DE2454803C2 - Verfahren zur Herstellung eines für den Straßenbau geeigneten Materials - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines für den Straßenbau geeigneten MaterialsInfo
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Description
man auf eine Temperatur von mindestens 180" C vorerhitzte Mineralbestandteile mit nicht-erhitzten, zerkleinerten
thermoplastischen Kunststoffbestandteilen mischt, zu der erhaltenen Mischung bituminöse oder *r<rrartige
Kohlenwasserstoffbestandteile zusetzt.
Aus der DE-OS 21 39 277 ist es bekannt, bei der Herstellung von Straßenbeiagmassen aus Mineralbestandteilen,
wie Schotter und Sand, mit Bitumen als Bindemittel einen Teil der Mineralbestandteile durch Teilchen aus
synthetischem Harz zu ersetzen. Dabei findet keine Schädigung oder Verschlechterung des Kunststoffes statt,
weil die Mischung der Bestandteile bei einer solchen Temperatur und innerhalb eines so kurzen Zeitraumes
durchgeführt wird, daß sich ein Teil der Kunststoffteilchen entweder verformt oder die Oberfläche der Teilchen
schmilzt, so daß die Haftung zwischen den Kunststoffteilchen und dem Binder erhöht wird. Als Kunststoffe
werden vorzugsweise thermoplastische Kunstharze verwendet Bei Verwendung von Sand kann höchstens 75%
dieses Mineralbestandteils durch Kunststoff ersetzt werden, bei Verwendung von Schotter und Kiesel höchstens
50%. Die Reihenfolge beim Mischen der Bestandteile ist bei diesem bekannten Verfahren nicht kritisch. Es
wurde u. a. eine Methode beschrieben, wobei die Mineralbestandteile auf 170—2000C erhitzt werden und dann
zunächst die Kunststoffe und anschließend ein auf 140— 1600C erhitztes bituminöses Material zugesetzt werden.
Marshall-Stabilität (ASTM D 1559-62 T) besitzen, die jedoch für viele Zwecke nicht ausreicht und auch niedriger
ist als die Stabilität von Produkten, die dadurch erhalten werden, daß zunächst die Mineralbestandteile mit den
bituminösen Bestandteilen gemischt werden und zu dem erhaltenen Gemisch Kunststoff zugesetzt wird. Die
beschriebenen Zusammensetzungen enthalten immer wenigstens 11 Gew.-% Kunststoff, während die Menge
des Bitumens niedriger ist und z. B. 6—8 Gew.-% beträgt, wobei beide Prozentsätze auf das Gewicht der
3; Mineralbestandteile bezogen sind. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die in dieser Otfenlegungsschrift
beschriebenen Zusammensetzungen bei Anwendung im Straßenbau Straßenbeläge mit Rissen ergeben.
Aus der niederländischen Patentanmeldung Nr. 71 08 690 ist die Herstellung von bituminösen Zusammensetzungen
bekannt, die ebenfalls Mineralaggregate und ein Polymerisat enthalten und die für den Straßenbau
geeignet sind. Durch die Verwendung des Polymerisats bezweckt man die Theologischen Eigenschaften des
Bitumens zu verbessern. Das verwendete Polymerisat muß bestimmte Eigenschaften besitzen und ist ein synthetischer
Kautschuk vom Typ eines Blockmischpolymerisats der allgemeinen Formel A —B—A, in der die beiden
Blöcke A identische oder unterschiedliche, thermoplastische, nicht-elastomere Polymerisatblöcke und Block B
einen elastomeren Polymerisatblock darstellen, wie beispielsweise Polystyrol-Polyisopren-Polystyrol. Zur Herstellung
von bituminösen Zusammensetzungen wird dieses Polymerisat in Gegenwart mindestens eines Teils des
Mineralaggregats mit dem bituminösen Bestandteil vermischt. Gemäß dieser Patentanmeldung kann dieses
Mischen in verschiedener Weise erfolgen, nämlich:
a) durch Zugeben des Blockmischpolymerisats zu einer Mischung aus dem bituminösen Bestandteil und dem
b) durch Vermischen des Blockmischpolymerisats mit dt: Gesamtmenge des Mineralaggregats, bevor der
bituminöse Bestandteil zugesetzt wird,
c) durch Vermischen des Blockmischpolymerisats mit einem Teil des Mineralaggregats, wonach der Rest des
Mineralaggregats zugesetzt wird, bevor der auf 135 bis 185°C erhitzte bituminöse Bestandteil zugegeben
wird,
wobei die Gesamtmenge des Aggregats zuvor bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei 2000C, getrocknet
werden kann, und
d) durch Vermischen des Blockmischpolymerisats mit einem Teil des Mineralaggregats und Zugabe dieser
Mischung zu einer Mischung aus dem bituminösen Bestandteil und dem Rest des Mineralaggregats.
Bei diesen Mischmethoden wird das Blockmischpolymcrisat in Form eines Pulvers oder in Form einer Lösung
in einem flüchtigen Lösungsmittel verwendet. Die verwendete Menge des Blockmischpolymerisats beträgt 1 bis
20 Gew.-%, bezogen auf den bituminösen Bestandteil. Die Menge der Mischung aus dem Blockpolymerisat und
dem bituminösen ßestandtcil belauft sich auf I bis 15 Gcw.-%, bezogen auf die Menge des Mineralaggregats. Im
Verhältnis zu den polymeren Bestandteilen sind die bituminösen Bestandteile somit in einem beträchtlichen
b5 Überschuß vorhanden.
Der Preis der so erhaltenen bituminösen Zusammensetzungen ist zu hoch, um das Material in wirtschaftlicher
Weise für den Massenstraßenbau zu verwenden. Es wird deshalb auch nur für Spezialzwecke verwendet, zum
Beispiel in sehr dünnen Schichten zur Oberflachenbehanc^ung.
[η der niederländischen Patentanmeldung Nr. 69 00 269 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Materials
beschrieben, gemäß dem vorerhitzte Mineralbestandteile mit 10 bis 25 Gew.-% Abfallkunststoffen vermischt
werden, worauf die Mischung auf eine Temperatur erhitzt wird, die mindestens gleich ist der Schmelztemperatur
der Bestandteile der Abfallkunststoffe mit dem höchsten Schmelzpunkt. Es ist erforderlich, daß als Kunststoffbestandteile
thermoplastische Harze verwendet werden, in denen geringe Mengen hitzehärtbarer Harze vorhanden
sein können. Diese Materialien können für Bauzwecke und/oder Straßenbau sowie den Wasserbau verwendet
werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von für den
Straßenbau geeigneten Materialien mit verbesserten Eigenschaften, wie einer besonders großen Marshall-Stabilität,
einer hohen Druckfestigkeit und einer ausgezeichneten Beständigkeit gegen die Bildung von Rillen, Spuren
und Rissen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines für den Straßenbau geeigneten Materials,
wobei man auf eine Temperatur von mindestens 180°C vererhitzte Mineralbestandteile mit nicht-erhitzten,
zerkleinerten thermoplastischen Kunststoffbestandteilen mischt und zu der erhaltenen Mischung bituminöse
und/oder teerartige Kohlenwasserstoffbestandteile zusetzt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohlenwas- 1 s
serstoffbestandteile in einer Menge von 5—8 Gew.-%, bezogen auf die Mineralbestandteile, und als thermoplastische
Kunststoffbestandteile Polyäthylen, Polypropylen und/oder Polybutylen in einer Menge von 1—3
Gew.-%, bezogen auf die Mineralbestandteile, aber in einer Menge von zumindestens 20 Gew.-%, bezogen auf
die Kohlenwasssrstof fbestandteile, zugibt.
Die Kombination aus den besonderen Verfahrensmaßnahmen and der Relation der materiaibiidenden Bestandteile
führt überraschenderweise zu Materialien mit unerwartet günstigen Eigenschaften.
Bezüglich der angewandten Verfahrensmaßnahmen ist festzustellen, daß Materialien mit günstigen Eigenschaften
ausschließlich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten werden, gemäß dem zunächst die
Mineralbestandteile erhitzt werden, wonach die nicht-erhitzten, zerkleinerten erfindungsgemäßen thermoplastischen
Kunststoffbestandteile zugegeben und schließlich die Kohlenwasserstoffbestandteile zugesetzt 1,erden. In
den weiter unten angegebenen Vergleichsbeispielen sind Ergebnisse angegeben, die durch ein teilweises Abweichen
von dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten worden sind. In dem Vergleichsbeispie! 1 wird kein
Kohlenwasserstoffbestandteil verwendet. Bei dem Vergleichsbeispiel 2 wird der Mineralbestandteil nicht vorerhitzt.
In dem Verjtleichsbeispiel 3 werden grobe Kunststoffbestandteile verwendet Bei dem Vergleichsbeispiel 4
werden vorerhitzte, zerkleinerte Kunststoffbestandteile verwendet. Im Rahmen des Vergleichsbeispiels 5 werden
die vorerhitzten Mines:albesUi«dteile zunächst mit dem Kohlenwasserstoffbestandteil vermischt, bevor die
Kunststoffbestandteile zugewetzt werden. Schließlich werden bei dem Vergleichsbeispiel 6 die vorerhitzten
Mineralbestandteile mit einer Misc. üng aus einer heißen Komponenten aus Kohlenwasserstoffbestandteilen
und zerkleinerten Kunststoffbestandteilen vermischt. Erfindungsgemäß können als Mineralbestandteüe sämtliche
Bestandteile verwendet werden, die für den Anwendungszweck der Materialien geeignet sind. Sand und
Mischungen aus Sand und Kies werden bevorzugt verwendet. Für gewisse Anwendungszwecke kann der Sand
jedoch vollständig, zum größten Teil oder im geringeren Ausmaß durch zerkleinertes Glas, das z. E. als Industrieabfall
anfällt, Hochofenschlacke oder Schlacke, die in metallurgischen Betrieben oder in Müllverbrennungsanlagen
anfällt, ersetzt werden.
Als thermoplastische Kunststoffbestandteile werden erfindungsgemäß Polyäthylen, Polypropylen und Polybutylen,
verwendet.
Die Herkunft der Kunststoffbestandteile ist nicht wichtig, vorausgesetzt, daß sie zerkleinert werden. Daher
können sie beispielsweise in Form von granulierten Rohmaterialien, wie sie bei der Herstellung anfallen,
zerkleinerten Rohmaterialien oder Abfallprodukten der Polymerisatherstellung eingesetzt werden. Zum Beispiel
sind vom Standpunkt der Umweltreinhaltung aus gesehen die sog. Haushaltskunststoffabfälle von besonderer
Bedeutung. Diese Abfallprodukte, wie wegen ihrer schlechten Abbaubarkeit nicht oder nur schwer aus der
Umgebung beseitigt werden können, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu nützlichen Produkten
verarbeitet werden. Die einzige Bedingung ist diejenige, daß die Kunststoffabfälle zu Teilchen mit relativ
geringen Abmessungen zerkleinert werden. Natürlich bestehen diese Abfallprodukte aus einer großen Vielzahl
von verschiedenen synthetischen Substanzen, bei denen es sich jedoch größtenteils um thermoplastische Harze
handelt. Ein relativ geringer Prozentsatz von hitzehärtbaren Harzen ist kein Hindernis für die Verarbeitung
dieser Materialien, da die hitzehärtenden Harze als Füllstoffe eingearbeitet werden. Geringe Prozentsätze
anderer Produkte, die zufällig vorhanden sind, sind unschädlich.
Hinsichtlich der Form und der Abmessungen der zerkleinerten Kunststoffbestandteile ist festzuhalten, daß die
Form eine geringe Bedeutung hat, so daß in wirksamer Weise Schuppen, Granulate, Körnchen, geschnitzelte,
geschnittene oder gebrochene Teilchen u. dgl. verwendet werden können, und daß die Abmessungen auch
innerhalb eines weiten Bereiches variieren können und überwiegend von dem angestrebten Anwendungszweck
abhängen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren werden im allgemeinen die üblichen bituminösen Produkte und Kohleteerprodukte
verwendet.
Weiterhin ist es möglich, in die Materialien die üblichen Füllstoffe und/oder Additive einzuarbeiten. Wie
bereits erwähnt, können Pigmente als Additive verwendet werden. In Abhängigkeit von ihrer Art werden die
Füllstoffe und die Additive zu dem Mineralbestandteil oder dem thermoplastischen Kunststoffbestandteil zugesetzt.
Beispielsweise ist es ohne weiteres möglich, als Füllstoff wirkende, hitzehärtbare Harze zusammen mit
dem Kunststoffbestandteil zuzugeben.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Materialien zeichnen sich durch günstige Eigenschaften
aus. Wie aus den Beispielen und den darin angegebenen Tabellen ersichtlich ist, werden für Straßenbeläge
geeignete Materialien hergestellt, die bei 600C eine Marshall-Stabilität von 1850 bis 4700 kg und eine nach
der Proctor-Methode bestimmte Druckfestigkeit von 75 bis 130 kg/cm2 besitzen.
Weiterhin hat es sich erwiesen, daß die Rißempfindlichkeit des Endprodukts beeinflußt werden kann, so daß
eine ununterbrochene Siraßenoberfläche hergestellt werden kann. Je weniger thermoplastische Kunststoffbestandteile
vorhanden sind, umso geringer ist die Rißempfindlichkeit.
Es ist überraschend, daß die Verarbeitung des erfindungsgemäßen Materials, das 20 bis 25 Gew.-% thermoplastische
Kunststoffe, bezogen auf die Gewichtsmenge der Kohlenwasserstoffbestandteile, enthält, ohne weiteres
mit herkömmlichen Auftragvorrichtungen und Walzen verarbeitet werden kann, so daß selbst eine bemerkenswerte
Verbesserung hinsichtlich des Verarbeitens gegenüber den bisher bekannten bituminösen Mischungen
erreicht wird.
Man erhitzt Sand auf 200 bis 2500C und gibt 4 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Sandes, nicht-erhitztes,
zerkleinertes Polyäthylen zu. Als Ergebnis erhält man eine Mischung, die nicht oder kaum in großem
Maßstab zu einem Straßenbelag verarbeitet werden kann. Der Temperaturbereich für die Auftragung des
Materials ist zu eng und das sofortige Walzen führt zu permanenten Rissen.
Man vermischt kalten Sand mit zerkleinerten polymeren Bestandteilen und erhitzt diese Mischung auf 200 bis
250°C. Es ergibt sich keine oder eine unzulängliche Verbindung, und die Mischung fällt auseinander und besitzt
daher schlechte mechanische Eigenschaften.
Man vermischt erhitzten Sand mit großen Abfallkunststoffstücken. Es wird unter Schwierigkeiten eine gewisse
Verbindung erreicht
Man vermischt erhitzten Sand mit zerkleinerten polymeren Bestandteilen, die vor dem Vermischen bis zum
Erweichungspunkt erhitzt worden sind. Es werden keine zufriedenstellenden Mischergebnisse erzielt, und es
erfolgt keine oder nur eine unzureichende Kohäsion.
Man vermischt erhitzten Sand mit Bitumen und gibt anschließend unter dauerndem Rühren zerkleinerte
polymere Bestandteile zu. Man erreicht keine zufriedenstellenden Mischergebnisse; die Mischung ballt sich zu
Klumpen zusammen.
Man vermischt erhitzten Sand mit einer Mischung aus heißem Bitumen und zerkleinerten polymeren Bestandteilen.
Man erzielt keine zufriedenstellende Durchmischung, und die Ergebnisse sind wesentlich schlechter als
die gemäß den Beispielen 1 bis 5 erhaltenen.
Man vermischt erhitzten Sand mit zerkleinerten hitzehärtbaren polymeren Bestandteilen. Es wird keine
Bindung erreicht, und das hitzehärtbarc Harz kann bei zu hohen Temperaturen brennen.
B c i s ρ i e 1 1
Man erhitzt 1 Tonne einer Mischung aus 33 Gew.-% Sand der Korngröße
<2 mm. 28 Gew.-% Kies der Korngröße 2—5 mm und 39 Gew.-% Kies der Korngröße 5—15 mm in e;ner Mischkammer auf 2400C und gibt
unter dauerndem Rühren 12 kg nicht-erhitztes, zerkleinertes (zerrissenes) Polyäthylen zu und vermischt wäh-
Sö rend 15 Sekunden. Dann gibt man zu dieser Mischung 58 kg auf 1600C vorerhitztes Bitumen (80/100, Penetra*
tionsindex —0,8) zu, was einer auf das Bitumen bezogenen Menge an Kunststoffbestandteilen von 20,7 Gew.-%
entspricht. Nach dem Durchmischen während 30 Sekunden ist das Produkt transportfertig und wird mit Hilfe
einer Auftragvorrichtung in Form einer ununterbrochenen Straßenoberfiäche aufgetragen, die mit einer Anzahl
von Walzdurchgängen fertiggestellt wird. Während der Verarbeitung ki.nn die Temperatur auf mindestens
h5 130" C absinken, ohne daß hierdurch eine Verschlechterung der Eigenschaften des Endprodukts verursacht wird.
Murshall-Stabilitat, gemessen bei 600C (nach den Stundardvorsehrifien des Niederländischen Ministeriums
für öffentliche Arbeiten 1972): 1850 kg.
Druckfestigkeit, die mit Zylindern, die nach der Proctor-Methodc hergestellt sind, nach den Standardvorschriften
des Niederländischen Ministeriums für öffentliche Arbeiten bestimmt wird: 75 kg/cm·.
Ersetzt man im obigen Verfahren das Polyäthylen durch die gleiche Menge eines entsprechend zerkleinerten
Polypropylens oder Polybutylens so werden folgende Ergebnisse erhalten:
Marshall-Stabilität (kg) Druckfestigkeit (kg/cm2) Schrumpfung (IQ-6 m/m°C)
1900 | 1900 |
80 | 80 |
12 | 12.5 |
Man verfährt wie in Beispiel 1 beschrieben, mit dem Unterschied, daß man anstelle von 12 kg Polyäthylen
20 kg Polyäthylen (-34,5% Kunststoffbestandteile) verwendet.
Marshall-Stabilität:
Druckfestigkeit:
Druckfestigkeit:
2350 kg; 80 kg/cm2.
Man arbeitet wie in Beispiel 1 angegeben, mit dem Unterschied, dab man an Stelle von 12 kg Polyäthylen 30 kg
Polyäthylen ( = 51,8% Kunststoffbestandteile) verwendet.
Marshall-Stabilität:
Druckfestigkeit:
Druckfestigkeit:
2750 kg; 85 kg/cm2.
In der folgenden Tabelle A sind die Ergebnisse dieser Beispiele zusammengefaßt. In dieser Tabelle ist auch die
Schrumpfung der erhaltenen Mischung angegeben, die sich durch das Auftreten von Temperaturunterschieden
ergibt und zu Rissen führen kann.
Beispiel 4 | Beispiele | 2 | 3 | |
1 | 1000 | 1000 | ||
Sand-Kies-Gemisch (kg) | 1000 | 20 | 30 | |
Polyäthylen (kg) | 12 | 58 | 58 | |
Bitumen (kg) | 58 | 34,5 | 51.8 | |
Kunststoffbestandteile | 20,7 | |||
(Gew.-%, bezogen auf die Kohlenwasserstoffbcstandteile) | 1.86 | 2.75 | ||
Kunststoffbestandteile | 1.12 | |||
(Gew.-%, bezogen auf die gesamte Mischung) | 2350 | 2750 | ||
Marshall-Stabilitgi(kg) | 1850 | 80 | 85 | |
Druckfestigkeit (kg/cm2) | 75 | 13,5 | 18 | |
Schrumpfung (10-·1 m/m°C) | 11 | |||
Man arbeitet nach der in Beispiel 1 angegebenen Weise mit dem Unterschied, daß man anstelle von 58 kg
Bitumen 58 kg Straßenbauteer (Equiviskositätstemperatur nach NEN 3945 von 52—56° C) verwendet.
Marshall-Stabilität:
Druckfestigkeit:
Druckfestigkeit:
3000 kg; 125 kg/cm2.
Man verfährt wie in Beispiel 4 angegeben, mit der Abänderung, daß man anstelle von 12 kg Polyäthylen 20 kg
Polyäthylen (=-34,5% KunststoffbestandteUe) verwendet
Marshall-Stabilität:
Druckfestigkeit:
Druckfestigkeit:
4000 kg; 130 kg/cm2.
1000 | 1000 | 1000 | j |
12 | 20 | 30 | |
58 | 58 | 58 | |
20,7 | 34,5 | 51.8 | |
1.12 | 1.86 | 2,75 | |
3000 | 4000 | 4700 | |
125 | 130 | 130 | ' i |
10,6 | 11 | 11.3 | |
Man verfä'iirt nach der in Beispiel 4 angegebenen Weise, mit dem Unterschied, daß man anstelle von 12 kg
Polyäthylen 30 kg Polyäthylen (=»51,8 kg Kunststoff bestandteile) verwendet.
Polyäthylen 30 kg Polyäthylen (=»51,8 kg Kunststoff bestandteile) verwendet.
4 5 6
Kunststoffbestandteile 20 (Gew.-%, bezogen auf die Kohlenwasserstoffbcstandteilc)
(Gew.-%, bezogen auf die gesamte Mischung)
Druckfestigkeit (kg/cm2) 25 Schrumpfung (ΙΟ-6 m/m" C)
hohe Druckfestigkeit erreicht werden können und mit zunehmenden Mengen an Kunststoffbestandteilen prak- :
tisch keine Zunahme der Schrumpfung erfolgt. ■·■!
ohall-Stabilitätswerten erzielt werden kann. Andererseits bedeutet dies, daß für jeden Anwendungszweck eine ,]
geeignete Rezeptur hergestellt werden kann, die entsprechend angepaßte Werte für die Marshall-Stabilität und
die Druckfestigkeit ergibt.
Obwohl in den Beispielen das Bitumen oder das Teerprodukt getrennt eingesetzt worden sind, versteht es sich, j
Obwohl in den Beispielen das Bitumen oder das Teerprodukt getrennt eingesetzt worden sind, versteht es sich, j
daß auch Mischungen dieser Bestandteile in beliebigen Verhältnissen angewandt werden können. ^j
häufigster! in der Praxis angewandt wird. Wie jedoch bereits angegeben wurde, können auch andere Mengen mit g
ähnlichen Ergebnissen benützt werden.
f.]
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung eines für den Straßenbau geeigneten Materials, wobei man auf eine Temperatur von mindestens 1800C vorerhitzte Mineralbestandteile mit nicht-erhitzten, zerkleinerten thermoplastisehen Kunststoffbestandteilen mischt und zu der erhaltenen Mischung bituminöse und/oder teerartige Kohlenwasserstoffbestandteile zusetzt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohlenwasserstoffbestandteile in einer Menge von 5—8 Gew.-%, bezogen auf die Mineralbestandteile, und als thermoplastische Kunststoffbestandteile Poiyäthylen in einer Menge von 1 —3 Gew.-%, bezogen auf die Mineralbestandteile, aber in einer Menge von zumindestens 20 Gew.-%, bezogen auf die Kohlenwasserstoffbestandteile,ίο zugibt.
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