-
Verfahren zur Herstellung von aus Bitumen und Mineralstoff bestehenden
Massen Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung bituminöser Massen, welche
Mineralstoffe enthalten und zum Bau von Straßen, Startbahnen auf Flugplätzen u.
dgl. oder als Fußbodenbelag usw. geeignet sind, und sich besonders durch hohe Tragfähigkeit
auszeichnen.
-
Erfindungsgemäß werden aus Bitumen und Mineralstoff, z.13. in Form
von Sand, bestehende Massen in der Weise hergestellt, daß Wasser zu einem Mineralstoff
von der sich verfestigenden Art (in dem später näher erläuterten Sinne), welcher
weniger als 3 Gewichtsprozent Wasser enthält, in solcher Menge zugesetzt wird, daß
der Anteil des Wassers mehr als 3, aber nicht mehr als 6,5 Gewichtsprozent (berechnet
auf den Mineralstoff) beträgt, und daß der behandelte Mineralstoff mit 3 bis 8 Gewichtsprozent
entweder eines nicht dispergierten bituminösen Bindemittels, das den Mineralstoff
nur bei Abwesenheit von Wasser benetzt, oder eines entsprechenden Bindemittels,
das bei An- oder Abwesenheit von Wasser den Mineralstoff benetzt, bei einer Temperatur
nicht über i oö vermischt wird.
-
Ein Bindemittel das, wie vorstehend erwähnt, den Mineralstoff nur
in Abwesenheit von Wasser benetzt, wird im folgenden als nicht dispürgierter bituminöser
Binder vom Typ i bezeichnet. Bei Verwendung bituminöser Bindemittel vom Typ i ist
es bisher als erforderlich betrachtet worden, den Mineralstoff zu trocknen, bevor
er mit dem Binder in Berührung gebracht wird. Es ist also ersichtlich, daß das Verfahren
gemäß vorliegender Erfindung grundsätzlich von der bisher üblichen Technik abweicht.
-
Ein nicht dispergiertes bituminöses Bindemittel, welches die Oberfläche
des Mineralstoffes in
Anwesenheit oder Abwesenheit von Wasser in
wesentlichem Ausmaß benetzt, wird im folgenden als nicht dispergierter bituminöser
Binder vom Typ 2 be-4eichnet.
-
Weil Bindemittel des Typs i nur imstande sind, Mineralstoffe in Abwesenheit
von Wasser zu benetzen und daher die Bindemittel des Typs i enthaltenden Zusammensetzungen
das vorhandene Wasser durch Verdampfen verlieren müssen, sollen diese Zusammensetzungen
unter solchen Umständen verwendet werden, daß sie Wasser durch Verdampfen verlieren
können. Dagegen sind die Bedingungen, unter welchen die Bindemittel des Typs 2 enthaltenden
Zusammensetzungen verwendet werden, nicht von ausschlaggebender Bedeutung.
-
Der Ausdruck: Mineralstoff von der sich verfestigenden Art, wie er
hier verwendet wird, bezieht sich auf solche Stoffe, die mindestens zu schwach zusammenhängenden
Massen zusammengekittet, d. h. verfestigt werden, wenn man sie mit Wasser benetzt,
zusammenpreßt und an der Luft trocknen läßt. Beispiele solcher Mineralstoffe sind
natürlich vorkommende Sande und Kiese, welche mindestens kleine Anteile von Ton
enthalten, sowie reine Sande, Kiese und andere derartige kornförmiöe Gemische, die
im vorerwähnten Sinne inaktiv sind, welchen aber mindestens kleine Mengen von Füllstoffen
zugesetzt worden sind, die sich ihrerseits in dem ofengenannten Sinne verfestigen.
Beispiele solcher Füllstoffe sind Calciumhydroxyd, Magnesiumoxyd, Portlandzement,
Ferrioxyd und Tone vom Montmorrilonit-Typ. Füllstoffe, wie Porzellanerde (Kaolin),
Schiefermehl, gefällter Kalk und staubförmiger Kalkstein, die an sich keine merkliche
Neigung zur Verfestigung in dem ofengenannten Sinne haben, können durch Zugabe geringer
Mengen von Calciumhydroxyd geeignet gemacht, d. h. für das vorliegende Verfahren
aktiviert werden. Der Anteil des aktiven oder aktivierten Füllstoffes, welcher in
dem Gemisch aus Mineralstoff und Binder vorliegt, muß ausreichen, um dem Mineralstoff
.die Eigenschaft der Verfestigung im obeügenannten Sinne zu erteilen; er ist im
übrigen nicht anderweitig begrenzt.
-
Der Ausdruck: nicht dispergiertes bituminöses Bindemittel, wie er
hier verwendet wird, umfaßt auch Verschnittbitumina.
-
Beispiele nicht dispergierter bituminöser Bindemittel des Typs i,
die bei dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung verwendet werden können, sind
Erdölasphalte, Rückstandsöle, Gemische solcher Asphalte oder Rückstandsöle mit Erdöl
oder Kohlenteerdestillaten, Kohlenteere, Peche oder Gemische dieser mit Kohlehteerdestillaten.
Bindemittel des Typs 2 sind gleichartige Bitumina, welche die Haftfestigkeit verbessernde
Zusätze enthalten, Beispiele dieser Zusätze sind Fettsäuren, Naphthensäuren und
Phenole (diese Zusätze sind nur wirksam in Gegenwart von Kalk) und höhermolekulare
Amine. Sie können bei Zimmertemperatur oder bei jeder höheren Temperatur zugegeben
werden, vorausgesetzt, daß die Temperatur des Gemisches mit dem Mineralstoff i oo°
nicht überschreitet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die besten Ergebnisse
erzielt, wenn die Menge des während des Vermischens vorliegenden Wassers etwa 4
bis 6% (berechnet auf das Gewicht des Mineralstoffes) beträgt, wobei eine Steigerung
des Wassergehaltes über etwa 5% keine Verbesserung der Tragfähigkeit mehr herbeiführt.
In Fällen, in welchen die Mischtemperatur hoch ist, muß eine genügende Menge Wasser
zugesetzt werden, um ein Verdampfen während des Mischens zu ermöglichen und den
gewünschten Endgehalt an Wasser zu gewährleisten.
-
Die folgenden Beispiele erläutern die Vorteile des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
-
Bei den Beispielen i bis 4 wurden Mischungen aus Mineralstoff, Füllstoffen
und bituminösen Bindern mit oder ohne Zusatz von Wasser durch gründliches Durchrühren
mit der Hand bei Zimmertemperatur (20°) im Laboratorium hergestellt. Die Gemische
wurden dann durch Walzen mit der Hand in Formen von
7,5 X
7,5 X
1,9 cm verfestigt und im Laboratorium der Luft ausgesetzt. Bei diesen Ansätzen
wurde ein in der Natur vorkommender Sand, nämlich Bucklandsand, verwendet, welcher
beim Benetzen mit Wasser, Zusammenpressen und Trocknen keine nennenswerte Verfestigung
zeigte. Die Korngrößenverteilung des Sandes war folgende:
| Unter o,o6 mm . . . . . . . . . . . . o,1 Gewichtsprozent |
| Zwischen 0,13 und o,o6 mm . . . . 3,5 - |
| - o,15 - o,13 mm .... 8,o - |
| - 0,24 - o,15 mm . . -. 58,o - |
| - 0,35 - 0,24 mm . . . .22,5 - |
| - 0,51 - 0,35 mm .... 6,o - |
| - 0,70 - 0,51 mm . . . . 1,5 - |
| - 1,27 - 0,70 mm .... 0,4 - |
Die bei diesen Beispielen verwendeten Bindemittel bestanden aus Verschnittbitumina
mit einer Viskosität von 4o bis
50 Sek., gemessen mit dem geänderten Redwood
Teerviskosimeter bei 25°.
-
Die Tragfähigkeiten von Proben der erhärteten Gemische wurden nach
verschiedenen Lagerzeiten verglichen, indem man das Ausmaß des Eindringens eines
Metallkonus mit einem Winkel von 9o° in das Material bei einet Belastung von 2 kg
während i Minute bestimmte. Zu Vergleichszwecken wird die Tragfähigkeit durch das
nachstehende Verhältnis ausgedrückt
Diese Werte werden ausgedrückt in kg/=2. Beispiel i Einfluß von Wasser und Calciumhydroxyd
in Verbindung mit Bindern des Typs i
| Gemisch Zusammensetzung in Gewichtsteilen |
| Nr. i Nr. 2 Nr. 3 I Nr. 4 |
| i |
| Bucklandsand...... Zoo Zoo Zoo 100 |
| Calciumhydroxyd .. _ 2 2 - |
| Wasser............ - 6,5 6,5 |
| Binder vom Typ i . . 5,51 5,5 5@5 5,5 |
| Gemisch Tragfähigkeit nach einer Lagerung von |
| Nr. i Tag I 7 Tagen I 28 Tagen |
| 1 0,4 kg;'cml o,5 kg,@cm2 0,6 kg; cm2 |
| 2 o,8 kg cm2 i,o kg;'cm2 1,4 kg; cm2 |
| 3 2,3 kg: cm' 3,1 kg,'cm2 3,1 kg cm= |
| 4 3,1 kg 'cm2 2,1 kg; cm2 o,6 kg,,'cm2 |
Diese Beispiele zeigen die durch die Anwesenheit von Wasser in Verbindung mit einem
aktivierenden Füllstoff erzielten Vorteile. Das Ergebnis bei Gemisch Nr.4 zeigt,
daß Wasser allein mit einem inaktiven Mineralstoff nach mehrtägiger Lagerung keine
Vorteile ergibt.
-
Beispiele Einfluß von Wasser und Calciumhydroxyd bei Bindemittel vom
Typ 2
| Gemisch Zusammensetzung inGewichtsteilen |
| Nr.5 Nr.6 |
| Bucklandsand...... ioo Zoo |
| Calciumhydroxyd .. 2 2 |
| Wasser ........... - 6,5 |
| Binde: vom Typ 2 . . 5,5 5,5 |
| Gemisch Tragfähigkeit nach einer Lagerung von |
| Nr. i Tag 7 Tagen I 28 Tagen |
| 5 0,8 kg''cm2 o,8 kg;'cm2 o,9 kg/cm2 |
| 6 |
| 2,3 kg'cm2 2,5 kg'cml 2,8 kg/cm' |
Aus diesen Ergebnissen ist der durch die Anwesenheit von Wasser und Calciumhydroxyd
erzielte Vorteil ersichtlich.
-
Beispiel 3 Einfluß von Wasser und aktiven Füllstoffen bei Binder vom
Typ i.
-
Hier werden weitere Beispiele mit einem Bindemittel vom Typ i gegeben,
bei welchen Portlandzement und Kimmeridge Ton als aktivierende Füllstoffe verwendet
wurden.
| Gemisch Zusammensetzung inGewichtsteilen |
| Nr. 7 I Nr. 8 Nr. 9 Nr. 1 0 |
| Bucklandsand...... Too Zoo Zoo Zoo |
| Portlandzement .... 2 2 - - |
| Kimmeridge Ton ... - - 2 2 |
| Wasser............ - 4 - 4 |
| Binder vom Typ i .. 4 4 4 4 |
| Gemisch Tragfähigkeit nach einer Lagerung von |
| Nr. |
| i Tag 7 Tagen I 28 Tagen |
| 7 0,6 kg;'cm2 0,7 kg; cm' o,8 kg/'cm' |
| 8 3,o kg;'cm2 3,1 kg;'em2 4,0 kg/cm' |
| 9 o,9 kg;'cm' i ,i kg!cm2 1,4 kg/cm2 |
| To 2,4 kg/cm2 2,6 kg/cm' 3,1 kg/cm' |
Beispiel 4 Aktivierung von inertem Füllstoff Es werden Beispiele für die Aktivierung
eines Füllstoffes (Porzellanerde), welcher für sich unter dem vorliegenden Gesichtspunkt
inert ist, mit Calciumhydroxyd gegeben.
| Gemisch Zusammensetzung inGewichtsteilen |
| Nr. i i I Nr. 12 I Nr. 13 Nr. 14 |
| Bucklandsand...... ioo Zoo Zoo Zoo |
| Porzellanerde ...... 2 2 1,75 1,75 |
| Calciumhydroxyd - o,25 0,25 |
| Wasser ........... - 4 - 4 |
| Binder vom Typ i . . 4 4 4 4 |
| Gemisch Tragfähigkeit nach einer Lagerung von |
| Nr. i Tag I 5 Tagen I 36 Tagen |
| 11 0,7 kg/ 'cm2 0,9 kg/CM 2 1,2 kg;'cm2 |
| 12 1,4 kg; 'cm' o,9 kgj'cm2 1,2 kg;'cm2 |
| 13 0,7 kg;'cm2 i,1 kg/cm2 i,6 kg;!cm2 |
| 14 1,5 kg/'cm2 1,7 kg%cm2 3,o kg/cm2 |
Beispiel Einfluß von Wasser bei verschiedenen Mengen des aktivierten Füllstoffes
Bei diesen Beispielen wurde an Stelle von Bucklandsand eine Sandfraktion verwendet,
deren Korngröße zwischen
0,70 und
0,51 mm lag.
| Gemisch Zusammensetzung in Gewichtsteilen |
| Nr. 15I Nr. 16I Nr. 171 Nr. 18I Nr. i9 i Nr. 20 |
| Sandfraktion |
| Korngröße |
| zwischen 0,70 |
| und o,5i mm ioo ioo ioo ioo ioo ioo |
| Porzellanerde. 5 To 15 5 10 15 |
| Calcium- |
| hydroxyd ... 2 2 2 2 2 2 |
| Wasser ...... - - - 5 5 5 |
| Binder vom |
| Typ 2 ...... 7 7 7 7 7 7 |
| Gemisch Tragfähigkeit nach einer Lagerung von |
| Nr. |
| i Tag I io Tagen I 3o Tagen |
| 15 0,2 kg/cm2 I schwach ansteigend |
| 16 0,6 kg/cm 2 - - |
| 17 3,8 kg/cm2 - _ |
| 18 1,5 kg/CM2 2,8 kg/ cm2 3,9 kg"/£M 2 |
| i9 2,8 kg/cm' 5,4 kg/'cm' 8,o kg/cm' |
| 20 6,3 kg/cm2 13,o kg/cm'@ 8,o kg/cm2 |
Die vorstehenden Ergebnisse zeigen die sehr großen Vorteile, welche auf die anfängliche
Anwesenheit von Wasser zurückzuführen sind, wenn der Anteil des vorhandenen aktivierten
Füllstoffes hoch ist.
-
Beispiel 6 Versuche mit Lagerung im Freien Die folgenden Beispiele
beziehen sich auf Versuche, die im Freien mit Dorkingsand gemacht worden sind. Dieser
Sand hatte die folgende Korngrößenverteilung
| Unter o,o6mm . . . .. . . . . . . . 6,o Gewichtsprozent |
| Zwischen 0,13 und o,o6 nun .... io,o - |
| - 0,15 - 0,13 mm .... 2,5 - |
| - 0,24 - 0,15 mm . . . .24,5 - |
| - 0,35 - 0,24 mm .... 35,5 - |
| - 0,51 - 0,35 mm .... 14,5 - |
| - 0,70 - 0,5, mm . . . . 5,0 - |
| - 1,27 - 0,70 mm .... 2,0 - |
Die Gemische wurden bei Zimmertemperatur (18°) in einem maschinell angetriebenen
Mischer von etwa cool Inhalt mit dem auf 8o° erhitzten Bindemittel vermischt. Die
Gemische wurden zu einer Schicht von i o cm Dicke ausgewalzt und verfestigt und
während des Monats Juli 1943 der Witterung ausgesetzt.
| Gemisch Zusammensetzung in Gewichtsteilen |
| Nr.21 1 Nr.22 1 Nr.23.1 Nr.24 |
| Dorkingsand ....... Zoo 100 100 100 |
| Calciumhydroxyd .. 2 2 2 2 |
| Wasser............ - 5 - 5 |
| Binder vom Typ 1.. 5,8 5,8 - - |
| Binder vom Typ 2.. - - 6,2 6,2 |
| Gemisch Tragfähigkeit nach einer Lagerung von |
| Nr. |
| r Tag 1 5 Tagen 1 21 Tagen |
| 21 1,6 kg/cm' 2,8 kg/CM' 6,9 kg/cm2 |
| 22 8,5 kg/cm2 11,2 kg/cm217,o kg,/cm' |
| 23 1,2 kg/cm 2 i,8 kg/cm2 5,o kg/cm2 |
| 24 2,8 kg/cm2 6,9 kg/cm211,2 kg,/cm' |
Obwohl es während des Versuches mehrere Male regnete, zeigen die Ergebnisse, daß
infolge der anfänglichen Anwesenheit von Wasser selbst bei einem Bindemittel vom
Typ i eine befriedigende Verbesserung bezüglich der Tragfähigkeit erzielt wurde.