DE2124335C3

DE2124335C3 - Verfahren zur Herstellung einer Deckschicht für eine Straßenbefestigung

Info

Publication number: DE2124335C3
Application number: DE19712124335
Authority: DE
Inventors: Willi Deppe; Hellmut Dipl.-Ing. Dr.- Ing. Kohler; Volker Dipl.-Chem. Dr. Potschka
Original assignee: TEERBAU GESELLSCHAFT fur STRASSENBAU MBH 4300 ESSEN
Current assignee: TEERBAU GESELLSCHAFT fur STRASSENBAU MBH 4300 ESSEN
Priority date: 1971-05-17
Filing date: 1971-05-17
Publication date: 1980-11-13
Also published as: DE2124335B2; DE2124335A1

Description

tschuk oder Chlorbutadienkautschuk, bzw. ein in Teer unlöslicher Polymerenzusatz, und zwar ein Polytetrafluorethylen, Polyamid, Polyamin, Polyvinyläther, ein höhermolekulares Polyäthylen oder sein Copolymerisat mit verschiedenen Monomeren, ein hochmolekulares Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht bis 200 000, Silikonkautschuk, ein hochmolekulares Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht über 200 000, vernetzter Naturkautschuk, anchlorierter Kautschuk, Cyclokautschuk oder ChlGrbutadienkautschuk, gemeinsam mit einem im Bitumen löslichen Polymerenzusatz, und zwar mit Polyvinylcarbazol, Guttapercha oder Butadien-Styrol-Kautschuk, niedrigmolekularem Polyäthylen, Polyisobutylenen, unvernetztem oder teilvernetztem Naturkautschuk oder Synthesekautschuk bzw. gemeinsam mit einem in Teer löslichen Polyraerenzusatz, und zwar mit einem ABS-Polymerisat, Cellulose-Acetobutyrat, Polystyrol oder Copolymerisat mit Butadien oder Acrylnitril, Polyvinylcarbazol oder Polyvinylchlorid nach Vormischung von bituminösem Bindemittel und Mineralstoffen, in denen der Splittgehalt (Korn über 2 mm) 55 bis 80 Gew.-% beträgt, die jedoch einen sehr geringen Anteil im Bereich 2 bis 5 mm aufweisen (Ausfallkörnung), zugemischt oder daß nach Vormischung von bituminösem Bindemittel, in Bitumen bzw. in Teer löslichem Polymerenzusatz und Mineralstoffen der in Bitumen bzw. in Teer unlösliche Polymerenzusatz allein zugemischt wird, daß das Polymerengemisch in einer Menge von 1 bis 6 Gew.-%, bezogen auf die Mineralstoff-Bindemittel-Mischung, zugegeben wird, wobei der Anteil an löslicher Komponente im Polymerengemisch 10 bis 50 Gew.-% beträgt und daß das Mischgut in einer Dicke eingebaut wird, die dem 2- bis 5fachen des Größtkorndurchmessers entspricht.

Bevorzugt sind bei Verwendung von Bitumen als Bindemittel als in Bitumen unlöslicher Polymerenzusatz höhermolekulares Polyäthylen oder seine Copolymerisate mit verschiedenen Monomeren, wie Vinylacetat, oder hochmolekulares Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht bis 200 000 oder besonders bevorzugt hochmolekulares Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht über 200 000, vernetzter Naturkautschuk, modifizierter Naturkautschuk, anchlorierter Naturkautschuk oder Cyclokautschuk, Polyvinylchlorid-Copolymerisat oder weichmacherhaltiges Polyvinylchlorid, Silikonkautschuk oder Chlorbutadienkautschuk und als in Bitumen löslicher Polymerenzusatz niedrigmolekulares Polyäthylen oder besonders bevorzugt Polyisobutylen, unvernetzter oder teilvernetzter Naturkautschuk oder Synthesekautschuk, wie Butylkautschuk.

Bevorzugt ist bei Verwendung von Teer als Bindemittel als in Teer unlöslicher Polymerenzusatz höhermolekulares Polyäthylen oder seine Copolymerisate mit verschiedenen Monomeren, wie Vinylacetat, oder hochmolekulares Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht bis 200 000 oder besonders bevorzugt Silikonkautschuk, hochmolekulares Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht über 200 000, vernetzter Naturkautschuk, anchlorierter Kautschuk, Cyclokautschuk oder Chlorbutadienkautschuk und als in Teer löslicher Polymerenzusatz Polystyrol oder Copolymerisate mit Butadien oder Acrylnitril oder besonders bevorzugt Polyvinylcarbazol oder Polyvinylchlorid.

Die unlösliche Komponente des erfindungsgemäß zuzusetzenden Polymerengemisches bewirkt eine Elastifizierung der Deckschicht. Das bedeutet einen gewissen Energieverlust durch Deformation mit anschließender Rückfederung, also eine Art Knautscheffekt.

Nicht in Frage kommen jedoch bei Verwendung von Bitumen, teilweise wegen Unverträglichkeit, teilweise wegen Versprödung bei tiefen Temperaturen (unter 0⁰C): Polystyrole, Polymethacrylsäureester,

ίο reine» weichmacherfreies Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, wie Polyvinylformale und Polyvinylbutyral, Celluloseumwandlungsprodukte, wie Celluloseester oder -äther, Polyvinylalkohole, Polyvinylpyrrolidon, Polypropylen, Polycarbonate und ferner sämtliche

is Duroplasten, soweit sie nicht stark modifiziert sind; und bei Verwendung von Teer: Polymethacrylsäureester, Polyvinylacetale, Polyvinylformale und Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohole, Polyvinylpyrrolidone, Polypropylene, Polycarbonate und ferner sämtliche Duroplasten, soweit sie nicht stark modifiziert sind. Als vorteilhaft hat sich die Zugabe der unlöslichen Polymerenkomponente in granulierter Form, vorzugsweise in fädchenförmigerStruktur.erwiesen, wobei diese nach Vormischung von bituminösem Bindemittel und Mineralstoffen zugemischt wird.

Anorganische Faserstoffe und feinkörnige Mineralstoffe tragen zwar zur Festigkeit bei durch Erhöhung der Mörtelsteifigkeit, bewirken jedoch keinen Knautscheffekt.

Durch die lösliche Komponente wird die Plastizitätsspanne des Bitumens erhöht und damit das Verhalten bei hohen Temperaturen (keine Verdrückungen) und bei tiefen Temperaturen (keine Versprödung) äußerst günstig beeinflußt.

Die Erhöhung der Plastizitätsspanne kommt in

folgendem Beispiel zum Ausdruck:

Bindemittel	B 200	B 65	B 65
			7Gew.-% unver- netzter Natur kautschuk
Erweichungspunkt R -ι- K⁰C	46	52	60
Penetration ¹I₁₀ mm	184	59	73
Brechpunkt ⁰C	-20	-13	-24
Penetrationsindex nach v. Doormaal u. Pfeiffer	+2	-0,5	+2
Plastizitätsspanne	66	65	84

Das Zusammenspiel von löslicher und unlöslicher Polymerenkomponente bewirkt eine Erhöhung der Haftfestigkeit des Bindemittels am Gestein. In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse der Wasserlagerung mit einem ungünstigen Kiesmaterial nach einer verschärften Abwandlung des Prüfverfahrens nach DIN 1996, Blatt 10, enthalten.

Wasser- Lageczeit Bindemittelfreie Fläche in %

lagerung β 65 B 65

bei ⁰C +25 Gew.-%

Polymerenh gemisch*)

24

+2 +2 +2 +2

teihveises 0

Durchschimmern

desgl.
desgl.
20
60

0 0 0 0

Gußasphalt
Mineralgemisch 92,4 Gew.-% bestehend aus:

8,0—12,5 mm 18 Gew.-%

5,0—8,0 mm 18 Gew.-%

2,0—5,0 mm 12 Gew.-%

0,63—2,0 mm 9Gew.-%

0..20—0,63 mm 12Gew.-%

0,09—0,20 mm 7 Gew.-%

unter 0,09 mm 24Gew.-%

Bitumen 65 7,6 Gew.-%

100 Gew.-%

100
(Sieden)

*) Das Polymerengemisch besteht hier aus 25 Gew.-% PoIy^ isobutylen und 75 Gew.-% hochvernetztem Naturkautschuk.

Polymerenzusätze zu bituminösem Materialien sind schon bekannt, und zwar sowohl der Zusatz eines bestimmten Polymeren (vergleiche US-PS 21 97 461, GB-PS 8 04 556, DE-PS 8 58 589 und »Plaste u. Kautschuk«, 16 (1969), Seite 37 bis 39) als auch der Zusatz von zwei verschiedenen Polymeren, wie sie erfindungsgemäß zur Verwendung vorgeschlagen werden (vergleiche DE-PS 7 52 948, DE-PS 15 94 803, US-PS 29 18 940 und »Plaste und Kautschuk«, 16 (1969), Seite 605 bis 608). In keiner dieser Literaturstellen wird jedoch darauf hingewiesen, daß bei Verwendung je eines in dem bituminösen Bindemittel löslichen und eines unlöslichen Polymers ein synergistischer Effekt auftritt, und schon gar -nicht wird in den Literaturstellen beschrieben, daß ein nochmals potenzierender Effekt zu beobachten ist, wenn zu der Verwendung eines Zusatzes von beiden besagten Polymeren zu dem bituminösen Bindemittel für ein Straßenbaumischgut noch eine Ausfallkörnung beim Mineraistoffanteil gewählt wird. Es wurde nämlich in eingehenden Vergleichsversuchen zur Abriebfestigkeit von bekannten Deckschichten mit solchen, hergestellt nach der Erfindung, festgestellt, daß sich bei den erfindungsgemäßen Deckschichten immer ein deutlich geringerer Abrieb ergibt, als er bei additivem Zusammenwirken aller Einzeleffekte erwartet werden könnte.

Zum Nachweis des technischen Fortschritts der Erfindung wurden die in nachstehender Tabelle wiedergegebenen Vergleichsversuche durchgeführt. Für die Durchführung der Versuche wurde das TSA-Gerät (Teerbau-Spikes-Abrieb-Gerät) benutzt, das in der Materialprüfungsanstalt der Teerbau 1961 entwickelt wurde und das gestattet, den Abrieb von bituminösen Straßendecken unter praxisnahen Bedingungen zu messen. Zu den Abriebversuchen wurde ein Asphaltbeton nach TVbit 3/64 bzw. ein Gußasphalt nach TVbit 6/60 in folgender Zusammensetzung verwendet :

Asphaltbeton

Mineralgemisch 93,8 Gew.-% bestehend aus:

8,0—12,5 mm 21 Gew.-%

5,0—8,0 mm 19 Gew.-%

2,0—5,0 mn: 16 Gew.-%

0,63—2,0 mm 15 Gew.-%

0,20—0,63 mm 12 Gew.-%

0,09—0,20 mm 9 Gew.- %

unter 0,09 mm 8 Gew.- %

100 Gew.-%
Bitumen 65 6,2 Gew.-%

Das in der Tabelle genannte »Mischgut gemäß der Erfindung« war nach Mineralgemisch und Bitumen zusammengesetzt, wie im nachstehenden Beispiel angegeben.

Die mittleren Molekulargewichte der für die Abriebversuche verwendeten Polymeren waren:

niedrigmolekulares Polyisobutylen 60 000

vernetzter Naturkautschuk 1 000 000

Silikonkautschuk 250 000

Butylkautschuk-Latex 80 000

Weich-PVC 25 000

Aus der Tabelle wird deutlich, daß die Polymerenzusätze erst im Zusammenspiel und mit dem Gesamtmischgutaufbau voll wirksam werden, wobei der Gesamteffekt über eine additive Wirksamkeit hinausgeht.

Die Versuche Nr. 1 und 2 zeigen den Stand der Technik. Nr. 1 — Asphaltbeton nach TV bit 3/64 — zeigt einen Abrieb von 4,9 mm und Nr. 2 — Gußasphalt nach TV bit 6 60 — einen solchen von 3,1 mm.

Wird nun einem Asphaltbeton nach TV bit 3/64 ein erfindungsgemäß verwendetes Polymerengemisch zugesetzt (Versuch Nr. 3), so ergibt sich eine Verbesserung des Abriebs gegenüber dem normalen Asphaltbeton-Mischgut von 0,2 mm. Wird dagegen das erfindungsgemäß verwendete Mischgut — Splittgehalt (Korn über 2 mm) 55 bis 80 Gew.-% mit einem sehr geringen Anteil im Bereich 2 bis 5 mm (Ausfallkörnung) — ohne erfindungsgemäß verwendete Polymerenzusätze getestet, dann ergibt sich (Versuch Nr. 4) eine Abriebsverbesserung gegenüber normalem Asphaltbetonmischgut von 0,6 mm. Vorausgesetzt, daß beide Verbesserungseffekte additiv zusammenwirkten, dann müßte man eine Abriebverbesserung von (0,2 + 0,6) 0,8 mm erhalten. Wie jedoch Versuch Nr. 7 zeigt, ergibt sich beim Zusammenwirken aller erfindungsgemäßen Maßnahmen eine Abriebverbesserung von 1,9 mm, also nicht nur ein additiver Effekt, sondern ein potenzierter.

In den Vergleichsversuchsgruppen II bis IV wird weiter gezeigt, daß auch das erfindungsgemäß vorgesehene Zusammenwirken von je einem löslichen und einem unlöslichen Polymerenzusatz einen potenzierten Effekt ergibt. Zusatz nur eines löslichen Polymers (Versuch 5) zeigt eine Abi iebsverbesserung von 0,6 mm und Zusatz nur eines unlöslichen Polymers (Versuch 6) einen solchen von 0,7 mm. Additiv ergäbe sich theoretisch bei einer Kombination beider Polymerer eine Abriebverbesserung von (0,6 + 0,7) 1,3 mm; in Wirklichkeit zeigt sich jedoch (Versuch 7) eine solche von 1,9 mm. Ein ähnlich potenzierter Effekt ergibt sich (die Gruppen III und IV), wenn man andere erfindungsgemäß verwendbare PoIymerenpaare einsetzt.

I. 'ψ- I

Tabelle

Gruppc Versuch Nr.

Abrieb in mm	Abrieb in mm Differenz zu Asphaltbeton A
4,9	. .
3,1	1,8
4,7	0,2
4,3	0,6
—	0,8
4,3	0,6
4,2	0,7
__	1,3
3,0	1,9
4,2	0,7
4,2	0,7
	1,4
3,2	1,7
4,3	0,6
4,2	0,7
.—.	1,3
3,4	1,5

III

TV

8 9

10

11 12

13

Asphaltbeton nach TV bit 3/64 Gußasphalt nach TV bit 6/60

Asphaltbeton nach TV bit 3/64 mit 0,7% niedrigmolekularcni Polyisobutylen +2,3% vernetzten! Naturkautschuk (mit erfindungsgemäßen Zusätzen)

Mischgut gemäß Erfindung ohne Zusätze Theoretische Addition /I₃ + /I₁

Mischgut gemäß Erfindung mit 0,7% niedrigmolekularem Polyisobutylen

Mischgut gemäß Erfindung mit 2,3% vernetzten! Kautschuk

Theoretische Addition

+ /I₆

Mischgut gemäß Erfindung mit 0,7% niedrigmolekularem Polyisobutylen +2,3% vernetzten! Kautschuk

Mischgut gemäß Erfindung mit 1% niedrigmolekularem Polyisobutylen

Mischgut gemäß Erfindung mit 2% Silikonkautschuk

Theoretische Addition /I₈ + /I₉

Mischgut gemäß Erfindung mit 1% niedrigmolekularem Polyisobutylen +2,0% Silikonkautschuk

Mischgut gemäß Erfindung mit 0,8% Butylkautschuk-Latex

Mischgut gemäß Erfindung mit 2,2% Weich-PVC

Theoretische Addition /I₁₁ + /I₁₂

Mischgut gemäß Erfindung mit 0,8% Butylkautschuk-Latex +2,2% Weich-PVC

Versuchsbedingungen: Temperatur 10° C;

Laufzeit 4 h (jeweils 1 h mit unterschiedlicher definierter Schlupfeinstellung), die etwa einer V/interbeanspruchisng in der Praxis entspricht.

Die Versuche Nr. 7,10 und 13 zeigen — im Vergleich 55 Dabei ist zu bedenken, daß Gußasphalt entschieden

zu Versuch Nr. 2 —, daß die erfindungsgemäß ver- teurer ist alsdas erfindungsgemäßverwendeteMischgut.

wendeten Mischgutzusammensetzungen nahezu zu Übrigens bedeuten schon Unterschiede von wenigen

einem Abrieb führen, wie er nur dem Gußasphalt ¹/io^rnm '^m Abrieb einen Avesentlichen volkswirt-

zukomnit, oder sogar noch zu einem geringeren. schaftlichen Gewinn.

Claims

ι 2

befestigung mit erhöhtem Widerstand gegen Verkehrs-Patentanspruch: beanspruchungen namentlich im Winter, bestehend

aus einer auf einer Unterlage aufzubringenden Mi-Verfahren zur Herstellung einer Deckschicht für schung aus Mineralstoffen, bituminösem Bindemittel eine Straßenbefestigung, bestehend aus einem 5 und polymeren Stoffen.

bituminösen Bindemittel, Polymerenzusätzen und Für die Verwendung von Mischungen aus Mineral-Mineralstoffen mit einem für den Kornaufbau stoffen und bituminösem Bindemittel zur Herstellung außergewöhnlich hohen Bindemittelgehalt, d a- der Deckschichten von Fahrbahnbefestigungen gibt durch gekennzeichnet, daß ein in es zur Zeit zwei wesentliche Verfahren.
Bitumen unlöslicher Polymerenzusatz, und zwar io Das erste verwendet kornabgestufte Mineralstoffein Polytetrafluoräthylen, Polyamid, Polyamin, mischungen von 0 bis 5, 8 oder 12 mm mit Bitumen Polyvinyläther, Butadien-Acrylnitril-Kautschuk, oder Teer als Bindemittel. Der Bindemittelgehalt wird Styrol-Acrylnitril-Kautschuk oder ABS-Polymeri- so bemessen, daß im verdichteten Zustand ein Hohlsat, ein höhermolekulares Polyäthylen oder sein raumgehalt verbleibt, der an einem im Laboratorium Copolymerisat mit verschiedenen Monomeren, 15 normengerecht hergestellten Probekörper It Techein hochmolekulares Polyisobutylen mit einem nischer Vorschriften 1 bis 5 Vol.-% beträgt. Dieses Molekulargewicht bis 200 000, ein hochmole- als Asphalt- bzw. Teerbeton bezeichnete Material kulares Polyisobutylen mit einem Molekular- kann wegen seines lockeren Zustandes nach Hergewicht über 200 000, vernetzter Naturkautschuk, stellung in Mischanlagen mit offenen Lkw heiC modifizierter Naturkautschuk, anchlorierter Natur- 20 zur Baustelle transportiert werden, wird mit Straßenkautschuk oder Cyclokautschuk, Polyvinylchlorid- fertigem verteilt und mit Walzen verdichtet.
Copolymerisat oder ein weichmacherhaltiges Poly- Das zweite Verfahren verwendet ebenfalls kornvinylchlorid, Silikonkautschuk oder Chlorbuta- abgestufte Gemische aus Mineralstoffen von 0 bis 8 dienkautschuk, bzw. ein in Teer unlöslicher oder 12 mm mit höheren Anteilen an Feinmaterial Polymerenzusatz, und zwar ein Polytetrafluor- 25 und Bitumen als Bindemittel. Hier wird jedoch ein äthylen, Polyamid, Polyamin, Polyvinyläther, ein Bindemittelüberschuß angewandt, so daß es sich um höhermolekulares Polyäthylen oder sein Copoly- eine hohlraumfreie, im heißen Zustand fließfähige merisat mit verschiedenen Monomeren, ein hoch- Masse handelt. Diese muß nach Herstellung in Mischmolekulares Polyisobutylen mit einem Molekular- anlagen mit sogenannten Gußasphaltkochern zur gewicht bis 200 000, Silikonkautschuk, ein hoch- 30 Baustelle transportiert und mit Spezialfertigern einmolekulares Polyisobutylen mit einem Molekular- gebaut werden. Aufgrund des Bindemittelüberschusses gewicht über 200 000, vernetzter Naturkautschuk, ist zur Vermeidung von Glätte eine Behandlung der anchlorierter Kautschuk, Cyclokautschuk oder Oberfläche durch Eindrücken von Splitt und/odet Chlorbutadienkautschuk gemeinsam mil einem Riffelung erforderlich. Eine Verdichtung entfällt, im Bitumen löslichen Polymerenzusatz, und zwar 35 Dieses als Gußasphalt bezeichnete Material ist also mit Polyvinylcarbazol, Guttapercha oder Butadien- in seiner Handhabung entschieden aufwendiger und Styrol-Kautschuk, niedrigmolekularem Poly- damit uuH auch wegen höherer Materialkosten teurer äthylen, Polyisobutylene^ unvernetztem oder teil- als die Herstellung von Asphalt- bzw. Teerbetonvernetztem Naturkautschuk oder Synthesekau- deckschichten.

tschuk, bzw. gemeinsam mit einem in Teer lös- 40 Der Asphalt- bzw. Teerbeton besitzt wegen gerin-

lichen Polymerenzusatz, und zwar mit einem gerem Bindemittelgehalt und geringerem Mörtel-

ABS-Polymerisat, Cellulose-Acetobutyrat, Poly- anteil und dadurch hohlraumreicherer Struktur ge-

styrol oder Copolymerisat mit Butadien oder ringere Widerstandsfähigkeit gegen Verkehrsbean-

Acrylnitril, Polyvinylcarbazol oder Polyvinylchlo- spruchungen, insbesondere Winterbeanspruchungen

lid nach Vormischung von bituminösem Binde- 45 wie z. B. durch Spikes.

mittel und Mineralstoffen, in denen der Splitt- So wurde z. B. auf einigen hochbelasteten Straßen

gehalt (Korn über 2 mm) 55 bis 80 Gew.-% be- in Süddeutschland in einem Winter ein Abrieb

trägt, die jedoch einen sehr geringen Anteil im von etwa 5 mm bei Asphaltbeton und von etwa 3,5 min

Bereich 2 bis 5 mm aufweisen (Ausfallkörnung), bei Gußasphalt gemessen.

zugemischt oder daß nach Vormischung von 50 Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zui bituminösem Bindemittel, in Bitumen bzw. in Herstellung einer Deckschicht für eine Straßen-Teer löslichem Polymerenzusatz und Mineral- befestigung, bestehend aus einem bituminösem Bindestoffen der in Bitumen bzw. in Teer unlösliche mittel, Polymerenzusätzen und Mineralstoffen mil Polymerenzusatz allein zugemischt wird, daß das einem für den Kornaufbau außergewöhnlich hoher . Polymerengemisch in einer Menge von 1 bis 6 55 Bindemittelgehalt, das dadurch gekennzeichnet ist. Gew.-%, bezogen auf die Mineralstoff-Binde- daß ein in Bitumen unlöslicher Polymerenzusatz, und mittel-Mischung, zugegeben wird, wobei der Anteil zwar ein Polytetrafluoräthylen, Polyamid, Polyamin an löslicher Komponente im Polymerengemisch Polyvinyläther, Butadien-Acrylnitril-Kautschuk, Sty 10 bis 50Gew.-% beträgt und daß das Mischgut rol-Acrylnitril-Kautschuk oder ABS-Polymerisat, eir in einer Dicke eingebaut wird, die dem 2- bis 60 höhermolekulares Polyäthylen oder sein Copoly-5fachen des Größtkorndurchmessers entspricht. merisat mit verschiedenen Monomeren, ein hochmolekulares Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht bis 200 000, ein hochmolekulares Polyiso-

butylen mit einem Molekulargewicht über 200 000.

65 vernetzter Naturkautschuk, modifizierter Naturkautschuk, anchlorierter Naturkautschuk oder Cyclo-

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur kautschuk, Polyvinylchlorid-Copolymerisat oder eir

Herstellung einer Deckschicht für eine Straßen- weichmacherhaltiges Polyvinylchlorid, Silikonkau·