DE69607029T2 - Verfahren zur herstellung von asphaltzusammensetzung - Google Patents
Verfahren zur herstellung von asphaltzusammensetzungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Asphaltzusammensetzung.
- Die Temperatur, bei welcher ein Bitumen mit Aggregat zur Ausbildung einer zur Verwendung auf Straßen fertigen Asphaltzusammensetzung vermischt wird, liegt normalerweise im Bereich von 140 bis 170ºC, wenngleich einige Dokumente, beispielsweise US 3,832,200, die Lehre enthalten, daß sogar noch höhere Temperaturen angewendet werden sollten.
- Da heutezutage allgemein anerkannt ist, daß derartige Heißbitumina potentielle Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltgefährdungen verursachen können, ist auf diesem technologischen Gebiet viel Aufwand zur Entwicklung von Asphaltzusammensetzungen betrieben worden, die bei tieferen Temperaturen gehandhabt werden können.
- In diesem Zusammenhang kann auf die Anwendung von Bitumenemulsionen Bezug genommen werden, die durch Vermischen eines Heißbitumens mit einer wäßrigen Emulgatorlösung hergestellt werden. Diese Bitumenemulsionen können normalerweise mit Aggregat bei einer viel tieferen Temperatur als 140ºC vermischt werden, wodurch die vorstehend angeführten Gefährdungen in viel besserer Weise unter Kontrolle gehalten werden.
- Aus einer Bitumenemulsion hergestellte Asphaltzusammensetzungen benötigen jedoch Bitumen/Aggregat-Gemische mit verhältnismäßig hohen Hohlraumgehalten, um das Wasser während des Brechens der Emulsion, des Verdichtens und des Betriebs entweichen zu lassen. Derartige Asphaltzusammensetzungen haben den Nachteil, daß sie für Wasser und Luft hoch durchlässig sind. Als Ergebnis verlieren sie ziemlich leicht grobes Aggregat aus der Straßenoberfläche, das ist das sogenannte Oberflächenzerbröckeln. Weiterhin verlieren sie ihren inneren Zusammenhang, was schließlich zu einem Zusammenbruch des Materials und zu einem Mangel an innerer Stabilität führen wird, häufig sichtbar als Deformation der Straßenoberfläche, das heißt Spurrinnenbildung.
- Darüber hinaus bildet sich die Festigkeit dieser Asphalte nur langsam aus.
- Die DE-C-43 08 567 bezieht sich auf die Herstellung von Bitumenzusammensetzungen durch anfängliches Vermischen einer kleineren Teilmenge von B200 mit einer Penetration von 200 dmm mit Splitt und gegebenenfalls Sand- und Füllerkomponenten und anschließend mit einer größeren Teilmenge B65 mit einer Pentetration von 65 dmm. Das Dokument enthält keinerlei Information über eine Herstellung von dicht-klassifizierten Asphaltzusammensetzungen. Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß dicht-klassifizierte Asphaltzusammensetzungen mit einer guten Beständigkeit gegenüber einem Oberflächenzerbröckeln und zusätzlich mit einem guten Kriech(Spurrinnenbildungs)- und Ermüdungsverhalten hergestellt werden können.
- Demgemäß bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer dicht-klassifizierten Asphaltzusammensetzung mit einem Hohlraumvolumen von nicht mehr als 10%-, welches Verfahren ein Zusetzen einer harten Bindemittelkomponente mit einer Penetration von weniger als 50 dmm (bestimmt gemäß ASTM D5 bei 25ºC) zu einem Gemisch aus einer nichtemulgierten weichen Bindemittelkomponente mit einer Viskosität von weniger als 300 mPa·s (bestimmt gemäß ASTM 2171 bei 100ºC) und Aggregat bei einer Temperatur von unter 140ºC umfaßt. Zweckmäßig liegt die angewandte Temperatur unter 100ºC.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine nicht-emulgierte weiche Bindemittelkomponente verwendet.
- Die harte Bindemittelkomponente wird vorzugsweise als ein Pulver zu dem Gemisch zugesetzt. In diesem Falle kann die harte Bindemittelkomponente in sehr attraktiver Weise bei einer Temperatur von unter 50ºC, vorzugsweise bei Umgebungstemperatur» zu dem Gemisch zugesetzt werden. Wenn die harte Bindemittelkomponente als eine Emulsion (oder Suspension) verwendet wird, enthält die Emulsion (oder Suspension) zweckmäßig weniger als 50 Vol.-% Wasser, vorzugsweise weniger als 40 Vol.-%. In diesem Falle kann die harte Bindemittelkomponente zweckmäßig bei einer Temperatur unter 100ºC zu dem Gemisch zugesetzt werden, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von Umgebungstemperatur bis 80ºC. Wird von einer Emulsion Gebrauch gemacht, so kann die Emulsion entweder eine kationische oder eine anionische Emulsion sein.
- Die weiche Bindemittelkomponente kann zweckmäßig ebenfalls bei einer verhältnismäßig tiefen Temperatur zu dem Aggregat zugesetzt werden, das heißt bei einer Temperatur von unter 120ºC.
- Zweckmäßig wird die weichen Bindemittelkomponente bei einer Temperatur von wenigstens 70ºC, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 115ºC, stärker bevorzugt im Bereich von 85 bis 110ºC zu dem Aggregat zugesetzt.
- Im Zusammenshang mit der vorliegenden Erfindung wird eine harte Bindemittelkomponente als eine Bindemittelkomponente definiert, die eine Penetration (PEN) von weniger als 50 dmm aufweist (bestimmt gemäß ASTM D5 bei 25ºC). Die harte Bindemittelkomponente hat zweckmäßig eine Penetration von weniger als 10 dmm und einen Erweichungspunkt von weniger als 100ºC (bestimmt gemäß ASTM D 36), vorzugsweise von weniger als 80ºC.
- Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird eine weiche Bindemittelkomponente als eine Bindemittelkomponente definiert, die eine Viskosität von weniger als 300 mPas. s, vorzugsweise von weniger als 200 mPas.s aufweist (bestimmt gemäß ASTM 2171 bei 100ºC).
- Vorzugsweise sind sowohl die harte als auch die weiche Bindemittelkomponente Bitumenkomponenten. Gemäß einer weiteren geeigneten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jedoch die harte Bindemittelkomponente ein Harz, beispielsweise ein Coumaron-Inden-Harz, und die weiche Bindemittelkomponente ist eine niedrigviskose Komponente (ein Fluxmittel). Die Harze können beliebige modifizierte Harze sein, wie sie in EP-B- 0330281 beschrieben sind.
- Die Bindemittelkomponenten können in geeigneter Weise zusätzlich einen Filmbildungsverbesserer (beispielsweise Butyldioxitol), einen nichtionischen Emulgator (beispielsweise Nonylphenolethoxylat) oder einen Adhäsionsverbesserer (beispielsweise ein Amin wie ein Alkylamidoamin), vorzugsweise ein Alkylamidoamin. enthalten. Derartige weitere Verbindungen werden vorzugsweise zu der weichen Bindemittelkomponente zugesetzt und liegen zweckmäßig in einer Menge von unter 5 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge im Bereich von 0,25 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Bindemittelgehalt, vor. In geeigneter Weise können auch Gemische dieser zusätzlichen Verbindungen verwendet werden. In dieser Weise wird eine noch weiter verbesserte Beständigkeit gegen ein Oberflächenzerbröckeln erreicht.
- Die Bitumenkomponenten können natürlich vorkommende Bitumina oder von einem Mineralöl abgeleitete Bitumina sein. Es können auch Erdölpeche, die durch ein Crackverfahren erhalten worden sind, und Kohleteer verwendet werden, wie auch Mischungen von bituminösen Materialien. Beispiele für geeignete Bitumina umfassen Destillations- oder "straight run"-Bitumina, Fällungsbitumina, beispielsweise Propanbitumina, geblasene Bitumina, beispielsweise katalytisch geblasene Bitumina, und Gemische hievon. Andere geeignete Bitumenzusammensetzungen enthalten Gemische eines oder mehrerer dieser Bitumina mit Streckmitteln (Fluxmittel), wie Erdölextrakte, beispielsweise aromatische Extrakte, Destillate oder Rückstände, oder mit Ölen.
- Die harten und weichen Bindemittelkomponenten können zweckmäßig ein beliebiges Polymermodifierzierungsmittel gemäß dem Stand der Technik enthalten, wie zum Beispiel einen thermoplastischen Kautschuk, zweckmäßig in einer Menge im Bereich von 1 bis 10 Gew.-%. Die Mengen der verwendeten harten und weichen Bindemittelkomponenten können innerhalb weiter Grenzen variieren und hängen stark von dem für das Bindemittel der Asphaltzusammensetzung gewünschten Penetrationsgrad ab. Die harte Bindemittelkomponente kann beispielsweise zweckmäßig in einer Menge von 10 bis 90 Gew.-%, bezogen auf Gesamtbindemittel, vorliegen.
- Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Asphaltzusammensetzung eignet sich besonders zur Anwendung im Straßenbau. Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Asphaltzusammensetzung kann zweckmäßig in der Konstruktion von groben Grundmaterialien oder von groben Verschleißmaterialien eingesetzt werden. Das Bindemittel der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Asphaltzusammensetzung weist zweckmäßig eine Penetration auf, die zwischen 10 und 300 dmm, vorzugsweise zwischen 50 und 150 dmm variiert (bestimmt gemäß ASTM D 5 bei 25ºC).
- Die Bitumenzusammensetzungen können auch andere Bestandteile enthalten, wie Füllstoffe, beispielsweise Kohlenstoffruß, Siliziumoxid und Kalziumcarbonat, Stabilisatoren, Antioxidationsmittel, Pigmente und Lösungsmittel, von denen bekannt ist, daß sie in Bitumenzusammensetzungen von Nutzen sind. Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Asphaltzusammensetzungen enthalten Aggregat in Mengen, die im Stand der Technik gelehrt werden.
- Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist eine dichtklassifizierte Asphaltzusammensetzung als eine Asphaltzusammensetzung definiert, die einen Hohlraumgehalt von nicht mehr als 10%, vorzugsweise einen Hohlraumgehalt von 3 bis 10% aufweist.
- Geeignete Aggregate schließen jene ein, die üblicherweise in dicht-klassifizierten Asphaltzusammensetzungen angewandt werden.
- Die vorliegende Erfindung wird nunmehr anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert.
- In folgender Weise wurde eine Asphaltzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt. 1,04 kg einer niedrigviskosen Bindemittelkomponente (ein Bright Stock-Furfuralextrakt (BFE)) mit einer Viskosität von 50 mPa s bei 100ºC (bestimmt gemäß ASTM D 2171) wurde zu 41,17 kg Aggregat in einer Hurell- Mühle zugesetzt, die bei einer Temperatur von 100ºC mit etwa 35 Umdrehungen pro Minute betrieben wurde. Das Aggregat bestand aus 7,1 Gew.-% Füller (< 63 um), 36,8 Gew.-% Sand (63 mm-2 mm), 15,3 Gew.-% Gestein (2-6 mm), 20,4 Gew.-% Gestein (4-8 mm) und 20,4 Gew.-% Gestein (8-11 mm). Anschließend wurden zu dem so erhaltenen Gemisch 1,56 kg einer harten Bindemittelkomponente in Form eines Pulvers bei Umgebungstemperatur zugesetzt. Die harte Bindemittelkomponente hatte eine Penetration von 2 dmm (bestimmt gemäß ASTM D 5 bei 25ºC) und einen Erweichungspunkt von 96ºC (bestimmt gemäß ASTM D 36). Das Pulver wurde durch Pulverisieren eines geblasenen Probanbitumens mit einem Erweichungspunkt von 95ºC (bestimmt gemäß ASTM D 36) in einer Culatti-Brechmühle mit einer Siebgröße von 1 mm hergestellt. Festes Kohlendioxid wurde regelmäßig zu den harten Bitumenstücken zugesetzt, um die Mühle zu kühlen und ein Kleben der gebildeten Bitumenteilchen zu vermeiden. Die so erhaltene, dicht-klassifizierte Asphaltzusammensetzung wurde dann in eine Form eines Plattenverdichters eingegossen und verteilt, um ein homogen ausgebreitetes loses Gemisch auszubilden. Die Asphaltzusammensetzung wurde dann bei einer Temperatur von 100ºC kompaktiert. Nach dem Kompaktieren wurde die erhaltene Asphaltplatte auf Umgebungstemperatur abkühlen gelassen und aus der Form entnommen. Hierauf wurde die Asphaltplatte zu Versuchsproben zerschnitten und gesägt.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde in ähnlicher Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, eine Asphaltzusammensetzung hergestellt, mit dem Unterschied, daß zu einem Gemisch aus 0,96 kg der niedrigviskosen Bindemittelkomponente und 43,96 kg Aggregat 2,78 kg einer Emulsion einer harten Bindemittelkomponente zugesetzt wurden. Die Emulsion wurde durch Zusetzen von 1,64 kg einer heißen (180ºC), harten Bindemittelkomponente (ein vakuumgeflashter Umwandlungsrückstand) zu 1,14 kg einer warmen (80ºC) Wasser/Emulsionslösung in einer Frymamühle hergestellt, die bei einem Druck von 10 Atmosphären, einer Temperatur von 170ºC und mit 3.000 Umdrehungen pro Minute betrieben wurde.
- Die Wasser/Emulsionslösung enthielt 3,5 Gew.-% eines im Handel erhältlichen Emulgators Berresperse, 0,25 Gew.-% Guargummi und hatte einen pH-Wert von 12,5. Die Lösung wurde unter Anwendung einer Natriumhydroxidlösung alkalisch gestellt. Die harte Bindemittelkomponente hatte eine Penetration von 3 dmm (bestimmt gemäß ASTM D5 bei 25ºC) und einen Erweichungspunkt von 90, 5ºC (bestimmt gemäß ASTM D 36). Die fertige erhaltene Bitumenemulsion hatte einen pH-Wert von 8,6 und eine Viskosität von 87 mPa s bei 100ºC (bestimmt gemäß ASTM D 2171) und enthielt 41 Gew.-% Wasser.
- In ähnlicher Weise wie im Beispiel 2 beschrieben wurde gemäß der vorliegenden Erfindung eine Asphaltzusammensetzung hergestellt, mit dem Unterschied, daß 1,33 kg eines niedrigviskosen Bindemittels (ein Statfjord-kurzer Rückstand) mit einer Viskosität von 250 mPa s bei 100ºC (bestimmt gemäß ASTM D 2171) bei 100ºC mit 13,3 g WETFIX (ein Alkylamidoamin; von Berol Nobel) vorvermischt und mit 44,22 kg Aggregat vermischt wurden. Anschließend wurden 2,21 kg einer Emulsion der harten Bitumenkomponente zugesetzt. Die Emulsion wurde durch Zusetzen von 1,18 kg der heißen harten Bindemittelkomponente zu 1,03 kg der warmen Wasser/Emulsionslösung in der Frymamühle ausgebildet, die bei 3.000 Umdrehungen pro Minute betrieben wurde. Die Wasser/Emulsionslösung enthielt 1,5 Gew.-% eines im Handel erhältlichen Emulgators Vinsol R, 0,2 Gew.-% Guargummi und hatte einen pH-Wert von 12,6. Die erhaltene Fertigbitumenemulsion hatte einen pH-Wert von 12,4 und eine Viskosität von 27 mPa.s bei 100ºC (bestimmt gemäß ASTM 2171) und enthielt 46,7 Gew.-% Wasser.
- Das Kriech-, Oberflächenzerbröselungs- und Ermüdungsverhalten der dicht-klassifizierten Asphaltzusammensetzungen, hergestellt in den Beispielen 1, 2 und 3, wurden dann im dynamischen Kriechtest, im California- Abriebtest bzw. im Dreipunkt-Biegeermüdungstest bestimmt, welche Testmethoden dem Fachmann bekannt sind. Für das Testen auf Beständigkeit gegenüber Kriechen und Oberflächenzerbröseln wurden zylindrische Testproben (Durchmesser 101,6 mm, Höhe 60 mm) ausgeschnitten, wogegen rechteckige Versuchsproben (Höhe 40 mm, Breite 30 mm, Länge 230 mm) aus der Platte für das Ermüdungstesten ausgesägt wurden. Die zylindrischen Proben wurden im dynamischen Kriechversuch bei 40ºC auf das Kriechverhalten getestet, und im californischen Abriebtest bei 4 und bei 40ºC auf das Oberflächenzerbröselungsverhalten. Die rechteckigen Proben wurden im Dreipunktbiegetest bei einer Belastungsfrequenz von 40 Hz unter konstanter Spannung bei einer Temperatur von 10ºC auf Ermüdungsfestigkeit getestet. Die Leistungswerte der Asphaltzusammensetzungen sind in Tabelle 1 angegeben.
- Aus diesen Werten ist ersichtlich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung attraktive Asphaltzusammensetzungen bei vorteilhaft niedrigen Temperaturen hergestellt werden können. Tabelle 1
- δ&sup6; - zulässige Spannung für 106 Ermüdungszylklen
- ε&sup6; = zulässige Spannung für 106 Ermüdungszylklen
- Smix = Steifigkeit des Gemisches
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung einer dicht-klassifizierten
Asphaltzusammensetzung mit einem Hohlraumvolumen von nicht
mehr als 10%, welches Verfahren ein Zusetzen einer harten
Bindemittelkomponente mit einer Penetration von weniger
als 50 dmm (bestimmt gemäß ASTM D5 bei 25ºC) zu einem
Gemisch aus einer nichtemulgierten weichen
Bindemittelkomponente mit einer Viskosität von weniger als 300 mPa.s
(bestimmt gemäß ASTM 2171 bei 100ºC) und Aggregat bei
einer Temperatur von unter 140ºC umfaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die harte
Bindemittelkomponente bei einer Temperatur von unter 100ºC zu dem
Gemisch zugesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die harte
Bindemittelkomponente als ein Pulver zu dem Gemisch zugesetzt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, worin die harte
Bindemittelkomponente bei einer Temperatur von unter 50ºC zu dem
Gemisch zugesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die
weiche Bindemittelkomponente bei einer Temperatur von
unter 120ºC zu dem Aggregat zugesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, worin die Temperatur im Bereich
von 80 bis 115ºC liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die
harte und die weiche Bindemittelkomponente
Bitumenkomponenten sind.
8. Verwendung einer Asphaltzusammensetzung, wie nach einem
Verfahren gemäß einem der Ansprüch 1 bis 7 hergestellt,
für Straßenbauzwecke.
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