DE1158436B - Zuschlag fuer Baustoffe, insbesondere Strassenbaustoffe, sowie Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zuschlag für Baustoffe, insbesondere Straßenbaustoffe, bestehend aus Kömern aus entglastem Glas.
" Es wurde gefunden, daß ein solcher Zuschlag für die in Frage stehende Verwendung viele vorteilhafte Eigenschaften hat. So weist das entglaste Glas wegen der kristallinischen Form eine helle, im allgemeinen weißliche Färbung auf, so daß es, nachdem die umgebende Haut des Bindemittels des Straßenbaustoffes, z. B. Asphalt, durch den Verkehr an der Oberfläche abgenutzt worden ist, der Straßenoberfläche einen hellen Charakter verleiht. Das entglaste Glas ist hart und verschleißfest, aber nicht spröde. Es ist nichthygroskopisch und gegen Feuchtigkeit, Öl und alle chemischen Einwirkungen, denen es im Gebrauch ausgesetzt werden kann, widerstandsfähig. Im Gegensatz zu üblichem Glas ist es nicht polierbar, so daß es trotz des durch den Verkehr verursachten Verschleißes immer genügend rauh bleibt, um der Straßenoberfiäche eine gute Rutschfestigkeit zu verleihen. Es hat gute lichtreflektierende Eigenschaften ohne die spiegelnde Wirkung, die für amorphes Glas charakteristisch ist, insbesondere wenn das letztere durch den Verkehr poliert wird. Es kann verhältnismäßig billig hergestellt werden, da keine besondere Reinheit verlangt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, teils Materialzusammensetzungen, teils Verfahren zu schaffen, die für die Herstellung von entglastem Glas in der für Zuschlagstoffe geeigneten Form besonders geeignet ist.

Besonders geeignet für diesen Zweck sind erfindungsgemäß Rohmaterialzusammensetzungen, die — auf das Schlußerzeugnis gerechnet — einen sehr hohen Gehalt von SiO₂ und CaO, vorzugsweise insgesamt wenigstens 90 %, und einen sehr niedrigen Gehalt von K₂O und Na₂O aufweisen. In diesem Zusammenhang soll bemerkt werden, daß CaO, wie bekannt, teilweise durch MgO ersetzt werden kann. Die Materialzusammensetzungen umfassen auch geeignete Bestandteile, die als Flußmittel wirken, d. h. dazu dienen, den Schmelzpunkt oder die Viskosität oder beide herabzusetzen. Kleine Mengen von K₂O und Na₂O können diesem Zweck dienen, und auch Al₂O₃ kann eine entsprechende Wirkung haben. Demgemäß sollen gemäß der Erfindung als Zuschlag Körner aus entglastem Glas verwendet werden, dessen Analyse einen Gehalt von wenigstens 60Vo SiO₂ und wenigstens 2O°/o Oxyde innerhalb der Gruppe CaO, MgO und Pb₃O₄ zeigt, während der Rest Flußmittel und Unreinigkeiten umfaßt.

Gemäß den Erfahrungen aus einer langen Versuchsreihe ist ein entglastes Glas, dessen Analyse Zuschlag für Baustoffe,

insbesondere Straßenbaustoffe,

sowie Verfahren zur Herstellung desselben

Anmelder:

Karl Kristian Kobs Kr0yer, Aarhus (Dänemark)

Vertreter: Dr.-Ing. M. Louis

und Dipl.-Ing. W. Louis, Patentanwälte,

Essen, Stubertal 1

Beanspruchte Priorität: Dänemark vom 20. August 1958 (Nr. 3027)

Karl Kristian Kobs Kr0yer, Aarhus (Dänemark), ist als Erfinder genannt worden

einen Gehalt an folgenden Komponenten zeigt, als Zuschlag besonders geeignet:

SiO₂ über 60%

_3Q CaO + MgO über 20%, vorzugsweise

über 25%

ALO, unter 5%

K₂O + Na₂O unter 5 %, vorzugsweise

unter 1 %

^Fe2°3 ^unter ! °/°

S unter Va bis 1%

C Spuren.

In bezug auf Schwefel ist zu bemerken, daß dieser den Nachteil hat, zu Dunkelfärbung des Erzeugnisses Anlaß zu geben und deshalb möglichst vermieden werden soll, daß aber ein kleinerer Anteil, wie z. B. V2 bis 1 %, nicht störend wirkt. C in Form von organischen Stoffen ist sehr nachteilig, weil es ebenfalls das Erzeugnis mißfärbt, und es können deshalb nur Spuren von C zugelassen werden.

Fe₂O₃ ist ein Unreinigkeit, die schwer zu vermeiden, andererseits nicht störend ist, so lange es sich um eine kleine Menge handelt. Größere Mengen von Fe₂O₃ sind aber sehr ungünstig, weil sie zu Mißfärbung Anlaß geben. K₂O und Na₂O sind in kleinen Mengen ohne weiteres zulässig. Es könnten etwas

309 750/370

größere Mengen benutzt werden, dies würde aber die Verwendung teurerer Rohstoffe bedingen, ohne daß fUr den hier in Frage stehenden Zweck Vorteile erreicht werden würden.

Es ist für die in Frage stehenden Erzeugnisse charakteristisch, daß sie einen sehr hohen Anteil von CaO enthalten, das, wie ersichtlich, neben SiO₂ den vorherrschenden Bestandteil bildet. Wie schon erwähnt, kann indessen ein Teil des CaO durch MgO

oberen Ende gehalten werden. Die Zufuhr von Rohstoffen kann 130 t pro 24 Stunden betragen. Am unteren Ende des Ofens wird dann eine Menge von etwa 1001 pro 24 Stunden ablaufen. In dem Beispiel, das 5 den angegebenen Zahlenwerten entspricht, beträgt die Wanderungszeit vom einen Ende des Ofens nach dem anderen rund 3 Stunden.

Der am unteren Ende des Ofens ablaufende Glasstrom fließt unmittelbar in ein Wasserbad 10, das

Wenn das Material das Wasser verläßt, kann es noch immer verhältnismäßig warm sein, z. B. 500 bis 600° C.

Das den Förderer 12 verlassende Material wird mittel seines Trichters 13 unmittelbar in einen anderen Drehofen 14 übergeführt. Dieser Ofen kann ein gleicher wie der Ofen 1 sein, nur wird die Temperatur in ihm niedriger gehalten, so daß die Temperatur

ersetzt werden, und auch Oxyde anderer Metalle, wie io sich in einem Behälter 11 befindet, dem durch nicht z. B. Beryllium oder Strontium oder Blei, können teil- gezeigte Mittel Frischwasser nach Bedarf zugeleitet weise an die Stelle von CaO treten, falls dies zweck- wird. Wenn das Material in der beschriebenen Weise mäßig gefunden wird. Es soll indessen hervorgehoben plötzlich gekühlt wird, erstarrt es sofort und wird werden, daß die anderen Bestandteile des Erzeugnis- gleichzeitig granuliert. Ein schräggestellter Förderer ses nicht ganz unwesentlich sind und vorzugsweise 15 12 führt das Material aus dem Wasserbad hinaus, solche Bestandteile umfassen sollen, die die Wirkung Die Granulierung ist im wesentlichen abgeschlossen, haben, den Schmelzpunkt herabzusetzen. MgO hat in wenn das Material von 1400° C auf rund 600 bis gewissem Ausmaß diese Wirkung, und auch kleine 900° C gekühlt worden ist. Da diese Kühlung sehr Mengen K₂O und Na₂O wirken als Flußmittel, ohne schnell stattfindet, ist es nicht notwendig, das Matedie Kristallisierungseigenschaften zu zerstören. A1₂O._{ 20 rial sehr lange im Wasser zu halten. Die Aufenthaltshat eine ähnliche Wirkung. Andere Flußmittel, wie zeit im Wasser kann z. B. rund ¹Z₂ Minute betragen, z. B. Fluoride und Phosphate, können auch verwendet
werden. Fluoride sind indessen verhältnismäßig teuer
und können sich durch Vergiftung der Umgebung
nachteilig auswirken. Calciumphosphat ist als Roh- 25
material ziemlich teuer. Wo aber Rohphosphat zu
einem niederigen Preis zur Verfügung steht, kann
dies mit Vorteil benutzt werden.

Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Zuschlags wird nach- 30 des Materials nicht über etwa 1000° C gelangt. In stehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Diese dieser Wiedererhitzungsstufe findet eine Entglasung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer An- statt, d. h., es werden in den Körnern Kristalle gebil-Iage für die Herstellung eines Zuschlagmaterials aus det. Die Kristallisation beginnt erst in der Nähe von entglastem Glas. 900° C, so daß die vorherige Erhitzung keine Ein-

Die Rohstoffe, z. B. 75 Gewichtsteile Dünensand, 35 wirkung auf die Kristallisation des Erzeugnisses hat, 45 Gewichtsteile Kreide oder Kalk und 15 Gewichts- wohl aber in gewissem Grade die von der Granulieteile Dolomit, werden in einem schrägliegenden Dreh- rung herrührenden inneren Spannungen beseitigt. Es ofen 1 vermischt und erhitzt. Der Ofen kann ein sol- wurde gefunden, daß für die Kristallisation bei der eher der in der Zementindustrie verwendeten Art maximalen Temperatur nur sehr kurze Zeit erfordersein, z. B. ein solcher mit einem Innendurchmesser 4° lieh ist. Laboratoriumsversuche, bei welchen einzelne von 2,4 m und einer Länge von 30 m. Er kann unter Körner in einem elektrischen Ofen erhitzt wurden, einer Neigung von 4% gestellt sein. Die Drehge- zeigten, daß die Kristallisation bei 950° C in rund schwindigkeit kann Va bis 1 Umdrehung pro Minute 10 Minuten zu Ende geht.

sein. Die Zufuhr der Rohstoffe ist schematisch durch Temperaturen über 1000° C fördern die Neigung

drei Magazine 2, 3 und 4, eine bewegliche Wiegevor- 45 zum Zusammenklumpen. Bei 950° C findet kein Zurichtung 5, eine Mischtrommel 6, einen Förderer 7 sammenklumpen statt, es schreitet aber die Kristalli- und einen Trichter 8 veranschaulicht. Wie ersichtlich, sation schnell vorwärts. Es ist charakteristisch, daß werden die Rohstoffe kontinuierlich am oberen Ende bei den Glasmaterialien gemäß der Erfindung die des Ofens eingeführt. Die Heizung erfolgt im Gegen- Kristallisation ohne vollständiges Schmelzen und strom mittels eines Ölbrenners 9 am unteren Ende 50 ohne Zusammenklumpen stattfinden kann, was bei des Ofens. Eine sorgfältige Mischung der Rohstoffe den üblichen Glasmaterialien nicht möglich ist. ist keineswegs wesentlich, da eine Vermischung wäh- Die Kristallisationstendenz kann durch die Wahl

rend des ersten Teiles der Wanderung der Rohstoffe der Zusammensetzung der Rohstoffe gefördert werdurch den Ofen hindurch stattfindet. Vorzugsweise den. Es wurde gefunden, daß die Abschreckung des sind die Rohstoffe in Pulverform. Sie können ent- 55 geschmolzenen Materials in einem Wasserbad auch weder in trockenem Zustand oder in Form eines die Kristallisationstendenz fördert. Ferner, wird die Schlammes zugeführt werden. Im letzteren Fall er- Kristallisation gefördert, wenn das Materal im Ofen folgt während des ersten Teils der Wanderung durch nicht vollständig verglast wird, sondern eine gewisse den Ofen eine Trocknung der Stoffe. Menge nicht vollständig geschmolzener Keime des

Während der Wanderung werden die Rohstoffe all- 60 Materials in der geschmolzenen Masse verbleiben. Im mählich erhitzt. Wenn ihre Temperatur auf den Er- Drehofen besteht eine natürliche Neigung zum Vorweichungspunkt gelangt, klumpen sich die Teilchen handensein solcher Keime im geschmolzenen Matezusammen zur Bildung einer breiartigen Masse, aus rial, weil zwischen den festen Rohstoffen und dem der die Stoffe allmählich abgeschmolzen werden und geschmolzenen Material keine physikalische Trennung in geschmolzenem Zustand durch den letzten Teil des C5 vorhanden ist, so daß einige Teilchen etwas schneller

Ofens fließen.

Die Temperatur im Ofen kann beispielsweise auf
etwa 1400° C am unteren Ende und etwa 500° C am

als andere den Ofen durchwandern können und dadurch nicht vollständig geschmolzen bzw. verglast werden.

Die den zweiten Drehofen 14 an dessen unterem Ende verlassenden Körner aus entglastem Glas haben eine Korngröße, die überwiegend im Bereich von 0 bis 12 mm Maschenweite liegt. In der Zeichnung ist eine Siebvorrichtung 15 gezeigt, mittels derer das Er-Zeugnis in zwei verschiedene Fraktionen, z. B. 0 bis 3 und 3 bis 12 mm Korngröße, getrennt wird. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, eine mehr abgestufte Trennung vorzunehmen.

Das im Drehofen 1 hergestellte geschmolzene Material kann auch in Sandformen zu Blöcken gegossen werden. Diese Blöcke werden dann langsam gekühlt, damit sie den Kristallisationstemperaturbereich langsam durchwandern. Wenn die Temperatur auf 800 bis 900° C herabgefallen ist, ist es nicht mehr notwendig, die langsame Kühlung aufrechtzuerhalten, weil die Kristallisation dann zu Ende gegangen ist. Die Abkühlung auf die Temperatur von 800 bis 900° C dauert zweckmäßig 1 bis 24 Stunden. Falls die Blöcke sehr groß sind, ist es nicht erforderlich, besondere Isolationsmaßnahmen zu treffen, um die Kühlung zu verlangsamen. Erforderlichenfalls können aber die in die Form gegossenen Blöcke mit Sand oder anderem wärmeisolierenden Material zugedeckt werden, oder sie können durch einen Warmhalteofen hindurchgeführt werden.

Nachdem die Blöcke wenigstens auf die genannte Temperatur herabgekühlt worden sind, werden sie mechanisch zerkleinert. Um eine wirtschaftliche Zerkleinerung zu erreichen, sollen die zu zerkleinernden Blöcke nicht zu groß sein, vorzugsweise keine Abmessung über 20 bis 25 cm haben. Wenn aber die Blöcke in größeren Abmessungen, z. B. bis etwa 1 m, gegossen werden, kommt in den Blöcken im allgemeinen eine Spaltbildung vor, so daß die Blöcke sich leicht in Körper einer für die mechanische Zerkleinerung geeigneten Größe trennen lassen.

Wie bereits erwähnt, liegt die Korngröße des Er-Zeugnisses im allgemeinen im Bereich von 0 bis 12 mm. Von den je nach Bedarf getrennten verschiedenen Körnungen kann die Körnung von 0 bis 3 mm für solche Zwecke verwendet werden, für die keine große Rutschfestigkeit verlangt wird. Korngrößen von 3 bis 12mm haben sich für übliche Straßendecken als besonders geeignet erwiesen. Die besten Ergeb-

reicht. Korner innerhalb dieser Bereiche sind groß genug, um auf einer guten Straße den Wasserfilm zu brechen, so daß die Straßenoberfläche nicht spiegelt, und ferner geben diese Korngrößen eine ausgezeichnete Rutschfestigkeit.

Die Körner können nach Wunsch ganz porenfrei oder mit kleinen Blasen hergestellt werden. Im letzteren Fall ist es wünschenswert, daß die Blasen keine kontinuierlichen Poren bilden, sondern voneinander getrennt sind, so daß das Material nicht porös wird. Das in einem Drehofen geschmolzene Erzeugnis enthält im allgemeinen eine gewisse Menge Blasen. Das Material ohne Blasen hat eine größere Festigkeit, andererseits ist aber eine gewisse Menge Blasen in verschiedenen Beziehungen vorteilhaft. Durch die Blasen wird das Erzeugnis weniger polierbar durch den Verkehr, und ferner wird die Adhäsion zwischen den Körnern und dem Bindemittel erhöht, weil das letztere in die an den Oberflächen der Körner vorhandenen Blasen etwas eindringen kann. Es wurde gefunden, daß ein totales Volumen der Blasen von 5 bis 15% des Gesamtvolumens und ein maximaler Durchmesser der Blasen von rund 0,5 mm oder sogar noch etwas weniger, z. B. rund 0,2 mm, vorteilhaft sind. Durch diese Menge Blasen wird das spezifische Gewicht der Körner auf 2,2 bis 2,3 gegenüber einem spezifischen Gewicht von 2,5 bis 2,6 des porenfreien Erzeugnisses herabgesetzt.

Die Blasen entstehen im Drehofen sehr leicht, mutmaßlich weil durch die Drehung des Ofens stets Luft in das geschmolzene Material hineingeführt wird oder weil das Umlaufen das Entweichen der eingeschlossenen Gase verhindert. Nur die größeren Blasen entweichen, während die kleineren Blasen zurückgehalten werden.

Anstatt der durch Blasenbildung erhältlichen Unregelmäßigkeit der Oberfläche oder in Ergänzung dieser Unregelmäßigkeit läßt sich eine gewisse Rauhheit der Oberfläche auch durch das Vorhandensein nicht verglaster bzw. unvollständig verglaster Teilchen in den Körnern erreichen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß dem geschmolzenen Material mineralische Teilchen zugesetzt werden unmittelbar, bevor es aus dem Ofen abläuft. Solche Teilchen, die z. B. aus Sand oder zerkleinertem Steinmaterial bestehen können, werden in die fertigen Körner eingebettet und können mit dem Material der Köner mehr oder weniger zusammengeschmolzen sein, jedoch ohne vollständig verglast zu werden. Das Vorhandensein solcher Teilchen trägt dazu bei, die Körner weni- ger polierbar zu machen, die Adhäsion zwischen den Körnern und dem Bindemittel zu erhöhen und die Kristallisationstendenz zu steigern. Sehr feiner Quarzstaub ist z. B. als solcher Zusatz geeignet.

Der Zuschlag gemäß der Erfindung kann auf ähnliehe Weise wie anderer Zuschlag in Straßenbaustoffe eingearbeitet werden. Es wurde gefunden, daß geeignete lichtreflektierende Eigenschaften erreicht werden können, auch wenn das neue Zuschlagmaterial mit gewöhnlichen Zuschlagmaterialien gemischt wird.

Ein Beispiel eines Straßenbaustoffes, in welchem der Zuschlag gemäß der Erfindung eingearbeitet ist, ist ein Material zur Herstellung von Teppichbelägen mit der folgenden Zusammensetzung:

_{3()o/o kste Glaskörner von} 3 bis 6 mm Korngröße

des Bereiches 0 bis 0,074 mm (Füllstoff),
^/²J⁰ Füllstoff,
¹I^k Asphalt.

Dieses Material kann in einer Menge von rund 40 kg pro Quadratmeter ausgelegt werden.

Der Zuschlag nach der Erfindung kann auch für Straßendecken aus Gießasphalt verwendet werden, wobei die Körner auf die Oberfläche gestreut und danach in diese hineingewalzt werden, und der Überschuß von Zuschlag nachher abgefegt wird, um aufs neue verwendet zu werden. In diesem Fall kann die Asphaltschicht eine Dicke von rund 5 cm haben, und die Menge von entglasten Glaskörnern kann rund 5 kg pro Qudratmeter betragen, und zwar zusammen mit 5 kg pro Quadratmeter eines anderen Steinmaterials. Am zweckmäßigsten werden in diesem Falle Korngrößen innerhalb des Bereiches 5 bis 7 mm verwendet.

Das Material nach der Erfindung kann auch als Zuschlag in Beton verwendet werden, und seine Ver-

Wendung ist nicht auf Straßenbaustoffe beschränkt, sondern erstreckt sich auf andere Baustoffe, wo die besondere Art des Zuschlags Vorteile bringt.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zuschlag für Baustoffe, insbesondere Straßenbaustoffe, bestehend aus Körnern aus entglastem Glas, dessen Analyse einen Gehalt von wenigstens 60% SiO₂ und wenigstens 20% Oxyde innerhalb der Gruppe CaO, MgO und Pb₃O₄ zeigt, während der Rest Flußmittel und Unreinigkeiten umfaßt.

2. Zuschlag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse des entglasten Glases einen Gehalt an folgenden Komponenten zeigt:

SiO₂ über 60%

CaO + MgO über 20%, vorzugsweise _ao

über 25%

Al₂O₃ unter 5%

K₂O + Na₂O.... unter 5 %, vorzugsweise

unter 1%

Fe₂O₃ unter 1%

S unter V2 bis 1%

C Spuren.

3. Zusehlag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Material der Körner eine große Anzahl an voneinander getrennten Blasen vorkommt.

4. Zuschlag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner überwiegend eine Partikelgröße im Bereich 3 bis 12 mm haben.

5. Zuschlag nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Blasenvolumen weniger als 15% des Gesamtvolumens der Körner beträgt und daß die Blasen überwiegend eine Durchmessergröße von weniger als 0,5 mm haben.

6. Zuschlag nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß in die Körner unvollständig verglaste mineralische Teilchen eingebettet sind.

7. Verfahren zur Herstellung eines Zuschlages nach einem der Ansprüche 1 bis 6, durch Abschrecken eines geschmolzenen Glasmaterials und anschließende Wiedererhitzung der so erhaltenen Körner, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzen der glasbildenden Rohstoffe in einem schräggestellten Drehofen stattfindet, dem die Rohstoffe am oberen Ende zugeführt werden, während das geschmolzene Material am unteren Ende abläuft.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem Drehofen geschmolzene Glas auf einen in ein Wasserbad teilweise eingetauchten Förderer herabfällt, der das Material aus dem Wasserbad in dem Maße hinaufträgt, wie es sich auf dem Förderer ablagert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 370 750/370 11.63