DE2111206A1

DE2111206A1 - Verfahren zum einarbeiten von kautschuk in einen asphaltzuschlagstoff-belag

Info

Publication number: DE2111206A1
Application number: DE19712111206
Authority: DE
Inventors: Fritz S Rostler
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1971-03-09
Filing date: 1971-03-09
Publication date: 1973-05-30

Description

Verfahren sum Einarbeiten von kautschuk in einen Asphaltzuschlagstoff-Belag Die Literatur über die Zugabe von Kautschuk zu Asphalt um einen verbesserten Binder ftir den Straßenbau herzustellen, ist bereits sehr umfangreich. Straßenbauingenieure, Polymer-Chemiker, Asphalt-Techniker und Wirtschaftler haben der Öffentlichkeit eine Fülle von Informationen ueber die Bedeutung der Verwendung von Kautschuk im Asphalt zur Verfügung gestellt.
Die Empfehlungen Kautschuk zur Verbesserung von Asphaltatraßen zu verwenden, sind bereits Ueber ein Jahrhundert alt.
Ein historischer Überblick Uber diese Arbeiten ist neuerdings von Lenneth Allison in Rubber World (New York, M§rz und April 1967) unter dem Titel "Those Amazing Rubber Roads" veröffentlicht worden. Eine weitere Arbeit wurde von K.Shaw in der Oktober-Ausgabe 1967 des Rubber Journals (Croydon, England) unter dem Titel "Rubber for Road-Making and Building Materials" gemacht. Weitere Ausführungen finden sich in dem Kapitel "Rubber Modiiters" von C. Thompson in A.J.
Hoiberg, Bituminous Materials, Vol. I, Seiten 375 bis 414, Interscience Publishers, New kork, 1964, sowie in Public Roads 28, Seiten 64 bis 89 (Oktober 1954) von Louis und Welborn.
Im allgemeinen erfordern die bekannten Arbeitsweisen jur die Einarbeitung des Kautschuks in den Asphalt die Zugabe des Kautschuks in den heissen Asphalt, bevor dieser fUr den Straßenbau verwendet wird. Die Zugabe des Kautschuks zu dem Asphalt erfolgt entweder in der Raffinerie oder in der heissen Anlage, wo der durch Wärme verflüssigte Asphalt mit dem Zuschlagstift bzw. mit dem Stein-oder Kiesmaterial vermischt wird. Beide Verfahrensweisen sind Jedoch nicht zufriedenstellend. Wenn der Kautschuk in der Raffinerie zugegeben wird, dann wird sowohl der zugefUgte Kautschuk als auch der Asphalt durch das langandauernde Erhitzen und durch die hohen Temperaturen abgebaut und verschlechtert, die erforderlich sind, um den Asphalt über ausgedehnte Zeiträume im flUssigen Zustand vor seiner Anwendung zuhalten. Wenn andererseits der Kautschuk in der heissen Anlagqkugegeben wird, dann ldst er sich in dem Asphalt nicht vollkommen auf und der zugegebene Kautschuk wird nicht nur nicht wirksam im Asphalt verwertet, sondern der nicht aufgelegte Eautschuk ist außerdem noch schädlich.
Der thermische Abbau des in dem Asphalt dispergierten Kautschuks ist eine Zeit-Temperatur-Erscheinung. Der Abbau des Kautschuks nimmt mit der Zeit zu, während welcher der Eautschuk und der Asphalt bei den erhöhten Temperaturen gehalten werden, die zur VerflUssigung des Asphalts ausreichen. Der Abbau des Kautschuks ist weiterhin bei erhöhter Temperatur des Aaphalt-Kautschuk-Gemisches größer.
Die Zugabe des Kautschuks zu dem Asphalt vor der Bildung des Belags verBndert darüber hinaus die Eigenschaften des Asphalts vollkommen und bringt die Spezifikationen des Asphalts durcheinander, was vom Standpunkt der Straßenbauingenieure sehr störend ist, weil diese sich mit dem Problem der Herstellung von Straßen unter Verwendung existierender Spezifikationen und Konstruktionsarten auseinandersetzen müssen. Diese Spezifikationen und Konstruktionsarten sind aber die Ergebnisse systematiseher Entwicklungen, die auf der genauen Beobachtung des Zusammenhangs der Eigenschaften der Straßen mit den genanten Spezifikationen aufbauen. Bei der Verwendung eines modifizierten Asphalts, der in die vorliegenden Spezifikationen nicht einpaßt, müßte daher das bisherige Wissen verlassen werden und es müßten neue Spezifikationen und Konstruktionsweisen die fUr das neue Material passen, aufgefunden werden.
Es besteht daher ein Bedürfnis für die Einarbeitung von BAutschuk in Asphalt, der für Asphaltbeläge verwendet wird, bei welchem keine Zugabe des Kautschuks zu dem heiß-verflüssigten Asphalt erforderlich ist, oder bei welchem keine Heißlagerung des mit Kautschuk versetzten Asphalt über lEngere Zeiträume vor der Kombination mit dem Zuschlagstoff,der zur Bildung des Belags eingesetzt wird, notwendig ist.
Demgegenüber wird nach derErfindung ein Verfahren zum Einarbeiten von Kautschuk in einen Asphaltsuschlagstift-Belag zur Verfügung gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man auf die Oberflache des Asphalts eine Öl-in-Wasser-Emulsion aufbringt, deren Ölphase ein Elastomeres in einer genügenden Menge enthält, daß dem Asphalt kautschukartige Eigenschaften verliehen werden.
Die Erfindung stellt demgemäß ein Verfahren zum Einarbeiten von Kautschuk in einen issphaltsuschlagstaff-Belag zur Verfügung, bei welchem die derzeitigen btraßenspezifikationen und Konstruktionsweisen nicht geändert werden müssen, weil der Asphalt erst dann mit dem Kautschuk versehen wird, wenn der Asphaltbeton bereits unter Bildung der Straße niedergelegt ist.
Wie bereits zum Ausdrucl gebracht, sieht das Verfahren der Erfindung die Einarbeitung von Kautschuk in das Asphaltgebilde als Endstufe vor, nachdem bereitsim wesentlichen alle Grundstufen der Konstruktion beendigt worden sind. Bei dem Verfahren der Erfindung ist keine Zugabe des Kautschuks in der Raffinerie oder in der Hciß-nlage notwendig, noch ist es erforderlich, die vorliegenden Asphaltspezifikationen irgendwie zu andern. Schließlich gewährleistet das neue Verfahren der Erfindung, daß die gesamte eingesetzte Kautschukmenge effektiv zur Ausbildung einer Bindung zwischen den Aggregatsteilchen eingesetzt wird. Aufgrund der geringen enthaltenen Eautschukmenge werden die Kosten für den Kautschukzusatzstoff gesenkt.
Bei dem Verfahren der Erfindung sind die folgenden Stufen vorgesehen: 1. Man stellt eine Lösung eines Elastomeren in einem geeigneten Öl her, 2. man emulgiert diese Lösung in Wasser, und 3. man bringt diese Emulsion in geeigneter Verdünnung mit gewählter Geschwindigkeit auf den Asphaltbelag auf.
Als Emulgierungssystem wird ein solches bevorzugt, das eine katinnische Emulgierung ergibt und bei welchem das Öl mit dem Asphalt und dem Elastomeren gegenseitig vertäglich ist. Das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verwendete Öl sollte einen Siedebeginn von nicht viel unterhalb 3000C bei Atmospharendruck aufweisen, bestimmt nach der ASTM-Testmethode D86. Als Öl wird gemaß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein solches verwendet, das im wesentlichen von Asphaltenen frei ist, d.h. daß ein.
Maximalgehalt an Asphaltenen von höchstens 1 % gegeben ist und das eine Viskosität von mindestens 50 SUS bei 1000C aufweist. Öle mit etwa 50 bis etwa 200 SUS bei 1000C sind im allgemeinen zufriedenstellend. Vorzugsweise sollte das Öl im n-Pentan gemaß der AS2M-Norm D2006-65T löslich sein. Die Methode dieser ASTM-Norm ist in "Composition and Changes in Oomposition of Highway Asphalts, 85-lOO Penetration Grade:? veröffentlicht in Proceedings of Association of Asphalt Paving Technologists, Vol. 31, Jan 1962, Seiten 72 - 79, näher beschrieben. Das Elastomere sollte in dem Öl löslich sein und das Öl sollte mit dem Asphalt und dem Elastomeren vertraglich sein.
Die Menge des in dem Öl enthaltenen Elastomeren kann je nach der Elastomrer-Menge variiert werden, die mit dem asphalt in dem behandelten Asphaltbelag kombiniert werden soll. Im allgemeinen haben sich Elastomer-Konzentrationen von etwa 2 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Öl, vorzugsweise von etwa 7,5 Gew.-* als zufriedenstellend erwiesen.
Mankann je(b ch gewünsehtenfalis auch mit höheren Eonzentrationen arbeiten.
Die Lösung des Elastomeren in dem Öl wird sodann wie beschrieben in Wasser emulgiert. Hierzu können typische Smulgierungseinrichtungen, z.B. Kolloidmühlen, Hochgeschwindigkeits-Emulgiereinrichtungen, Ultraschall-Emulgiereinrichtungen, Homogenisatoren, Pipeline-Mischer und dergleichen verwendet werden. Es kann jede beliebige Emulgierungseinrichtung verwendet werden, die eine feinteilige Emulsion mit hoher Stabilität erzeugen kann, d.h. eine Emulsion, die beim Kontakt mit der Oberflache der Straße nicht aufbricht und die in der Jewünschten Dicke in den Belag eindringen kann.
Die Menge des in der Emulsion verwendeten Wassers kann je nach der vorgesehenen Behandlung zur Erzielung des jeweiligen Asphaltbelages verändert werden. Sokann z.B. eine Emulsion mit 20 bis 50 Gew.-% Wasser und 80 bis 50 Gew.-S der Ölphase, die das Elastomere gelöst enthält, verwendet werden. Die imulsion selbst kann auf den Äsphaltbelag aufgebracht werden oder sie kann mit Wasser weiter verdünnt werden, was z.B. mit 0,5 bis 4 Teilen Wasser pro Teil des Emulsionskonzentrats erfolgen kann. Die Verdünnung erfolgt vor der Aufbringung auf den Belag.
Wie bereits zum Ausdruck gebracht, wird bei dem Verfahren der Erfindung die Emulsion auf das Asphalt-Zuschlagstiff-Gemisch aufgebracht, nachdem dieses unter Bildung der Straßenoberflache niedergelegt worden ist. Die Enulsion kann dadurch aufgebracht werden, daß die Straße mit den üblichen Sprühwägen unmittelbar nach Siederlegung des Belags bespruht wird.
Dabei befindet sich dieser immer noch bei erhöhten Temperaturen, die etwas oberhalb des Erweichungspunkts liegen. Das Ganze geschieht während des Abkühlens. So kann beispielsweise die Emulsion auf den Asphaltbelag aufgebracht werden, nachdem dieser durch Stahlwalzen verdichtet worden ist oder sogar noch spater, und zwar nach dem der Belag mit pneumatischen Walzen verdichtet worden ist. Die Durchlässigkeit des Asphaltbelags variiert naturgemäß Je nach Art und Größe des ZuschlagstO.N sowie nach dem vorliegenden Verdichtungsgrad.
Die Porosität und der Hohlraumgehalt des Asphaltbelags stellen Variablen dar, die die Geschwindigkeit des Eindringens der Emulsion in den Asphaltbelag und die durch den Belag aufgenommene Menge der Emulsion beeinflussen.
In ähnlicher Weise ist der Verdünnungsgrad der Emulsion eine Variable, die die Geschwindigkeit der Sindringung der Emulsion in den Asphalt beeinflußt. Wenn beispielsweise der Asphaltbelag relativ dicht ist und einen hohen Verdichtungsgrad erhalten hat, dann kann es somit zweckmäßig sein, eine verdünnere Emulsion, d.h. eine mit einem höheren Wassergehalt zu verwenden. Der erhöhte Wassergehalte der Emulsion -ti erleichtert die Sindringung in das hochverdichtete Asphalt-Zuschlagstoff-Gemisch, wodurch eine gleichförmige Verteilung des plastomeren darin erzielt wird. Umgekehrt kann es bei der Behandlung eines Asphalt mit einem relativ niedrigen Verdichtungsgrad zweckmäßig sein, eine konzentrierte Emulsion zu verwenden, um-zu gewährleisten, daß die Emulsion nicht zu rasch in den Asphalt eindringt und nicht durch diesen durchlauft, ohne daß das elastomere abgeschieden wird.
Wie bereits ausgeführt, ist es im allgemeinen vorzuziehen, daß beider Durchführung des Verfahrens der Erfindung die Emulsion auf den Asphalt während der Durchführung der Straßenbildung aufgebracht wird. In manchen allen kann es jedoch zweckmäßig sein, den Belag nach beendigter Bildung zu behandeln oder nach dem er sich einige Zeit bereits in Gebrauch befunden hat, um seine Eigenschaften zu verbesern, d.h. um den Gehalt an Hohlräumen zu vermindern.
sinne weitere Variable in dem Verfahren der Erfindung ist die Geschwindigkeit, mit welcher das in der Emulsion enthaltene Elastomere den asphalt und die Zuschlagstoffe in dem Gefüge der straße überzieht. Im allgemeinen ist es zweckmaßig, daß die Emulsion stabil ist, d.h. daß sie nicht aufbricht, bis sie in den sphaltbeton bis zu der gewünschten Tiefe eingedrungen ist. Die für die Durchdringung erfordeliche Zeit hängt naturgemäß von der Größe der Zuschlagstoffe, dem Verdichtungsgrad des hsphaltbelags und auch vom Verdünnungsgrad der Emulsion ab. lenn man die gewünschte Bindringungstiefe in Betracht zieht, dann scheidet eine relativ konzentrierte Emulsion die Elastomer-Lösung in der oberen Oberflache des Asphaltbelags ab. Bei Verwendung einer verdünnteren Emulsion wird das Elastomere gleichförmiger durch den Belag hindurch verteilt, oder es kann im unteren Teil des Belags konzentriert werden. Zur Erzielung des letzten Ergebnisses ist eine mäßig verdünnte Emulsion geeignet, da sie leichterin den Belag hineindringt und aus ihr sich die Elastomerlösung nicht abscheidet, bis sie in den Asphalt zu einer erheblichen Tiefe hineingedrungen ist. Die Abscheidungsgeschwindigkeit hangt auch von dem Emulgierungssystem ab, wobei eine kationische Emulsion sich rascher abscheidet als eine anionische Emulsion.
Bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung stehen sämtliche oben gen--nnten Variablen - der Verdichtungsgrad des Abfalls, der Verdünnungsgrad der Emulsion, die stur der Emulsion und die gewünschte Elastomerkonzentration im Asphalt - miteinander in Beziehung. Somit kann selbst wenn bei der Durchführung des Verfahrens eine stabile kationische emulsion bevorzugt wird, eine relativ schnell aufbrechende emulsion oder eine anionische Emulsion verwendet werden, wenn solche Bedingungen gewählt werden, daß die Emulsion relativ rasch eindringt und an der Oberflache nicht aufbricht.
Die Konzentration der Emulsion sollte so bemessen sein, daß die Emulsion in den Belag hineindringt, bevor das Wasser abdampft und einen Ölfilm in der Oberflache der Straße zurückläßt. Ferner sollte die Emulsion nicht so verdünnt sein, daß sie durch den Belag hindurchläuft.
Ein geeignetes Mittel hierfür ist es, eine Emulsion mit einer solchen Konzentration des Öls in dem Wasser zu verwenden, daß das Öl und der Kautschukgehalt sich auf dem asphalt gleichförmig durch die Tiefe der Asphalt-Zuschlagstoff-Phase abscheidet.
Ein Versuch auf einer Zone des Belags durch 4iufsprühen des Öls auf die Oberflache des Belags, um diese Zone zu bedecken, zeigt, ob die Emulsion zu konzentriert ist, so daß ein Ölfilm auf der Oberflache des Belags gebildet wird. Ferner zeigt eine im Kern genommene Probe des Asphaltbelags und eine geeignete Sxtraktion des Asphalts die Verteilung der Kautschukkomponente im Asphalt. Dies kann nach den üblichen, im Straßenbau gebräuchlichen Techniken geschehen.
Die Kautschukmenge, die dem iipshalt zugesetzt wird, kann je nach den Eigenschaften, die für den fertigen Belag gewünscht werden, variiert werden.
Die Ölemulsion wird in solchen Mengen auf dem Belag ausgebreitet, daß sich eine Menge von etwa 0,1 bis etwa 2,5 Gew.-% Elastomere, bezogen auf das Gewicht des in dem Belag enthaltenen Asphalts ergibt. Dieses Verhältnis wird derzeit als bestes für das Verfahren der Erfindung angesehen. Gewünschtenfalls können jedoch höhere Mengen des Elastomeren zugesetzt werden, z.B. fünf oder sogar zehn Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des ksphalts, was von den für den Asphaltbelag angestrebten Eigenschaften und den Löslichkeitseigenschaften des jeweiligen Polymeren in dem jeweiligen Öl abhängt.
Die Konzentration des Elastomeren in dem Öl hangt von der Polymer-Menge, die zu dem Asphalt gegeben werden soll und der Konzentration der Ölphase in der auf die Straße aufgebrachten emulsion ab. Eine Konzentration im Bereich von etwa 2 bis etwa 15 Jo Elastomeres, bezogen auf das Öl, ist am zufriedenstellendsten, wobei die Ölmenge, die zu dem Asphalt gegeben wird, auf einem risrt gehalten wird, der unterhalb demjenigen liegt, bei welcher der Asphalt von den Zuschlagstoffen herausgelöst oder entblößt wird und der Asphalt von der einen Stelle des Belags zu einer anderen gebracht und dort wieder abgeschieden wird. Wie es derzeit als die beste Art und weise für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung betrachtet wird, sollte das dem Belag in der Emulsion zugegebene Öl nicht mehr als etwa 1/3 des Gewichts des Asphalts in dem Belag ausmachen. Der Ölgehalt kann erheblich unterhalb dieser Konzentration liegen und beispielsweise etwa 5 bis 15 Gew.-% des sphalts in dem Belag betragen.
Der Asphaltgehalt eines jeweiligen Belags wird in den Upezifikationen für den Straßenbelag der jeweiligen Behörden festgelegt. Im allgemeinen kann der Asphaltgehalt eines Belags zwischen etwa 4,5 bis 7 % des Gesamtgewichts des Belags betragen. Das Verhältnis des Kautschuks zu dem Asphalt in dem Belag wird durch die oben gegebene Beschreibung der Zusammensetzung des Asphaltbelags und durch den Elastomergehalt des Asphalts im Belag zum Ausdruck gebracht.
Das Verhältnis der aufgebrachten Ölemulsion in der Volumeneinheit pro Flächeneinheit und pro Tiefeneinheit im Belag hängt somit vom Gewicht des Belags pro Tiefeneinheit und dem Asphalt gehalt des Belags ab. Diese Werte sind aus den herausgegebenen Spezifikabonen entnehmbar. Die Konzentration des Kautschuks in dem Öl und die Konzentration des Öls in der Emulsion geben die weiteren Informationen aus denen sich das Aufbringungsverhältnis in der Volumeneinheit pro Flächeneinheit und pro Tiefeneinheit der gewünschten Eindringung der Emulsion in den Belag herleiten.
Das Aufbringungsverhältnis und somit der Grad des Kautschukzusatzes kann zur Anpassung an die Bauspezifikationen variiert werden. Zur Erleichterung der Berechnungen kann die Dichte des Belags in vielen Fällen als 2,307 g/cm3 und der Asphaltgehalt als 6 Gew.-%, bezogen auf den Belag, angenommen werden.
Wenn dann z.B. das Elastomere in den Asphalt der im Belag enthalten ist; in einer Menge von 1 Gew.-%, bezogen auf den Asphalt, eingearbeitet werden soll und wenn die Emulsion, die an der krbeitästelle zugeführt wird, 60 Gew.-% der Ölphase enthält, die eine 10 ,6ige Lösung des Elastomeren in dem Öl ist, dann sollte die Emulsion weiter mit einem Verhältnis von 2 Teilen der Emulsion zu einem 1 Teil Wasser verdünnt werden und die verdünnte Emulsion sollte in einem Verhaltnis von 0,76 1 (Gallonen) pro 0,836 m2 (square yard) pro 2,54 cm/viefe (l inch) des verdichteten Belags angewendet werden. Wenn andere Emulsionen als die oben beschriebene verwendet werden, z.B. solche, die mehr oder weniger Elastomeres enthalten, dann kann das Anwendungsverhältnis entsprechend festgelegt werden.
Die Behandlung eines Asphaltbelags mit der erfindungsgemäß verwendeten emulsion führt nicht nur zu verbesserten kautschukartigen Eigenschaften des Belags, sondern vermindert auch die Luft-Hohlräume des Asphaltbetons und trägt zu dessen Dauerhaftigkeit bei. In dieser Hinsicht erzielt ds Verfahren der Erfindung ein ergebnis, das sich stark von demjenigen unterscheidet, das nach den vorstehend beschriebenen Methoden der Einarbeitung des Kautschuks in den Asphalt erhalten wird.
Bei diesen bekannten Methoden wurde der größte Teil des Kautschuks mit demAsphalt nicht vollstandig vermischt, sondern wurde in Form von einzelnen diskreten Kautschukteilchen durch das Gemisch verteilt, wobei der größte Teil des zugegebenen Kautschuks in der Form von diskreten, kleinen, elastischen Aggregaten vorlag.
Dagegen wird bei dem Verfahren der Erfindung die Öl-Kautschuk-Lösung dem Belag in Form einer Emulsion zugeführt, in welcher das Wasser die äußere Phase und die Kautschuklösung die innere Phase darstellt. kiese Emulsion stellt daher ein Mittel dar, welches zwei Medien für die Abteilung des Kautschuks in dem Asphaltbinder enthalt. Das zum Auflösen des Kautschuks verwendete Öl dient als Träger für den Kautschuk, der mit dem Asphalt desBelags kombiniert werden soll und als gegenseitiges Lösungsmittel für sowohl den Asphalt als auch den Kautschuk. Das Wasser der Emulsion dient als Träger für die Lösung, die auf dem Asphalt in dem Belag abgeschieden werden soll.
Die Erfindung wird in den nachstehenden Beispielen näher erläutert.
Als Asphalte wurden solche verschiedener Herkunft wie sie für die in großem Maß im Straßenbau benutzten Asphalte repräsentativ sind. Diese beiden Asphalte sind in Tabelle I definiert. Es ist in verschiedenen Arbeiten gezeigt worden, daß sämtliche Asphalte hinsichtlich ihrer Qualität in fünf Dauerhaftigkeitsgruppen eingeordnet werden können. Die Ergebnisse dieser Arbeiten sind in der Literatur beschrieben worden. (Rostler, Fritz 8., "Prediction of Performance Based on asphalt Composition Using Precipitation Methods, " Proc. Highway Conference on Research and Development of Quality Control and icceptance Specifications Using Advanced Technology, Band 7, Asphalt Technology, Bureau of Public Lioads, Jashington, D.C., April, 1965, S. 93 - 158, und Rostler, F.S., "Fractional omposition, Analytical and functional Significance," in Bituminous Materials, Band II, Teil 1, S. 207, herausgegeben von A.J. Hoiberg, New York, Interscience Publishers, 1965).
Die beiden bei dem nachstehenden Versuch verwendeten Asphalte hatten eine relativ niedrige. Dauerhaftigkeit.
Tabelle 1 Eigenschaften ver verwendeten Asphalte Herkunft BOSCAN (B) SAN JOAQUIN (VENEZUELA) VALLEY (V) Durchdringung 52 (KALIFORNIE Viskosität bei 25,0°C (Megapoises) 56 bei 0,05 j sec. 3,1 2,60 bei 0,001 / sec. 4,8 2,65 Scherempfindlichkeit O,11 0,00 Mikroleitfähigkeit bei 25,0°C (mm) 54 63 Chemische Zusammensetzung, A (%) 30,1 ll,l N (%) 20,3 39,9 A1 (%) 24,2 16,6 A2 (%) 18,7 19,6 P (%) 6,7 12,8 Molekulargewicht von A 3630 2715 (N+A1)/(P+A2) 1,75 1,75 aus Tabelle l geht hervor, daß die beiden verwendeten Asphalt te denselben Durchdringungsgrad, daß siv aber hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und der rheologischen Eigenschaften, d.h. der Scherempfindlichkeit, erheblich differieren, was aus den Viskositätswerten hervorgeht. Die Werte der Tabelle 2 zeigen, daß die verwendeten Kautschukmassen hinsichtich der Polymerart, der Konzentration und auch der Ölart sich erheblich unterscheiden.
In Tabelle 2 ist eine Anzahl von Lösungen und Emulsionen zusammengestellt, die verschiedene Elastomere in dem Öl enthalt.
Die Öle haben Zusammensetzungen und Eigenschaften, die den pentan-löslichen Fraktionen der Asphalte ähnlich sind; derartige Fraktionen werden manchmal in der Asphalt-Literatur als Maltene bezeichnet. Es wurden auch andere Öle verwendet, die sich in der Zusammensetzung von den in den Asphalten gewöhnlich gefundenen Maltenen unterscheiden. Diese sind in der Tabelle 2 definiert.
Bei den verwendeten Ölen hatten die mittleren Schmierdestillate eine Viskosität von 80 Saybolt Universal-Sekunden (SUS) bei 98,90C.
Der Extrakt aus dem mittleren Schmierderstillat hatte eine Viskosität von 90 SUS. bei 98,9°C. Der Schwrerkzylinder-Stock hatte eine Viskosität von 150 SUS bei 98,90C. Die Produktstickstoff-Basen, die sich von Gilsonite herleiteten, wurden unter der Bezeichnung G1\J-104 von der American Gilsonite Oompany gelie-Cert. Das schwere Schmierdestillat hatte eine Viskosität von 50 SUS bei 98,900.
Tabelle II Kautschukmassen Identifizierung Polymergehalt Lösung Emulsion Polymerart der Ölphase % Öl 4 keines keiner 50% S@E-50 mittleres Schmierdestillat, 50, Extrakt von einem mittleren Schmierdestillat 41(23) Naturkautschuk 5 dito Nr.1 RSS 42 Dito 7,5 dito 36 SBR-1500 5 dito 35 37 dito 7,5 dito 38 dito 10 dito 18 Synthet.cis-pobr- 5 dito isopren 7 24 Synthet.Transpoly- 10 dito isopren 20 BR-Blockcopolymeres 10 ditto (35/65/ S/B Verhältnis) 10 26 SBR-Blockcopolymeres 10 dito (40/60 S/B) 22 SBR-Blockcopolymeres 10 dito (50/50 S/B Verhältnis) 46 SBR-Blockcopolymeres 5 ditto (25/75 S/B Verhältnis) 45 47 dito 7,5 dito 48(25) dito 10 dito 67 dito 7,5 89%Schwerzylinderstock, 11 Stickstoffgrundlagen aus Gilsonite Kautschukmassen Identifizierung Polymergehalt Lösung Emulsion Polymerart der Ölphase % Öl 3599 dito 7,5 75% schweres Schmierdestillat, 25% Extrakt aus mittlerem Schmierdestillat Stickstoffgrundlagen aus Gilsonite mit den folgenden Ligenschaften: Siedebeginn bei 760 mm HG 107,8°C Chemische Zusammensetzung (ASTM-Methode D2006) A 2,3 % N 91,1 % A1 4,2 % A2+P 2,4 % Bei den verschiedenen Emulsionen derTabelle II enthielt jede einzelne 60 Gew.-% der Ölphase. Der Elastomergehalt in Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Öls, ist in Spalte 4 angegeben.
Jede einzelne Emulsion mit Ausnahme der Emulsion 67 enthalt 0,9 Gew.-% eines nichtionogenen Emulgators (Oronite Dispersant NI-V), 0,6 Gew.-% eines Fettamins, Redicote E-1 (Armour Industrial Chemical Company), dos vermutlich ein Talgdiamin ist, 0,3 Gew.-% Eisessig und 38,° Gew.-% Wasser.
Anstelle des Fettamins Redicote E-l kann auch ein unter dem Warenzeichen Formonyte 802 (Foremost Chemical Products comp.) vertriebenes Produkt eingesetzt werden.
Die Emulsion Nr. 6 entspricht den anderen Emulsionen, mit der Ausnahme, daß sie kein nichtionogenes Emulgierungsmittel sondern 1,2 Gew.-% des Bettamins (Redicote L-l) und 0,6 Gew.-% eisessig enthalt. Zusätzlich zu den in Tabelle 2 gezeigten Zubereitungen wurden weitere Massen bereitet, die 15 %, 20 % und 25 , in Öl aufgelöstes Polymere enthielten. Mit diesen Zubereitungen durchgeführte vorläufige Orientierungsversuche haben ergeben, daß die höheren Polymer-Konzentrationen in dem Asphalt keinen besonderen Vorteil mit sich bringen und daß der Bereich von 0,1 bis 2,5 % Kautschuk im Asphalt sowohl vom wirtschaftlichen Standpunkt aus her gesehen, als auch im Hinblick auf die Wirksamkeit des Kautschuks am zwenkmäßigsten ist. Der lWaturkautschuk Nr. 1 SiSS ist ein hochgradiger unvulkanisierter Naturkautschuk, der im Handel unter der Standard-Bezeichnung Nr. 1 ribbed smoked sheets erhältlich ist.
Der synthetische Kautschuk SBR-1500 ist in der ASTM-Norm -D-1419.62T beschrieben. Als Probe wurden hmeripol 1500 von der Goodrich Gulf Chemicals, Inc., verwendet. Das synthetische Cis-poly(isopren) war N@tsyn 200 der Goodyear Chemical Division. Als synthetische Trans-Polyisopren wurde Trans-pip von der Polymer Corporation Limited eingesetzt. Das SBR-Blockcopolymere mit einem Verhältnis Styrol zu Butadien von 35/65 war das Polymere 821-DC der Phillips Petroleum Company. Das SBR-Plockcopolymere mit einem Styrol- zu Butadien-Verhältnis von 40/60 war das Phillips Polymere 824-CD. Das SBR-Blockcopolymere mit einem Verhaltnis Styrol zu Buta-dien war das Phillips Polymere 825-CD.
Das S-Bl-Blockcopolymere mit einem Styrol-Butadien-Verhältnis von 25/75 war Kraton 101 der Shell Chemical Company.
Die verwendeten Proben der Blockcopolymere hatten im unvulkanisierten Zustand folgende typische Eigenschaften: Bezeichnung Mooney- Brookfield Zugfestig- Bruchdehnung des Polymeren Viskosität Viskosität keit kg/cm² (2) % MS-4(1) einer 15 %i- (2) gen Lösung in Trichloräthylen cP, 25°C S21-CD 104 3600 281 810 240°F,115,6°C 824-CD 94 12000 193 975 212°F,100°C 825-CD 46 850 239 800 275°F,135°C Kraton 101 - 2450 359 875 (1) ASTM-Norm D 1646 (2) ASTM-Iorm D 412 Die Emulsionen wurden zur Behandlung des Asphalts in der weise verwendet, wie es in den nachstehenden Beispielen beschrieben ist. Darin sind sämtliche Teile und Prozentgehalte, wenn nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht bezogen.
Ein gut eingeführtes Verfahren,um die Veranderungen zu testen, die beim Asphalt während des Heissvermischens mit den Zuschlagstoffen und nach dem filtern des Asphalts in Asphalt-ZuschlagstoSf-Belagen stattfinden, besteht darin, daß man 2 Teile Asphalt mit 100 Teilen Ottawa-Sand mit spezifizierten Eigenschaften unter kontrollierten Bedingungen mischt, das Gemisch in mehrere Teile aufteilt, die Gemische unter spezifischen Bedingungen über spezifische Zeiten künstlich altert, und daß man dann die Abriebbeständigkeit der daraus hergestellten Muster mißt, indem man den Gewichtsverlust der Proben feststellt. Die Spezifikationen für diese Testversuche sind festgelegt worden und die Beschreibung dieser Versuche ist von der California State Division of Highways veröffentlich worden (Skog, J.B., rThe Operation, Control and Application of the Infra-red Weathering Machine - California Design,' ASTM Special Technical Publication No. 212, pp. 1-12, 1957).
sind auch für das Vermischen, Altern und Testen bei Verwendung von kleineren Proben Methoden entwickelt und detailliert veröffentlicht worden, (iiostler, F.s. and R.M. White, "Influence of Ohemical Composition of Asphalts on Performance, Particularly Durabilitiy, " Symposium on Road and Paving Materials - 1959, American Society for Testing and Materials Special Technical Publication 277, S. 64 - 88 (1960); Rostler, F.S., and R.M. White, "Composition and Changes in Composition of Highway Asphalte, 85-100 Penetration Grade," Proc. Associ-ation of Asphalt Paving Technologists, 35, S. 91-138 (1966).
Die oben genannten, von dem California State Highway Department entwickelten Testversuche sind mit dem Verhalten auf der straße in Beziehung gesetzt worden und hoben sich für den Straßenbau-Ingenieur und Asphalt-Techniker als verlässlich zur Abschätzung der Dauerhaftigkeit von Asphaltbelägen erwiesen.
Je geringer der Gewichtsverlust der Proben durch Abreib bei den Testbedingungen ist, desto größer ist die Dauerhaftigkeit des Asphalts und die erwartete Lebensdauer des Bolags, der den Asphalt enthält. (vgl. auch Skog, $"The Operation, Control and Application of the California Design Infra-Red @eathering Machine, ASTM Special Technical Publication No. 212, S. 1 - 11).
Der in den obigen Artikeln (Rostler et al) beschriebene 2-bletten-Abriebtest ist mit dem California-Abreibtest (vgl. den rtikel von Skog) und von Rostler et al in "Proceedings of asphalt Paving Technologists, Band fl, Seite 39, in Vergleich gesetzt worden.
Zur Bewertung der Behandlungsmethode, die zur Zugabe des Kautschuks zu dem hsphalt-Zuschlagstoff-Gemisch in dem Belag dient, wurden die oben beschriebenen Labor-Versuche in sehr ausgedehnter leise durchgeführt.
Diese Versuche zeigen die günstigen Ergebnisse des erfindungsgemsß erfolgten Behandlungsverfahrens der Beläge.
Die Versuche zeigen, daß die Zugabe des Llastomeren, das in dem Ol aufgelöst ist, zu dem Asphalt, bei welcher das Aussetzen gegenüber hohen Temperaturen beschränkt ist, zu einer erheblichen Zunahme der Dauerhaftigkeit des Asphalts führt. Die Zugabe des Elastomeren zu dem Asphalt in iorm einer Ölemulsion, die den Katuschuk enthalt, ergibt eine weitere Verbesserung derDauerhaftigkeit des Asphalts.
Diese Versuche zeigen, daß ein Asphalt mit einer niedrigen Bewertung hinsichtlich der Dauerhaftigkeit (d.h. einer der einen großen Abriebverlust besitzt) hinsichtlich seiner Dauerhaftigkeit sehr stark verbessert werden kann, wenn man die erfindungsgemäße Behandlung durchführt.
Tatsächlich zeigen diese Versuche, daß ein asphalt-Belag, dem das Elastomre auf die erfindungsgemäße Art und Weise zugesetzt worden ist, eine erheblich höhere Lebensdauer hat als sein unbehandelter Asphaltbelag.
Bei bestimmten Versuchen der nachstehenden Beispiele wurden die entsprechenden Polymerlösungen anstelle der Emulsionen benutzt, da das Wasser während der Zugabe zu dem erhitzten Asphalt rasch abgedampft worden wäre. Die Zeit der Aussetzung des Kautschuks und des Aspahlts gegenüber den erhöhten Temperaturen, die oberhalb des hrweichungspunkts des Asphalts liegen, wurden im Felle der Zugabe der PoLymerlösung so kurz gewählt, daß keine erhebliche Zerstörung des Kautschuks oder des atsphalts erhalten wurde. Der Asphalt kühlt rasch zu seinem Absetzungspunkt ab.
Ein Vorteil der Zugabe des Plastomeren in Form der Lösung in Öl besteht darin, daß das Elastomere bei einer viel niedrigeren Temperatur zugesetzt werden kann, als es möglich ist, wenn das Elastomere nicht durch das Öl verdünnt und direkt zu dem erhitzten verflüssigten asphalt gegeben wird Die Einarbeitung kann in einem Bruchteil der Zeitspanne durchgeführt werden, die notwendig ist, wenn das Elastoep zu dem unverdünnten Asphalt gegeben wird. Ferner ist die gesamte Menge des Elastomeren,die eingearbeitet wird, ein wirksamer Kautschuk, so daß nur eine sehr geringe Kautschukmenge benötigt wird, um die gewünschten Effekte zu erzielen. Die Zerstörung des Kautschuks wird daher auf einen Minimalwert zurückgeführt.
Tabelle III Probe B B+4 B+35(1) Kontrollversuch 1 Kontrollver- Kontrollver- B+37 B+42 B+47 such 2 such 3 Asphalt BOSCAN Verwendete Zubereitung keine 4 35 37 42 47 Poylmeres keines keines SBR-1500 SBR-1500 Naturkautschuk SBBR-Block Nr.1 RSS Copolymere 25/73 S/B Kautschuk- keiner keiner 0,75 0,75 0,75 0,75 gehalt % Abriebverlust Ungealtert % 36 5,5 1,42 4,2 2,9 0,36 mg/u (3) 1.365 0.220 0.061 0.064 0.114 0.038 Gealtert, 7 100 (2) 71 39 32 43 45 Tage, % mg/u (3) 6,734 2,832 1,594 1,309 1,662 1,814 Durchschnitt 68 38 30 18 23 23 0&7 Tage % mg/u (3) 4,050 1,526 0,828 0,736 0,888 0,926 (1) Die Kautschuklösung wurde zu den heissen verfüssigten Asphalten vor dem Vermischen mit dem Sand gegeben. Alle Proben mit Ausnahme der Kontrollversuche 1 und 3 wurden dadurch hergestellt, daß die jeweiligen Emulsionen zu Teilen des Asphaltsandgemisches gegeben wurden.
(2) bei 297 Umdrehungen (3) Gewichtsverlust in Milligramm pro Umdrehung Die Asphalt-Sand-Tabletten wurden nach der oben beschriebenen Pellet-Test-Methode verarbeitet. Somit vergleicht die Tabelle III die Wirkung des Elastomeren bei Verwendung verschiedener Öl-Elastomer-Lösungen. Aus der Betrachtung der Tabelle III und dem Vergleich des Kontrollversuchsl, d.h. des Boscan-Asphalts im Test mit dem Kontrollversuch 2, wird ersichtlich, dsß die Zugabe von Öl allein zu dem Asphalt (Sontrollversuch 2) den Abriebverlust im nichtgealterten Zustand verminderte. Der Ybriebverlust nach 297 Umdrehungen der gealterten Probe war lOO ;.
Beim Ko-ntrollversuch 2 war jedoch der Abriebverlust 71 % nach 500 Umdrehungen. Der niedrigere Wert für den Abriebverlust, der für den Kontrollversuch 2 gemessen wurde, ist in erster Linie auf die Abnahme der Konsistenz des Asphalts aufgrund des zugesetzten Öls zurückzuführen, das einenDeil des Härtens während des Vermischens ausgleicht. Zum Vergleich von Asphalt mit verschiedener Konsistenz muß die Viskosität in Betracht gezogen werden, wie es von Halstead, Rostler und White oben gezeigt wurde.
Die Wirkung des Öls allein kann abgeschätzt werden, wenn man einen Vergleich mit dem Asphalt durchführt, der mit der Emulsion, in welcher das Öl 7,5 % Naturkautschuk enthalt, der Emulsion, die 7,5 % des Elastomeren SRB-1500 enthält und der Emulsion, die 7,5 % SBR-Blockcopolymeres mit einem SB-Verhältnis von 25/75 enthält, behandelt worden ist. Aus der Tabelle II wird ersichtlich, daß der Boscan-Asphalt nach Behandlung mit den Emulsionen 37, 42 und 47 einen niedrigeren Abriebverlust in mg/u besitzt und daß dieser nach 500 Umdrehungen in den Tablettentests nur 42,45 und 45 ; verlor.
Tabelle IV Probe V V+4 V+35(1) V+37 V+42 V+47 Kontrollversuch 1 Kontrollversuch 2 Kontrollversuch 3 Asphalt SAN JOAQUIN VALLEY Verwendete Zubereitung keine 4 35 37 42 47 Polymeres keines keines SBR-1500 SBR-1500 Natur- SBR-Blockkautschuk copolymeres Nr. 1PSS 25/75 S/B Kautschukgehalt % keiner keiner 0,75 0,75 0,75 0,75 Abriebverlust Ungealtert, % 50 1,47 3,75 0,52 0,79 1,5 mg/u (3) 1,822 0,058 0,153 0,020 0,031 0,57 Gelatert, 7 Tage % 100 (2) 16 14,5 2,3 15,0 10,8 mg/u (3) 5,019 0,650 0,613 0,096 0,604 0,440 Durchschnitt O&7 Tage, % 75 8,7 9 1,4 7,9 6,3 mg/u (3) 3,870 0,354 0,383 0,058 0,318 0,248 (1) Die Kautschuklösung wurde zu den heissen verflüssigten Asphaltenvor dem Vermischen mit dem Sand gegeben. Alle Proben mit Ausnahme der Kontrollversuche 1 und 3 wurden dadurch hergestellt, daß die jeweiligen Emulsionen zu Teilen des Asphaltsandgemisches gegeben wurden.
(2) Bei 342 Umdrehung (3) Gewichtsverlust in Milligramm pro Umdrehung.
Ähnliche Ergebnisse ergeben sich für den San Joaquin Valley Asphalt. Dieser Asphalt ist dem Boscan-Asphalt in der Weise etwas überlegen, als ein Verlust von 100 z der gealterten Probe erst nach 342 Umdrehungen auftrat.
Ähnliche Teste, wie diejenigen, die mit dem Boscan-Asphalt durchgeführt worden waren,wurden unter Verwendung der gleichen Emulsionen wiederholt. Wie ersichtlich, ergab das Öl allein, Kontrollversuch 2, ohne aufgelöstes Wlastomeres, eine Verbesserung und einen 'verminderten Abrieb nach 500 Umdrehungen von 16 O/j Der Verlust bei 500 Umdrehungen wurde weiter reduziert, als man bei dem San Joaquin Valley - asphalt die Emulsionen 37, 42 und 47 verwendete.
Tabelle V Probe B B+4 Kontrollversuch 1 Kontrollversuch 2 B + 47 B + 67 B + 3599 Asphalt BOSCAN Verwendete Zubereitung keine 4 47 67 3599 Polymeres keines keines SBR-Blockcopolymeres, 25/75 S/B Kautschukgehalt, % keiner keiner 0,75 0,75 0,75 Abriebverlust Ungealtert, % 36 5,5 0,86 3,5 1,6 mg/u (2) 1,365 0,038 0,139 60,064 gealtert, 7 Tage, % 100 (1) 71 45 59 60 mg/u (2) 6,734 2,832 1,814 2,360 2,476 Durchschnitt 0&7 Tage, % 68 38 23 31 31 mg/u (2) 4,050 1,526 0,926 1,250 1,270 (1) Bei 297 Umdrehungen (2) Gewichtsverlust in Milligramm pro Umdrehung.
Tabelle VI V V+4 Probe Kontrollversuch 1 Kontrollversuch 2 V + 47 V + 67 V + 3599 Asphalt SAN JOAQUIN VALLEY Verwendete Zubereitung keine 4 47 57 3599 Polymeres keines keines SBR-Blockcopolymeres 25/75 S/B Kautschukgehalt % keiner keiner 0,75 0,75 0,75 Abriebverlust Ungealtert, % 50 1,47 1,5 2,0 1,04 mg/u (2) 1,822 0,053 0,057 0,079 0,040 Gealtert, 7 Tage, % 100 (1) 16 10,8 13,1 12,9 mg/u (2) 5,919 0,650 0,440 0,555 0,547 Durchschnitt 0&7 Tage, % 75 8,7 6,3 7,5 7,0 mg/u (2) 3,870 0,354 0,248 0,317 0,294 (1) Bei 342 Umdrehungen (2) Gewichtsverlust in Milligramm pro Umdrehung Die Tabellen V und VI zeigen ähnliche Teste, wie die Tabellen 3 und 4, wobei sowohl Boscan- als auch San Joaquin V.^llley-Asphalte verwendet wurden, wobei jedoch verschiedene Öle eingesetzt wurden. Die Werte der Tabellen V und VI zeigen, daß bei Durchführung des Verfahrens der Erfindung verschiedene Öle eingesetzt werdenkönnen. Es wird ersichtlich, daß wie in den Versuchen der Tabellen III und IV die Zugabe des Kautschuks als ölige Emulsion den Asphalt im Vergleich zu den unbehandelten Asphalt verbesserte. Dic Abriebbeständigkeit des ölbehandelten Boscan-Asphalts (Sontrollversuch in Tabelle 5, gemessen in Milligramm Verlust pro Umdrehung,) war erheblich größer als diejenige des Kontrollversuchs 1, wo kein Öl verwendet wurde. Die Zugabe des 25/75 SB-Block-Copolymeren verbesserte die Abriebbeständigkeit, wie sich aus dem prozentualen Gewichtsverlust pro Umdrehung nach 500 Umdrehungen ergibt.
Ein ähnliches Ergebnis für San Joaqun Valley Asphalt (V) ist in den llerten der Tabelle VI ersichtlich, wobei die Behandlung mit den Smulsidnen 47, 67 und 3599 (vgl. Tabelle II) erfolgte.
Tabelle VII V+23 Probe V + 36 V + 37 V + 38 V+41 V + 42 V + 18 (1) Asphalt SAN JOAQUIN Verwendete Zubereitung 36 37 38 23,41 42 18 Polymeres SBR-1500 Naturkautschuk, Synthet. Cis-poly-Nr. 1 RSS isopren Kautschukgehalt % 0,5 0,75 1,0 0,5 0,75 0,5 Abriebverlust Ungealtert, % 0,92 0,52 0,92 1,55 0,79 0,36 mg/u 0,037 0,020 0,036 0,059 0,051 0,014 Gealtert, 7 Tage % 10,1 2,3 8,5 14 15 20 mg/u 0,384 0,096 0,319 0,577 0,604 0,813 Durchschnitt 0&7 Tage, % 5,5 1,4 4,7 7,8 7,9 10,1 mg/u 0,210 0,058 0,178 0,318 0,318 0,414 (1) Die angegebenen Werte sind Mittelwert von Versuchen mit zwei Emulsionen der gleichen Zusammensetzung Tabelle VIII V + 25 Probe V + 46 V + 47 V + 48 V + 20 V + 26 V + 22 V+24 (1) Asphalt SAN JOAQUIN VALLEY Verwendete Zubereitung 46 47 25, 48 20 26 22 24 Polymeres SR-Blockcopolymeres SBR-Block- SBR-Block- SBR- Synthet.
25/75 S:B copolymeres, copolyme- Block- Trans-Poly-35/65 S/B res, 40/60 copoly-isopren S/B meres, 50/50 S/B Kautschukgehalt% 0,5 0,75 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Abriebverlust Ungealtert, % 0,93 1,5 0,82 0,10 0,07 0,76 0,49 mg/u 0,036 0,057 0,032 0,004 0,003 0,029 0,019 Gealtert, 7 Tage, % 2,8 10,8 10,3 6,2 5,8 9,3 9,3 mg/u 0,115 0,440 0,411 0,255 0,232 0,383 0,382 Durchschnitt 0&7 Tage, 1,8 6,3 5,6 3,2 2,9 5,0 4,9 mg/u 0,076 0,248 0,222 0,130 0,118 0,206 0,200 (1) Die angegebenen Werte sind Mittelwerte von Versuchen mit zwei Emulsionen der gleichen Zusammensetzung Tabelle X B + 25 Probe B + 46 B + 47 B + 48 b + 20 B + 26 B + 22 B + 24 (1) Asphalt Boscan Boscan Boscan Boscan Boscan Boscan Boscan Verwendete Zubereitung 46 47 45, 48 20 26 22 24 Polymeres SBR-Blockcopolymeres, SBR-Block- SBR-Block- SBR-Block- Synthet. Trans-25/75 S/B copolyme- copolymeres copolymeres polyisopren res, 35/65 40/60 S/B 50/50 S/B S/B Kautschukgehalt % 0,5 0,75 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Abriebverlust Ungealtert, % 18 0,86 1,89 2,0 0,42 0,95 0,54 mg/u 0,700 0,038 0,072 0,074 0,016 0,035 0,020 Gealtert, 7 Tage % 51 45 51 71 43 65 62 mg/u 2,003 1,814 1,988 2,793 1,701 2,567 2,419 Durchschnitt 0&7 Tage, % 34 23 26 36 22 33 31 mg/u 1,352 0,926 1,030 1,434 0,858 1,301 1,220 (1) Die angegebenen Werte sind Mittelwerte von Versuchen mit zwei Emulsionen der gleichen Zusammensetzung.
Die Tabellen VII und VIII zeigen den Einfluß der Konzentration der plastomeren in m Öl der Emulsion, die zur Behandlung des San Joaquin Asphalts bei dem Tsblettentest verwendet wurde. Die Emulsionen sind in Tabelle II ange -geben. Es wird ersichtlich, daß bereits zu geringe Mengen wie 0,75 oder weniger, Kautschuk in dem Asphalt, praktisch OmS bis l s bereits dazu ausreichen, eine ausgeprägte Verbesserung der Abriebfestigkeit zu liefern.
Die Kautschukmenge, die in den Asphalt eingearbeitet wird, kann in drei Bereiche aufgeteilt werden: (1) 0,1 bis 2,5 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Asphalts. Dieser Bereich ist der Hauptbereich der vorliegenden Erfindung.
(2) 2,5 bis lO Gw.-, bezogen auf das Gewicht des Asphalts. Dieser Bereich ist der Bereich, der bei den meisten derzeitigen Methoden verwendet wird und (3) mehr als 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Asphalts. Diese Mängel können vorteilhaft sein, wenn spezielle Wirkungen angestrebt werden, z.B.
für Tennisplätze.
DerEereich bis zu 2,5 Gew.-% stellt, durch die Versuche belegt, den für die Praxis am geeignetesten Bereich zur Erzielung der größten Vorteile dar. Höhere Mengen von Kautschuk verleihen in höherem Maße Kautschuk-Eigenschaften, wobei jedoch die größte Wirkung der Kautschuk, einarbeitung bezogen auf die Veränderung der Asphalte im Bereich von unterhalb 2,5 % liegt. Oberhalb dieses Bereiches ist die Verbesserung des Asphalts, die durch Erhöhung des Kautschukgehalts erzielt wird, geringer. Tabelle IX B + 23 B + 42 B + 18 Probe B + 36 B + 37 B + 38 B + 41 (1) Asphalt Boscan Boscan Boscan Boscan Boscan Boscan Verwendete Zubereitung 36 37 38 23, 41 42 18 Polymeres SBR-1500 Naturkautschuk Synthet. Cis-Nr.1 RSS polyisoprene Kautschukgehalt % 0,5 0,75 1,0 0,5 0,75 0,5 Abriebverlust Ungealtert, % 1,9 4,2 7,2 2,3 2,9 0,50 mg/u. 0,078 0,164 0,380 0,092 0,114 0,019 Gelatert, 7 Tage % 45 32 52 56 43 68 mg/u 1,791 1,309 2,083 2,258 1,662 2,676 Durchschnitt 0&7 Tage, % 23 18 30 30 23 34 mg/u 0,934 0,736 1,232 1,175 0,888 1,348 (1) Die angegebenen Werte sind Mittelwerte von Versuchen mit zwei Emulsionen der gleichen Zusammensetzung.
Das erfindungsgemäße Verfahren, ist jedoch nicht auf die Zugabe von geringeren M-;ngen begrenzt, sondern es können auch Mengen von 2,5 bis 10 Gew.-% oder mehr nach dem Verfahren der Erfindung verwendet werden, wenn durch die Konstruktionsspezifikationen spezielle Effekte gewünscht oder gefordert werden.
Die Tabellen 9 und 10 zeigen die Wirkung der Variierung der Elastomerkonzentration im Öl in der Emulsion, die zur Behandlung von Boscan-Asphalt verwendet wird. Wie gezeigt wird, sind drei Elastomergehalte von 0,5 bis 1,0 Gew.-% wirksam, um die Abriebbestandigkeit der Asphalt-Zuschlagstoff-Tabletten zu erhöhen.
Die obigen Werte zeigen, daß Asphaltzuschlagstoff-Gemische hinsichtlich ihrer Dauerhaftigkeit verbessert werden können, wenn man in den Asphalt ein Elastomeres unter solchen Bedingungen einarbeitet, daß keine erhebliche Zerstörung des Asphalts oder des Elastomeren stattfindet. Dies geschieht gemäß der Erfindung durch Behandlung des Zuschlagstoff-Gemisches in Form eines Belags unter Verwendung einer Emulsion eines Öls, daß das gelöste Elastomere enthalt.
Es wurden drei verschiedene Kontrollversuche durchgeführt, nämlich mit nichtbehandeltem Asphalt (Kontrollversuch 1), mit Asphalt zu dem nur Öl zugegeben worden war (Kontrollversuch 2) und mit Asphalt (Kontrollversuch 5), zu welchem eine Lösung von Kautschuk in Öl gegeben wurde, bevor der Asphalt mit dem Zuschlagstoff vermischt wurde. Die in die Testproben eingearbeitete Gesamtbindemittelmenge betrug in allen Fällen 2 Teile Bindemittel (Gewicht des Elastomeren und Asphalt) für 100 Teile Ottawa-Sand. .enn der Kautschuk zu dem Otttawasand-Asphalt-Gemisch gegeben wurde, dann geschoh dies in Form der Emulsion. Wenn er zu dem Asphalt vor dem Mischen mit dem Ottawa-Sand gegeben wurde, dnn wurde er als Lösung zugesetzt, die die Ölphase der Emulsion bildete. Bei diesem Mischverfahren ist die Aussetzungszeit des Ölkautschukasphalt-Gemisches so genügend eingeschränkt, daß eine erhebliche Zerstörung des Kautschuks verhindert wird.
ft.us den vorherstehenden Ausführungen ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Asphalt darstellt, bei welchem ein Asphaltzuschlagstoff-Gemisch mit einer beschriebenen Ölin-Wasser-Emulsion behandelt wird, welche in ihrer Ölphase ein abgelöstes Elastomeres erhält. Die Emulsion ist vorzugsweise eine kationische Emulsion und kann in einer Menge von vorzugsweise wenigsr als etwa 3 Gew.-,; bezogen auf das Gewicht der Ölphase, einen kationischen Emulgator enthalten. Der Anteil des kationischen Emulgators beträgt nach einer noch bevorzugteren Ausführungsform etwa 0,5 bis etwa 1,5 Gew.-%, bezogen auf die Ölphase.
Im Handel ist eine große Anzahl geeigneter kationischer Netzmittel verfügbar das kationische Netzmittel sollte ein guter Emulgator sein und eine dauerhalfte positive Ladung vermitteln. Zur Erleichterung der Emulgierung und zur Verhinderung des Schäumens kann auch geringe Mengen von nichtionegenen Netzmitteln zugesetzt werden.
Die Emulgatoren können aus der Klasse von quaternären ammoniumsalzen und Fettsäuren, Fettsäure-Amido-Amino-Amin-Salzen, z.B. Amido-Amino-Amin-Azetat, etc., ausgewählt werden und auch die Verwendung von kationischen Netzmitteln mit nichtionogenen Netzmitteln, wie Polyathoxyverbindungen, umfassen. Verschiedene geeignete Netzmittel werden in den Standardwertbüchern z.B.
"Encyclopedia of Surface Active Agents" von Sisley und Wood (Chemical Publishing Company, Inc., New York), und 'Surface Active Agents and Detergentsii, von Schwarz, Perry und Berch (Interscience Publishers, ew York) beschrieben.
Zusätzlich zu den Emulgatoren können Stabilisatoren verwendet werden, um die Emulsion gegenüber Elektrolyten zu stabilisieren, die in dem wasser vorhanden sein können, das zum Verdünnen der Emulsion eingesetzt wird.
Unter einer kationischen Emulsion soll eine solche verstanden werden, bei welcher sich die Ölphase auf der negativen Elektrode abscheidet, wenn die emulsion einer Elektrophorese unterworfen werden. Nichtionogene Netzmittel können wie beschrieben in Mengen bis etwa ^ Gew.-% bezogen auf die Ölphase vorhanden sein.
Ausgehend von einer durchschnittlichen Dichte von 2,307 g/cm³ im verdichteten Zustand und einem durchschnittlichen Asphaltgehalt von 6 % des Straßenasphaltbetons kann die erforderliche Menge für die erfindungsgemaß verwendete Emulsion in einem Großteil der Fälle folgendermaßen erreichnet werden: 78 E= R X S Darin bedeutet E die Anzahl der Gallonen der Emulsion, die für ein Square lard des Asphaltbelags pro inch Dicke des Asphaltbelags erforderlich ist, um 1 % Kautschuk in den im Belag enthaltenen Asphalt einzuarbeiten.
5 bedeutet den prozentualen Gehalt der Ölphase der Smulsion und R bedeutet den prozentualen Gehalt des Kautschuks in der Ölphase.
Wenn es gewünscht wird, eine größere Menge Kautschuk h den Asphalt einzuarbeiten, z.B. 2 oder 5 Gew.-%, bezogen auf den Asphalt des Belags, wird E mit 205 multipliziert, wodurch die erforderliche Menge erhalten wird.
- Patentansprüche -

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Einarbeiten von Xiautschuk in einen Asphalt-Zuschlagstoff-Belag, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß man auf die Oberflache des Asphalts eine Öl-in-Wasser-Emulsion aufbringt, deren Ölphase ein Elastomeres in einer genügenden Menge enthält, daß dem Asphalt kautschukartige Eigenschaften verliehen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß man den Asphalt-Zuschlagstoff-Belag imprägniert, indem man auf dessen Oberflache eine Öl-in-Wasser-Emulsion aufbringt, deren Ölphasc bezogen auf das Öl 2 bis 25 Gew.-% eines gelösten Elastomeren enthalt, wobei der Asphalt und das Llastomere gegenseitig in dem Öl löslich sind, wobei das Öl einen Siedepunktsbeginn aufweist, der nicht wesentlich unterhalb 3000C bei 760 mm Hg liegt, und wobei das Öl im wesentlichen von Asphaltenen frei ist und in n-Pentan im wesentlichen löslich ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Öl eine Viskosität von mindestens 50 SUS bei 100°C besitzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elastomergehalt der Ölphase 2 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Öl, beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Emulsioneinen kationischen Emulgator enthalt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Elastomere Naturkautschuk, ein Styrol-Butadien-Blockcopolymeres, ein synthetisches cis-Polyisopren, ein SBR-ynthesekautschuk: und/oder ein trans-Polyisopren ist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Menge des Elastomeren in der Emulsion 0,1 bis 2,5 Gew.-, bezogen auf den zu behandelnden Asphalt, beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Menge des Öls in der Emulsion nicht über etwa ein Drittel des Gewichts des zu behandelnden Asphalts hinausgeht.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die anzuwendende Menge E der Emulsion, wie sie mit Wasser zur Anwendung verdünnt ist, ausgedrückt in Gallonen der Emulsion pro 1 square yard des Belags pro 1 inch Stärke des Belags, um das Elastomere in den Belag mit einer Konzentration von etwa Z Gew,-, bezogen auf den Asphalt im Belag, abzuscheiden, durch die Formel 78 X Z E = S X R bestimmt wird, worin R der in Gewichtsprozent ausgedrückte Anteil des Elastomeren in der Ölphase der Emulsion und S der in Gewichtsprozent ausgedrückte Anteil der Ölphase der Emulsion ist.