Gesteinskörnung

„Gesteinskörnung“ ist ein Sammelbegriff für mineralische Stoffe wie Sand, Kies und Schotter, die zusammen mit einem Bindemittel (z. B. Wasser, Bitumen, Portlandzement, Kalk usw.) zur Herstellung von Verbundstoffen (wie Asphaltbeton und Portlandzementbeton) verwendet werden. Die Gesteinskörnung macht im Allgemeinen 92 bis 96 Prozent des HMA und etwa 70 bis 80 Prozent des Portlandzementbetons aus. Gesteinskörnungen werden auch für Tragschichten und Unterbau für flexible und starre Beläge verwendet.

Gesteinskörnungen können entweder natürlich oder hergestellt sein. Natürliche Gesteinskörnungen werden im Allgemeinen aus größeren Gesteinsformationen durch einen offenen Aushub (Steinbruch) gewonnen. Das gewonnene Gestein wird in der Regel durch mechanische Zerkleinerung auf eine brauchbare Größe gebracht.

In diesem Abschnitt wird kurz auf die Herkunft der Gesteinskörnung und den Abbau eingegangen. Anschließend werden die grundlegenden mineralischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften der Gesteinskörnung beschrieben, die für Straßenbeläge am wichtigsten sind, sowie die typischen Prüfungen, die zur Bestimmung dieser Eigenschaften durchgeführt werden. Die folgende Quelle enthält detailliertere Informationen über Gesteinskörnungen:

Quellen für Gesteinskörnungen

Gesteinskörnungen können entweder aus natürlichen oder aus künstlichen Quellen stammen. Natürliche Gesteinskörnungen stammen aus Gestein, das in drei große geologische Kategorien eingeteilt wird (Roberts, et al., 1996):

Igneous rock Diese Gesteine sind hauptsächlich kristallin und entstehen durch die Abkühlung von geschmolzenem Gesteinsmaterial unter der Erdkruste (Magma). Sedimentgestein Diese Gesteine entstehen aus abgelagertem unlöslichem Material (z. B. Reste von bestehendem Gestein, das sich auf dem Grund eines Ozeans oder Sees ablagert). Dieses Material wird durch Hitze und Druck in Gestein umgewandelt. Sedimentgesteine sind schichtweise aufgebaut und werden nach ihrem vorherrschenden Mineral als kalkhaltig (Kalkstein, Kreide usw.), kieselhaltig (Hornstein, Sandstein usw.) oder tonhaltig (Schiefer usw.) klassifiziert. Metamorphes Gestein Hierbei handelt es sich um Eruptiv- oder Sedimentgestein, das einer so großen Hitze und/oder einem so großen Druck ausgesetzt war, dass sich seine Mineralstruktur so verändert hat, dass es sich vom ursprünglichen Gestein unterscheidet.

Hergestelltes Gestein besteht in der Regel aus industriellen Nebenprodukten wie Schlacke (Nebenprodukt der metallurgischen Verarbeitung – typischerweise bei der Verarbeitung von Stahl, Zinn und Kupfer) oder Spezialgestein, das so hergestellt wird, dass es eine bestimmte physikalische Eigenschaft aufweist, die in natürlichem Gestein nicht vorkommt (z. B. die niedrige Dichte von Leichtzuschlagstoffen).

Gesteinsherstellung

Gesteinskörnungen werden in einem Steinbruch oder einer Mine (Abbildung 1) hergestellt, deren grundlegende Funktion darin besteht, an Ort und Stelle befindliches Gestein in Gesteinskörnungen mit bestimmten Eigenschaften zu verwandeln. In der Regel wird das Gestein gesprengt oder von den Steinbruchwänden gegraben und dann mit einer Reihe von Sieben und Brechern zerkleinert. Einige Steinbrüche sind auch in der Lage, die fertigen Gesteinskörnungen zu waschen.

Mineralische Eigenschaften

Die mineralische Zusammensetzung eines Gesteins bestimmt weitgehend seine physikalischen Eigenschaften und sein Verhalten als Belagsmaterial. Daher kann bei der Auswahl einer Gesteinskörnungsquelle die Kenntnis der mineralischen Eigenschaften des Gesteins einen ausgezeichneten Hinweis auf die Eignung der resultierenden Gesteinskörnung geben. Cordon (1979) gibt einige allgemeine Richtlinien für Gesteinskörnungen, die in HMA verwendet werden.

Tabelle 1. Wünschenswerte Eigenschaften von Gesteinen für HMA
(aus Cordon, 1979, zitiert in Roberts et al, 1996)

Im Allgemeinen sind die Beziehungen zwischen mineralischen und physikalischen Eigenschaften recht komplex, so dass es schwierig ist, allein aufgrund der mineralischen Eigenschaften genau vorherzusagen, wie sich eine bestimmte Gesteinskörnung verhalten wird.

Chemische Eigenschaften

Während die chemischen Eigenschaften von Gesteinskörnungen bei losen Gesteinskörnungen relativ unwichtig sind, spielen sie bei Straßenbelägen eine wichtige Rolle. Bei HMA kann die chemische Beschaffenheit der Gesteinskörnung bestimmen, wie gut ein Asphalt-Zement-Bindemittel an der Oberfläche der Gesteinskörnung haftet. Eine schlechte Haftung, die gemeinhin als Ablösung bezeichnet wird, kann zu einem vorzeitigen Versagen der Struktur führen. Bei PCC können Gesteinskörnungen, die reaktive Formen von Siliziumdioxid enthalten, expansiv mit den im Zementleim enthaltenen Alkalien reagieren. Diese Ausdehnung kann zu Rissen, Oberflächenabplatzungen und Abplatzungen führen. Beachten Sie, dass sich einige chemische Eigenschaften der Gesteinskörnung im Laufe der Zeit ändern können, insbesondere nachdem die Gesteinskörnung gebrochen wurde. Eine frisch gebrochene Gesteinskörnung kann eine andere Affinität zu Wasser aufweisen als dieselbe Gesteinskörnung, die gebrochen wurde und ein Jahr lang auf Halde lag.

Nachfolgend werden typische chemische Eigenschaften von Gesteinskörnungen gemessen:

• Abrieb
• Alkali-Aggregat-Reaktion

Physikalische Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften von Gesteinskörnungen sind die am leichtesten erkennbaren Eigenschaften von Gesteinskörnungen und haben auch die direkteste Auswirkung darauf, wie eine Gesteinskörnung entweder als Bestandteil eines Straßenbelags oder selbst als Tragschicht oder Unterbau funktioniert. Üblicherweise gemessene physikalische Eigenschaften von Gesteinskörnungen sind (Roberts et al., 1996):

• Gradation und Größe
• Zähigkeit und Abriebfestigkeit
• Dauerhaftigkeit und Festigkeit
• Partikelform und Oberflächentextur
• Sauberkeit und schädliche Stoffe
• Feuchtigkeitsgehalt

Dies sind nicht die einzigen physikalischen Eigenschaften von Gesteinskörnungen, sondern die am häufigsten gemessenen. Die zur Quantifizierung dieser Eigenschaften verwendeten Tests sind weitgehend empirisch. Die physikalischen Eigenschaften einer Gesteinskörnung können sich im Laufe der Zeit ändern. Zum Beispiel kann ein frisch gebrochener Zuschlag mehr Staub enthalten und daher weniger empfänglich für die Bindung mit einem Asphaltbinder sein

Aggregat als Tragschicht

Aggregat wird oft als ungebundene Tragschicht oder Unterbau verwendet. In diesem Fall werden die Gesteinskörnungen typischerweise durch die oben genannten physikalischen Eigenschaften sowie durch die Gesamtsteifigkeit der Schicht charakterisiert. Die Schichtsteifigkeit wird durch die gleichen Tests charakterisiert, die auch für die Steifigkeit des Unterbaus verwendet werden.