DE69007416T2

DE69007416T2 - Verfahren zur Verzögerung der Ausbreitung von Rissen in Asphaltbetondecken und dazu verwendbare vorgefertigte Asphaltfolie.

Info

Publication number: DE69007416T2
Application number: DE69007416T
Authority: DE
Inventors: Nathan Livnat; Gregori Svechinsky
Original assignee: PAZKAR Ltd
Current assignee: PAZKAR Ltd
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2010-10-10
Also published as: IL92050A; EP0424213B1; IL92050A0; EP0424213A1; DE69007416D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen für Verfahren zum Reparieren von Straßen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verzögerung der Ausbildung von Rißbildung in Asphaltbetondecken.
In den vergangenen Dekaden haben erhebliche Fortschritte in der angewandten Wissenschaft, die man als Bodenmechanik bezeichnet, erheblich zum Verstehen von dem Verhalten von Böden und der technischen Kontrolle von Böden für die Verwendung bei der Straßenkonstruktion beigetragen. Die Entwicklung von Verfahren zum Kompaktieren von Böden und zum Kontrollieren der Dichte von kompaktierten Böden hat die Entwicklung von Straßendämmen und anderen Straßenbestandteilen aus Böden auf eine wissenschaftliche Basis gebracht.
Eine wichtige Maßnahme, um Straßenbetten daran zu hindern, ihre Stabilität zu verlieren, ist die Ausbildung und die Aufrechterhaltung einer so undurchlässig wie möglichen Oberfläche. Die Hauptfunktion einer Straßendecke als Struktur besteht darin, die durch Fahrzeuge auf die unter der Straßendecke vorliegenden Schichten ausgebildete Belastung in einer solchen Weise zu verteilen, daß die Bodenmasse stabil bleibt, d.h., daß sie nicht schädliche Deformationen erleidet oder reißt. Die Abrieboberfläche der Straßendecke muß der Abriebwirkung des bewegten Verkehrs widerstehen und ausreichende Fahrqualitäten sicherstellen. Die Straßendecke und deren Komponenten müssen auch den zerstörenden Einflüssen von Temperatur und Feuchtigkeitsveränderungen und verschiedenen einwirkenden chemischen Reaktionen widerstehen.
Der Begriff Straßendecke schließt im allgemeinen die obere Schicht ein, welche die Fahroberfläche darstellt, und das Schichtensystem, umfassend die Verschleißschicht und die Packlage, die auch als natürlicher Packladenboden bekannt ist.
Unter den vielen Arten von Straßenbelägen kommt am häufigsten einer vor, bei dem die obere Schicht aus einem bearbeiteten Material, wie Asphaltzement oder Beton, besteht mit einer dauerhaften Oberfläche, enthaltend entweder bituminöses Material oder Zement als Binder. Asphaltbetons werden am häufigsten verwendet. Sie bestehen aus Mischungen enthaltend die härteren Asphaltgrade und hochqualitätive, verdichtete, abgestufte Aggregate, die in Hot-Mix-Anlagen verarbeitet werden. Die Mischungen werden für hochbeanspruchte bituminöse Straßenbeläge verwendet und mittels Straßenmaschinen, die eine gleichmäßige Oberfläche mit guten Fahreigenschaften ausbilden, aufgebracht. Das Ausbessern von rissigen Straßen durch eine Beschichtung wird nicht als adequate Lösung angesehen. Dies im Hinblick auf die Tatsache, daß die Risse häufig durch die neue Asphaltschicht hindurchwachsen. Dieses bekannte Phänomen wird auch als reflektive Rißbildung bezeichnet und ist bei vielen Straßen in zahlreichen Ländern weit verbreitet. Die Grundfaktoren, die zu der reflektierten Rißbildung führen, sind: (a) wiederholte Verkehrsbelastung; (b) thermisch verursachte Spannungen oder Belastungen und (c) eine Kombination der beiden Faktoren. Darüber hinauf kann die Temperatur-abhängige Steifheit der Materialien und Defekte in der Beschichtung einen größeren Einfluß haben.
Die bekannten Lösungen, um die reflektive Rißbildung zu heilen, können in drei Hauptgruppen eingeteilt werden:
(a) Aufbringen einer Streß-absorbierenden Membran-Interschicht (SAMI) zwischen dem gerissenen Träger und der Überschicht;
(b) Modifizieren der Beschichtungszusammensetzung unter Verwendung eines modifizierten Bitumens, in welches ein Polymer, ein Elastomer oder ein faseriges Material inkorporiert ist;
(c) Verwendung einer sehr dicken Überschicht.
Wie jedoch in einer erst kürzlich herausgegegenen Veröffentlichung der Konferenz, die in Liege gehalten wurde (8. bis 10. März 1989) über die reflektive Rißbildung bei Straßenbelägen erwähnt wird, gilt:
"Trotz dieser Bemühungen fehlt eine universale Rißreparaturbehandlung mit guter Dauerhaftigkeit."
Es gibt tatsächlich gegensätzliche Meinungen über die Möglichkeiten von SAMI zum Minimalisieren der reflektiven Rißbildung aufgrund von Verkehrsbelastung. Einige Feldversuche, die vom Ministerium für Verkehrswesen in Ontario durchgeführt wurden, ergeben keine wesentliche Verbesserung hinsichtlich der reflektiven Rißbildung.
Verstärkte Asphaltoberschichten wurden für solche Situationen vorgeschlagen, bei denen reflektive Rißbildung normalerweise auftreten kann. Werden die Risse durch die großen Belastungen in der Oberschicht eingeleitet, dann ist die Gegenwart eines spannungsverstärkenden Elements möglicherweise nützlich.
Viele verschiedene Versuche zum Reparieren, Verstärken oder Verbessern von Straßenbelägen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wird in US-A-4,637,946 eine Membran, umfassend ein Glasfaservlies, das mit einer Mischung aus Asphalt, einem Blockcopolymer und einem Mineralfilter imprägniert ist, um Straßenoberflächen zu reparieren und reflektive Rißbildung zu verzögern, wenn eine neue Überschicht auf eine alte Straßenoberfläche aufgebracht wird, beschrieben.
EP-A-0 318 707 betrifft eine vorgefertigte Verstärkung, die ein offenes Gitter aus kontinuierlichen Filamenten, imprägniert mit einem Harz und beschichtet mit aktivierbaren Klebern zum Verstärken von Asphaltflächen darstellt.
US-A-4,428,698 offenbart ein verbessertes Geotextilgewebe eines bauschigen Wirrgarns, das mit Band verwebt ist und dann als Straßenoberbelag verwendet wird.
DE-U-8706890 betrifft eine vorgefertigte Verstärkung für Straßen, umfassend Bitumen und verschiedene Asphalte oder Bitumen, die von Materialien wie Vliesen getragen werden.
Der obige kurze Überblick zeigt die Wichtigkeit des Problems der reflektiven Rißbildung, das bisher nicht erfolgreich gelöst wurde, trotz zahlreicher Forschungen und Versuche, die in dieser Hinsicht durchgeführt wurden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zum Vermindern des Problems der reflektiven Rißbildung in Straßenbelägen aufzuzeigen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, vorgefertigte Bahnen zur Verfügung zu stellen, die auf Straßen, bei denen reflektive Rißbildung vorliegt, aufgebracht werden.
Noch eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zum Reparieren von reflektiver Rißbildung in Straßenbelägen aufzuzeigen, um diese gegen weitere Rißbildung über längere Zeiträume beständig zu machen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbessern von durch reflektive Rißbildung geschädigten Straßen, indem man auf eine geschädigte Straßendecke eine vorfabrizierte Folie mit einer Dicke von wenigstens 0,5 mm aufschweißt, wobei die Folie aus einer oberen und unteren Schicht von polymermodifizierten Bitumen besteht, und die Schichten voneinander durch eine spannungsaufnehmende, verstärkte, elastische Membran mit einer Dehnung zwischen 30 % und 70 % und einer Zugfestigkeit von wenigstens 5 kg/cm getrennt sind. Die spannungsaufnehmende, verstärkte, elastische Membran ist zunächst mit einer Lösung imprägniert, welche die Anhaftung verbessert, bevor sie durch ein heißes Bad, enthaltend Polymer-modifiziertes Bitumen, geleitet wird. Die Dicke der Folie beträgt im allgemeinen bis zu 10 mm, obwohl auch dickere brauchbar sind, aber selbstverständlich dann teurer sind. Die am meisten bevorzugte Dicke liegt im Bereich von 3 bis 5 mm und ist in wirtschaftlicher Hinsicht besonders erwünscht. Das Prinzip, auf dem die vorliegende Erfindung aufgebaut ist, basiert auf der Verwendung einer verstärkten Membran, welche elastische Eigenschaften aufweist. In dieser Hinsicht gleicht die verstärkte Membran die horizontalen Bewegungen der beiden Teile der Risse, die Flächen mit hoher Spannung in dem bituminösen Material ergeben, aus denen sich Risse bilden, die an die Oberfläche sich weiterentwickeln, aus. Diese Wirkungsart ist tatsächlich konträr zu einem Teil des Standes der Technik, bei dem man vorschlägt, ein Material mit niedrigem Modul zu verwenden, von dem man annimmt, daß die Spannungskonzentration reduziert wird, indem es als ein Spannungsabschwächer gegen die vertikalen Bewegungen wirkt.
Die Verstärkung der Membran kann durch jedes festes Material, wie einem Gewebe oder einem Vlies, Glasfaser oder sogar durch Metallfasern erfolgen, und zwar in dem Maße, wie die viskoelastischen Eigenschaften der Membran nicht beeinflußt werden, die eine der Hauptcharakteristika der Membran sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch die Verwendung der mit modifiziertem Bitumen Streß-verstärkten Membran die thermischen und die Schrumpfeffekte, die durch den Umgebungstemperaturgradienten verursacht werden, und die als einer der Hauptfaktoren für die reflektive Rißbildung gilt, wesentlich eliminiert und zwar aufgrund der Elastizität der Membran. Gleichzeitig wird durch die Verwendung dieser Membran auch die reflektive Rißbildung, die durch Verkehrsbelastung verursacht wird, vermieden. Versuche, die mit vorgefertigten Folien, die gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, durchgeführt wurden, zeigen, daß selbst nach fünf Jahren keine reflektive Rißbildung eintritt.
Die Verwendung der vorgefertigten Folie, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, vermeidet die Anwendung von dickeren Schichten - oberen und unteren -, von denen man annahm, daß sie in einem gewissen Maße die reflektive Rißbildung bei den bestehenden Straßenbelägen vermeiden.
Die obere und die untere Schicht an den beiden Seiten der verstärkten Membran besteht aus Bitumen, modifiziert mittels eines Polymers, in einer Menge von wenigstens zwei Gew.-% des Bitumens und vorzugsweise im Bereich von 4 bis 10 %. Das zugegebene Polymer modifiziert das Bitumen und verleiht diesem viskoelastische Eigenschaften, wodurch die Dehnung des Bitumens auf über 100 % und sogar bis zum 1500 % ohne Rißbildung ermöglicht wird. Das zu verwendende Polymer kann von allen Elastomeren ausgewählt sein, und ist vorzugsweise ein thermoplastischer Kautschuk, wie Styrol-Butadien-Styrolkautschuk, Styrol-Isopren-Styrolkautschuk, ein Polyolefin, wie Polypropylen, Polyethylen oder jedes andere übliche Polymer, welches elastomere Eigenschaften aufweist und sich mit Bitumen vermischen läßt.
Einer der Vorteile des Verfahrens ist die Verwendung einer vorgefertigten Folie. Dabei wird die Folie auf die Straße, bei der eine Ausbesserung wegen der reflektiven Risse erforderlich ist, aufgelegt und mit dem geschädigten Straßenbelag verbunden. Dieses Verbinden kann man in einfacher Weise durch Heißverschweißen und am vorteilhaftesten durch Aufbrennen mit einer offenen Flamme erzielen. Eine feste Bindung erhält man hinsichtlich des in dem Straßenbelag als auch in der unteren Schicht der vorgefertigten Folie vorhandenen Bitumens.
Zum besseren Verständnis der Erfindung scheinen einige theoretische Erklärungen angezeigt. Bekannterweise wachsen Risse in Straßenbelägen im allgemeinen in drei unterschiedlichen Stadien, bei denen unterschiedliche Mechanismen vorliegen:
(a) Rißeinleitung, verursacht durch einen bestehenden Defekt im Straßenbelag;
(b) langsame Vergrößerung des Risses und
(c) Bruch, welches die Endphase darstellt und wobei der Riß an der Oberfläche auftritt.
Im Falle der reflektiven Rißbildung bei behandelten Straßendecken nimmt man an, daß die Rißeinleitung im Zusammenhang steht mit den Rissen von der unteren Schicht zu der oberen Schicht. Der besondere Aufbau der modifiziertes Bitumen enthaltenden spannungsaufnehmenden, verstärkten, elastischen Membran gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Hauptfaktor, durch den die Heilung der durch reflektive Rißbildung geschädigten Straße über einer langen Zeitraum erfolgt. Diese Membran hat über die ausgleichende Wirkung hinsichtlich der Temperaturveränderungen hinaus eine wesentliche Wirkung auf den Einfluß der Verkehrsbelastung, welche die Schäden verursacht. Wenn ein belasteter Reifen über einen Riß dieser Art bei den alten Straßendecken läuft, dann unterliegt die Oberschicht einem Scherspannungsimpuls, dem ein Biegespannungsimpuls folgt. Die elastische Eigenschaft der Membran vermeidet die Ausbreitung dieses Prozesses und erklärt, warum die Wiederherstellung des geschädigten Straßenbelags für einen langen Zeitraum anhält und das Wiederauftreten von reflektiver Rißbildung verhindert wird.
Die Kombination dieses speziellen Aufbaus der Membran mit dem Polymer-modifizierten Bitumen der oberen und unteren Schichten, die durch ihre viskoelastischen Eigenschaften charakterisiert sind, trägt weiterhin zu der hohen Beständigkeit gegenüber reflektiver Rißbildung bei. Dies wird dadurch erzielt, daß das Polymer-modifizierte Bitumen die gebildeten kleinen Rißöffnungen ausfüllt. Dadurch wird eine Vergrößerung der Risse vermieden und damit die Spannungen und Belastungen in dem Bitumen, welcher diese Bereiche bedeckt, verringert.
Die obere Schicht besteht ebenfalls aus einem Polymer-modifizierten Bitumen. Diese Schicht soll sich unabhängig von der unteren Schicht verhalten. Sie soll auch eine große Flexibilität aufweisen, um große horizontale Bewegungen zu unterdrücken, und eine hohe Scherbeständigkeit haben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine vorgefertigte Folie zum Ausbessern von durch reflektive Rißbildung geschädigten Straßendecken zur Verfügung gestellt. Die vorgefertigte Folie hat eine Dicke von wenigstens 0,5 mm und besteht aus einer oberen und unteren Schicht von Polymer-modifizierten Bitumen, wobei die Schichten voneinander durch eine spannungsaufnehmende, verstärkte, elastische Membran getrennt sind, welche eine Dehnung zwischen 30 % und 70 % und eine Zugfestigkeit von wenigstens 5 kg/cm aufweist. Die vorgefertigte Folie wird erhalten durch imprägnieren einer Textilfolie mit einer Lösung, um die Klebefähigkeit zu verstärken. Eine Textilfolie wird dann durch ein Bad, das auf etwa 120 bis 190ºC erhitzt ist und einen Polymer-modifizierten Bitumen und einen Füllstoff enthält, geleitet. Im allgemeinen ist der Füllstoff ein inerter Bestandteil und wird in Mengen zwischen 5 % und 25 %, bezogen auf den Badgehalt, zugegeben, wobei dessen Hauptzweck darin besteht, die Kosten zu verringern. Typische Beispiele für solche inerten Füllstoffe sind Calciumkarbonat, Dolomit, Quarz, usw. Die Folie wird durch das heiße Bad, welches das Polymer-modifizierte Bitumen enthält, durch Walzen mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 bis 20 m/min. geleitet. Das heiße modifizierte Bitumen dringt durch die Fasern der Folie und verleiht diesen Klebefähigkeit.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, die Imprägnierung vor dem Eintauchen in das heiße Bad durchzuführen, wodurch die Klebefähigkeit der Folie auf dem alten Straßenbelag der geschädigten Straße verstärkt wird.
Zusammenfassend besteht die Lehre der vorliegenden Erfindung zum Heilen von durch reflektive Rißbildung geschädigten Straßenoberflächen darin, daß man eine spezielle Art einer modifiziertes Bitumen enthaltenden, Spannungsaufnehmenden, verstärkten, elastischen Membran zur Verfügung stellt, die den alten beschädigten Straßenbelag derart bedeckt, daß keine weiteren Risse aufgrund von Schrumpf entstehen, daß sie Vorteil aus den erzwungenen Schrumfspannungen zieht und bestehende Risse in der alten Straßendecke schließt, und dadurch eine neue Abriebfläche aus einer ebenen Oberfläche auf dem alten Ausbau ausbildet. Die Methode ist sehr einfach und trägt durch Anwendung der vorfabrizierten Folien zur Wirtschaftlichkeit dieser Behandlung bei.
Die Erfindung wird weiter beschrieben in den folgenden Beispielen für die Herstellung der vorfabrizierten Folie, wobei jedoch die Beispiele nicht die in den anliegenden Ansprüchen definierte Erfindung beschränken, sondern nur zum besseren Verständnis hier vorliegen.

Beispiel 1

Eine Filzplatte mit einer Dicke von 0,5 mm wurde durch ein heißes Bad, das auf etwa 150ºC gehalten wurde, und Styrol-Butadien-Styrol (SBS) modifziertes Bitumen enthielt, gezogen. Die Menge an SBS betrug 6 % des Bitumen. Das verwendete Bitumen zeigte eine Penetration von 200 gemäß ASTM D-5. Das Bad enthielt auch 25 % gepulvertes Calciumkarbonat.
Das Filz wurde durch das Bad mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 m/min. gezogen, wodurch man eine vorfabrizierte Folie, enthaltend das Polymer-modifizierte Bitumen, als die obere und die untere Schicht erhielt.
Die Art des Bitumens kann je nach der auszubessernden speziellen Straßendecke und dem vorherrschenden Klima gewählt werden.

Beispiel 2

Ein Filz wie im vorhergehenden Beispiel wurde durch ein heißes Bad, enthaltend Polypropylen (eine Mischung aus ataktischen und isotaktischen)-modifizierten Bitumen geleitet. Die Menge des Polypropylens betrug etwa 15 % des Bitumens. Das verwendete Bitumen hatte eine Penetration von 65 (ASTM, D-5). Das Bad enthielt auch 15 % gepulvertes Quarz als Füllstoff.
Das Filz wurde durch das Bad mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 m/min. gezogen unter Erhalt einer vorfabrizierten Folie, enthaltend das Polymer-modjfizierte Bitumen als die obere und die untere Schicht.

Claims

1. Verfahren zum Ausbessern von durch reflektive Rißbildung geschädigte Straßen, indem man auf eine geschädigte Straßendecke eine vorfabrizierte Folie mit einer Dicke von wenigstens 0,5 mm aufschweißt, wobei die Folie aus einer oberen und unteren Schicht von Polymer-modifiziertem Bitumen besteht, und die Schichten voneinander durch eine spannungsaufnehmende, verstärkte, elastische Membran mit einer Dehnung zwischen 30 % und 70 % und einer Zugfestigkeit von wenigstens 0,05 kg/m (5 kg/cm) getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkte elastische Membran der aufgeschweißten vorgefertigten Folie mit einer Lösung imprägniert ist, um die Anhaftung zu verbessern, bevor sie durch ein heißes Bad, enthaltend Polymer-modifizierten Bitumen, geleitet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Dicke der Folie im Bereich von 3 bis 5 mm liegt.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Aufschweißen durch Aufflammen durchgeführt wird.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das zum Modifizieren des Bitumens verwendete Polymer ausgewählt ist aus einem thermoplastischen Kautschuk, Polypropylen und Polyethylen.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem der thermoplastische Kautschuk ausgewählt ist aus Styrol-Butadien-Styrol und Styrol-Isopren-Styrol.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem das Polymer im Bereich von 4 bis 10 Gew.-% der Bitumenbestandteile vorliegt.

7. Vorgefertigte Folie zum Ausbessern von durch reflektive Rißbildung geschädigten Straßendecken, wobei die Folie eine Dicke von wenigstens 0,5 mm hat und aus einer oberen und unteren Schicht von Polymer-modifiziertem Bitumen besteht, die Schichten voneinander durch eine Spannung aufnehmende verstärkte, elastische Membran getrennt sind, welche eine Dehnung zwischen 30 % und 70 % und eine Zugfestigkeit von wenigstens 0,05 kg/m (5 kg/cm) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkte elastische Membran mit einer Lösung zur Verstärkung der Haftung imprägniert ist, bevor sie durch ein heißes Bad, welches das Polymer-modifizierte Bitumen enthält, geleitet wird.

8. Vorgefertigte Folie gemäß Anspruch 7, bei dem die Dicke der Folie im Bereich von 3 bis 5 mm liegt.

9. Vorgefertigte Folie gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem das zum Modifizieren des Bitumen verwendete Polymer ausgewählt ist aus einem thermoplastischen Kautschuk, Polypropylen und Polyethylen.

10. Vorgefertigte Folie gemäß Anspruch 9, bei dem der thermoplastische Kautschuk ausgewählt ist aus Styrol-Butadien-Styrol und Styrol-Isopren-Styrol.

11. Vorgefertigte Folie gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem das Polymer im Bereich von 4 bis 10 Gew.-% der Bitumenbestandteile vorliegt.

12. Verfahren zur Herstellung der vorgefertigten Folie gemäß Anspruch 7, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man die spannungsaufnehmende, verstärkte, elastische Membran mit einer Geschwindigkeit im Bereich zwischen 10 und 20 m/Min. durch ein heißes Bad, welches das Polymer-modifizierte Bitumen enthält, leitet.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das heiße Bad auch einen inerten Füller enthält.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem der inerte Füller ausgewählt ist aus gepulvertem Calciumkarbonat, Dolomit und Quarz.

15. Verwendung der vorgefertigten Folie gemäß Anspruch 7 zum Verzögern der reflektiven Rißbildung in Straßendecken.

16. Verwendung der vorgefertigten Folie gemäß Anspruch 15, bei dem die Straßendecke aus Asphaltbeton hergestellt ist.