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Beschreibung
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zu der Patentanmeldung betreffend Belag für Wege, Straßen und Plätze
und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen Belag für Wege,
Straßen und Plätze in Form einer durchgehenden Schicht oder in Form von in üblicher
Weise verlegten Platten oder Formsteinen sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Beim Bau von Wegen, Straßen und Plätzen ist es in der Regel notwendig,
den Erdboden zu stabilisieren und/oder mit einem Belag zu versehen. Im Prinzip geht
man so vor, daß man den Untergrund planiert, falls erforderlich dräniert und schließlich
mit einer oder mehreren Schichten verschiedener Belagmaterialien versieht. Es ist
üblich, eine tragende Schicht aufzubringen, welche dann beispielsweise mit einem
Asphaltbelag versehen wird, wenn es sich
um Wege handelt, die einer
normalen Verkehrsbelastung ausgesetzt sind. Für besonders schwere Verkehrsbelastungen
verwendet man Beton als Straßendecke.
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Aufgabe der Erfindung ist ein Belag bzw. ein Verfahren zu seiner Herstellung,
für welchen in der Industrie anfallende Abfallprodukte verwendet werden können,
wobei die Qualität der erhaltenen Beläge im wesentlichen der Qualität der heute
üblichen Beläge dieser Art entspricht oder diese übertrifft.
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Bei den in der Industrie anfallenden Abfallprodukte handelt es sich
in erster Linie um die Verwendung von Schlakken, Filterstoffen, billigeren kalkhaltigen
Stoffen und Gips, die mit geringen Mengen von Materialien vermischt werden, die
eine hydraulische Bindung ergeben.
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Der erfindungsgemäße Belag kann entweder direkt an der Auftragstelle
in Form einer durchgehenden Schicht nach üblichen Arbeitsweisen aufgebracht werden,
oder er kann in Form von Steinen, Platten, Ziegeln oder ähnlichen Formsteinen zur
Anwendung gelangen, d.h. er wird in einer Fabrik zu solchen Formgegenständen verformt
und dann in üblicher Weise an der Verbrauchsstelle verlegt, z.B. in Sand oder Beton.
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Der erfindungsgemäße Belag zeichnet sich dadurch aus, daß
er
aus einer hydraulisch abgebundenen Mischung aus üblichem Zuschlag oder Ballast mit
üblicher Korngrößenverteilung und 10 bis 30 Gew.-t, bezogen auf die wasserfreie
Gesamtmischung, an gemahlener granulierter Hochofenschlacke als Bindemittel besteht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Belages der oben
genannten Art erfolgt in an sich bekannter Weise durch Herstellen einer hydraulisch
abbindenden Mischung, Anmachen dieser Mischung mit Wasser, Aufbringen dieser angemachten
Mischung als Belag oder deren Verformung zu Platten oder Formsteinen, wobei das
Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man als hydraulisch abbindende Mischung
verwendet: einen üblichen Zuschlag oder Ballast mit üblicher Korngrößenverteilung
und 10 bis 30 Gew.-l, bezogen auf die wasserfreie Gesamtmischung, an gemahlener,
granulierter Hochofenschlacke als Bindemittel.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen näher erläutert.
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In der folgenden Beschreibung beziehen sich alle Angaben in Gew.-l
auf die trockene, fertige, hydraulisch abbindende Mischung mit Ausnahme der Angaben
in Gew.-l für Material mit einer Korngröße unter 0,075 mm, die sich nur auf das
betreffende Material beziehen.
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Bei der Herstellung von Stahl fällt in großer Menge Hochofenschlacke
an, die bislang schon für verschiedene Anwendungszwecke eingesetzt wurde, z.B. zur
Herstellung von Pflastersteinen oder in zerkleinerter Form als Zuschlag für den
Straßenbau, siehe DIN-Norm 4301.
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Diese Hochofenschlacke fällt entweder als normal gekühlte, d.h. kristalline
Hochofenschlacke, sog. Hüttenstein, an, oder sie kann auch zu sog. Hüttensand granuliert
werden, d.h. durch Aufspritzen von Wasser in eine Granulatform überführt werden.
Normal gekühlte, kristalline Hochofenschlacke besitzt keine Bindungseigenschaften,
und sie kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Zuschlag oder
Ballast nach der Zerkleinerung auf die übliche Korngröße für einen solchen Zuschlag
oder Ballast verwendet werden, wie dies auf dem Fachgebiet der Herstellung von Belägen
und insbesondere von Straßenbelägen an sich bekannt ist. So kann die zerkle-inerte,
kristalline Hochofenschlacke eine harmonische Kornverteilung oder eine Kornverteilung
entsprechend einer Fuller-Kurve aufweisen bzw. eine solche Kornverteilung, daß das
noch nicht mit Wasser angesetzte, hydraulisch abbindende Gemisch eine solche Kornverteilung
aufweist. Diese Ausführungen hinsichtlich der Korngrößenverteilung gelten selbstverständlich
auch im Fall der Verwendung von anderen Materialien als Zuschlag oder Ballast.
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Als solche anderen Zuschläge oder Ballaststoffe seien Kies, Schotter,
Bruchstein u.dgl. genannt, wie sie sonst auch zur Herstellung von Straßenbelägen
verwendet werden.
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Bei Belägen mit nicht so hoher Festigkeit kann man auch Feinmaterialien
enthaltenden Kies, Schotter oder Steine verwenden, z.B. mit Beimengungen von Ton
oder Lehm.
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Bei bestimmten vorteilhaften Ausführungsformen setzt man außer der
gemahlenen, granulierten Hochofenschlacke noch 0,5 bis 5 Gew.-t Kalk, CaO, oder
hydratisierten Kalk, Ca(OH)2,zu, um die Bindungseigenschaften der gemahlenen, granulierten
Hochofenschlacke zu verbessern. Weiterhin kann man, um die Bindung des fertigen
Belages zu verbessern, noch 0,5 bis 10 Gew.-l sog. Filterstoff zusetzen. Bei diesem
Filterstoff handelt es sich um das in Filtern für Abgase bei der Stahlherstellung
anfallende Material, das zum größten Teil aus Eisenoxiden besteht. Dieser sog. Filterstoff
ist ein Abfallprodukt, das bis heute keine wesentliche Anwendung gefunden hat. Da
in dem Filterstoff neben dem größeren Anteil an Eisenoxiden noch andere Bestandteile
beigemischt ist, die seine metallurgische Aufbereitung außerordentlich erschweren,
wurde er bislang ebenso wie Schlacken auf Halden gelagert. Oberraschenderweise wurde
nun gefunden, daß durch Zusatz von Filterstoff die Festigkeit der erfindungsgemäßen
Beläge verbessert werden kann.
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Weiterhin ist es möglich, bei bestimmten vorteilhaften Ausführungsformen
noch ein Erdalkalisulfat, insbesondere Kalziumsulfat, d.h.Gips, zu der hydraulisch
abbindenden Mischung zuzusetzen. Auch hierdurch ergeben sich Verbesserungen der
Festigkeitseigenschaften.
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Schließlich ist es bei einer vorteilhaften Ausführungsform noch möglich,
als weiteres spezielles Bindemittel Alkali-oder Erdalkalichloride zuzusetzen, wo
spezifische Zuschläge oder Ballaststoffe zur Anwendung gelangen. Als Beispiele für
solche Chloride seien Kalziumchlorid, Magnesiumchlorid, Natriumchlorid usw. genannt.
Die zuzusetzende Menge hiervon beträgt 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 2
Gew.-t.
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Die in den erfindungsgemäßen Belägen verwendete, gemahlene, granulierte
Hochofenschlacke wird aus sog. Hüttensand hergestellt, d.h. granulierter Hochofenschlacke,
die in an sich bekannter Weise durch Granulieren der schmelzflüssigen Hochofenschlacke
mittels Wasser hergestellt wird. Solche granulierte Hochofenschlacke besitzt latente
hydraulische Eigenschaften, so wird sie beispielsweise zusammen mit Zementklinker
oder anderen Zuschlägen zu Hochofenzement vermahlen.
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Oberraschenderweise wurde nun gefunden, daß man auch ohne solche Zusätze
vermahlene, granulierte Hochofenschlacke, d.h. Hüttensand, als hydraulisch abbindendes
Mittel für
Straßenbeläge in vorteilhafter Weise verwenden kann.
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Wesentlich ist hierbei, daß wenigstens 2 Gew.-t der gemahlenen, granulierten
Hochofenschlacke eine Korngröße unter 0,075 mm aufweisen, d.h. daß die granulierte
Hochofenschlacke so gemahlen wird, daß wenigstens 2 Gew.-t durch ein Sieb mit einer
Maschenweite von 0,075 mm hindurchgehen. Die Obergrenze des Anteils mit einer Korngröße
unter 0,075 mm liegt aus technischen und wirtschaftlichen Gründen bei etwa 30 Gew.-t,
selbstverständlich wäre es auch möglich, gemahlene, granulierte Hochofenschlacke
mit noch höheren Gehalten einer Korngröße unter 0,075 mm zu verwenden, jedoch hat
es sich als ausreichend herausgestellt, wenn gewisse Mindestwerte einer Korngröße
unter 0,075 mm der gemahlenen, granulierten Hochofenschlacke vorliegen und je nach
verwendetem Zuschlag oder Ballast und den geforderten Festigkeitswerten für den
Belag eingehalten werden.
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So wurde beispielsweise gefunden, daß bei Verwendung von zerkleinerter,
kristalliner Hochofenschlacke als Zuschlag oder Ballast der Mindestwert der Korngröße
unter 0,075 mm in der gemahlenen, granulierten Hochofenschlacke 2 Gew.-l beträgt.
In einem solchen Fall ist es im allgemeinen nicht erforderlich, daß mehr als etwa
10 Gew.-l eines solchen
Feinanteils in der gemahlenen, granulierten
Hochofenschlacke vorliegen.
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Bei der Verwendung von gemahlenem Stein, Naturkies, Schotter oder
Bruchstein als Zuschlag oder Ballast sollte die Mindestmenge des Materials mit einer
Korngröße unter 0,075 mm in der gemahlenen, granulierten Hochofenschlacke bei 10
Gew.-t liegen, wobei hier die Obergrenze bei etwa 20 Gew.-t liegt.
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Bei Verwendung von gemahlenem Stein, Naturkies, Schotter oder Bruchstein
mit Beimengungen von Ton oder Lehm als Zuschlag oder Ballast sollte der Mindestwert
des Materials mit einer Korngröße unter 0,075 mm in der gemahlenen, granulierten
Hochofenschlacke bei 20 Gew.-l liegen, wobei hier die Obergrenze bei etwa 28 Gew.-t
liegt. Ein Teil der gemahlenen, granulierten Hochofenschlacke mit dem jeweiligen
Gehalt an feingemahlenem Material mit einer Korngröße unter 0,075 mm kann gemäß
der Erfindung durch gemahlene, granulierte Kupolofenschlacke ersetzt werden,wobei
diese ebenfalls die der gemahlenen, granulierten Hochofenschlacke entsprechenden
Gehalte an Material mit einer Korngröße unter 0,075 mm aufweist.
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Ein vorteilhafter Bereich für den Zusatz an gemahlener Kupolofenschlacke
beträgt 5 bis 15 Gew.-l, wobei das Verhältnis
an gemahlener Kupolofenschlacke
zu gemahlener granulierter Hochofenschlacke 3 : 2 bis 1 : 5 und vorzugsweise 3 :
2 bis 2 ; 3 betragen sollte.
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Der erfindungsgemäße Belag kann durch änderungen in den Zusätzen unterschiedliche
Eigenschaftswerte erhalten, so daß er große Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere
durch die Anpassung an den jeweiligen Zuschlag oder Ballast hat.
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Der erfindungsgemäße Belag kann beispielsweise in die folgenden drei
Typen eingeteilt werden: Typ 1 Ein direkt aufbringbarer Oberflächenbelag, der in
der Regel keine besondere Deckschicht benötigt, da er eine Belastbarkeit von etwa
120 kg/cm2besitzt, enthält als Zuschlag oder Ballast zerkleinerte, kristalline Hochofenschlacke
und als Bindemittel gemahlene, granulierte Hochofenschlacke, gemahlene, granulierte
Kupolofenschlacke in einem Verhältnis von 3 : 2, wobei wenigstens 2 Gew.-t der granulierten
Hochofenschlacke und der granulierten Kupolofenschlacke durch ein Sieb mit einer
Maschenweite von 0,075 mm hindurchgehen, weiterhin enthält er eine geringe Menge
an Kalk sowie Filterstoff.
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Typ 2 Dieser Belag enthält als Zuschlag Kies, Schotter, Bruchstein
usw. und als hydraulisches Bindemittel gemahlene, granulierte Hochofenschlacke mit
wenigstens 10 Gew.-t Anteilen mit einer Korngröße unter 0,075 mm, weiterhin feingemahlenen
Gips sowie Kalk und Filterstoff. Die Festigkeit eines solchen Belags liegt bei 50
bis 60 kg/cm2.
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Typ 3 Dieser Belag, der beispielsweise für Landwege verwendet werden
kann, enthält als Zuschlag oder Ballast Kies, Steine sowie feine Erde (Ton- und
Lehmbeimengungen), weiterhin gemahlene, granulierte Hochofenschlacke mit einem Anteil
von wenigstens 20 Gew.-t mit einer Korngröße unter 0,075 mm, weiterhin Kalk, Gips,
Filterstoff und Alkali- oder Erdalkalichloride. Die Festigkeit eines solchen Belages
liegt bei etwa 30 bis 40 kg/cm2.
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Die Beläge der Typen 2 und 3 können zur Bodenstabilisierung verwendet
werden, insbesondere sollte ein Belag vom Typ 3 mit einer Deckschicht, z.B. aus
Asphalt, versehen werden.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
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Beispiel 1 Es wurde eine trockene Mischung aus 69 Gew.-t zerkleinerter,
kristalliner
Hochofenschlacke mit üblicher Kornverteilung, 1 Gew.-t Kalk als Aktivator, 5 Gew.-t
Filterstoff, 15 Gew.-t gemahlener, granulierter Hochofenschlacke, wovon wenigstens
2 Gew.-t eine Korngröße unter 0,075 mm besaßen, sowie 10 Gew.-t gemahlener, granulierter
Kupolofenschlacke, wovon ebenfalls wenigstens 2 Gew.-t eine Korngröße unter 0,075
mm besaßen, in einem üblichen Mischwerk für Straßenbeläge trocken vermischt, dann
mit der erforderlichen Wassermenge, die durch einfache Versuche festgestellt werden
kann, vermischt, und sowohl als durchgehender Straßenbelag in üblicher Weise aufgebracht
und anschließend festgewalzt, wie auch in üblichen Formen zu Platten zu 50 x 50
x 8 cm verformt. Sowohl der durchgehende Belag wie auch die Platten besaßen eine
Festigkeit von 120 kg/cm2 und erforderten keine Deckschicht z.B. aus Asphalt.
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Beispiel 2 Es wurde eine Belagmischung aus 85 Gew.-l Schotter üblicher
Korngrößenverteilung für einen Straßenbelag, welche einen Wassergehalt von 5 bis
10 Gew.-l besaßen, 1,5 Gew.-t Kalk, 0,75 Gew.-l Filterstoff, 1,5 Gew.-t Gips, 11,25
Gew.-l gemahlener, granulierter Hochofenschlacke mit einem Anteil von 10 Gew.-l
mit einer Korngröße unter 0,075 mm hergestellt und in einem Mischwerk mit der erforderlichen
Wassermenge
zu einer hydraulisch abbindenden Belagmischung angemacht
und in Form eines durchgehenden Belages auf einen entsprechend präparierten Untergrund
eines Weges aufgebracht. Dieser Belag besaß eine Belastbarkeit von etwa 60 kg/cm2,
so daß es vorteilhaft war, ihn mit einer bituminösen Deckschicht zu versehen.
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Beispiel 3 Es wurde ein Belag hergestellt, wobei hierzu als Zuschlag
oder Ballast das Material aus einem alten Bauernweg mit lehm- und erdehaltigem Kies
bzw. Schotter verwendet wurde.
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Die alte Straßendecke wurde zerkleinert und dann als Zuschlag verwendet.
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85 Gew.-t des Materials der alten Straßendecke, welche einen Wassergehalt
von etwa 5 bis 10 Gew.-% besaßen, 1,5 Gew.-t Xalk, 0,75 Gew.-t Filterstoff, 1,5
Gew.-t gemahlener Gips und 0,25 Gew.-% CaCl2 sowie 10 Gew.-t gemahlene granulierte
Hochofenschlacke, wovon 20 Gew. -% eine Korngröße unter 0,075 mm besaßen, wurden
am Verbrauchsort vermischt, mit der erforderlichen Wassermenge zu einer hydraulisch
abbindenden Mischung angemacht und dann als neuer Belag für den alten Weg verwendet.
Die Festigkeit des neuen Belages betrug 35 kg/cm2. Anschließend wurde auf diesen
Belag eine bituminöse
Oberflächenschicht (Asphaltschicht) als
Deckschicht aufgebracht.
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Vorzugsweise wird eine günstige Kornverteilung des Zuschlagstoffes
dadurch erreicht, daß dieser aus unterschiedlichen Anteilen verschiedener Siebfraktionen
zusammengesetzt ist, z.B. kann der Zuschlagstoff zu 35 Gew.- aus einer Siebfraktion
mit einem Korndurchmesser 0 bis 2 mm; zu 12 % aus einer Siebfraktion mit einem Korndurchmesser
von 2 bis 5 mm; zu 16 t aus einer Siebfraktion mit einem Korndurchmesser von 5 bis
8 mm; zu 12 t aus einer Siebfraktion mit einem Korndurchmesser von 8 bis 11 mm;
zu 13 % aus einer Siebfraktion mit einem Korndurchmesser von 11 bis 16 mm; und zu
12 z aus einer Siebfraktion mit einem Korndurchmesser von 16 bis 22 mm bestehen.
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Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale werden als
erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.