<Desc/Clms Page number 1>
"Werkwijze voor het vervaardigen van een waterdoorlatende bitumensamenstelling met open structuur en aldus bekomen waterdoorlatende bitumensamenstellinR"Dcze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een waterdoorlatende bitumensamenstelling met open structuur.
Open steenasfalt, een mengsel van steenslag en asfaltmastiek (natuurzand, zeer zwakke vulstof en bitumen) bewijst reeds lang zijn kwaliteiten in diverse waterbouwkundige toepassingen. Door open structuur wordt een bitumensamenstelling bedoeld die na het afkoelen en verharden van de bitumen waterdoorlatend blijft omwille van de ruimten die tussen de met asfaltmastiek omhulde stenen een doorgang blijven verzekeren zowel voor het water als voor lucht. Dergelijke bitumenstructuren zijn in veel opzichten te verkiezen boven gecompacteerde dichte structuren en vinden dan ook stceds meer toepassing in waterbouwkundige werken, zoals golfbrekers, dijkbeschoeiingen, bodembeschermingen, enz. Dank zij de open structuur van een dergelijke bitumensamenstelling heeft bij waterbouwkundige werken het gewicht van het water op de bitumenlaag geen invloed.
Uit een ecologisch oogpunt verdient een waterdoorlatende bitumensamenstelling eveneens zeer grote belangstelling omdat vastgesteld werd dat dijkbeschoeiingen bestaande uit bitumen met een open structuur de spontane groei van een groot aantal gewassen bevorderde.
De ervaring heeft nochtans geleerd dat, teneinde de degelijkheid van de structuren te kunnen waarborgen er tijdens de produktie en verwerking van de open steenasfalt veel aandacht dient besteed te worden aan de kwaliteit van het afgeleverde produkt zelf. Deze kwaliteitskontrole slaat vooral terug op het in de hand houden van de gewenste samenstelling van zowel mastiek als totale mengsel. De samenstelling van de geproduceerde mengsels is inderdaad onderhevig aan variaties als gevolg van de manier waarop het produkt door de asfaltverwerkende installaties wordt afgeleverd.
<Desc/Clms Page number 2>
Door afwijkingen in de samenstelling zal de viscositeit van de mastiek, nauwkeurig bepaald in het labo, eveneens schommelen. Hierbij komt nog het effect van de mengtemperatuur die tijdens het produktieproces ook onderhevig is aan variaties (meestal tussen 120 en 160oC).
Zo kan men praktisch viscositeiten bereiken die variëren tussen 30 en 80 Pa. s., daar waar de mastiek is samengesteld op basis van een viscositeit van 55 Pa. s., bij 140 C.
Een hoge mengtemperatuur, een te hoog gehalte aan bitumen en/of een verhouding zand/vulstof kunnen er de oorzaak van zijn dat zieh een laag-visceuze mastiek vormt, waardoor zich de hiernagenoemd problemen tijdens de verwerking van het warme materiaal kunnen voordoen : - neerdalen doorheen het steenskelet van de mastiek in de vrachtwagen tijdens het transport. Er ontstaat dan een heterogeen mengsel dat op de werf, Indien nog mogelijk, opnieuw moet worden opgemengd ; - uitzakken van de mastiek naar de ondergrond toe, nadat de open steenasfalt is aangebracht, zodat een ongewenste dichte structuur ontstaat ; - niet onder de gewenste helling blijven staan van de open steenasfalt, waardoor er lokaal afschuivingen in de bekleding optreden, dit vooral bij steilere taluds.
Mede ten gevolge van de mogelijkheid van variatics in de samenstelling en de mengtemperatuur, en dus ook in de viscositeit van de mastiek is een intense produktiecontrole vereist om transport-en verwerkingsproblemen, zoals hierboven beschreven, te minimaliseren of te verhinderen. Daarom ook blijft de toepassing van open steenasfalt over het algemeen tot een bepaalde taludhelling beperkt. Een dergelijke taludhelling geschikt voor dergelijk open steenasfalt is meestal niet steeds steiler dan 6/4. Men mag dus aannemen dat de mastiek, het belangrijkste bestanddeel van de open steenasfalt, zeer gevoelig is voor onregelmatigheden tijdens de produktie waardoor de verwerking kan bemoeilijkt worden en de uiteindelijke kwaliteit van de produkt kan afnemen, in vele gevallen totaal afwezig zijn.
De uitvinding heeft nu tot doel een werkwijze voor te schrijven voor het vervaardigen van waterdoorlatende
<Desc/Clms Page number 3>
bitumenstructuren met de gewenste hierboven geschetste eigenschappen.
Om dit volgens de uitvinding mogelijk te maken, wordt de bitumensamcnstelling met open structuur, volgens de uitvinding, bekomen door, in een eerste fase, droog zand, zwakke vulstof en cellulosevezels onder elkaar te vermengen ; in een tweede fase deze aggregaten tot een asfaltmastiek te verwerken door toevoeging van warm vloeibaar bitumen en, in een derde fase, deze asfaltmastiek met gekalibreerde steenslag te vermengen.
Steeds volgens de uitvinding past men de volgende verhoudingen toe 45-70 % droogzand, 13-30 % vulstof, 12-25 % bitumen en
EMI3.1
0, % cellulosevezels,
1-0, 7Al deze hoeveelheden worden in gewichtsprocent uitgedrukt.
In een bij voorkeur toegepaste verwezen- lijkingsvorm van de uitvinding maakt men minstens voor een deel gebruik van z. g. Trinidad-bitumen.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op de volgens deze werkwijze bekomen waterdoorlatende bitumensamenstelling.
Kenmerkend voor de uitvinding is het feit dat in drie fasen wordt gewerkt, nl. een eerste fase waarbij zand, vulstof en vezels droog onder elkaar worden vermengd. De tweede fase omvat het inspuiten van de bitumen en het tot een mastiek vermengen van het zand, de vulstof, de vezels en de bitumen. In de derde fase wordt aan de gekalibreerde steenslag de na de eerste twee fasen bekomen mastiek toegevoegd.
De mengtijd in de eerste fase bedraagt ongeveer 20 seconden ; de tweede fase bedraagt nagenoeg 35 seconden en de derde fase 40 seconden. De totale mengtijd kan dus worden geschat op nagenoeg 95 seconden.
Het doel van de toevoeging van cellulosevezels als toeslagstof in de mastiek is zeer duidelijk ; de gevoeligheid
<Desc/Clms Page number 4>
van de mastiekviscositeit is tijdens de produktie, vooral voor de lage waarden, te verkleinen zodat men een kwalitatief verbeterd produkt bekomt. De kans op uitzakkingen, o. m. tijdens het transport en de verwerking, vermindert aanzienlijk. De toepassingsmogelijkheden worden verruimd doordat o. m. steilere taluds tot hellingen 4/4 kunnen overwogen worden.
De in de asfaltmastiek verwerkte cellulosevezels zijn, bij voorbeeld, de in de handel onder de naam Technocell 1004 bekende cellulosevezels. In de twee hiernagenoemde uitvoeringsvoorbeelden worden door cellulosevezels vezels bedoeld die onder bedoelde handelsnaam in de handel worden gebracht.
Voorbeeld l : een asfaltmastiek werd bij een temperatuur van 1500C gemaakt bestaande uit 18 % bitumen 80/100, 24, 3 % zeer zwakke vulstof, 57, 3 % natuurzand en 0, 4 % cellulosevezels.
Het zand, de vulstof en de vezels werden droog gemengd (mengtijd : 20 seconden). Deze drooggemengde aggregaten werden daarna gebonden tot mastiek door middel van bitumen (mengtijd : 35 seconden). In de volgende mengfase werd de gevezelde open steenasfalt bekomen door toevoeging en vermenging van kalksteen 20/40 mm bij de asfaltmastiek in een verhouding van 80/20 % bij een temperatuur van ongeveer 140 C (mengtijd : 40 seconden). Dit mengsel werd vervoerd naar de plaats van verwerking, t. w. een 4/4 talud behorende tot een kanaaloever. Het mengsel werd opengespreid op het grondtalud waarover eerst een kunststofdoek (z. g. geotextiei) was geplaatst. De temperatuur van de ter plaatse uitgespreide bitumensamenstelling bedroeg 135OC.
De laag had een dikte van 12 cm.
De volgende vaststellingen werden nadien ter plaatse gedaan : - er werden geen uitzakkingen van de asfaltmastiek doorheen het kalksteenskelet tijdens het transport vastgesteld. De homogeniteit van het mengsel was dus bewaard ; - geen uitzakkingen van de asfaltmastiek doorheen kalksteenskelet tijdens de plaatsing op de helling of tijdens de daaropvolgende afkoelingsfase. De gewenste open structuur ble. ef dus behouden ; - geen vervormingen van het mengsel op een steil talud (4/4).
Deze
<Desc/Clms Page number 5>
vervormingen waren dus afwezig, zowel in de warme toestand (lokale afschuivingen van de aangelegde asfaltplaat) als in de afgekoelde toestand (uitvloeien ten gevolge van de verbreking van interne stabilteitsevenwicht) ; - er werd eveneens vastgesteld dat de asfaltmastiek door toevoeging van vezels minder temperatuurgevoelig is (te warm, wat overeenstemt met niet voldoende viscositeit met als gevolg uitzakkingen en vervormingen) De asfaltmastiek bleek ook minder gevoelig voor variaties in de verhoudingen bitumen/zand/vulstof. Hierdoor wordt bedoeld dat de viscositeit van het mengsel te laag kan worden met de nadelige bekende gevolgen.
Voorbeeld 2 : er werd een asfaltmastiek gemaakt bij een temperatuur van 1500C bestaande uit een bitumineus bindmiddel, natuurzand, zeer zwakke vulstof en een inerte gevezelde toeslagstof (cel1ulozevezels).
De verhoudingen waren : Bitumineus bindmiddel : 19 % Natuurzand : 57 % Zwakke vulstoffen : 23, 6 % CeHulosevezels : 0, 4 %
Vooreerst werden het zand, de vulstof en de vezels droog gemengd (mengtijd : 20 seconden) waarna het bindmiddel werd toegevoegd (mengtijd : 35 seconden).
De toegevoegde hoeveelheid bindmiddel was samengesteld uit zachte petroleumbitumen en Trinidad-bitumen in de verhouding 80/20 %. In de volgende mengfase werd de gevezelde gemodifieerde open steenasfalt vervaardigd door toevoeging en menging van kalksteen 16/22 mm bij de asfaltmastiek in de verhouding 78, 5/21,. 5 %. De mengtijd bij deze laatste fase bedroeg 40 seconden.
Het volgende werd vastgesteld : - naast de voordelen die in het raam van voorbeeld I werden vernoemd, kunnen de hierna bijkomende voordelen worden aangehaald : - vermindering van de verouderingsgevoeligheid van het bitumineus bindmiddel ; - mogelijkheid tot toevoeging van meer bindmiddel zonder nadelige gevolgen, zoals bij voorbeeld uitzakking of uitvloei of vervorming van
<Desc/Clms Page number 6>
de samenstelling. Door het toevoegen van meer bindmiddel werd een verminderd strippingeffect vastgesteld met als gevolg een verhoogde vermoeiingsweerstand en een verhoging van de weerstand tegen vorstschade. Bovendien verhoogt de interne stabiliteit en verkrijgt men een verhoogde vervormingsweerstand tegen uitwendige mechanische belastingen.
Hierna volgen nog vergelijkingsproeven tussen de gevezelde bitumensamenstelling volgens de uitvinding, hierna- genoemd "gevezelde steenasfalt", en de gewone open steenasfalt.
De gewone open steenasfalt bestaat uit 80 % kalksteen 20/32 mm en 20 % mastiek.
De gevezelde open steenasfalt bestaat uit 80 % kalksteen 20/32 mm en 20 % mastiek met 0, 3 %, 0, 4 % of 0, 5 % vezels.
De uitgevoerde vergelijkingsproeven hebben tot doel de effecten van de toevoeging van cellutosevezels bij de gewone open steenasfalt tc kunnen waarnemen en eventuele besluiten tot verbetering van het nieuw mengsel te kunnen formuleren.
Tijdens een visuele vergelijkingsproef op de produktiewerf kon worden vastgesteld dat de open steenasfalt geproduceerd met cellulose-mastiek homogeen gemengd was, zowel bij een mengtemperatuur van 120 als van l50oC. Oe omhuIIing was degelijk, alhoewel er een doffer en vlokkerig uitzicht van de mastiek was waar te nemen. De plaatsing opn een 4/4 talud leverde geen probleem op en er werden geen uitzakkingen vastgesteld.
Er werden eveneens laboratoriumproeven uitgevoerd.
De hellingproef (maat voor de inwendige stabiliteit) werd uitgevoerd door gebruik te maken van houten bakken gevuld met materiaal. Deze bakken werden onder een 4/4 helling geplaatst en na afkoeling van de mengsels onderaan geopend, zodat de stabiliteit in de tijd van de mengsels bij kamertemperatuur kon worden nagegaan.
Er werden twee mengsels bij deze vergelijkende proef gebruikt, nl. mengsel MI, t. w. een mengsel met 0 % cellulosevezels, en een mengsel M3 met 0, 4 % cellulosevezels.
<Desc/Clms Page number 7>
Tijdens de duur van de proef werd regelmatig de afschuiving van het bovenviak ten opzichte van vaste referenties opgemeten :
EMI7.1
<tb>
<tb> Tijd <SEP> Afschuiving <SEP>
<tb> Ml <SEP> M3
<tb> 9 <SEP> dagen <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 0 <SEP> mm
<tb> 13 <SEP> dagen <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> mm
<tb> 24 <SEP> dagen <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP> mm
<tb> 58 <SEP> dagen <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> mm <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP> mm
<tb>
De samenstelling M3 is dus duidelijk sta- bieler dan de samenstelling MI zonder vezels.
Tevens werden diverse proeven zoals de Marshallproef en de kruipproef uitgevoerd op twee mengsels, zijnde een mengsel F zonder Trinidad-bitumen en een mengsel T met 8 % vervanging van petroteumbitumen door Trinidad-bitumen. Er trad een duidelijke stabiliteitsverhoging op door toevoeging van Trinidad-bitumen alsook een verhoging van de vervormingsweerstand (respectievelijk verhogingen van ca. 35 % en ca. 20 %).
De werkwijze voor het samenstellen van een waterdoorlatende bitumensamenstelling volgens de uitvinding en de volgens deze werkwijze bekomen samenstelling bewijzen dat de aanwezigheid van vezels die vooraf droog zijn gemengd, met fijn zand, zwakke vulstoffen en bitumen ter vorming van een asfaltmastiek, zowel tijdens het vervoer als bij het verwerken ter plaatse, het gewenste steenskelet garanderen.
De uitvinding is uiteraard niet beperkt tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen en vele wijzigingen zouden hieraan kunnen worden aangebracht zonder buiten het raam van de octrooiaanvrage te treden.