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Die Erfindung bezieht sich auf ein bituminöses Bindemittel für Strassenbelagsmaterial, wel- ches Bindemittel in das Bitumen homogenisiert eingearbeitetes Kunststoffmaterial enthält.
Bitumina sind aus einer grösseren Anzahl von Substanzen zusammengesetzt, die sich sowohl in chemischer als auch in physikalischer Hinsicht voneinander unterscheiden. Durch diese Unter- schiede in ihrem Verhalten bedingt, neigen Bitumina dazu, sich zu entmischen, sobald sich das betreffende Bitumen in einem Zustand befindet, der eine Relativbewegung der Partikeln der ver- schiedenen Substanzen, die das Bitumen bilden, zueinander erlaubt. Eine solche Relativbewegung ist nun insbesondere im geschmolzenen Zustand des Bitumens, und da wieder ganz besonders im heissflüssigen Zustand, möglich, und es kann die durch diese Relativbewegung der Partikeln der im jeweiligen Bitumen vorliegenden Substanzen gegeneinander auftretende Entmischung bereits durch blossen Augenschein erkannt werden.
Diese Entmischungen nehmen dadurch, dass man Bitumen aus Gründen leichterer Handhabbarkeit und aus energetischen Gründen meist nicht in erstarrtem Zu- stand transportiert und lagert, sondern vielmehr in heissflüssigem Zustand, in dem ja eine sehr leichte Beweglichkeit der Partikeln im Bitumen gegeben ist, grössere Ausmasse an. Die durch diese Entmischungserscheinungen sich ergebenden Veränderungen der Zusammensetzung führen auch zu voneinander abweichenden physikalischen und chemischen Eigenschaften der mit einem solchen Bindemittel gebundenen Massen bzw. Baustoffe von Portion zu Portion einer Charge derselben, was häufig sehr nachteilig ist.
Derartige Folgen einer Entmischung treten dabei umso stärker in Erscheinung, je mehr sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Komponenten des Bindemittels voneinander unterscheiden, und es sind demgemäss die Folgen derartiger Entmischungserscheinungen bei bituminösen Massen, welche ein in das Bitumen homogenisiert eingearbeitetes Kunststoffmaterial enthalten, besonders deutlich erkennbar. Die Homogenisierung derartiger Massen reicht zwar in vielen Fällen aus, um dem Entstehen von Entmischungen im verarbeiteten Zustand oder bei Umgebungstemperatur ausreichend entgegenzuwirken, reicht aber nicht aus, um solche Entmischungen bei der Heisslagerung oder beim Transport im heissflüssigen Zustand zu verhindern.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein bituminöses Bindemittel vorstehend angeführter Art zu schaffen, bei dem das Entstehen einer Entmischung hintangehalten oder zumindest so weit eingedämmt ist, dass die Entmischungserscheinungen an der Bindemittelmasse nicht mehr visuell in Erscheinung treten und praktisch alle Portionen einer mit einem solchen Bindemittel hergestellten Charge eines Baumaterials innerhalb der üblichen Messgenauigkeit gleiche physikalische oder chemische Eigenschaften aufweisen. Dieses Verhalten soll dabei auch dann vorliegen, wenn die Masse längere Zeit, also z. B. mehrere Tage oder Wochen, in heissflüssigem Zustand gelagert und/oder in heissflüssigem Zustand über längere Strecken transportiert wird.
Das erfindungsgemässe bituminöse Bindemittel eingangs erwähnter Art ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bitumenmasse mindestens eine feinteilige anorganische Substanz mit hochporöser aufgeblähter, schwammähnlicher Struktur über das ganze Volumen der Bitumenmasse homogen verteilt enthält, wobei diese anorganische Substanz in einem Anteil zwischen 2 und 20%-Masse des Bitumens vorliegt und vorzugsweise ein Material mit grosser Oberfläche auf Basis von Aluminiumsilikaten, Aluminiumhydroxyd und/oder Kieselsäure ist.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des bituminösen Bindemittels kann der vorstehend angeführten Zielsetzung mit verhältnismässig geringem Aufwand gut entsprochen werden. Es ist dabei auch vorteilhaft, dass sich die Eigenschaften des erfindungsgemässen Bindemittels und die Eigenschaften von Baustoffen, welche mit einem erfindungsgemässen Bindemittel gebunden sind, nur sehr wenig von den Eigenschaften von gut homogenen Bindemitteln bzw. von Baustoffen unterscheiden, welche die bei dem erfindungsgemässen Bindemittel vorgesehene anorganische Substanz mit hochporöser aufgeblähter, schwammähnlicher Struktur nicht enthalten, sonst aber die gleiche Zusammensetzung besitzen.
Es ist bekannt, beim Mischen von Bitumen mit Stein- bzw. Sandmaterial zusätzlich Füller mit geringem Schüttgewicht, feinteiliger Kieselsäure, anderes feinteiliges Material, Perlit, poröses Mineralmehl, Asbestfasern, an Stelle eines andern Füllers oder ergänzend zu einem solchen zuzusetzen. Diesbezüglich kann auf die DE-OS 2919444,2848583, 2812822,2610987, 2112930,1950393, 1936922,1594774 und auf die GB-PS Nr. 2, 009, 758 hingewiesen werden. Bei solchen Mischungen liegt keine Entmischungsgefahr vor und es kommt auch eine Heisslagerung solcher Mischungen über länge-
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re Zeit nicht in Betracht. Es liegt dabei sohin das Problem des Verhinderns einer Entmischung nicht vor und es unterscheidet sich auch die Beigabe der vorgenannten Substanzen zu Mischungen von Bitumen mit Stein- bzw.
Sandmaterial in ihrer Wirkung wesentlich von der erfindungsgemässen Ausbildung eines bituminösen Bindemittels.
Die DE-OS 2631361 und die DE-PS Nr. 1185372 sehen die Zugabe von feinteiligem anorganischem Material zu einem Bitumen-Polyolefin-Gemisch vor, wobei es sich bei diesem feinteiligen Material aber um kein Material mit grober Oberfläche handelt. Auch diese bekannte Technik dient nicht der Entmischungshemmung. Gleiches gilt für die Aussage der DE-OS 1910178, welche Formmassen auf Basis von Bitumen und Äthylenpolymerisaten beschreibt, denen Aluminiumhydrosilikat zugesetzt wird.
Die DE-OS 2146902 erwähnt die Zugabe eines üblichen Füllers bei der Herstellung von Mischun- gen eines mit Kunststoff versetzten Bitumens mit Stein-bzw. Sandmaterial.
Die DE-OS 2363733 sieht mit dem Zusatz von Regeneratpolyäthylen und Regeneratpolypropylen, welches mit mineralischen Verunreinigungen, Farbpigmenten und Bedruckungshilfsmitteln versetzt sein kann, die Einbringung von als Bedruckungshilfsmittel verwendetem Silikagel und von gleich- falls als Bedruckungshilfsmittel verwendeten aggressiven aromatischen Lösungsmitteln in Bitumen, dem diese Kunststoffe beigegeben werden, vor. Es handelt sich dabei um sehr geringe Mengen von solchen Bedruckungshilfsmitteln und es ist eine Verbesserung des Lösens der Kunststoffe im Bitumen angestrebt ; eine Behebung von Entmischungserscheinungen ist nicht angesprochen und durch das aus dieser DE-OS hervorgehende Einbringen von Bedruckungshilfsmitteln in die bituminöse Masse auch nicht erzielbar.
Ein in "Bitumen-Teer-Asphalte-Peche" 25 (1974), 8, Seite 322, veröffentlichter Aufsatz be- schreibt ein auf Basis von Bitumen, Kunststoff und einem Lösungsmittel aufgebautes Anstrichmittel, welches zur Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit der fertigen Anstriche feinteilige anorgani- sche Stoffe, wie z. B. Steinmehle, Glimmer, Russ oder Kieselgur, enthält. Solche Anstrichmittel verhal- ten sich im Hinblick auf den Lösungsmittelgehalt wesentlich anders als bituminöse Bindemittel, und es ist in diesem Aufsatz die Entmischungsfrage nicht angesprochen.
Um beim erfindungsgemässen Bindemittel den Vorteil einer weitestgehenden Sicherung gegen
Entmischung bei praktisch ungeschmälerter Aufrechterhaltung der Bindeeigenschaften in vollem Ausmass zu erzielen, sind die Menge der feinteiligen anorganischen Substanz und auch die zur Homogenisierung dieser Substanz mit dem Bitumen und dem Kunststoff vorgesehene Homogenisierungsbehandlung aufeinander abzustimmen, was auch auf empirischem Wege vorgenommen werden kann.
Es ist dabei für die meisten Bitumensorten vorteilhaft, wenn die anorganische Substanz in einer Menge zwischen 2 und 12%-Masse des Bitumens in der Bitumenmasse vorliegt. Als besonders günstig ergibt sich in der Praxis bei vielen gebräuchlichen Bitumensorten, wenn die Menge der anorganischen Substanz im Bereich zwischen 3 und 6%-Masse des Bitumens in der Bitumenmasse vorliegt.
Als anorganische Substanz ist sowohl hinsichtlich der angestrebten Wirkung gegen ein Entmischen des Bindemittels als auch hinsichtlich ihrer Gestehungskosten sowie hinsichtlich ihrer günstigen Einarbeitbarkeit in die Bitumenmasse thermisch expandiertes Perlitmaterial vorteilhaft. Der Einsatz eines thermisch expandierten Perlitmaterials zur Hintanhaltung von Entmischungserscheinungen ist dabei insbesondere im Zusammenhang mit bituminösen Bindemitteln, welche im Bitumen homogen verteiltes Polyolefin enthalten, u. zw. im speziellen Polyäthylen, günstig.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines bituminösen Bindemittels vorstehend angeführter Zusammensetzung. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Bitumen und Kunststoff enthaltende Masse in heissflüssigem Zustand mit feinteiligen anorganischen Substanzen mit hochporöser aufgeblähter, schwammähnlicher Struktur, vorzugsweise auf Basis von Aluminiumsilikaten, Aluminiumhydroxyd und/oder Kieselsäure, mit grosser Oberfläche, in einem Anteil zwischen 2 und 20%-Masse des Bitumens versetzt wird, und dass das so erhaltene Gemenge einer Homogenisierung unterzogen wird.
Im Zuge der bei diesem Verfahren vorgesehenen Homogenisierung der Bitumen und Kunststoff enthaltenden Masse mit den feinteiligen anorganischen Substanzen wandert das Bitumen mit seinen Zusätzen in die Poren dieser feinteiligen Substanzen ein, und es wird so eine gute Sicherung
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gegen die unerwünschten Relativbewegungen der Bestandteile der Bitumen und Kunststoff enthalten- den Masse, die zu Entmischungserscheinungen führen können, erzielt.
Um dieses Eindringen des Bitumens in die Poren bzw. Zerklüftungen der feinteiligen anorgani- schen Substanzen günstig zu beeinflussen und auch um das Gefüge dieser feinteiligen anorgani- schen Substanzen beim Homogenisierungsvorgang zu schonen, ist es vorteilhaft, wenn die feinteili- gen anorganischen Substanzen der Bitumen und Kunststoff enthaltenden Masse, wenn diese eine
Temperatur von mehr als 150 C aufweist, zugegeben werden.
Zur Förderung des Eindringens des Bitumens in die Poren der feinteiligen anorganischen
Substanzen ist es weiter günstig, wenn die Homogenisierung des Gemenges durch inniges Durcharbeiten desselben in einer rasch laufenden Zwangsmischvorrichtung vorgenommen wird, und weiter auch vorteilhaft, wenn die Temperatur des Gemenges während der Homogenisierung durch die beim Durcharbeiten dem Gemenge zugeführte mechanische Arbeit und gegebenenfalls auch durch zusätzliches Beheizen mindestens auf gleicher Höhe gehalten, vorzugsweise aber erhöht wird.
Eine besonders gute Wirksamkeit im Hinblick auf die angestrebte Verhinderung einer Entmischung kann man erzielen, wenn als feinteilige anorganische Substanzen Aluminiumsilikate mit einer Schüttmasse von weniger als 250 kg/m3 zugesetzt werden. Hiebei ist, wie oben erwähnt, der Zusatz thermisch expandierten Perlitmaterials vorteilhaft, und es ist hiebei besonders günstig, wenn thermisch expandiertes Perlitmaterial mit einer Schüttmasse von 110 bis 150 kg/m3, vorzugsweise mit einer Schüttmasse von 120 bis 140 kg/m3, zugesetzt wird.
Zur Herstellung bituminöser Massen, welche sowohl Kunststoff als auch feinteilige anorganische Substanzen homogen im Bitumen verteilt enthalten, ist sowohl hinsichtlich des Kunststoffes als auch hinsichtlich der feinteiligen anorganischen Substanzen eine Homogenisierungsbehandlung erforderlich. Es ist dabei an sich möglich und auch für das Bereitstellen verschiedener Massen, z. B. Bindemittelsorten, die sich durch voneinander verschiedene Gehalte an Kunststoff unterscheiden, günstig, von einem Bitumen auszugehen, dieses zunächst mit den feinteiligen anorganischen Substanzen zu versetzen und dieses Gemenge zu homogenisieren und danach den Kunststoff zuzugeben und eine neuerliche Homogenisierung vorzunehmen.
Im Interesse eines raschen Ablaufes und einer Einsparung von Prozesskosten ist es aber vielfach vorteilhaft, wenn man die beiden Homogenisierungsvorgänge vereint und das heissflüssige Bitumen sowohl mit dem zuzusetzenden Kunststoffmaterial als auch mit den feinteiligen anorganischen Substanzen versetzt und die Homogenisierung dieses Gemenges gemeinsam vornimmt.
Wird eine möglichste Schonung der Struktur der feinteiligen anorganischen Substanzen beim Homogenisieren mit dem Bitumen angestrebt, ist es zur Herstellung einer kunststoffhaltigen bituminösen Masse, insbesondere eines solchen Bindemittels, vorteilhaft, eine bereits homogenisierte Masse aus Bitumen und Kunststoff in heissflüssigem Zustand mit den feinteiligen anorganischen Substanzen zu versetzen und dieses Gemenge dann erneut zu homogenisieren. Es sieht dabei eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens vor, dass eine homogenisierte Masse aus Bitumen und Polyolefin, insbesondere Polyäthylen, mit thermisch expandiertem Perlit versetzt und homogenisiert wird.
Die Erfindung wird nun an Hand eines Beispiels weiter erläutert.
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ratur wurde der entstandene feste Block durch einen vertikal geführten Schnitt geteilt und man konnte an der Schnittfläche mit freiem Auge mehrere übereinanderliegende Zonen erkennen, wobei durch eine nachfolgende Untersuchung festgestellt werden konnte, dass der Kunststoffgehalt in den einzelnen Zonen verschiedene Werte hatte.
Danach wurden mehrere Chargen der vorerwähnten, aus 93%-Masse B100 und 7%-Masse Poly- äthylen bestehenden Bitumen-Polyäthylenmasse jeweils mit einer Temperatur von 1600C in einen Mischbehälter gefüllt, in den ein Turbomischer eingebaut war, der eine stillstehende Lochtrommel und innerhalb derselben einen von einem Antriebsmotor in Drehung versetzbaren Schaufelkorb aufwies. Jeder Charge der Bitumen-Polyäthylen-Masse wurde ein bestimmter Anteil an thermisch expandiertem Perlit zugegeben, und es wurde das so entstandene Gemenge mit dem im Mischgefäss befindlichen Turbomischer, dessen Schaufelkorb vom Antriebsmotor mit etwa 1500 Umdr/min angetrieben
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wurde, so lange homogenisiert, bis ein homogenes Erscheinungsbild des Gemenges vorlag. Dies war bei den einzelnen Chargen nach etwa 10 min der Fall.
Durch die Homogenisierungsarbeit stieg im Laufe des Homogenisierungsvorganges die Temperatur der einzelnen Chargen auf 180 bis 1900C
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Das homogenisierte Gemenge wurde danach dem Mischgefäss entnommen, mehrere Tage bei 190 C gelagert und danach auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Die so erhaltenen Blöcke wurden durch vertikal geführte Schnitte geteilt und es wurde die Schnittfläche auf das Vorliegen von Entmischungserscheinungen zunächst mit freiem Auge und danach mit einem Mikroskop mit 100facher Vergrösserung untersucht. Es ergab sich, dass bei einem Zusatz von l%-Masse von thermisch expandiertem Perlit, bezogen auf die Gesamtmenge BIOO + Polyäthylen, noch immer deutlich merkbare Entmischungserscheinungen auftraten, dass aber bei der Charge mit 2%-Masse Perlit die Entmischungserscheinungen schon stark vermindert waren.
Bei diesem Prozentsatz konnten im Kern der abgekühlten Blöcke mit freiem Auge praktisch keine Entmischungserscheinungen mehr festgestellt werden, und es lagen derartige Erscheinungen nur mehr in deutlich geminderter Form in den Randzonen vor.
Bei der Charge, der 3%-Masse Perlit zugegeben worden war, waren mit freiem Auge Entmischungserscheinungen nicht mehr zu erkennen.
Bei jener Charge, der 4%-Masse Perlit zugesetzt worden war, konnten auch mit dem Mikroskop praktisch keine Entmischungserscheinungen an der Schnittfläche festgestellt werden. Das gleiche Verhalten ergab sich bei jenen Chargen, die unter Zugabe von 5, 9, 2 und 12%-Masse Perlit, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der vorgenannten Bitumen-Polyäthylen-Masse, erhalten worden waren.
Aus der Charge, der 5%-Masse Perlit zugesetzt worden war, wurde unter Verwendung eines Gesteinsmaterials mit einer für AB08 genormten Sieblinie ein Strassenbaumaterial hergestellt, wobei
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Es ergaben sich dabei die in nachstehender Tabelle angeführten Messwerte.
Tabelle
Messwerte an Marshall-Körpern.
Diese wurden normgemäss durch Verdichtung bei 160 C erhalten
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<tb>
<tb> B100 <SEP> + <SEP> Polyäthylen <SEP> +
<tb> Bindemittel <SEP> Zusatz
<tb> Bindemittelgehalt <SEP> % <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Raumdichte <SEP> g/cm3 <SEP> 2, <SEP> 56 <SEP>
<tb> Rohdichte <SEP> g/cm3 <SEP> 2, <SEP> 64 <SEP>
<tb> Hohlraumgehalt <SEP> % <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Tragwert <SEP> kN <SEP> 1600
<tb> Fliesswert <SEP> mm/10 <SEP> 35
<tb> T/F <SEP> 46
<tb> Spaltzugfestigkeit <SEP> kN/cm2 <SEP> +40oC <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP>
<tb> +25 C <SEP> 14, <SEP> 0 <SEP>
<tb>
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Tabelle (Fortsetzung)
EMI5.1
<tb>
<tb> B100 <SEP> + <SEP> Polyäthylen <SEP> +
<tb> Bindemittel <SEP> Zusatz
<tb> Stauchung, <SEP> mm <SEP> +40 C <SEP> 1, <SEP> 77 <SEP>
<tb> +25 C <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP>
<tb> E-Modul,
<SEP> kN/cm3 <SEP> +40oC <SEP> 4170
<tb> +25OC <SEP> 12200 <SEP>
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bituminöses Bindemittel für Strassenbelagsmaterial, welches Bindemittel in das Bitumen homogenisiert eingearbeitetes Kunststoffmaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitumen- masse mindestens eine feinteilige anorganische Substanz mit hochporöser aufgeblähter, schwammähn- licher Struktur über das ganze Volumen der Bitumenmasse homogen verteilt enthält, wobei diese anorganische Substanz in einem Anteil zwischen 2 und 20%-Masse des Bitumens vorliegt und vorzugs- weise ein Material mit grosser Oberfläche auf Basis von Aluminiumsilikaten, Aluminiumhydroxyd und/oder Kieselsäure ist.