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Asphaltmassen zum überziehen von Rohren Zum überziehen von Rohren
werden im allgemei- innen und außen nen Asphaltmassen verwendet, welche aus einem
geblasenen Bitumen und einem Füllstoff bestehen. Hierfür werden im Handel verschiedene
Bitumensorten .empfohlen, beispielsweise ein Bitumen 115/15 mit einem Erweichungspunkt
zwischen etwa 110 und 120° C sowie ein Bitumen 95/15 mit einem Erweichungspunkt
zwischen etwa 90 und 100° C. Die Penetration solcher Bitumensorten schwankt zwischen
10 und 20. Die obere Grenze für den Erweichungspunkt liegt dabei üblicherweise bei
etwa 125° C.
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Im Hinblick auf die Einwirkungen, welchen mit solchen Asphaltmassen
überzogene Rohre während des Transports, der Lagerung, dem Verlegen und dem Lagern
in der Erde ausgesetzt sind, ist auf Grund langjähriger Versuche eine Reihe von
Vorschriften für die Zusammensetzung bzw. die Prüfung der Asphaltüberzüge auf Rohren
aufgestellt worden (vgl. »Mededelingen« N. 13 und 25 des »Centraal Instituut voorMateriaalonderzoek,
Afdeling Corrosie«, veröffentlicht von »T. N. O.«, November 1949 und Oktober 1948).
Es handelt sich dabei um die nachstehenden Bedingungen, welche auch zur Grundlage
entsprechender DIN-Normen in der Bundesrepublik gemacht werden sollen: 1. Der Erweichungspunkt
nach dem Ring- und Kugeltest soll mindestens 90° C betragen.
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2. Der Abfluß von einer 5 mm dicken Schicht bei 70° C und einem Temperaturgefälle
von 45° C soll nach 20 Stunden weniger als 6 mm betragen (Fließtest).
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3. Es sollen die Anforderungen der Kugelfallprüfung erfüllt sein bei
einer Temperatur von 0° C und einem Kugelgewicht von 66,8 g.
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4. Bei der Stempelprüfung soll der Eindruck eines runden Stempels
mit einer Oberfläche von 1 cm2 unter einer Belastung von 2,5 kg bei einer
Temperatur von 25° C nach 24 Stunden die Tiefe von 17 mm nicht überschreiten.
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5. Bei der Adhäsionsprüfung soll die Masse bei 40° C nicht von der
Unterlage abgelöst werden. Die Durchführung der vorgenannten Prüfungen ist in den
erwähnten »Mededelingen« beschrieben.
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In bezug auf den Füllstoff ist ebenfalls festgelegt, daß er keine
Stoffe enthalten darf, welche Wasser absorbieren oder gelöst enthalten, wie Kieselgur,
Zement, Ton oder Gips, und auch keine Stoffe, die den elektrischen Strom leiten,
wie Metallteilchen. Der Rückstand, der auf einem Sieb N 480-d-0,150 (im wesentlichen
übereinstimmend mit dem ASTM-Sieb 100, liegt zwischen den DIN-Normsieben Nr. 40
und 42) zurückbleibt, soll nicht mehr als 10 Gewichtsprozent betragen, und auf einem
Sieb N-480-4-0,50 (entsprechend ASTM-Sieb 35 bzw. dem DIN-Normsieb Nr. 12) darf
kein Rückstand verbleiben. Der Füllstoff soll in dem Rohrasphalt homogen verteilt
werden.
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In der Praxis gibt es noch zusätzliche Anforderungen, welche von der
speziellen Verwendung derAsphaltmasse abhängen. Diese wird im allgemeinen auf die
Rohre in flüssigem Zustand bei etwa 240 bis 260° C aufgebracht. Es sind daher Asphaltmassen
erwünscht, die bei den üblichen Anwendungstemperaturenleidht aufgebracht werden
können. Dies bedeutet, daß man bezüglich der Menge des Füllstoffs praktisch begrenzt
ist auf weniger als 35.Gewichtsprozent und daß der Erweidhungspunkt des geblasenen
Bitumens an eine obere Grenze von 125° C gebunden ist.
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Bisher ist es nichtmöglich. gewesen, im technischen Ausmaß Asphaltmassen
herzustellen, die allen diesen Anforderungen entsprechen. Eine besondere Schwierigkeit
liegt darin, daß die Asphalte der Kugelfallprüfung und der Stempelprüfung gleichzeitig
entsprechen sollen.
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Es ist nun gefunden worden, daß Asphaltmassen mit den gewünschten
Eigenschaften durch Anwendung ganz bestimmter geblasener Bitumina und ganz bestimmter
Füllstoffe hergestellt werden können. Das
geblasene Bitumen soll
einen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) im Bereich von 100 bis 125° C aufweisen
und der Formel V=8P+61±5 entsprechen. In dieser Formel bedeutet V den Erweichungspunkt
(Ring und Kugel) in o C, und P ist der Penetrationsindex des Bitumens. Der Füllstoff
soll erhalten worden sein durch Vermahlen eines gegen Wasser unempfindlichen Materials,
von welchem nicht mehr als 10 Gewichtsprozent auf einem ASTM-Sieb 325 (entsprechend
dem DIN-Normsieb Nr. 125) zurückbleibt und kein Rückstand auf einem ASTM-Sieb 50
(entsprechend DIN-Normsieb Nr. 20) zurückbleibt.
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Der Ausdruck »gegen Wasser unempfindliches Material« soll Füllstoffe
ausschließen, die Wasser absorbieren oder in Wasser löslich sind.
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Bei den beiden nachstehend beschriebenen Prüfreihen wurde ein Talkumpulver
als Füllstoff verwendet, das durch Vermahlen von Talkum erhalten worden war und
dessen Siebanalyse in Tabelle I angegeben ist. Dieses Talkumpulver, das nachstehend
als »Talkumpulver A« bezeichnet wird, entsprach den erfindungsgemäßen Bedingungen.
| Tabelle I |
| Siebanalyse von Talkumpulver A |
| Gesamtrückstand, Gewichtsprozent |
| zurückgehalten auf ASTM-Sieb 50 ..... 0 |
| zurückgehalten auf ASTM-Sieb 100 ..... 0,02 |
| zurückgehalten auf ASTM-Sieb 200 ..... 1,4 |
| zurückgehalten auf ASTM-Sieb 325 ..... 9,4 |
| geht durch das ASTM-Sieb 325 . . . . . . . . . . 90,6 |
Bei den ersten Versuchsreihen wurden unterschiedliche Mengen dieses Talkumpulvers
mit dem nachstehend als »Bitumen A« bezeichneten geblasenen Bitumen vermischt. Die
Tabelle II zeigt die Eigenschaften dieses Bitumens, die Mengen des Bitumens und
des Talkumpulvers in den Asphaltmassen sowie die Eigenschaften derselben.
| Tabelle 1I |
| Zusammensetzung (Gewichtsteile) |
| Bitumen A |
| Eigenschaften 100 90 1 80 70 Vorschriften |
| Talkumpulver A |
| - 10 I 20 30 |
| I |
| Erweichungspunkt, ° C . . . . . . . . . . 112 |
| 144 116 |
| 119 min. 90 |
| Penetration in lho mm . . . . . . . . . . . 31 29 ! 28 26,5
- |
| Penetrationsindex . . . . . . . . . . . . . . . +6,6 +6,6
+6,7 +6,8 - |
| Fließtest, mm ................... 1,5 1,0 1,0 1,0 < 6 |
| Kugelfallprüfung, mm ........... 27,4 23,8 19,8 16,1 max. 17 |
| Stempelprüfung, g . .. .. ..... . . . . . 66,8 130,3 , 111,7
,I 94,6 min. 66,8 |
| Adhäsionstest ... .......... .. . . .. befriedigend |
Bei der zweiten Versuchsreihe wurden verschiedene Mengen des gleichen Talkumpulvers
mit einem geblasenen Bitumen ver mischt, das nachstehend als »Bitumen B« bezeichnet
wird. Die Tabelle III enthält die entsprechenden Daten wie Tabelle 1I für diese
zweite Versuchsreihe.
| Tabelle III |
| Zusammensetzung (Gewichtsteile) |
| Bitumen A |
| Eigenschaften 100 90 1 80 70 Vorschriften |
| Talkumpulver A |
| - I 10 20 j 30 |
| Erweichungspunkt, o C . . . . . . . . . . 115 116,5 117,5 -
119,5 min. 90 |
| Penetration in 1/io mm . . . . . . . . . . . 28 26,5 25 23
- |
| Penetrationsindex ............... -I-6,6 -I-6,6 I -f-6,6 !
-I-6,5 - |
| Fließtest, mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0,8 0,5
! 0,5 < 6 |
| Kugelfallprüfung, mm ........... 21,3 18,9 i 16,8 12,7 max.
17 |
| Stempelprüfung, g ............... 44,7 80,1 80,1 i 44,7 min.
66,8 |
| Adhäsionstest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . befriedigend |
In der Zeichnung sind die erfindungsgemäß zu verwendenden Bitumina graphisch durch
das Parallelogramm PQRS gekennzeichnet. Auf der Abszisse sind die Erweichungspunkte
(Ring und Kugel) und auf der Ordinate die Werte für den Penetrationsindex aufgetragen.
Die Bitunäna A und B sind in der Abbildung durch die Punkte
A bzw.
B dargestellt, die innerhalb des Parallelogramms PQRS liegen und daher den
erfindungsgemäßen Bedingungen entsprechen.
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Zum Vergleich sind auch noch die entsprechenden Bereiche für handelsübliche
geblasene Bitumina des Typs 115115 bzw. 95115 wiedergegeben. Es wird
aus
der grarhischen Darstellung deutlich, daß die erfindungsgemäß
einzusetzenden geblasenen Bitumina einen ganz neuen Typ darstellen, der sieh hinsichtlich
seiner Eigenschaften von den bekannten und für Asphaltmassen zum Überziehen von
Rohren bisher verwendeten Sorten unterscheidet.
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Die Linie RS stellt den Erweiohungspunkt der Bitumina bei einer Temperatur
nicht über 125° C dar. Die Linie PQ bestimmt den Erweichungspunkt der Bitumina bei
einer nicht unter l00° C liegenden Temperatur (vgl. den Fließtest). Bevorzugt anzuwendende
Bitumina haben einen Erweichungspunkt im Bereich von 105 bis 120° C. Bitumina, die
in der Nähe der Linie QR (V = 8 P -t- 56) liegen, verhalten sich recht gut bei der
Stempelprüfung, aber weniger gut bei der Kugelfallprüfung. Andererseits zeigen Bitumina,
die in der Nähe der Linie PS (V = 8 P + 66) liegen, einen verhältnismäßig günstigen
Wert beim Kugelfalltest, über einen schlechten Wert bei der Stempelprüfung (vgl.
hierzu die Tabelle II und III). Die Tabellen 1I und 1I zeigen auch, daß eine konstante
Verbesserung bei der Kugelfallprüfung erzielt wird, wenn dem Bitumen steigende Mengen
eines Füllstoffes zugesetzt werden. Gleichzeitig steigen dabei jedoch die Werte
bei der Stempelprüfung bis zu einem bestimmten Maximum an und sinken dann wieder
ab. Durch Anwendung von geblasenen Bitumina und Füllstoffen, welche beide den erfindungsgemäßen
Bedingungen entsprechen, können Asphaltmassen hergestellt werden, welche den genormten
Vorschriften entsprechen (vgl. zum Beispiel das Gemisch 70: 30 in Tabelle II und
das Gemisch 80: 20 in Tabelle III). Die Menge des zu verwendenden Füllstoffes kann
leicht durch einige Vorversuche bestimmt werden. In manchen Fällen muß die Menge
eines bestimmten Füllstoffes um so höher sein, je näher das Bitumen in der graphischen
Darstellung bei der Linie QR liegen würde. Andererseits .hängt die Menge des erforderlichen
Füllstoffs aber auch von der Art des Füllstoffes und der Siebanalyse ab. Die Auswirkung
der Siebanalyse des Füllstoffes wird durch Tabelle IV erläutert.
| Tabelle IV |
| Zusammensetzung (Gewichtsprozent) |
| Bitumen A .... .......................... 100 - - - 70 70 70 |
| Talkumpulver B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . - 100 - - 30 - - Vorschriften |
| Talkumpulver A .......................... - - 100 - - 30 - |
| Talkumpulver C .......................... - - - 100 - - 30 |
| I |
| I |
| Eigenschaften: |
| Siebanalyse |
| Gesamtrückstand, zurückgehalten auf |
| ASTM-Sieb 35, Gewichtsprozent . . . - 0 0 0 - - - 0 |
| Gesamtrückstand, zurückgehalten auf |
| ASTM-Sieb 50, Gewichtsprozent ... - 0,02 0 0 - - - - |
| Gesamtrückstand, zurückgehalten auf |
| ASTM-Sieb 100, Gewichtsprozent . . - 0,44 0,02 0 - - - max.
10 |
| Gesamtrückstand, zurückgehalten auf |
| ASTM-Sieb 200, Gewichtsprozent 8,75 1,4 0 - - - - |
| GesämtrÜckstand, zurückgehalten auf |
| ASTM-Sieb 325, Gewichtsprozent . . - 22,60 9,6 0,60 - - - - |
| Geht durch ASTM-Sieb 325 hindurch, |
| Gewichtsprozent .................. - 77,40 90,4 99,40 - - -
- |
| Erweichungspunkt ................... 112 - - - 117,5 119 121
min. 90 |
| Penetration in 1J10 mm . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
- - - 25,5 26,5 24 - |
| Penetrationsindex . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
+6,6 - - - +6,6 +6,8 +6,7 - |
| Fließtest, mm ....................... 1,5 - - - 1,0 1,0 0,5
< 6 |
| Kugelfallprüfung, mm . . . .. . . . . . . . . .... 27,4 - -
- 16,2 16,1 14,5 max. 17 |
| Stempelprüfung, g .................... 66,8 - - - 66,8 94,6
150,8 min. 66,8 |
| Adhäsionstest ........................ befrie- befriedigend |
| digend 1 |
Das Talkumpulver B ist ein typisches Beispiel für eine feinxörnige .handelsübliche
Sorte, die durch Mahlen von Talkum erhalten wird. Die Siebanalyse zeigt, daß es
den genormten Anforderungen entspricht, nicht aber den speziellen Bedingungen gemäß
der vorliegenden Erfindung. Das Talkumpulver A entspricht dagegen sowohl den genormten
Anforderungen als auch dem gemäß vorliegender Erfindung gestellten Bedingungen.
Gleiches gilt für Talkumpulver C, das gleichfalls durch Vermahlen von Talkum erhalten
wird, wobei aber von dem Produkt ein wesentlich geringerer Anteil auf dem ASTM-Sieb
325 zurückgehalten wird.
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Die Tabelle IV zeigt, da.ß mit dem Talkumpulver C noch bessere Resultate
erhalten werden als mit Talkumpulver A. Man zieht daher Füllstoffe vor, von welchen
nicht mehr als 2 Gewichtsprozent auf dem ASTM-Sieb 325 zurückgehalten werden. Besonders
günstig
sind Füllstoffe, bei welchen nicht mehr als 1 Gewichtsprozent auf dem ASTM-Sieb
325 zurückgehalten wird.
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Das zur Durchführung der Versuche von Tabelle IV verwendete Bitumen
A verhält sich bei der Stempelprüfung an sich günstig (vgl. die vorhergehenden Erläuterungen
bezüglich der Lage zur Grenzlinie QR im Parallelogramm der graphischen Darstellung).
Trotzdem war es mit dem handelsüblichen Talkumpulver B nur möglich, eine Asphaltmasse
zu erhalten, die gerade noch den genormten Prüfungsbedingungen entsprach. Eine solche
Asphaltmasse ist aber nicht zur großtechnischen Herstellung geeignet, da Schwankungen
in den Eigenschaften der verschiedenen Ansätze auftreten können und infolgedessen
ein untragbar höher Anteil der hergestellten Massen den genormten Bedingungen gerade
nicht mehr entspricht und infolgedessen verworfen werden muß.
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Wenn man berücksichtigt, was bereits in Zusammenhang mit Tabelle 1I
und III bezüglich der Menge des Füllstoffes gesagt worden ist und was aus Tabelle
IV in bezug auf die Auswirkung der Siebanalyse auf den Füllstoff hervorgeiht, kann
festgestellt werden, daß die Menge des verwendeten Füllstoffes im allgemeinen im
Bereich von 10 bis 35 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gemisch von Füllstoff und
Bitumen, liegen soll. Gewöhnlich werden jedoch 15 bis 30 Gewichtsprozent des Füllstoffes
mit 85 bis 70 Gewichtsteilen des Bitumens vermischt.
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Die Füllstoffe werden zweckmäßig mit einem Bitumen vermischt, dessen
Erweichungspunkt der Gleichung V=SP+61±3 entspricht.
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Geeignete und mit geringen Kosten zu beschaffende Füllstoffe sind
Talkumpulver und Schieferstaub.
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Die Bedeutung der Art des verwendeten Bitumens ergibt sich auch aus
den nachstehend beschriebenen Versuchsreihen, die ausgeführt worden sind mit geblasenen
Bitumina C bzw. D, die nur wenig von den erfindungsgemäß festgelegten Bedingungen
abwichen. In der Zeichnung sind diese Bitumina dargestellt durch die Punkte C und
D. Es ist ersichtlich, daß diese Punkte nicht weit außerhalb des Parallelogramms
PQRS liegen, nämlich links von der Linie QR bzw. rechts von der Linie PS. Um optimale
Ergebnisse zu erzielen, wurde in beiden Versuchsreihen Talkumpulver C verwendet
(vgl. Tabelle IV). Die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen V und VI aufgeführt.
| Tabelle V |
| Zusammensetzung (Gewichtsprozent) |
| ' Bitumen C |
| Eigenschaften 100 90 1 80 70 Vorschriften |
| Talkumpulver C |
| - I 10 20 30 |
| Erweichungspunkt, ° C . . . . . . . . . . 109 112 116 120 min.
90 |
| Penetration in 1/1o mm . . . . . . . . . . . 38 35 33 30 - |
| Penetrationsindex ............... -f-6,8 -h6,9 -I-7,0 +7,2
- |
| Fließtest, mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,5 0,5
0 0 < 6 |
| Kugelfallprüfung, mm . . . . . . . . - .. Stempelprüfung,
g . . . . . . . .. . . . . . . 111,7 225,4 198,4 173,5 min. 66,8 |
| Adhäsionstest . .. .. .. .. .. ... . . . .. befriedigend |
| Tabelle VI |
| Zusammensetzung (Gewichtsprozent) |
| Bitumen D |
| Zusammensetzung (Gewichtsprozent) 100 90 1 80 70 Vorschriften |
| Talkumpulver C |
| - I 10 I 20 J 30 |
| Erweichungspunkt, ° C . . . ....... 114 117 119 121
min. 90 |
| Penetration in 1/1o mm . . . . . . . . . . . 17 16 15,5 15
- |
| Penetrationsindex ............... +5,5 -I-5,6 -f-5,7 +5,8 - |
| Fließtest, mni ................... 0,5 0,5 0,5 0,5 < 6 |
| Kugelfallprüfung, mm ........... 7,1 5,4 4,5 3,6 max. 17 |
| Stempelprüfung, g . .. ............ 21,7 55,0 55,0 44,7 min.
66,8 |
| Adhäsionstest . .... .. .... ........ befriedigend |
Wie die Tabellen zeigen, entspricht keines der Gemische den genormten Vorschriften.
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Es wurde nun eine weitere Versuchsreihe durchgeführt unter Anwendung
von handelsüblichem Calciumsilikat als Füllstoff. Dieser Füllstoff wurde durch Fällen
hergestellt und enthielt nach dem Bild im Elektronenmikroskop Teilchen von etwa
30 m#x, die aber zu Agglomeraten mi teiner durchschnittlichen Teilchengröße von
250 m[t verbunden waren. Die Teilchen hatten eine große spezifische Oberflächenausdehnung,
nämlich etwa 80 m2/g, bestimmt durch Stickstoffadsorption. Auf einem Sieb von 325
ASTM wurde 0,1 Gewichtsprozent des Füllstoffes zurückgehalten. Soweit es die Siebanalyse
betrifft, entsprach dieser Füllstoff also sowohl den genormten Prüfungsbedingungen
als auch den speziellen Bedingungen gemäß
vorliegender Erfindung.
Der Füllstoff entsprach jedoch insofern nicht der Erfindung, als er nicht durch
Vermahlen erhalten worden war, sondern duah eine Fällungsoperation.
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Wie die Tabellen 1I bis VI zeigen, haben Gemische aus geblasenem Bitumen
und Füllstoff einen höheren Erweichungspunkt als die geblasenen Bitumina selbst.
Der Erweichungspunkt steigt mit einer Erhöhung des Füllstoffgehaltes des Gemisches
an. Wenn jedoch Füllstoffe, die den erfindungsgemäßen Bedingungen entsprechen, verwendet
werden, ist die Erhöhung im Erweichungspunkt verhältnismäßig gering, z. B. etwa
10 1/o, selbst bei Anwendung von Füllstoffmengen in der Größenordnung von etwa 35
%. Aber bei Anwendung des oben erwähnten Calciumsilikatfüllstoffes ergibt sich eine
viel stärkere Erhöhung im Erweichungspunkt des Gemisches als dem Gehalt an Füllstoff
entspricht, nämlich von 20° C, selbst wenn nur 10 Gewichtsprozent Füllstoff im Gemisch
verwendet werden. Dieses Verhalten ist für die Anwendung zum Überziehen von Rohren
sehr ungünstig und unerwünscht, da der Füllstoffanteil dann nicht gut über etwa
20 Gewichtsprozent hinaus gesteigert werden kann.
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Derartige Mengen an solchen Füllstoffen können auch nicht homogen
mit geblasenen Asphaltbitumina vermischt werden. Man ist daher auf die Anwendung
verhältnismäßig geringer Mengen beschränkt, wodurch jedoch keine Mischungen erhalten
werden, welche den genormten Bedingungen entsprechen, wie aus der nachstehenden
Tabelle VII hervorgeht.
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Zur Durchführung :dieser Versuche wurde ein geblasenes Bitumen E verwendet,
welches den Bedingungen gemäß der Erfindung entsprach. Wegen der vorstehend erwähnten
starken Steigerung des Erweichungspunktes, die durch Zugabe des betreffenden Füllstoffes
verursacht wird, wurde ein Bitumen mit verhältnismäßig geringem Erweichungspunkt
ausgewählt (vgl. den Punkt E im Parallelogramm PQRS der graphischen Darstellung).
| Tabelle VII |
| Zusammensetzung (Gewichtsprozent) |
| Bitumen E |
| Eigenschaften 100 95 90 Vorschriften |
| Calciumsilikat (durch Fällung erhalten) |
| - I 5 I 10 |
| Erweichungspunkt, ° C . . . . . . . . . . 106;5 115 126 min.
90 |
| Penetration in 1/1o mm . . . . . . . . . . . 28 26 21 - |
| Penetrationsindex . . . . . . . . . . . . . . . +5,85
+6,4 +6,8 - |
| Fließtest, mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,5 1,0
0,5 < 6 |
| Kugelfallprüfung, mm ........... 25 16,6 12 max. 17 |
| Stempelprüfung, g . . . . . .. .. . . ... . 55,0 44,7 35,8
min. 66,8 |
| Adhäsionstest . .. . . .... . . . . . . . . . . befriedigend |
Ein Calciumsilikat mit der gleichen Siebanalyse, welches jedoch durch Vermahlen
aus dem Mineral hergestellt wird, würde dagegen den erfindungsgemäßen Bedingungen
entsprechen und daher auch zu Asphaltmassen verarbeitet werden können, welche sich
befriedigend verhalten.
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Rohre können mit den erfindungsgemäßen Asphaltmassen in der üblichen
Weise überzogen werden.