerung eines Flugzeugs, das in das Abbremsbett eintritt. Das Abbremsbett wird unten detaillierter beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein Beispiel eines Fahrzeugabbrems- oder -verzögerungsblocks 70 illustriert, hergestellt aus Porenbeton, der durch ein Verfahren nach der Erfindung gefertigt werden kann.
Der Block 70 ist geeignet für Verwendungen, wie beispielsweise Fahrzeugabbremsbettsysteme, die am Ende von Flughafenrollbahnen eingebaut werden, um die Fahrt eines Flugzeugs abzubremsen, welches das Ende der Rollbahn überrollt, sowie ähnliche Arten von Einrichtungen, um Lastkraftwagen oder andere Fahrzeuge anzuhalten. Bei anderen Anwendungen sind Blöcke oder andere Einheiten aus Porenbeton verschiedener Größen und Konfiguration verwendbar, um die Bewegung verschiedener Arten von Geschossen und anderen Gegenständen abzubremsen.
Wie in 2 gezeigt wird, hat der Fahrzeugabbremsblock 70 allgemein eine Höhe oder Dicke 72, die geringer ist als die Fahrzeugkörper-Bodenfreiheit eines zu verzögernden Fahrzeugs. Der Block 70 kann folglich in der Bahn eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Flugzeugs, das verzögert werden soll, angeordnet werden, mit dem Ziel, mit dem Fahrwerk (z.B. Rädern) des Flugzeugs in Wechselwirkung zu treten, ohne unmittelbar in Berührung mit dem Rumpf zu kommen. Wenn die Verwendung für eine Vielfalt von großen und kleinen Flugzeugen vorgesehen ist, mag es als Ausnahme vom Vorangehenden auf Grund der Notwendigkeit, eine gewünschte Verzögerungsfähigkeit für größere Flugzeuge zu gewährleisten, nicht möglich sein, die Rumpfbodenfreiheit für kleinere Flugzeuge zu sichern. Nach der Erfindung wird der Block 70 so gefertigt, daß er eine rückprallfreie Druckgradientenfestigkeit hat, die wirksam ist, um die Fahrt eines Fahrzeugrades zu verzögern oder zu verlangsamen. Ein wichtiges, aber sekundäres, Ziel ist, dies, falls möglich, zu erreichen, ohne daß es zum Ausfall einer zugeordneten Flugzeugbugrad-Stützstruktur führt. Um diese Ziele zu erreichen, umfaßt der Block 70 einen vorgehärteten freistehenden Block aus Beton, der eine Trockendichte in einem Bereich von 190 bis 350 kg/m³ (12 bis 22 Pfund pro Kubikfuß (pcf)) hat. Zur Verwendung beim Zusammenbau eines typischen Flugzeugabbremsbettes, wie es in 1A, 1B und IC illustriert wird, können Blocks aus Porenbeton in der in 2 gezeigten Form gefertigt werden, mit einer gleichförmigen Breite 74 (nominell 1,2 m (4 Fuß)) und Länge 76 (nominell 2,4 m (8 Fuß)) und Dicke 72 (typischerweise 23 bis 76 cm (9 bis 30 Zoll)), die in Schritten (typischerweise von 2 bis 7,5 cm (3/4 bis 3 Zoll) variieren kann, um das Bereitstellen von vorn nach hinten verjüngter Bettkonfigurationen zu ermöglichen, die vorher festgelegte schrittweise Zunahmen der Widerstandskräfte gewährleisten können.
Wie in 2 illustriert, schließt der Abbremsblock 70 zwei Querschlitze 78 und 80 ein, konfiguriert, um das Handhaben und Anordnen des Blocks zu erleichtern. Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform werden zwei Kunststoffhülsen von 1,2 m (4 Fuß) Länge und mit jeweils einer rechteckigen Öffnung von annähernd 4 cm (1,5 Zoll) Höhe mal 10 cm (4 Zoll) Breite auf der inneren Bodenfläche einer Aushärteform angeordnet, bevor eine Porenbetonaufschlämmung in die Form eingebracht wird. Bei dieser Ausführungsform werden die Hülsen folglich in den Block geformt und verbleiben im Boden des sich ergebenden Abbremsblocks eingebettet, wenn er aus der Form entnommen wird, nachdem das Aushärten abgeschlossen ist. Die Kunststoffhülsen haben eine kostengünstige Konstruktion und müssen nur ausreichend fest sein, um ein Zusammenfallen während des Einbringens und des Aushärtens des Porenbetons in der Form zu vermeiden. Wenn er ausgehärtet ist, schließt der sich ergebende Abbremsblock 70 zwei strukturell in den Block geformte Querschlitze 78 und 80 ein. Es wird zu erkennen sein, daß ein verhältnismäßig leichter Porenbetonblock, der Abmessungen von 1,2 × 2,4 m (4 × 8 Fuß) mal 20 cm (8 Zoll) in der Dicke hat, eine verhältnismäßig zerbrechliche Struktur sein wird, soweit es Handhaben, Bewegen und Anordnen des Blocks betrifft. Das heißt, daß ein Versuch, den Block ohne die notwendige Sorgfalt aufzunehmen, leicht dazu führen kann, ein Springen oder Brechen des Blocks zu verursachen. Nach der Erfindung wird das Bruchproblem weitgehend verringert, während ermöglicht wird, daß die Blocks leicht zu bewegen und in einem Abbremsbett anzuordnen sind. Die Schlitze 78 und 80 werden typischerweise jeweils von jedem Ende etwa ein Sechstel der Blocklänge nach innen angeordnet. Dann kann leicht ein Gabelstaplerfahrzeug oder eine Vorrichtung mit zwei annähernd bemessenen und geformten Vorsprüngen, die in die Schlitze 78 und 80 eingeführt werden können, eingesetzt werden, um einen Block anzuheben, zu bewegen und von einer Position zu einer anderen zu bewegen. Es kann eine Vielfalt von anderen Anordnungen, wie beispielsweise die Verwendung von erhöhten Stegabschnitten, die in der Form verbleiben, eingesetzt werden, um geeignete Querschlitze, vergleichbar den Schlitzen 78 und 80, bereitzustellen.
Im einzelnen umfaßt der Block 70 Porenbeton, der aus einer Verbindung hergestellt wird, die folgendes einschließt:

– eine Aufschlämmung aus Wasser und Zement, typischerweise in einem Verhältnisbereich von 0,5:1 bis 0,6:1,
– einen aus Wasser und einem Schaumbildner hergestellten Schaumstoff, der typischerweise eine Dichte im Bereich von 35 bis 42 kg/m³ (2,2 bis 2,6 pcf) hat, und
– eine Aushärteform, angeordnet, um eine dreidimensionale Stütze mit kontrollierter Verdunstung für eine Mischung aus Aufschlämmung und Schaumstoff bereitzustellen, die eine Naßdichte in einem Bereich von 220 bis 370 kg/m³ (14 bis 23 pcf) hat.

Eine solche Verbindung ist wirksam beim Bereitstellen eines Abbremsblocks aus Porenbeton mit einer kontinuierlichen Druckgradientenfestigkeit in einem Bereich von 280 bis 970 kPa (40 bis 140 Pfund/Quadratzoll) über wenigstens 60 Prozent seiner Dicke. Die spezifische Druckgradientenfestigkeit für einen bestimmten Block kann durch bestimmteres Vorschreiben der besonderen Parameter innerhalb der angegebenen Bereiche innerhalb eines viel engeren Bereichs ausgewählt oder vorgeschrieben werden, wie es für eine bestimmte Anwendung angemessen ist.
Um die Fertigung von Fahrzeugabbremsblöcken zu ermöglichen, die vorgeschriebene und wiederholbare Druckgradientenfestigkeiten für bestimmte Anwendungen und einen hohen Gleichförmigkeitsgrad einer solchen Festigkeit durch den gesamten Porenbeton, der den Block bildet, haben, werden Verzögerungsblöcke und insbesondere Fahrzeugabbremsblöcke wünschenswerterweise aus Materialien hergestellt, die den folgenden Vorschriften entsprechen. Die Aufschlämmung aus Wasser und Zement ist einem Mischen mit hoher Scherung unterworfen worden und konnte vor dem Mischen mit dem Schaumstoff einen mit der Hydratisierung in Verbindung stehenden Temperaturanstieg im Bereich von 3 bis 7°C (5 bis 12 Grad Fahrenheit (F)) erfahren, um eine Temperatur zu erreichen, die 32°C (89°F) nicht übersteigt. Bei einem gegenwärtig bevorzugten Verfahren wird ein mit der Hydratisierung in Verbindung stehender Temperaturanstieg im Bereich von 3,5 bis 4,5°C (6 bis 8°F) erfahren, um eine Temperatur zu erreichen, die 31°C (87°F) nicht übersteigt.
3, 4 und 5 illustrieren nach Ausführungsformen der Erfindung gefertigte Porenbetonblöcke, die in Abbremsbettsystemen verwendet werden können. Der Block von 3 ist ein Verbundblock, der einen oberen Abschnitt 100 aus Porenbeton mit einer gewünschten CGS und eine dünne untere Schicht 102 aus festerem Porenbeton oder anderem Material einschließt, um zusätzliche Festigkeit, vor allem während des Blocktransports und -einbaus, zu gewährleisten. 4 zeigt einen Block aus Porenbeton 104, der innerhalb seines unteren Abschnitts Verstärkungselemente einschließt, illustriert in der Form eines Bewehrungsgitters aus geeigneter Faser, Metall oder anderem Material. Bei anderen Ausführungsformen können Drähte, Stäbe oder andere Konfigurationen aus geeigneten Materialien verwendet werden. 5 illustriert einen Block 108 aus Porenbeton, der innerhalb desselben zerdrückbare Stücken oder Formen aus anderem Material enthält. Wie in etwas idealisierter Form dargestellt, kann ein solches Material eines oder mehrere des folgenden umfassen: regelmäßige oder unregelmäßige Stücken eines zusammendrückbaren Materials, Glas- oder Keramikkugeln, hohle Gegenstände von ausgewähltem Material und Form oder andere geeignete Stücken. Diese Blockkonfigurationen können durch Einbringen dieser Gegenstände in die Gießformen oder in den nassen Porenbeton gefertigt werden. Es wird zu erkennen sein, daß dem Block zugegebene Gegenstände oder Materialien typischerweise angrenzend an die Bodenfläche (3 und 4) angeordnet oder überall verteilt (5) werden. Solche Gegenstände oder Materialien werden folglich eine geringere Wirkung beim Verzögern eines Fahrzeugs oder anderen Gegenstands haben, beim Festlegen der CGS berücksichtigt werden oder beides.
Es wird zu erkennen sein, daß kein geeigneter Ansatz von Porenbeton verfügbar war, obwohl der bekannte technische Stand zum Beispiel die möglichen Vorteile eines aus einem Schaumstoffmaterial konstruierten Flugzeugabbremsbettes anerkannte. So waren Charakteristika der Gleichförmigkeit von Festigkeit und Bruchstauchungsfestigkeit innerhalb eines engen vorhersagbaren Bereichs und kontinuierlich über einen Dickenbereich weder erforderlich noch erreichbar, während Porenbeton für verschiedene Verwendungen verfügbar war, die geringes Gewicht und wenigstens eine Mindestfestigkeit vor einem Materialversagen oder -zusammenfallen erforderten.
Das Verfahren dieser Ausführungsform ermöglicht, daß ein Abschnitt aus Abbremsmaterial hergestellt wird, gekennzeichnet durch eine Druckgradientenfestigkeit, die wirksam ist, um die Bewegung eines sich bewegenden Gegenstands abzubremsen, ohne den Gegenstand zu zerstören.
Durch Einstellen der relevanten Parameter, die auf der Grundlage erzielter Ergebnisse feinabgestimmt werden können, können Porenbetonabbremsblöcke und andere Formen von Verzögerungsblöcken bereitgestellt werden, die eine Gleichförmigkeit und Druckgradientenfestigkeiten haben, die für Flugzeugabbremsbettsysteme und andere Verwendungen geeignet sind. Typischerweise sind Druckgradientenfestigkeiten in einem Bereich von 280 bis 970 kPa (40 bis 140 Pfund/Quadratzoll) für solche Zwecke geeignet. Nach der Erfindung ist festgestellt worden, daß Porenbeton, der mit einer Trockendichte in einem Bereich von 160 bis 400 kg/m³ (10 bis 25 pcf) gefertigt wird, für solche Zwecke geeignet ist.
DEFINITION DER „DRUCKGRADIENTENFESTIGKEIT" ODER „CGS"
Der Begriff „Druckfestigkeit" (nicht CGS) wird normalerweise so verstanden, daß er das Maß an Kraft (herkömmlicherweise in Pfund pro Quadratzoll gemessen) bedeutet, das ein Versagen der Probe bewirkt, wenn es mit einem Vektor senkrecht zur Oberfläche einer standardisierten Probe ausgeübt wird. Die meisten herkömmlichen Prüfverfahren schreiben Prüfvorrichtung, Probenahmeverfahren, Prüfmusteranforderungen (einschließlich Größe, Form- und Aushärteanforderungen), Belastungsgeschwindigkeiten und Aufzeichnungsanforderungen vor. Ein Beispiel ist ASTM C 495-86, „Standard Method for Compressive Strength of Lightweight Insulating Concrete". Während solche herkömmlichen Prüfverfahren nützlich sind, wenn Strukturen entworfen werden, die erforderlich sind, um die strukturelle Integrität unter vorhergesagten Belastungsbedingungen aufrechtzuerhalten (d.h., wenigstens eine Mindestfestigkeit haben), ist es das Ziel von Abbremsbettsystemen, auf eine vorhersagbare vorgeschriebene Weise zu versagen und dadurch eine kontrollierte, vorhersagbare Widerstandskraft zu gewährleisten, wenn das Fahrzeug den Porenbeton verformt (d.h., eine spezifische Druckgradientenfestigkeit). Folglich konzentriert sich solches herkömmliches Prüfen auf das Bestimmen der Festigkeit bis zu einem Punkt des Versagens, nicht der Festigkeit während der Bruchstauchung. Einfacher gesagt, zu wissen, welches Maß an Kraft ein Muster aus Porenbetonmaterial zerbrechen wird, beantwortet nicht die entscheidende Frage, welches Maß an Widerstand oder Verzögerung ein Fahrzeug erfahren wird, das sich durch ein Abbremsbettsystem bewegt. Im Gegensatz zu einer „einmaligen" Bruchfestigkeit wie beim bekannten technischen Stand muß das Prüfen für vorliegende Zwecke einen kontinuierlichen Bruchstauchungsmodus bewerten, wenn ein Abschnitt eines Musters kontinuierlich auf etwa zwanzig Prozent seiner ursprünglichen Dicke zusammengedrückt wird. Ausrüstungen und Verfahren, die für ein solches kontinuierliches Prüfen, wie es für vorliegende Zwecke angemessen ist, geeignet sind, sind bisher nicht verfügbar gewesen.
Auf Grund der breiten Vielfalt von bei Materialien und Verarbeitung von Porenbetons verfügbaren Variablen und der Größe und Baukosten von Abbremsbetten zum Prüfen ist es unerläßlich, daß genaue Prüfinformationen verfügbar sind, um das Maß an Widerstandskraft vorherzusagen, das eine bestimmte Art von Porenbeton, verarbeitet und ausgehärtet auf eine bestimmte Weise, gewährleisten wird, wenn sie in einem Abbremsbettsystem verwendet wird. Durch die Entwicklung einer neuen Prüfmethodologie, um die sich ergebenden Daten, an Stelle eine einfachen einmaligen „Druckfestigkeit", auf die Messung der Widerstandkraft zu konzentrieren, die während einer kontinuierlichen Bruchstauchung einer Probe auftritt, sind neue Prüfverfahren und -vorrichtungen entwickelt worden, um ein zuverlässiges Prüfen und die Bestätigung geeigneter Porenbetonmaterialien und Verfahrensvariablen zu ermöglichen.
Im Ergebnis ist festgestellt worden, daß sich die zum Zusammendrücken von Porenbeton auf 20 Prozent seiner ursprünglichen Dicke erforderliche Druckkraft mit der Eindringtiefe verändert. Diese Charakteristik, welche die Erfinder des vorliegenden „Druckgradientenfestigkeit" oder „CGS" nennen, muß genau vorgeschrieben werden, um ein Porenbeton-Fahrzeugabbremsbett zu konstruieren, das bekannte Verzögerungscharakteristika hat, um ein Flugzeug sicher zu verlangsamen. Folglich ist ein Eindringprüfverfahren, bei dem die Druckfestigkeit einer Probe aus Porenbeton nicht gemessen wird durch Ausüben einer Kraft, die eine Probe zerbrechen wird, sondern eher kontinuierlich Informationen über Widerstandskräfte berichtet, die erzeugt werden, wenn ein Prüfsondenkopf mit einer vorgeschriebenen Druckkontaktfläche durch ein Volumen von Porenbeton bewegt wird, der Schlüssel zum Gewinnen der Daten, die zum Ansetzen und Verwenden von Porenbeton bei Abbremsbettanwendungen notwendig sind, sein. So gemessen, wird sich die CGS über einen Bereich mit der Eindringtiefe verändern, was zu einem Gradientenwert (wie beispielsweise einer CGS von 60/80) führt, statt zu einem einfachen einzelnen Bruchwert wie bei früheren Prüfungen.
Für vorliegende Zwecke wird der Begriff „Druckgradientenfestigkeit" (oder „CGS") so verwendet, daß er die Druckfestigkeit eines Abschnitts aus Porenbeton von einer Oberfläche aus und sich fortsetzend zu einer inneren Eindringtiefe, die typischerweise 66 Prozent der Dicke des Abschnitts betragen kann, bezeichnet. So definiert, entspricht die CGS nicht der Druckfestigkeit, wie sie durch standardmäßige ASTM-Prüfverfahren festgestellt wird.
7 illustriert die CGS-Charakteristika einer für einen Block aus dem Abschnitt 52 von 1 repräsentativen Porenbetonprobe, wie durch Prüfung festgestellt. In 7 stellt die untere Skala den Prozentsatz des Prüfsondeneindringens dar, ausgedrückt in Zehnteln der Probendicke oder höhe. Die vertikale Skala stellt die Prüfsondendruckkraft dar, ausgedrückt in Pfund pro Quadratzoll (pounds per square inch – psi). Die Prüfdaten von Interesse liegen typischerweise innerhalb des Eindringbereichs von 10 bis 66 Prozent der Probendicke. Daten außerhalb dieses Bereichs können weniger zuverlässig sein, wobei jenseits von etwa 70 Prozent Eindringen Aufbauwirkungen von zerdrücktem Material auftreten.
Wie in 7 illustriert, zeigt die Bruchfestigkeit von Porenbeton einen Gradienten, wobei der Widerstand gegen das Zusammendrücken mit der Eindringtiefe zunimmt. Die Linie durch die Punkte A und B in 7 stellt eine verallgemeinerte CGS von 60/80 dar, d.h., eine CGS, gekennzeichnet durch eine Druckfestigkeit, die sich über einen Eindringbereich von 10 bis 66 Prozent von ungefähr 410 kPa (60 psi) auf ungefähr 550 kPa (80 psi) verändert. Der Durchschnitt über diesen Bereich entspricht folglich am Mittelpunkt C nominell 480 kPa (70 psi). Die Linien D und E stellen Qualitätskontrollgrenzen dar, und die Linie F stellt tatsächliche Prüfdaten dar, wie für eine spezifische Prüfprobe aus Porenbeton aufgezeichnet. In diesem Beispiel stellt eine Prüfprobe, für welche die Testdaten über einen Eindringbereich von 10 bis 66 Prozent innerhalb der Qualitätskontrollgrenzlinien D und E bleiben, einen innerhalb annehmbarer Toleranzen gefertigten Abbremsblock dar. 8 ist eine ähnliche Illustration von CGS-Charakteristika eines Verzögerungsblocks mit einer CGS von 80/100, die nominell 620 kPa (90 psi) entspricht, wenn sie über eine ausgewählte Eindringtiefe (z.B. einen Eindringbereich von 10 bis 66 Prozent) Bemittelt wird. Für vorliegende Zwecke wird „nominell" so definiert, daß es sich auf einen Wert oder ein Verhältnis bezieht, der oder das innerhalb von etwa plus oder minus 15 Prozent eines angegebenen Wertes oder Verhältnisses liegt. Prüfverfahren und -vorrichtungen, die zum Bestimmen der CGS geeignet sind, werden in der gleichzeitig hiermit eingereichten Patentanmeldung Seriennr. 08/796968, die einen gemeinsamen Erwerber hat, offenbart.
ABBREMSBETT VON 1A, 1B UND 1C
Unter Bezugnahme auf 1 (die 1A, 1B und 1C gemeinsam einschließt) wird ein Fahrzeugabbremsbettsystem illustriert, das Abbremseinheiten wie oben beschrieben einschließt. Grundsätzlich wird das System von 1 aus vorgegossenen Blocks aus Porenbeton mit zwei unterschiedlichen Druckgradientenfestigkeiten und einer Vielfalt von unterschiedlichen Dicken aufgebaut, wobei der Einbau am Ende einer Flughafenrollbahn vorgesehen ist. Eine Unterfläche 50, die das System trägt, sollte typischerweise verhältnismäßig flach, glatt und eben (eine für Wasserablauferfordernisse geeignete Neigung vorbehalten) und in der Lage sein, Flugzeuge zu tragen, welche die Rollbahn verlassen. Die Unterfläche 50 sollte zum Anbringen und Verbinden des Abbremsbettsystems in gutem Zustand und ausreichend gereinigt sein. Um vertikale Einzelheiten zu zeigen, sind die vertikalen Abmessungen von 1B und 1C im Verhältnis zu den Abmessungen von 1A vergrößert (z.B. kann die Breite des Bettes in 1A typischerweise 46 m (150 Fuß) betragen, während die Höchstdicke des Bettes in 1B und 1C typischerweise 76 cm (30 Zoll) betragen kann. Ebenso sind bestimmte Abmessungen, wie beispielsweise die Blockgröße, der Klarheit der Illustration wegen überhöht (statt z.B. die Tausenden von Blöcken zu zeigen, die tatsächlich in einem typischen Abbremsbett eingeschlossen sind).
Wie gezeigt, schließt das Fahrzeugabbremsbettsystem von 1 einen ersten Abschnitt 52, der eine Anordnung von Blöcken mit einer ersten CGS und einer ersten Trockendichte umfaßt, und einen zweiten Abschnitt 54 ein, der eine Anordnung von Blöcken mit einer zweiten CGS und einer zweiten Trockendichte umfaßt. Wie in der seitlichen Schnittansicht von 1B gezeigt, überlappen die Abschnitte 52 und 54 einander teilweise (in einem Abschnitt, der als 52/54 betrachtet werden könnte), wobei eine verstärkte Linie die Verbindung anzeigt, wo bestimmte Blöcke des Abschnitts 52 in einem Übergangsbereich über Blöcken des Abschnitts 54 liegen. Die Blöcke des Abschnitts 52/54 können tatsächlich Verbundblöcke (d.h., Blöcke, die einen Abschnitt 52 mit einer ersten CGS und ebenfalls einen Abschnitt 54 mit einer zweiten CGS einschließen) sein. Bei anderen Ausführungsformen können gesonderte Blöcke unterschiedlicher CGS für den Abschnitt 52/54 geschichtet werden.
Im einzelnen schließen Fahrzeugabbremssysteme der in 1 illustrierten Art wenigstens eine erste seitliche Reihe von Blöcken (z.B. eine Reihe 52a) aus Porenbeton mit einer ersten Trockendichte in einem Bereich von 210 bis 300 kg/m³ (13 bis 18,5 Pfund pro Kubikfuß (pcf)) ein. Jeder der Blöcke in der ersten Reihe 52a hat eine erste Höhe und wird so gefertigt, daß er in Vertikakichtung auf eine zusammengedrückte Höhe (z.B. typischerweise etwa 80 Prozent der anfänglichen Dicke) zusammengedrückt werden kann. Diese Blöcke können so gefertigt werden, daß sie eine CGS-Charakteristik von 60/80 haben, wie in 7 dargestellt. Wie in 1A und 1B gezeigt, schließt der erste Abschnitt 52 mehrere zusätzliche seitliche Reihen ein, die als Reihen 52b bis einschließlich 52n illustriert werden, hergestellt aus Porenbeton mit den gleichen Grundeigenschaften wie die Blöcke der Reihe 52a, von denen sich aber einige von Reihe zu Reihe um einen schrittweisen Höhenunterschied unterscheiden. Ebenso überlagern, wie in Bezug auf den Überlappungsbereich 52/54 erörtert, bestimmte Reihen von Blöcken, wie beispielsweise die Reihe 52n, Blöcke einer Reihe 54d auf der Grundlage von Verbundblöcken oder geschichteten Blöcken. Bei dieser Ausführungsform wurden im Abschnitt 52 aufeinanderfolgende Veränderungen der Dicke um 2 cm (3/4 Zoll) benutzt, um Verjüngungs- oder Neigungseigenschaften zu gewährleisten, die zu allmählich zunehmenden Fahrzeugabbremsfähigkeiten führen. Bei dieser besonderen Auslegung wurden im Abschnitt 54 entsprechende Veränderungen der Dicke um 7,5 cm (3 Zoll) benutzt.
Abbremsbettsysteme der illustrierten Art schließen ebenfalls wenigstens eine seitliche Reihe 54g von Blöcken aus Porenbeton mit einer zweiten Trockendichte ein, die auf einem höheren Niveau im gleichen Bereich wie die der Blöcke im Abschnitt 52 liegen kann. Wie gezeigt, wird die seitliche Reihe 54g parallel zu und hinter der ersten seitlichen Reihe 52a angeordnet. Die Reihe 54g wird wiederum von einer seitlichen Reihe 54h mit schrittweise größerer Höhe gefolgt. Die Blöcke des Abschnitts 54 werden so gefertigt, daß sie in Vertikalrichtung zusammengedrückt werden können, wobei sie einer zweiten Druckgradientenfestigkeit unterworfen sind, die allgemein so vorgeschrieben wird, daß sie die CGS der Blöcke des Abschnitts 52 übersteigt. Diese Blöcke können so gefertigt werden, daß sie eine CGS-Charakteristik von 80/100, wie in 8 dargestellt, und eine Trockendichte in einem Bereich von 260 bis 340 kg/m³ (16 bis 21,5 pcf) haben. Bei der illustrierten Ausführungsform schließt die erste Reihe von Blöcken 54a des Abschnitts 54 nur eine einzige Schicht oder Lage der zweiten CGS ein. Darauffolgende Reihen des Abschnitts 54 schließen eine zunehmende Dicke des Materials mit der zweiten CGS ein, bis die Blöcke des Abschnitts 54 jenseits des Abschnitts 52 die volle Höhe des Abbremsbettes erreichen. Darauffolgende Reihen des Abschnitts 54 nehmen dann um Schritte von 7,5 cm (3 Zoll) an Dicke zu, bevor sie die volle Höhe in einem hinteren ebenen Abschnitt erreichen, der Reihen der gleichen Dicke umfaßt, die sich bis zur letzten Reihe 54n fortsetzen. Reihen mit gesteigerter Höhe, wie beispielsweise die Reihe 54n, können, in Abhängigkeit von Fertigungs-, Handhabungs- und Anlieferungserwägungen, aus zwei oder drei übereinandergelegten Blöcken verringerter Dicke oder aus Reihen verhältnismäßig dicker Blöcke hergestellt werden.
Wie gezeigt, schließt das System von 1 ferner eine geneigte Eingangsrampe 56 ein, die über die Fahrzeugeingangsvorderseite der ersten seitlichen Reihe 52a angeordnet wird. Die Rampe, die aus einem Asphaltgemisch oder einem anderen Material dauerhafter Art hergestellt werden kann, verjüngt sich bis angrenzend an die Blöcke der Reihe 52a hinauf zu einer Höhe, die typischerweise größer ist als die zusammengedrückte Höhe der Blöcke der Reihe 52a. Bei einer besonderen Ausführungsform wurde angrenzend an 9-Zoll-Blöcke mit einer geschätzten zusammengedrückten Mindesthöhe der Blöcke der Reihe 52a eine Rampenhöhe von 3 Zoll verwendet. Eine Rampenhöhe von 7,5 cm (3 Zoll) kann angrenzend an Blöcke von 23 cm (9 Zoll) mit einer geschätzten zusammengedrückten Mindesthöhe 4,5 cm (1,8 Zoll) verwendet werden. Folglich ist die Rampe 56 wirksam, um allmählich zu den Blöcken der Reihe 52a anzusteigen. Ebenfalls im System von 1 eingeschlossen wird eine Hartschichtlage 62, in der Form einer verhältnismäßig dünnen Schutzschicht aus Porenbetonmaterial, die über den Blöcken sowohl des Abschnitts 52 als auch des Abschnitts 54 liegt (in 1B dargestellt durch die oberste Grenze des Betts). Die Hartschichtlage 62 kann eine verhältnismäßig dünne Schicht aus Porenbeton mit einer höheren Trockendichte (ausreichend, um zum Beispiel Personen zu tragen, die auf dem Abbremsbett laufen) umfassen und kann mit einer wasserbeständigen Farbe oder einer ähnlichen Beschichtung überzogen werden. Die Lage 62 wird über dem Abbremsbett aufgebracht, nachdem alle Blöcke der Abschnitte 52 und 54 angeordnet und entsprechend an die Stützfläche 50 geklebt sind.
Wie illustriert, hat das Abbremsbettsystem ebenfalls einen demselben zugeordneten Trümmerschild 58 und Wartungsfahrzeug-Eingangsrampen 60. Der Schild 58 kann aus verhältnismäßig leichtem Aluminiumblechmaterial hergestellt werden, geeignet, um durch Düsenabgas usw. weggeblasene Teilchen abzulenken, aber ausreichend zerbrechlich, um den Reifen eines Flugzeugs leicht nachzugeben. Die Rampen 60 werden bemessen und konstruiert, um zu ermöglichen, daß Flughafenfeuerwehr- oder -rettungsfahrzeuge auf das Abbremsbett fahren, um Fluggästen eines Flugzeugs Hilfe zu leisten, das innerhalb der Grenzen des Abbremsbettes zum Stehen gekommen ist. Die Rampen 60 können aus Porenbeton angemessener Festigkeit oder anderem geeigneten Material konstruiert werden.
Bei einer typischen Abbremsbetteinrichtung, die zum Abbremsen einer Vielfalt von Flugzeugtypen geeignet ist, können die Blöcke des Abschnitts 52 typischerweise Dicken haben, die sich in Schritten von 2 cm (3/4 Zoll) von 20 cm bis 61 cm (8 Zoll bis 24 Zoll) verändern und eine CGS von 60/80 gewährleisten, die, wie oben beschrieben, über eine Eindringtiefe gemittelt 480 kPa (70 psi) ergibt. Die Blöcke des Abschnitts 54 können dementsprechend Dicken haben, die sich in Schritten von 3 Zoll von 61 cm bis 76 (24 Zoll bis 30 Zoll) verändern und eine CGS von 80/100 gewährleisten, die über eine Eindringtiefe gemittelt 620 kPa (90 psi) ergibt. Bei der Fertigung der Blöcke können die Blöcke des Abschnitts 52 aus Porenbeton mit einer Naßdichte zum unteren Teil eines Bereichs von etwa 220 bis 370 kg/m³ (14 bis 23 pcf) hin angesetzt werden, während die Blöcke des Abschnitts 54 aus Porenbeton mit einer Naßdichte zum oberen Teil eines solchen Bereichs hin gefertigt werden. Die Verbundblöcke im Abschnitt 52/54 würden dementsprechend teilweise aus Material mit einer CGS von 60/80 und teilweise aus Material mit einer CGS von 80/100 bestehen. Insgesamt können die Abschnitte 52 und 54 eine Gesamtlänge von 120 m (400 Fuß), eine Breite von 46 m (150 Fuß) und eine Dicke des vorderen und des hinteren Endes von 23 cm (9 Zoll) bzw. 76 cm (30 Zoll) haben. Es wird zu erkennen sein, daß für eine beliebige besondere Umsetzung der Erfindung die erreichte Leistung von den Eigenschaften der Materialien und der Abbremssystemauslegung abhängen wird, wie vorgeschrieben und gefertigt, um ausgewiesenen standortspezifischen Leistungszielen zu entsprechen. Parameter bezüglich von Materialien oder Systemen für eine beliebige spezifische Umsetzung liegen jenseits des Rahmens vorliegender Zwecke, und spezifische Werte werden nur als allgemeine Beispiele möglicher Parametergrößen erörtert.
Die Beschaffenheit eines Porenbetonabbremsbettes ist derart, daß seine Konstruktion unabwendbar verhältnismäßig zeitaufwendig und teuer sein wird. Daher ist es wichtig, daß das Verfahren und die Informationen, die zum Gestalten des Systems verwendet werden, ausreichend zuverlässig sind, um mit der Leistung unter tatsächlichen Anwendungsbedingungen zu korrelieren und dieselbe vorherzusagen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Fertigung von Fahrzeugabbremsblöcken, die zur Verwendung in Flugzeugabbremsbettsystemen und Kraftfahrzeugfahrbahn- und -rennbahnanwendungen geeignet sind, sowie von anderen Formen von Verzögerungsblöcken, die für eine Vielfalt von anderen Gegenstandsverzögerungszwecken und -anwendungen geeignet sind.
Während die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, daß andere und weitere Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, und es ist beabsichtigt, alle Modifikationen und Variationen zu beanspruchen, wie sie in den Rahmen der Erfindung fallen, wie sie in den Ansprüchen definiert wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Abschnittes aus Abbremsmaterial, gekennzeichnet durch eine Druckgradientenfestigkeit, die wirksam ist, um eine begrenzte Abbremsung eines sich bewegenden Objektes zu bewirken, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Bilden einer Aufschlämmung aus Zement und Wasser; (b) Herstellen eines Schaumstoffes aus Wasser und einem Schaumbildner; (c) Mischen der Aufschlämmung und des Schaumstoffes, um Porenbeton zu liefern; (d) Anordnen eines Teils des Porenbetons in einer Form (90), die für die Form des Abschnittes repräsentativ ist; und (e) Aushärten des Porenbetons unter kontrollierten Verdunstungsbedingungen, um den Abschnitt aus Abbremsmaterial in einer selbsttragenden dreidimensionalen Form bereitzustellen, die für das Bewirken einer Abbremsung eines sich bewegenden Objektes geeignet ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Aufschlämmung einen mit der Hydratisierung in Beziehung stehenden Temperaturanstieg in einem Bereich von 3 bis 7°C (5 bis 12°F) erfahren darf, um eine Aufschlämmungstemperatur zu erreichen, die nicht 32°C (89°F) übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (a) das Schleudern der Aufschlämmung in einen Strom umfaßt, um ein Mischen mit hoher Scherung herbeizuführen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem beim Schritt (a) die Aufschlämmung aus Wasser und Zement in einem Verhältnisbereich von 0,5:1 bis 0,6:1 gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Aufschlämmung einen mit der Hydratisierung in Beziehung stehenden Temperaturanstieg in einem Bereich von 3,5 bis 4,5°C (6 bis 8°F) erfährt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem beim Schritt (c) der Porenbeton eine Naßdichte in einem Bereich von 220 bis 370 kg/m³ (14 bis 23 pcf) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem beim Schritt (e) der Porenbeton im ausgehärteten Zustand eine Trockendichte von 190 bis 350 kg/m³ (12 bis 22 pcf) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das außerdem den folgenden Schritt aufweist: Einschließen von zerdrückbaren Materialstücken (110) anders als Porenbeton innerhalb der Form.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das außerdem den folgenden Schritt aufweist: Einschließen einer Schicht aus Material (102) mit einer höheren Festigkeit, als sie der Porenbeton nach dem Aushärten aufweisen wird, innerhalb des unteren Teils der Form.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das außerdem den folgenden Schritt aufweist: Einschließen eines oder mehrerer Verstärkungselemente (106) innerhalb des unteren Teils der Form.