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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Strassenbelagmaterial auf Basis von zerkleinerten Steinen bzw. Sand und einem aus Bitumen und Polyolefinmaterial, insbesondere Polyäthylen, bestehenden Bindemittel, in dem das Bitumen und das Polyolefinmaterial miteinander verschmolzen sind, bei welchem Verfahren das Stein- bzw. Sandmaterial auf eine hohe, aber unter der Zersetzungstemperatur des Bindemittels liegende Temperatur erhitzt und in diesem erhitzten Zustand mit dem Bindemittel versetzt wird, wobei insbesondere ein zwischen 3 und 15 Gew.-% des Stein- bzw. Sandmaterials liegender Bindemittelanteil gewählt wird.
Das allgemein als Bindemittel für Strassenbelagsmaterialien verwendete Bitumen hat neben Vorzügen auch eine Reihe von Nachteilen, deren Behebung wünschenswert erscheint. So neigt das Bitumen dazu, bei erhöhter Temperatur, wie sie sich auf sonnenbestrahlten Flächen, begünstigt durch die dunkle Farbe des Bitumens, häufig einstellt, zu erweichen, wodurch dann solche Strassenflächen durch die Verkehrsbelastung besonders stark verdrückt bzw. deformiert werden. Umgekehrt treten aber auch bei unter 0 C liegender Temperatur Versprödungserscheinungen des Bitumens auf, welche gleichfalls im Zuge der Verkehrsbelastung von Strassenflächen Schäden am Belagsmaterial hervorrufen können.
Gemäss einer Reihe von Vorschlägen kann nun solchen nachteiligen Eigenschaften des Bitumens durch einen Zusatz von Polyolefinmaterial zum Bitumen entgegengewirkt werden, wobei durch einen solchen Zusatz auch noch andere Eigenschaften, wie z. B. die Benzin- und Ölbeständigkeit von bitumengebundenem Strassenbelagmaterial, verbessert werden können. Es kann dabei z. B. auf Strassenbelagmaterial hingewiesen werden, welches nach einem bekannten Verfahren dadurch erzeugt wird, dass zerkleinerte Steine bzw.
Sand auf eine hohe, aber unter der Zersetzungstemperatur des als Bindemittel vorgesehenen Polyolefinmaterials und Bitumens liegende Temperatur erhitzt wird und dann mit diesem Polyolefinmaterial und Bitumen vermischt wird, welches Material dann in heissem Zustand zu einem Strassenbelag geformt werden kann. Bei einem Strassenbelagmaterial, dessen Bindemittel durch einen solchen Bitumen-Polyolefinbinder gebildet ist, ergeben sich aber auch weiterhin Nachteile, die eine allgemeine Verwendung eines solchen Strassenbelagmaterials behindern und die auch einer hiebei an sich möglichen ausgedehnten Verwendung von Polyolefinabfällen hinderlich im Wege stehen.
So ist vor allem die mit einem Zusatz von Polyolefinen zu Bitumen einhergehende Viskositätserhöhung des Bindemittels, die auch bei dem fertiggemischten Strassenbelagmaterial unangenehm in Erscheinung tritt und die Verarbeitung eines solchen Strassenbelagmaterials auf herkömmlichen Strassenfertigungsmaschinen sehr erschwert oder unmöglich macht, nachteilig, und es tritt auch bei bestimmten Mischungsverhältnissen von Bitumen und Polyolefinmaterial eine nachteilige Tendenz zur Entmischung dieser beiden Bindemittelkomponenten in Erscheinung.
Es ist nun ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren eingangs erwähnter Art zu schaffen, mit dem auf einfache Weise ein Strassenbelagmaterial hergestellt werden kann, welches ohne Schwierigkeiten mit den herkömmlichen, zur Verarbeitung bituminösen Strassenbelagmaterials vorgesehenen Methoden und Maschinen eingebaut werden kann und insbesondere auch für einen Einbau mit sogenannten "Strassenfertigern" geeignet ist, und bei dem auch dem Entstehen von Entmischungen zwischen dem Bitumen und dem Polyolefinmaterial entgegengewirkt ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren eingangs erwähnter Art ist dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefinmaterial, insbesondere Polyäthylen, und das Bitumen in einer Heissmischanlage unter Schmelzen und Lösen des Polyolefinmaterials so lange, beispielsweise mehrere Stunden, zu einem homogenen Bindemittel vermengt und homogenisiert werden, bis in der Heissmischanlage ein deutlicher Viskositätsabfall dieses Bindemittels, insbesondere auf ein Fünftel bis ein Zehntel des unmittelbar nach dem Lösen des Polyolefinmaterials im Bitumen vorliegenden Viskositätswertes eintritt, und dass danach dieses Bindemittel mit dem heissen Stein- bzw. Sandmaterial, und gegebenenfalls mit weiterem Bitumen, gemischt wird.
Im Zuge dieser Vorgangsweise tritt eine innige Homogenisierung des Bitumens und des Polyolefinmaterials zu einer einheitlichen Masse auf, wobei bei genügend langer Zeitdauer des Prozesses die Viskosität der so entstehenden Bindemittelmasse hinreichend weit gesenkt werden kann, dass ein mit einer solchen Bindemittelmasse hergestelltes Strassenbelagmaterial auf üblichem, zur Verarbeitung bituminösen Strassenbelagmaterials vorgesehenem Wege eingebaut werden kann. Trotzdem treten dabei aber die Vorteile, die sich aus einem Polyäthylenzusatz zu Bitumen ergeben, insbesondere die Verbesserung des Temperaturverhaltens, in Erscheinung.
Ausserdem verschwindet durch diese Vorgangsweise jegliche Tendenz zu einer Entmischung von Polyolefin und Bitumen selbst in jenen Bereichen, für die bisher das Vorliegen einer Mischungslücke angenommen wurde und man kann nun stabile Mischungen von Polyolefin
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und Bitumen in praktisch allen in Frage kommenden Verhältnissen herstellen, während man früher annahm, dass zwischen den Bitumen-Polyolefin-Verhältnissen von 80 : 20 und 20 : 80 eine Mischungslücke vorliegt, in deren Bereich es zur Entmischung der miteinander vermengten Komponenten kommen kann.
Zum Zwecke des Viskositätsabbaues kann schon bei nur wenig über dem Schmelzpunkt des jeweils eingesetzten Polyolefinmaterials liegenden Temperaturen gearbeitet werden, z. B. bei Temperaturen, die etwa 50 über dem Schmelzpunkt des Polyolefinmaterials liegen ; hiebei ergibt sich aber eine sehr lange Behandlungszeit, wobei unter Umständen mehrere Tage erhitzt werden muss ; bei Behandlungstemperaturen in der Gegend von 3000C kann sehr rasch der gewünschte Viskositätsabfall erzielt werden, u. zw. bei bestimmten Materialien nach innerhalb einer Stunde.
Es erscheint die gute Homogenität des im Rahmen der erfindungsgemässen Vorgangsweise entstehenden Bitumen-Polyolefin-Bindemittels und dessen erwünschte niedrige Viskosität dadurch erklärbar, dass im Zuge der Behandlung des Materials in der Heissmischanlage wahrscheinlich ein Abbau der Moleküle des Polyolefinmaterials und vielleicht auch des Bitumens eintritt und die aus einem solchen Abbau hervorgehenden kleineren Moleküle leichter miteinander mischbar sind und vielleicht, da ja das Vermischen des Bitumens und des Polyolefinmaterials bei hoher Temperatur erfolgt und frische Bruchstellen chemisch besonders reaktionsfähig sind, auch miteinander reagieren.
Da, wie bereits erwähnt, durch die erfindungsgemässe Vorgangsweise Bindemittel mit praktisch beliebigen Verhältnissen von Bitumen zu Polyolefinmaterial gebildet werden können, kann man auch so vorgehen, dass man zunächst eine homogenisierte Bindemittelmasse mit einem hohen Anteil an Polyolefinmaterial herstellt, und später durch weiteren Zusatz von Bitumen das für den jeweiligen Einsatzfall gewünschte Verhältnis von Bitumen zu Polyolefin herstellt. Es erscheint dabei bemerkenswert, dass durch einen solchen nachträglichen Bitumenzusatz die bereits erreichte Stabilität gegen Entmischen nicht beeinträchtigt wird. Ein besonders homogenes Bindemittel erhält man dabei, wenn man das weitere Bitumen der bereits homogenisierten Bitumen-Polyolefinmasse zugibt und dieses Bindemittelgemisch dann mit dem Stein- bzw. Sandmaterial vermengt.
Man kann aber auch, was insbesondere für den Einsatz vieler bestehender Bitumenanlagen, die mit einem sogenannten"Trinidadkessel"versehen sind, zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens von Vorteil ist, so vorgehen, dass die bereits homogenisierte Bitumen-Polyolefinmasse und weiteres Bitumen getrennt voneinander in einen das heisse Stein- bzw.
Sandmaterial enthaltenden Mischer eingegeben werden. Beim Einsatz der vorgenannten bestehenden Anlagen wird dabei die gemeinsame Wärmebehandlung des Polyolefinmaterials und des Bitumens in dem genannten "Trinidadkessel" ausgeführt und die in diesem Trinidadkessel gebildete Masse kann dem Mischer, der üblicherweise für das Vermengen des Stein- bzw. Sandmaterials mit Bitumen vorgesehen ist, zugeführt, insbesondere eingesprüht, werden. Dabei wird in diesen Mischer auch das Stein- bzw.
Sandmaterial und Bitumen eingegeben. Solcherart kann das erfindungsgemässe Verfahren ohne Schwierigkeiten auf vorhandenen Einrichtungen ausgeführt werden und zufolge der Viskositätsreduktion des Bindemittels, das bei der erfindungsgemässen Vorgangsweise anfällt, kann das hergestellte Strassenbelagmaterial gleichfalls mit üblich ausgebildeten, vorhandenen Einrichtungen eingebaut werden. Es kann dabei erwähnt werden, dass durch die erfindungsgemässe Vorgangsweise ohne weiteres ein Abfall der Viskosität der Bindemittelmasse auf ein Fünftel bis ein Zehntel der Viskositätswerte, die sich bei einem einfachen Zugeben des Polyolefinmaterials zum Bitumen in jedem Fall einstellen, erzielt werden kann.
Das Stein- bzw. Sandmaterial, welches im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens mit dem bituminösen Bindemittel in vorerhitztem Zustand vermengt wird, wird vorteilhaft einer Vorerhitzung auf eine Temperatur von etwa 200 bis 280 C unterzogen, wobei darauf geachtet werden soll, dass die gewählte Vorerhitzungstemperatur um mindestens etwa 10 C unter der Zersetzungstemperatur des Bindemittels liegt.
Durch die gute Flexibilität des erfindungsgemässen Verfahrens, insbesondere hinsichtlich der möglichen Verhältnisse von Bitumen zu Polyolefinmaterial, eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren auch in besonderem Masse zur Verwertung von Thermoplastabfällen, die ja anderweitig nur schwer einer Verwendung oder Beseitigung zugeführt werden können, und es kann erwähnt werden, dass sich das erfindungsgemässe Verfahren auch gegen eine zusätzliche Zugabe anderer Thermoplaste als Polyolefine, wie z. B. Polystyrole, weitgehend unempfindlich verhält.
Das mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Strassenbelagmaterial weist sehr gute mechanische Eigenschaften auf und ist insbesondere gegen ein Verdrücken durch Einwirkung von
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Verkehrslasten bei erhöhten Temperaturen weitgehendst stabil. Dies kommt auch in dem für die Beurteilung bituminöser Strassenbeläge üblichen Marshall-Test zum Ausdruck, dem eine Reihe von Proben erfindungsgemäss hergestellten Strassenbelagmaterials unterzogen wurden. Es ergab sich dabei, dass die Proben gegen ein Fliessen so beständig waren, dass an den betreffenden Messgeräten keine Fliesswerte abgelesen werden konnten. Die Tragwerte wurden zu 30. 000 bis 40. 000 N ermittelt, woraus sich ergibt, dass aus solchem Material hergestellte Strassenbeläge eine hohe Güte aufweisen.
Die Raumdichte dieser Belagmaterialproben war zirka 2, 4 kg/dm3. Der Anteil des Stein- bzw. Sandmaterials betrug bei den einzelnen Proben zwischen etwa 88 bis 95 Gew.-%, und es wurde im Bindemittel, das im fertigen Strassenbelag vorlag, das Verhältnis von Bitumen zu Polyäthylen von 20 : 1 bis 1 : 1 variiert.
Beispiel : Es wurden in einer Heissmischanlage ein übliches Strassenbitumen B 120 im Verhältnis 1 : 1 mit Polyäthylen bei einer bis 240 C gehenden Arbeitstemperatur etwa 3 h homogenisiert. Von dieser Mischung wurden dann unter Hinzufügung weiteren heissen Bitumens bituminöse Bindemittel mit einem Bitumengehalt von 15,18, 20 und 25 Gew.-% hergestellt. Diese Bindemittel wurden in einem üblichen Mischaggregat, in das ein auf 2300C erhitztes Gesteinszuschlagmaterial eingebracht wurde, mit diesem Gesteinszuschlag vermischt. Hiebei wurde der Bindemittelanteil der fertigen Mischung mit 6, 5 Gew.-% gewählt. Es ergab sich, dass alle diese gemischten Materialien ohne Schwierigkeiten mit maschinellen Strassenfertigern verarbeitet werden konnten.
An Probekörpern, die aus den wie vorstehend angeführt hergestellten Strassenbelagsmaterialien gebildet wurden und anschliessend den im Marshall-Test vorgesehenen Belastungen unterworfen wurden, ergab sich eine über 2000 N/cm2 liegende Druckfestigkeit. Die Griffigkeit von mit diesen Materialien hergestellten Strassendeckenstücken war sehr gut.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Strassenbelagmaterial auf Basis von zerkleinerten Steinen bzw.
Sand und einem aus Bitumen und Polyolefinmaterial, insbesondere Polyäthylen, bestehenden Bindemittel, in dem das Bitumen und das Polyolefinmaterial miteinander verschmolzen sind, bei welchem Verfahren das Stein- bzw. Sandmaterial auf eine hohe, aber unter der Zersetzungstemperatur des Bindemittels liegende Temperatur erhitzt und in diesem erhitzten Zustand mit dem Bindemittel versetzt wird, wobei insbesondere ein zwischen 3 und 15 Gew.-% des Stein- bzw.
Sandmaterials liegender Bindemittelanteil gewählt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefinmaterial, insbesondere Polyäthylen, und das Bitumen in einer Heissmischanlage unter Schmelzen und Lösen des Polyolefinmaterials so lange, beispielsweise mehrere Stunden, zu einem homogenen Bindemittel vermengt und homogenisiert werden, bis in der Heissmischanlage ein deutlicher Viskositätsabfall dieses Bindemittels, insbesondere auf ein Fünftel bis ein Zehntel des unmittelbar nach dem Lösen des Polyolefinmaterials im Bitumen vorliegenden Viskositätswertes, eintritt, und dass danach dieses Bindemittel mit dem heissen Stein- bzw. Sandmaterial, und gegebenenfalls mit weiterem Bitumen, gemischt wird.