DE19522091C2

DE19522091C2 - Wasser- und gasdurchlässige Wege- und Flächenbefestigung hergestellt aus einer Mischung aus körnigen Zuschlagstoffen, Bindemitteln und faserförmigen Materialien bestehenden Mischung und Verfahren zur Herstellung dieser Flächenbefestigung

Info

Publication number: DE19522091C2
Application number: DE19522091A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Pfister
Original assignee: Individual
Current assignee: Gph Ltd Dundrum Dublin Ie
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1995-06-19
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2015-06-20
Also published as: DE19522091A1

Description

Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Flächenbefe stigungen im Außen- und Innenbereich, welche wasser- und gasdurchlässig sind und aus Zuschlagstoffen, Bindemitteln und faserförmigen Materialien bestehen.

Die Flächenbefestigung zur Herstellung von Wegen, Parkplätzen oder anderen begeh- oder befahrbaren Flächen ist eine sehr alte Technik, wobei die Belegung mit Stein-, Beton oder Asphaltschichten normalerweise zu einer wasser- und ga sundurchlässigen Schicht führt, so daß einerseits das Oberflächenwasser in ge eigneten Drainagevorrichtungen abgeführt und andererseits unter der Befestigung sich bildende Gase, wie Wasserdampf, CO₂ etc. ebenfalls durch entsprechende Entlüftungen abgeleitet werden oder seitlich der Befestigung entweichen müssen.

Um diese Problematik zu vermeiden, wurden daher Befestigungen entwickelt, bei denen ein festes, körniges Material wie Sand, Kies, gemahlener Bauschutt oder ähnliches nur mit einer geringen Menge Binder vermischt auf die zu befestigende Fläche aufgebracht wird, so daß der Binder zwar die Körnchen gegeneinander verklebt, aber ein wasser- und gasdurchlässiges Kapillarsystem zwischen den Körnern offenläßt. Als Bindemittel werden Harze auf Epoxid-, Acrylat-, Polyuret han- oder Polyolefinbasis verwendet. Auch Asphalt, Bitumen oder Teer in gerin gerer Menge lassen sich in dieser Weise als Binder verwenden. Diese organi schen Bindemittel haben den Vorteil, daß sie als Thermoplaste im erwärmten Zu stand eine Formung des Verfestigungsmaterials erlauben und nach der Ausküh lung das Material sofort ausgehärtet und begeh- bzw. befahrbar ist. Als nachteilig erweist sich, daß durch die hydrophobe Natur dieser Bindemittel die Durchlässig keit der relativ engen Räume zwischen dem körnigen Material gegenüber flüssi gem Wasser behindert ist. Bei allen Bindemitteln ist die Biege-Zugfestigkeit der Schichten, deren Körner nur punktuell miteinander verbunden und daher gegen mechanische Belastungen empfindlich sind, äußerst gering. Um eine für größere Belastungen ausreichende Festigkeit zu erhalten, müssen daher solche Schichten vergleichsweise wesentlich dicker sein als übliche kompakte Tragschichten, die beispielsweise aus Beton oder Asphalt gefertigt sind.

Derwent-Zitat zu JP 06073705 A beschreibt einen an sich bekannten Asphalt belag für Straßen, wobei dem Asphalt zur Veränderung seiner Abbindeeigen schaften, insbesondere der Widerstandsfähigkeit gegen Erweichen bei Erhöhung der Temperatur, ein Epoxidharz in einer Menge von bis zu 40 Gew.-% zugesetzt wird. Um die Abriebfestigkeit zu erhöhen und insbesondere die Viskosität vor dem Abbinden einzustellen, wird in geringer Menge noch ein Fasermaterial zugegeben. Es ist davon auszugehen, daß das verwendete Bindemittel, wie bei anderen Asphalt-Straßenbelägen auch, in einer Menge angewendet wird, aus der eine zusammenhängende Matrix des Asphalts entsteht, in die Splitt und Sand und ins besondere Gesteinsmehl als dichte Packung eingelagert sind. Die entsprechen den Schichten sind daher nicht wasserdurchlässig.

Derwent-Zitat zu JP 04347202 A beschreibt einen Belag aus Holzspänen oder Fasern mit einer Länge von 5-8 cm und einer Dicke von 5 mm, welche in einem Verhältnis von 80 : 20 mit Sand gemischt und mittels eines wasserhärtenden Kunststoffklebers verbunden sind. Der erhaltene Verbund stellt aufgrund der hohen Holzspananteile eine Art "Miniparkett" dar, dessen unregelmäßige Zwi schenräume mit Sand gefüllt sind.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren und ein Material zu finden, mit dem sich Flächen mit einem wasser- und dampfdurchlässigen Belag versehen lassen, der eine ausreichende Festigkeit auch bei geringeren Schichtdicken er reicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst und durch die Merkmale der Unteransprüche gefördert.

Die erfindungsgemäßen Flächenbefestigungen bestehen einerseits aus einem mineralischen Zuschlagstoff wie Sand, Kies, Gesteinsmehl oder gemahlenen Baustoffen. Zur Erreichung einer optimalen Drainage wird eine möglichst gleich mäßige Körnung des Materials im Bereich von 0,1-10 mm, vorzugsweise 0,2-4 mm Durchmesser, bevorzugt, durch die ein maximaler Hohlraum zwischen den Körnern gewährleistet ist. Dies ist im Gegensatz zu herkömmlichen kompakten Schichten, bei denen durch eine möglichst große Variation der ver wendeten Teilchen eine optimale Füllung der Hohlräume zwischen den großen Teilchen erreicht werden soll, um damit die Festigkeit des Produktes zu optimie ren. Soweit die zu befestigenden Flächen bereits aus solchen Zuschlagsstoffen bestehen, können diese vorteilhafterweise direkt erfindungsgemäß mitverwendet werden.

Den Zuschlagstoffen werden Fasermaterialien in einer Menge von 0,2 bis 1 Gew.-% zugefügt, welche aus mineralischen Fasern (Glasfasern, Steinwolle, Keramikfasern oder anderen Mineralfasern) oder, jedoch aus preislichen Gründen nicht bevorzugt, auch aus organischen Fasern, beispielsweise Polyamid-, Polyester-, Polystyrol-, Polyurethan- oder andere Poly- oder Copolymere etc. sowie Carbon- oder Keramikfasern bestehen können. Soweit eine Verrottbarkeit nicht zu befürchten ist, können auch Naturfasern wie Hanf, Jute oder auch Reis oder andere Getreidespelzen eingesetzt werden. Wegen der Vermischbarkeit werden Faserlängen von 2 mm bis 20 mm, insbesondere 5-15 mm, bevorzugt, wobei die Faserdicke zwischen 0,005 und 1 mm, vorzugsweise 0,01-0,1 mm, liegen sollte.

Als Bindemittel können in organischen Lösungsmitteln gelöste, in Wasser disper gierte oder geschmolzene Kunststoffe auf Epoxid-, Polyurethan-, Acrylat- oder Polyolefinbasis, insbesondere Polybutadienbasis, verwendet werden, wobei, wie bei den bekannten porösen Tragschichten, Bindermengen in Größenordnung von 1-10% der verwendeten Zuschlagstoffe eingesetzt werden. Bei den organischen Bindemitteln wird der Einsatz von wäßrigen Dispersionen bevorzugt. Dies hat auch den Vorteil, daß feuchte Zuschlagstoffe, wie sie häufig vorliegen, problemlos verarbeitet werden können. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Wasserglas, d. h. einer alkalischen wäßrigen Lösung von Natriumsilikat, welche als technische Lösung natürlich auch noch erhebliche Mengen an Natriumaluminaten, Eisenionen und anderen, mit Silikaten vergesellschafteten Verunreinigungen ent halten kann. Wasserglas hat den großen Vorteil, ein sehr preiswerter Binder zu sein und das zu befestigende Material nicht mit zusätzlichen organischen Bei mengungen zu befrachten. Als nachteilig erweist sich, daß dieser Binder die Aus härtungszeit der aufgebrachten Schichten verlängert. Andererseits ist die Binde festigkeit mit den mineralischen Zuschlagstoffen und vorzugsweise mineralischen Faserbestandteilen besonders gut und vergleichsweise starr.

Erfindungsgemäß werden die Komponenten, gegebenenfalls unter Zusatz eines geeigneten Lösemittels, um die Plastizität der Mischung zu erhöhen bzw. das Bin demittel zu lösen, in einem entsprechenden Mischer gemischt, wobei bei Anwen dung fester organischer Binder gegebenenfalls die Temperatur über den Schmelzpunkt des Bindemittels hinaus erhöht werden muß und in dieser Form auf die zu befestigende Schicht aufgebracht. Nach Aushärtung des Binders ist die Fläche direkt belastbar. Da das erfindungsgemäße Mittel Unebenheiten ausglei chen kann, ist es nur notwendig, die zu befestigenden Flächen grob zu planieren und insbesondere die Schichtdicke der Befestigung übersteigende Partikel zu entfernen. Beschichtungen mit einer Dicke von 2-10 cm sind beispielsweise für Fußwegbefestigungen geeignet, Schichten von 3-15 cm sind ausreichend, um auch eine Befahrung mit normalen Fahrzeugen zuzulassen. Dies ist besonders wichtig, wenn beispielsweise größere Parkplätze erfindungsgemäß befestigt wer den sollen, da trotz der Durchlässigkeit der erfindungsgemäßen Produkte andern falls eine Befahrbarkeit gegeben sein muß. Für besonders beanspruchte Flächen kann die Schichtdicke erhöht sein, für wenig beanspruchte Flächen, beispiels weise Hangbefestigungen für Wegränder, Dünen oder Deiche, kann die Schicht dicke gegebenenfalls auf 1-2 cm verringert werden. Das Auftragen, Verdichten und Glätten der erfindungsgemäßen Produkte erfolgt bei kleineren Flächen von Hand und bei größeren Flächen mittels entsprechender, für die Fertigung von As phalt- oder Betonbefestigungen, bekannter Vorrichtungen.

Bei einer vorzugsweise anzuwendenden Verdichtung der Oberflächen mit Rüttel geräten wird eine stärkere Befestigung der Oberflächenschicht bei gleichzeitiger Erhaltung größerer Durchlässigkeit der tieferen Schichten erreicht. Dadurch wird erreicht, daß einerseits die Oberflächenschicht eine hohe Kapillaraktivität auf weist, andererseits die Tiefenschichten nicht durch Feinanteile im abzuleitenden Wasser verstopfen.

Bei besonders beanspruchten Flächen kann es sinnvoll sein, die Oberfläche durch zusätzliches Aufbringen von Bindemitteln durch Aufrollen oder Aufsprühen zu sätzlich zu befestigen, um den Abrieb zu verringern. Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß dadurch die Oberfläche nicht undurchlässig versiegelt wird.

Ein besonders bevorzugtes Verfahren ist das sogenannte Mix-in-place-Verfahren, wobei die aus einem entsprechenden Sand oder Kies bestehenden Oberflächen, bis hin zu salzhaltigen Sanden wie Dünen- oder Seesand, mit Hilfe geeigneter Geräte, wie Fräsen, Spezialeggen oder ähnlichem, mit den Bindemitteln und Fa sern vermischt und direkt verfestigt werden. Dies ist beispielsweise zur Befesti gung von Deichen oder Wegebau in Sandgebieten eine besonders umweltfreund liche, preisgünstige Lösung.

In den folgenden Beispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren an einigen Beispielen erläutert.

Beispiel 1:

Zur Bestimmung der Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen Befesti gungsmittel werden Normprismen gemäß DIN 1164, Teil 7 von 4 × 4 × 16 cm her gestellt, indem man

100 Teile Sand (Körnung 0,2-0,8 mm - 8% Feuchtigkeit)
4 Teile Epoxydharz (Härter)
x Teile Glasfaser (Länge 19 mm, Dicke 0,014 mm)

vermischt und von Hand in die entsprechenden Normformen eindrückt. Nach 3 Tagen wird entformt und gemäß DIN 1164 in einer Presse bis zum Bruch ge drückt, um die Biege-Zugfestigkeit zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in der folgen den Tabelle aufgeführt.

Tabelle 1

Faseranteil in %
Biegefestigkeit (N/mm²)
0	3,0
0,2	3,4
0,4	4,3
1,0	5,8
3,0	8,2

Beispiel 2

Der Versuch in Beispiel 1 wurde mit Acrylglas als Bindemittel wiederholt, wobei folgende Mischung getestet wurde:

100 Teile Sand,
8 Teile Styrol-Butylacrylat-Copolymerisat,
x Teile Glasfaser (wie in Beispiel 1).

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengefaßt.

Tabelle 2

Faseranteil %
Biegefestigkeit (N/mm²)
0	4,5
0,2	5,6
1,0	9,5

Beispiel 3:

Der Versuch in Beispiel 1 wurde mit Wasserglas als Bindemittel wiederholt, wobei folgende Mischung getestet wurde:

100 Teile Sand
15 Teile Wasserglas
X Teile Glasfaser wie in Beispiel 1

Tabelle 3

Faseranteil %
Biegefestigkeit (N/mm²)
0	1,5
0,2	2,3
0,4	3,0

Claims

1. Wasser- und gasdurchlässige Wege- und Flächenbefestigung hergestellt aus einer aus körnigen Zuschlagstoffen, Bindemitteln und faserförmigen Materialien bestehenden Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschlagstoffe aus Sand, Kies oder mineralischen Recyclingstoffen in einer Körnung von 0,1-10 mm bestehen, als Bindemittel ein organisches Harz auf der Basis von Epoxid, Acrylat, Polyurethan, Polyolefin oder Wasserglas eingesetzt ist, als Fasermaterial Glasfasern, Steinwolle, Keramikfasern oder andere mineralische Fasern oder organische Fasern oder Naturfasern Verwendung finden, wobei auf 100 Teile Zuschlagstoffe 0,2-10 Teile Faserstoffe und 1-10 Teile Bindemittel eingesetzt werden.

2. Flächenbefestigung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mineralischen Recyclingstoffe Bauschutt oder Splitt sind.

3. Verfahren zur Herstellung von wasser- und gasdurchlässigen Wege- und Flächenbefestigungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Zuschlagstoff, Bindemittel und Fasern durch Erwärmen oder Zugabe von Lösemitteln in einen plastischen Zustand gebracht und vermengt und auf dem zu befestigenden, planierten, tragfähigen, wasser durchlässigen Untergrund aufgebracht, verdichtet, geglättet und ausgehärtet wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschlag stoffe direkt den zu befestigenden Flächen entnommen und vor Ort mittels ge eigneter Fräsen oder Eggen mit den Bindemitteln und Faserstoffen vermischt und wieder auf die Fläche aufgebracht werden.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf gebrachte Schicht auf eine Dicke von 1-15 cm gebracht wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf eine Biege-Zugfestigkeit von 3-20 N/mm² verdichtet wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht oberfläche stärker verdichtet wird.