FI66637C - Foerfarande foer framstaellning av ett bitumenbindemedel foer byggnadsaemnen - Google Patents

Description

Ί Μ „„ KUULUTUSjULKAISU . . , „ jjSfif ^ ^utlAggningsskrift 666 3 7 C Patentti cyönr.clly 12 il 1904 ™ Patent aeddelat ^ ^ (51) KvJb /toed* C 08 L 95/00 SUOMI—FINLAND 752557 (g) Η+·Μ*φη«-12.09.75 ν'Γ —----- ----*·---- K1 1 W'TI-» 12.09.75

(41) Trite HUMU-nMtoeMB

Patentti- ja rafcbtarthaltttM· ___________________________ ‘».uj./o

Pafnfe-och mlfrtywl— w STS*!&31.07.8if (32)(33)(31) *rr**r —>»» s-fconort»t 13 09.7if Ο2.Ο5.75 Itävalta-österrike(AT) A 7^19/74, A 3if06/75 (71) Bunzl δ Biach Aktiengesellschaft, Engerthstrasse 161-163, Wien II, lt§valta-österrike(AT) (72) Rudolf Hemersam, Wien, Itävalta-österrike(AT) (7^*) Berggren Oy Ab (54) Menetelmä bitumi sideaineen valmistamiseksi rakennusaineita varten - Förfarande för framställning av ett bitumenbindemedel för byggnadsämnen

Keksinnön kohteena on menetelmä bitumisideaineen valmistamiseksi rakennusaineita varten, jotka sisältävät lisäaineksena pääasiassa epäorgaanisia hajallisia kiinteitä aineita, kuten sepeliä ja hiekkaa, ja joita käytetään varsinkin puristus- ja valukatteiden valmistukseen, jolloin sideaineen muodostamiseksi homogenoidaan keskenään bitumia ja polyolefiiniainetta kuumasekoittimessa, jossa polyolefiiniaines sulaa ja liukenee sekoituksen aikana.

Tunnetaan useita rakennusaineita, jotka saadaan bitumisideaineita käyttämällä. Erityisen laajalti käytetään bitumilla sidottuja rakennusaineita katteiden valmistuksessa, mutta myös liikennetasanteiden aluerakenteisiin ja myös kattokerroksiin, joista esimerkiksi mainittakoon sellaiset rakennusaineet kuin valuasfaltti, valssattu asfaltti ja bitumisora. Tienpäällystysaineeksi valitaan tällöin enimmäkseen sideaine, jossa on vähemmän kuin 15 % kivi- tai hiekka-ainesta. Edellä mainittujen rakennusaineiden sideaineena toimivalla bitumilla on etujen ohella myös eräitä haittoja. Niinpä bitumilla on taipumus pehmetä korkeammassa lämpötilassa, kuten auringon lämmittämillä pinnoilla, mitä edistää bitumin tumma väri, jolloin liikenteen kuormituksen 2 66637 johdosta voi tällaisilla rakennusaineilla katetuilla paikoilla esiintyä voimakkaita painaumia tai muodonmuutoksia. Ja lämpötilassa 0°C:n alapuolella taas esiintyy bitumin haurastumista, mikä samoin voi aiheuttaa liikennekuormituksen johdosta liikennöidyillä paikoilla tai tienpinnoilla päällysteaineen vaurioitumisia. Sekä bitumin haitallista taipumusta pehmetä korkeissa ympäristön lämpötiloissa että myös bitumin haurastumistaipumusta matalissa ympäristön lämpötiloissa voidaan oleellisesti parantaa lisäämällä bitumiin polyolefiineja, ja tällainen polyolefiinilisäys parantaa myös aivan yleisesti bitumilla sidottujen rakennusaineiden lujuutta. Mitä tulee polyolefiinien lisäämiseen bitumiin, jota käytetään rakennusaineen sideaineena, on myös olemassa eräitä ehdotuksia, joiden mukaan toisaalta lisätään bitumiin erityisesti valittuja polyolefiineja ja toisaalta suoritetaan sekoittaminen aivan erityisellä tavalla. Jos tutkitaan näin saatujen bitumisideai-neiden ominaisuuksia tai tällaisilla bitumisideaineilla sidottujen rakennusaineiden ominaisuuksia, on havaittavissa, että polyolefiini-pitoisuuden lisääntyessä bitumin pehmenemistaipumus korkeissa lämpötiloissa sekä kylmähauraus yhä enemmän estyvät ja samalla näin sidottujen rakennusaineiden lujuus kasvaa täysin toivotulla tavalla. Mutta tämän lisäksi osoittautuu, että polyolefiiniaineksen määrän kasvaessa bitumisideaineessa myös tällaisilla sideaineilla sidottujen rakennusaineiden jäykkyys työstö-lämpötila-alueella kasvaa varsin paljon, mikä aiheuttaa pian vaikeuksia, kun tällaisia rakennusaineita on tarkoitus työstää tavallisilla bitumisidosaineella sidottujen rakennusaineiden käsittelymenetelmillä, ja kun esim. tällaista tienpäällystys-ainetta halutaan levittää totunnaisella tienpäällystyskoneella. Tämä asiantila, mutta myös polyolefiinin bitumiin verrattuna korkeampi hinta, lienevät ratkaisevasti vaikuttaneet siihen, että tähän mennessä on yritetty säästämismielessä, sekoitettaessa bitumia ja polyole-fiinia, säilyttää näiden kemiallinen rakenne mahdollisuuksien mukaan, mistä ilmeisesti helposti voitaisiin päätellä, että bitumisideaineen lämpötilaan suhtautumisen paraneminen sekä myös tietyn lujuuden saavuttaminen voidaan saada aikaan sitä pienemmällä polyolefiinimäärällä mitä vähemmän polyolefiiniaineen kemiallinen rakenne häiriytyy bitumin kanssa sekoitettaessa; tässä on myös lähellä ajatus, että näin sidotun rakennusaineen käsitteleminen voi luultavasti tapahtua sitä helpommin mitä pienemmäksi aineen jäykkyyttä lisäävä polyolefiinilisäys valitaan.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on nyt aikaansaada edellä mainitunlainen menetelmä, jolla voidaan valmistaa yksinkertaisella tavalla 66637 bitumisideainetta rakennusaineita varten, niin että näitä rakennusaineita on mahdollista käsitellä vaikeuksitta totunnaisilla menetelmillä ja koneilla sekä erityisesti myös on mahdollista käsitellä tienpäällystysainetta, jossa on käytetty tällaista sideainetta niin kutsutulla "tienpinnan viimeistelykoneella", ja jolla menetelmällä myös vastustetaan bitumin ja polyolefiini-aineksen välillä tapahtuvaa seoksen hajaantumista.

Mainitulle keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että polyetyleeniä ja/tai polypropyleeniä ja bitumia sekoitetaan tai homogenoidaan kuumasekoittimessa niin kauan, kunnes massan viskositeetti on alentunut 10-20 % arvosta, joka sillä oli heti polyolefiiniaineen liuettua bitumiin.

Erityisen edullista on keksinnön mukaisessa menetelmässä, että polyolefiiniainetta lisätään bitumiin määrä, joka on vähintään 10 % bitumimäärästä ja että homogenointi suoritetaan lämpötilassa, joka on ainakin noin 60° korkeampi kuin polyolefiinin sulamispiste, kunnes polyolefiinimolekyylirakenteen lohje-tessa syntyy kemiallinen sidos bitumin kanssa ja erityisesti bitumin nafteeniosien kanssa. Näin menetellen syntyy polyolef iiniaineksen molekyylirakenteen lohkeamisen johdos- 66637 4 ta, joka tapahtuu lämmön vaikutuksesta homogenoinnin aikana, lohkea-miskohdissa vapaita valensseja, jotka heti reagoivat bitumin kanssa, erityisesti sen nafteeniosien kanssa, ja voidaan otaksua, että lämmön vaikutuksesta tapahtuu myös bitumissa sellaista molekyylin lohkeamista, joka edistää edellä mainitun reaktion tapahtumista. Käytetyllä poly-olefiinimäärällä bitumimäärään verrattuna on merkitystä erityisesti lohjenneen polyolefiiniaineksen ja bitumin välisen kemiallisen reaktion alkuunsaattamisessa.

Mainitussa keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan käyttää ensisijaisesti polyetyleeniä ja lisäksi mieluummin matalapaine-kuin korkeapainetyyppistä, joka on osoittautunut erityisen hyväksi. Edelleen tulee kysymykseen esim. myös polypropyleeni. Raaka-aineena voidaan käyttää myös jätteitä, vieläpä silloin kun nämä sisältävät toisenkin kemiallisen luonteen omaavia tekoaineita, koska keksinnön mukainen menetelmä on suoritettavissa yleensä myös, kun läsnä on epäpuhtauksia; epäpuhtaudet, kuten esim. kerta-muoviosaset tai korkealla sulavaa kestomuovia olevat osaset, jotka pääasiassa toimivat inertin aineen tavoin, mutta myös muut ei-olefii-niset termoplastit, käyttäytyvät tällöin täyteaineiden tavalla, jotka eivät osallistu itse kemialliseen reaktioon.

Voidaan otaksua, että polyolefiiniaineksen molekyylien lohkeaminen, jota tapahtuu edellä mainitun keksinnön mukaisen menetelmän aikana, on syynä tällä menetelmällä valmistetun bitumisideaineen suhteellisen pieneen viskositeettiin ja sen aiheuttamaan tällä sideaineella sidotun rakennusaineen suhteellisen vähäiseen jäykkyyteen.

Jos pyritään sideaineen erityisen hyvään lämmönkestävyyteen sekä samalla kylmähaurauden oleelliseen alentamiseen, voidaan edullisesti huolehtia siitä, että polyolefiiniaineksen määrä valitaan suuremmaksi kuin mitä bitumin nafteeniosa pystyy sitomaan, niin että homogenoidussa sideaineessa on vielä jäljellä polyolefiinia hienojakoisessa muodossa. Tällöin voidaan otaksua, että polyolefiinimolekyyIin lohjenneilla osilla ja bitumista syntyvillä polyolefiini-nafteeni-yhdis-teillä on homogenointilämpötiloissa se ominaisuus, että ne emulgoi-vat edelleen lohjennutta polyolefiiniainesta, varsinkin polyetyleeniä, ja siten hajaannuttavat sen mahdollisimman hienona bitumiin; tällöin luultavasti vain emulgoitunut polyolefiiniaines jähmettyy hienojakoisuutensa johdosta seuraavaksi tapahtuvan hitaan jäähtymisen 5 66637 aikana suurimmaksi osaksi kiteisenä ja täten aikaansaa mainitut lämpö-ominaisuudet .

Edullista on myös, että edellä selostetulla keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetut bitumisideaineet tarttuvat erittäin hyvin myös alkalisesti tai happamasti reagoivaan kiviainekseen. Tämä voidaan selittää johtuvaksi syntyvistä suolasilloista, joita on kiviaineksen ja bitumin rajapinnoilla ja jotka aikaansaavat tavallisen tarttumisen lisäksi vielä niin kutsuttuja rajapinnan molekyyliyhdisteitä sekä kysymyksessä olevassa tapauksessa myös lisäksi kemiallisen sidoksen kiviaineksen ja sideaineen välille.

Esillä olevassa bitumi-polyolefiini-seoksen käsittelyssä kuumasekoit-timessa homogenoimisen aikana tapahtuva kemiallinen reaktio polyole-fiiniaineksen ja bitumin välillä tapahtuu sitä nopeammin mitä korkeampi sekoituslämpötila on. On edullista suorittaa homogenointi lämpöti-lavälillä 260-310°C, jolloin työskentely voidaan suorittaa aivan erityisen edullisesti lämpötilassa noin 290°C. Tässä lämpötilassa sitäpaitsi polyetyleenin ja bitumin välisen suhteen ollessa 30:70 reaktio tapahtuu noin 20 minuutissa. Kun sekoitussuhde on 50:50, reaktio tapahtuu noin lJ0 minuutissa. Tällöin on osoittautunut erittäin edulliseksi menetelmän tai reaktion kululle sekä erityisesti reaktionopeudelle ja vallitsevalle viskositeetille lisätä bitumiin molekyylejä lohkaisevan homogenoinnin aikaansaamiseksi polyolefiiniaineista 30-100 % bitumimäärästä.

Matalammissa käsittelylämpötiloissa suoritetaan tienpäällystysside-aineen valmistamiseksi sideaineen useampia tunteja kestävä homogenointi.

Keksinnön mukaista menetelmää suoritettaessa tapahtuu homogenoitavan tai lämpökäsittelyn alaisen polyolefiini-bitumi-seoksen viskositeetissa useita muutoksia. Aluksi viskositeetti on suhteellisen alhainen, käytännöllisesti katsoen sama kuin bitumin viskositeetti käsittely-ajan alussa, mikä johtuu siitä, että polyolefiiniaines ei vielä tässä vaiheessa ole sulanut vaan kelluu pieninä osasina bitumissa. Vähitellen sitten nämä polyolefiiniosaset alkavat sulaa ja suurentavat massan viskositeettia.

Tämän vaiheen jälkeen viskositeetti huomattavasti alenee, mikä selittyy polyolefiiniaineksen molekyylien lohkeamisesta. Sen jälkeen vis 66637 6 kositeetti pysyy pitemmän aikaa oleellisesti vakiona tai kohoaa aivan vähän polyolefiini-bitumi-yhdisteiden muodostuessa.

Valmistettaessa tienpäällystyssideaineita suoritetaan keksinnön mukaisessa menetelmässä esiintyvän viskositeetin alenemisen mittaus poly-olefiiniaineksen ja bitumin käsittelyn yhteydessä kuumasekoittimessa, edullisesti määräämällä sulamisindeksi toistuvasti käsittelyn edistyessä.

Koska, niin kuin aikaisemmin on mainittu, keksinnön mukaisessa menettelytavassa voidaan muodostaa sideaineita, joissa bitumin ja polyole-fiiniaineksen väliset määräsuhteet ovat käytännöllisesti katsoen mielivaltaiset voidaan mahdollisimman yksinkertaisen ja mahdollisimman taloudellisen menettelytavan saavuttamiseksi toimia myös siten, että ensin valmistetaan homogenoitu sideainemassa, jossa on suuri polyole-fiiniosuus, sekä myöhemmin lisätään edelleen bitumia niin paljon, että saavutetaan kulloinkin haluttu bitumin ja polyolefiiniaineksen välinen suhde, jolloin voidaan saavuttaa käytännöllisesti katsoen riippumatta. käytännöllisessä mielessä sopivasta bitumi-polyolefiini-suhteesta, mahdollisimman hyvä tulos homogenoivassa lämpökäsittelyssä, koska homogenoitu bitumi-polyolefiinimassa muodostumisensa jälkeen on sinänsä varastoimiskelpoinen, ja kun sitä tällaisen varastoinnin jälkeen lämmitetään, sitä voidaan suoraan käyttää, ja tarvitaan vain homogenoimis- ja lämpökäsittely yhtä sekoitussuhdetta käyttäen, ja tästä voidaan lisäämällä bitumia myöhempänä ajankohtana valmistaa kulloinkin haluttu polyolefiini-bitumi-sekoitussuhde. Tällöin näyttää merkittävältä, että tällaisella jälkeenpäin tapahtuvalla bitumilisäyk-sellä ei vahingoiteta jo saavutettua pysyvyyttä erottumista vastaan. Erittäin homogeeninen sideaine saadaan siten, että bitumilisäys suoritetaan jo homogenoituun bitumi-polyolefiinimassaan ja tämä sideai-neseos sekoitetaan sitten kivi- tai hiekka-aineksen kanssa. Mutta voidaan myös tehdä niin, että jo homogenoitu bitumi-polyolefiinimassa ja lisä-sideaine lisätään erikseen kuuman kivi- tai hiekka-aineksen sisältävään sekoittimeen, mikä on edullista erityisesti panostettaessa useita bitumilaitteita, jotka ovat varustetut nk. "Trinidadkattilalla", keksinnön mukaista menetelmää suoritettaessa. Tällaisia laitteita panostettaessa suoritetaan tällöin yhteinen polyolefiiniaineksen ja bitumin lämpökäsittely nk. "Trinidadkattilassa" ja tässä kattilassa muodostunut massa lisätään sitten sekoittimeen, jossa kivi- tai niekka-aines sekoitetaan bitumin kanssa, jolloin lisäys 7 66637 voidaan tehdä sumuttamalla. Näin keksinnön mukainen menetelmä voidaan suorittaa vaikeuksitta käytössä olevissa laitteistoissa, ja sideaineen viskositeetin alenemisen seurauksena, joka tapahtuu keksinnön mukaisessa menetelmässä, voidaan valmistettu tienpäällystysaine samoin levittää tavallisilla käytössä olevilla laitteistoilla.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä sellaisten rakennusaineiden val-mistamiseksi-i jotka perustuvat sideaineeseen ja kivimurskaan ja/tai hiekan muodossa olevaan täyteainekseen. Tälle menetelmälle on ominaista, että sideaine ja täyteaines sekoitetaan keskenään kuumana ja lisäaines tätä varten kuumennetaan korkeaan, mutta sideaineen hajoamisläm-pötilan alapuolella olevaan lämpötilaan. Näiden toimenpiteiden ansiosta saadaan erittäin edullisia ominaisuuksia omaavia rakennusaineita, kun lisätään keksinnön mukaisella tavalla valmistettua bitumiside-ainetta. Viimeksimainitussa menetelmässä voidaan edullisesti lisätä hapanta täyteainesta, kuten kvartsihiekkaa ja/tai kvartsihiekka-sepeliä.

Kivi- tai hiekka-aines, joka sekoitetaan bitumisideaineen kanssa esi-kuumennetussa tilassa, kuumennetaan edullisesti lämpötilaan noin 200-280°C, jolloin on huolehdittava siitä, että valittu esikuumennuslämpö-tila on ainakin noin 10°C polyolefiiniaineen hajoamislämpötilan alapuolella.

Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetulla tienpäällystysaineella on erittäin hyviä mekaanisia ominaisuuksia ja se kestää erikoisesti liikenteen kuormituksen aiheuttamaa puristusta kohotetuissa lämpötiloissa. Tämä käy selvästi ilmi myös bitumi-tienpäällysteiden arvostelussa käytettävässä Marshall-kokeessa, joka suoritettiin joukolle keksinnön mukaisia tienpäällystysaineita.

Keksintöä selvitetään seuraavassa edelleen eräiden esimerkkien valossa. Esimerkkiryhmä 1:

Polyetyleenijätteitä, jotka olivat ohuina, läpikuultavina, epäsään-nöllisen muotoisina levysmä, joiden koko oli n. 1-10 mm , sekoitettiin lämpötilassa l80-200°C Kotthoff-sekoittimessa tavallisen tien-päällystysbitumin B 80 kanssa ja tämä seos homogenoitiin. Tällöin valmistettiin seoksia, joiden polyolefiinipitoisuus oli 3, 10 ja 20 pai- V- 8 66637 no-#, ja kun polyolefiinia oli 3 paino-#, sekoitusaika oli 10 minuuttia, kun se oli 10 paino-#, aika oli 15 minuuttia ja kun se oli 20 paino-#, aika oli 30 minuuttia, jolloin saatiin homogeeninen tuote. Näin saaduilla polyolefiini-bitumi-seoksilla oli tekoainemäärän suuretessa aina enemmän geelimäinen luonne. Näiden seosten pehmenemispiste, rengas- ja pallokoe (DIN 1995) sekä penetraatio (DIN 1995) mitattiin, ja näiden mittausten tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 1 samalla tavalla kuin myös tulokset seokselle, johon oli käytetty tien-päällystys-bitumia B 80.

Taulukko 1:

Koostumus Pehmenemispiste Penetraatio DIN 1995

Seos Bitumi Poiyetyleeni rengas- ja pallo- 2°C:ssa 25°C:ssa koe DIN 1995 _ n:o paino-# paino-# °C 1/10 mm 1/10 mm 1 100 0 48,2 5 79 2 97 3 50,1 5 79 3 90 10 73,8 7 42 4 80 20 110,0 2 12

Esimerkkiryhmä 2:

Esimerkkiryhmässä 1 esitetyistä bitumi-sideaineista valmistettiin asianmukaisten ohjeitten mukaan bitumi-ajoradan päälliselle tarkoitettuja asfalttiseoksiaj kun sideaine sisälsi vastaavaa lisäainesta, jossa oli 10 paino-# kalkkikivijauhetta, 13 paino-# luonnonhiekkaa 0/2, 25 paino-# basalttirouhehiekkaa 0/2, 26 paino-# basalttijalose-peliä 2/5 sekä 26 paino-# basalttijalosepeliä 5/8, jolloin sideainetta käytettiin 6,7 paino-#. Tällöin voitiin näin valmistetuissa asfaltt iseoksissa havaita suhteellisen suurta jäykkyyttä, mikä oli odo-tettavissakin tekoainepitoisen sideaineen geelimäisen luonteen johdosta asfalttiseoksissa, jotka sisälsivät sideainetta jossa oli 10 # ja 20 # tekoainetta, jolloin tällaisia asfalttiseoksia ei näyttänyt olevan mahdollista käsitellä bitumi-tienpäällysteille tavallisilla menetelmillä eikä erityisesti koneellisilla tienpäällystyslaitteis-toilla.

Mainitulla tavalla saaduista asfalttiseoksista muodostettiin sitten Marshall-koetta varten kappaleita, joiden iskuluvut olivat 2 x 50, 2 x 35 ja 2 x 75, ja nämä koekappaleet testattiin sitten tavalliseen tapaan ja mittaustulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 2.

66637 9

•H

I rH

-p 3 C -o m ka -=r vo o o\ ω o

(DOS tH- 1C— VO ΙΛ (M S VO rH rH

ijfl β B £ rH rH rH IA (Λ 1Λ CO rH O

C I ^ rH rH

CÖ -H 0<

EH -P XI

O

P

CO O f- rH CTV ΙΛ N VO VO 4· VO

.p-l ^ #*#*·* ** A Λ ·*«*«> OShE vo vo laa .=r -tj- ia rv ia p td e <o ra rH o CÖ 3 ooo o o o o o o

Ο,.Γ-3 KA C— LTV rH O VO OO O KA

P, O Oi VO VO VO C— C~- O' O (VI CVI

CÖ PJ XI H rH rH

XI 0)

0 I

XI O

1 rH :cö h ti ^ l av vo la Ln^riov f- σν o rH P KÖ rH ♦> λ ·> *» * *> λ·»»» n) CJd H h h h rv cm (M LOv^r^r

0 o S -P

CO

U

cö S «o >j ka cm o ka ka cm iH crviH^r

φ g Oi—li—I IA CO OO OO rH KV

x; O VO vo vo LTV LTV LTV -T IA LA

«pj \ ^ ^

9η bfl CM CM CM CM AI CM (M CM CM

CM O

XJ

O O cö A O IA IA O LA A O IA

X (—| · o KA LAA Ο- Π LA C- A IA h- XI 0 3

o XI x: XXX XXX XXX

rH co CO

2 H M CM CM CM CM CM CM CVI CVI (M

CÖ EH

I ·Η

1 XI P KA CM VO O

cö a> co E laa -=r ^r XI G C >> o vo vo vo φ ·Η Φ 0> Λ * **

COCÖCQXIbO CM CM CM

•H

CÖ I

K) :cÖ O

O G U G e- ^ t'- Ö 0) «Ö H *> ·> Λ

•H Φ Ϊ0 CÖ VO VO VO

co o S a <1> G I 1 • H MÄ >» MÄ >> cö O o o I p :cö I p :cö

CO OO OO H O dl Ή O <D -H

0 C >>C O O G >s G

rö CQ m + H H dl CO AI H H J) •H CÖ O 0) CÖ O Φ

CO Λ Οι Ή OQ + Or Or rH

φ I—I

G cö oo oo oo • H cö *v *v ** ε g o o o

p ra rH O CÖ O

cp ra cm ka .ra- ra Ή

<C P

66637 10

Esimerkkiryhmä 3:

Brabender-plastograafilla tutkittiin pitkähkönä aikana polyetyleenin, polypropyleenin sekä polyetyleeni-bitumiseosten ja polypropyleeni-bitumiseosten viskositeettisuhteita vakiolämpötilassa (290°C tai 270°C), jolloin plastograafin sekoitin pyöri 60 kierrosta minuutissa; ja tähän tarvittava vääntömomentti mitattiin metripondeissa. Tällöin suoritettiin 7 koetta, joista koe 1 koski polyetyleenijätteitä, jotka oli jauhettu etukäteen, ja tutkiminen suoritettiin 290°C:ssa; kokeessa 2 tutkittiin samoin jauhettuja polyetyleenijätteitä lämpötilassa 270°C; kokeessa 3 polyetyleenijätteiden ja tienpäällystysbetonin B 80 seosta, jolloin seossuhde oli 50:50 ja lämpötila 290°C; kokeessa 4 tutkittiin polyetyleenijätteiden ja tienpäällystysbitumin B 120 seosta, kun seossuhde oli 50:50,ja lämpötila 290°C; kokeessa 5 polyetyleenij ätettä ja tienpäällystysbitumia B 120, kun seossuhde oli 30:70 ja lämpötila, oli 290°C; kokeessa 6 jauhettuja polypropyleenijätteitä lämpötilassa 290°C sekä kokeessa 7 polypropyleenijätteitä ja tienpäällystysbitumia B 70, kun suhde oli 30:70 ja lämpötila 290°C. Saadut mittaustulokset on koottu seuraavassa esitettävään taulukkoon 3.

66637 11 o f— in in o ·* ·*

f- ® t-~ O r-l C\J ΓΛ rH H

·· σ\

+ O C\J

m Oh^

Oh O CM O CM O f—

<0 Oh σ\ σ\ MD fn Ή CM

Oh CM CM CM CM rH

O

CM '—' rt rH O ·Η f- Ό incQ·· o c in crv rH σ% σ\ c~- e·— md

O CT\ O rH

+ m CM ft

»H

ω ^

Oh -P

Φ E —' o CM ^ >>

rH O X

·· LO >i m .=r pQ .. ολ! md m -=r oo r— o ct\ c— o σιΟ m m m m k\ m cm cm o + in cm -p X '— w x « o

3 Oh X

rH

d c rt a)

Eh ω o .* CO r-v d

O -P

m cQ in o ·η o m h -=t r°» m m cm .· crNEMDE^-c^inintninin

+ o CM S

m o W'-' d

Oh « rt p xti •Γ-j o .^t-vomin^-a-mm cm i c- c— ιη·=τ^Γ·=3·ιη?ηιη

H CM i—I i—I i—I rH rH i—I rH i—I

Oh rt

-P

XÖ

•ra O Ln CM CM CO CM CT\ CM CO

i—i i <o\ in cm * i o oo cx> t>-

M CM rH i—li—I 1 I —I

Oh

I I

I I I I I -P -P -P

r +34Jp>-p-pddd cO'-' dddddddd o ao rtd^dddccc

·· Eo e c G G G -h -h -H

ö KÖ ·Η ·Η ·γΗ ·η ·γΗ ·η Ε Ε Ε rt rHrtrtE E E E S rt G rtrHrt rt rt rt rt rtortortort o -H O ·Η o O ·Η o ·Η O ·Η O ·Η O ·Η CM -H LO-H OO ·Η

Ja- < fc<i .p tart rH P CM -P m .p MD -P ΟΛ -P rH -p rH p HO

12 66637

Edellä taulukossa 3 esitetyistä mittaustuloksista voidaan selvästi nähdä, että polyolefiiniaineksessa tapahtuu homogenoivan lämpökäsittelyn aikana molekyylien lohkeamista, mikä ilmenee viskositeetin alenemisena. Tämä molekyylien lohkeaminen johtaa tällöin polyolefiimi-bi-tumiseoksissa, polyolefiiniaineksen molekyylilohkeamisen seurauksena esiintyvien kemiallisten reaktioiden ohella, jotka tapahtuvat bitumin kanssa, siihen, että polyolefiini-bitumiseoksien viskositeetissa tapahtuu homogenoivan lämpökäsittelyn aikana selvää alenemista ja että sittemmin pitemmän ajan kuluessa viskositeetti pysyy oleellisesti vakiona. Polyolefiini-bitumiseoksissa kokeen alussa usein havaittava viskositeetin kasvu johtuu lähinnä siitä, että polyolefiiniaines ei kokeen alussa vielä ole liuennut bitumiin ja mittalaite määrää tällöin oleellisesti bitumin viskositeetin ja vasta jonkin ajan kuluttua, heti kun polyolefiiniaines on liuennut bitumiin, seoksen viskositeetti tulee havaittavaksi.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä bitumisideaineen valmistamiseksi, sellaisena kuin se on esitetty polyolefiini-bitumiseoksia tutkivissa tämän esimerkkiryhmän 3 esimerkeissä, ilmenee siis näin muodostuneiden bitumisideaineiden oleellisen alhainen viskositeetti homogenoivan lämpökäsittelyn jälkeen, mikä tekee mahdolliseksi valmistaa bitumi-rakennusaineille tavallisilla menetelmillä asfalttiseoksia, jotka sisältävät näitä sideaineita ja samalla tavallisia mineraalisia täyteaineita.

Esimerkklryhmä 4:

Luonnossa suoritettavassa kokeessa homogenoitiin Trinidad-asfaltin käsittelyä varten suunnitellussa kuumasekoittimessa polyetyleeni-liuskoja tavallisen tienrakennusbitumin B 120 kanssa aina yli 240° C:een kohoavassa työskentelylämpötilassa noin 3 tunnin ajan. Tällöin muodostui 50:50 seos polyetyleenistä ja bitumista, ja tähän seokseen lisättiin sitten edelleen kuumaa bitumia, niin että bitumipitoisuu-deksi tuli 15, 18, 20 ja 25 %» ja sitten näitä polyetyleeni-bitumi-seoksia sumutettiin tavanomaiseen sekoituslaitteeseen (Wibau), jossa oli 230°C:een kuumennettua kivi-lisäainetta, ja valmistettiin ftäin asfalttiseoksia. 15, 18 ja 25 % polyetyleeniä sisältävistä seoksista sekä vertailun vuoksi käytetystä tekoainetta sisältämättömällä bitumilla sidotusta rakennusaineesta valmistettiin yhteensä noin 600 metriä pitkä ja 5 metriä leveä päällyste keskimääräistä liikennekuormitusta varten tarkoitetulle tielle. Tienpäällysteen valmistus tapahtui 66637 13 tällöin koneellisella tienpäällystimellä, ja näillä laitteilla sovitettu aines tiivistettiin sitten kumipyörävalssilla ja kahdella kaksois valssilla. Tällöin voitiin havaita, että myös päällystysaine, joka oli valmistettu käyttäen 25 % polyetyleeniä sisältävää sideainetta, oli moitteettomasti työstettävissä koneellisella tienpäällystimellä, sen jäykkyys oli toisin sanoen sellainen, että voitiin käyttää bitumiainekselle tavallista työskentelytapaa. Siitä huolimatta ilmeni myöhemmin suoritetuissa tutkimuksissa, jotka suoritettiin koekappaleilla, jotka oli osaksi valmistettu seoksesta, osaksi olivat valmiista tienpäällysteestä otettujen, niin kutsuttujen poraussydämien eli kaireiden muodostamia, että lisäämällä tekoainetta bitumiin syntyneet parannukset olivat havaittavissa riippumatta siitä että polyolefiini-materiaalissa oli tapahtunut molekyylien lohkeamista, ja todettiin myös osaksi, että ominaisuudet paranivat suorassa suhteessa yksinkertaiseen tekoainelisäykseen bitumissa, jolloin ei tapahtunut molekyylien lohkeamista.

Tässä voidaan myös viitata siihen, että lämpötilassa 20°C suoritettu lohkeamisnopeuden määritys Marshall-kappaleilla osoitti, että veto-murtuma kappaleilla, jotka (ovat sidotut tekoainetta sisältämättömällä bitumilla, kulkevat erillisten sepelirakeiden välissä sideaineessa, kun taas seoksista K III, K IV valmistetuissa Marshall-kappa-leissa, siis keksinnön mukaisesti saaduilla bitumisideaineilla sidotuissa kappaleissa, murtuma kulkee tasaisella kohdalla ja vinosti sepelirakeiden ja sideaineen läpi, mikä puhuu erinomaisen hyvän tarttumisen puolesta bitumisideaineen ja sepelirakeiden välillä, ja johon on selityksenä se, että polyolefiini-nafteend-yhdisteissä muodostuu suolasiltoja kiviainespinnan alueella.

Edelleen osoittivat liukumakertoimen mittaukset, jotka suoritettiin RRL-heilurilaitteella brittiläisen standardin 812:1967 ja SNV 6*10511 mukaan tienpäällysteellä, keksinnön mukaisella sideaineella sidotuilla matkoilla jonkin verran parempaa pitävyyttä (keskiarvo suuresta määrästä mittauksia SRT 63) kuin matkoilla, joissa oli käytetty tekoainetta sisältämätöntä bitumia P 120 sideaineena, jota oli 7 % (keskiarvo suuresta lukumäärästä mittauksia SRT 61).

Myöhemmissä taulukoissa 4 ja 5 on esitetty mittaustulokset, jotka saatiin Marshall-kappaleiden ja kaireiden tutkimuksissa. Tällöin on merkinnällä AB 0/12 merkitty mittaustulokset, jotka saatiin Marshall- 14 66637 kappaleilla, jotka oli valmistettu tekoainetta sisältämätöntä bitumia käyttäen, merkinnällä AB 0/12K mittausarvot, jotka oli saatu Marshall-kappaleilla, jotka oli valmistettu aineesta, jonka mineraalinen lisä-aineosuus oli sama kuin kappaleissa AB 0/12, jolloin Marshall-kappa-leiden AB 0/12 K sideaine oli polyetyleeni-bitumiseos, joka sisälsi 20 % polyetyleeniä. Marshall-kappaleiden AB 0/12K sideainepitoisuus oli myös 7 %· Taulukossa 5 on merkinnöillä K I, K III ja K V esitetty mittaustuloksia, jotka oli saatu Marshall-kappaleilla ja kaireilla, jolloin Marshall-kappaleet oli aina valmistettu yhdestä koematkalla päällysteenä käytetyistä kolmesta bitumilla sidotusta päällystysainees-ta, joiden mineraalilisäys oli kaikissa kolmessa tapauksessa sama, ja jolloin erikseen K I tarkoittaa tuloksia tekoainetta sisältämättömällä bitumisideaineella sidotulle materiaalille K III tuloksia 25 % polyetyleeniä sisältävällä bitumisideaineella sidotulle materiaalille sekä K V tuloksia 15 % polyetyleeniä sisältävällä bitumisideaineella sidotulle materiaalille. Näiden aineiden sideainepitoisuus oli tällöin kaikissa tapauksissa 6,5 %. Marshall-kappaleet ja kaireet aineista, joissa oli sideaineena bitumisideainetta, joka oli valmistettu keksinnön mukaisesti, osoittivat myös tutkimuksissa, joissa jäljitellään äärimmäisiä ilmastonvaikutuksia, paljon parempaa kestävyyttä tällaisilla rakennusaineilla kuin tekoainetta sisältämättömillä bitumeilla sidotuilla rakennusaineilla.

Lisäksi suoritettiin asianomaisia tutkimuksia kolmesta edellä mainitusta aineksesta, joita käytettiin edellä mainittuihin koejaksoihin, valmistetuilla Marshall-kappaleilla. Ensimmäisessä näistä tutkimuksista kävi koekappale läpi viisi kertaa seuraavan kierron: a) varastointi kyllästetyssä ruokasuolaliuoksessa lämpötilassa 20-22°C 15 tunnin ajan, b) varastointi ilmassa lämpötilassa 20-22°C 9 tunnin ajan, c) varastointi -20°C:n kylmyydessä (ilmastointitila) 15 tunnin ajan, d) varastointi ilmassa lämpötilassa 20-22°C 9 tunnin ajan.

Heti viimeisen kylmäilmakäsittelyn jälkeen suoritettiin puristuslujuuden määritys 50 cm :n teräsmeistin avulla, jossa oli murretut reunat, jolloin käytettiin puristusnopeutta 25 mm/min. Saatiin seuraavat arvot: 15 66637 . p

Aine Puristuslujuus 50 cm :n Puristuslujuus pintaa kohti K I yli 10 000 kp yli 200 kp/cm2 K III yli 10 000 kp yli 200 kp/cm2 K V yli 10 000 kp yli 200 kp/cm2

Seuraavassa kokeessa suoritettiin edellä mainitun kierron jälkeen seitsentuntinen varastointi huoneen lämpötilassa, jolloin saatiin seuraavat arvot:

• P

Aine Puristuslujuus 50 cm :n Puristuslujuus pintaa kohti K I 4000 kp n. 80 kp/cm2 K III 6150 kp n. 123 kp/cm2 K V 6350 kp n. 127 kp/cm2

Vielä eräässä tutkimuksessa alistettiin Marshall-kappaleet viidesti kiertoon, joka käsitti seuraavat vaiheet: varastointi ilmassa -20°C: ssa 15 tuntia ja sen jälkeen varastointi ilmassa lämpötilassa 20-22°C yli 33 tuntia. Viimeisen kyHnäilmakäsittelynjälkeen pidettiin Marshall-kappaleita lämpötilassa 20-22°C ja mitattiin sen jälkeen puristuslu-juus. Saatiin seuraavat arvot:

Aine Puristuslujuus 50 cm2: n Puristuslujuus pintaa kohti K I 3800 kp n. 76 kp/cm2 K III 6350 kp n. 127 kp/cm2 K V 6400 kp n. 128 kp/cm2

Lopuksi suoritettiin puristuslujuus-mittaus 15 cm:n halkaisijan omaa-ville kaireille, joiden korkeus oli 5 cm, sen jälkeen kun ne olivat käyneet 12 kertaa läpi kierron, joka käsitti 12 tunnin varastoimisen 60°C:ssa ja sen jälkeen 6 tuntia kestävän varastoinnin -20°C:ssa, jolloin 15 % polyetyleeniä sisältävällä bitumilla sidottu kappale osoitti puristuslujuuden arvoa 1250 kp 50 cm2:n poikkileikkauksen omaavalla meistillä kuormitettuna, ja kaireilla, joissa oli sidosai-neena 25 % polyetyleeniä sisältävää bitumia, puristuslujuus oli 1500 kp. Normaalibitumilla sidotut kaireet olivat jo lämpötiianvaihtelura-situksissa murtuneet omapainonsa johdosta.

66637 16 o •H CO ro %s.

« E E ι

GftEftEEEEoOrH ft g

J Λ H Ä E E E E^'-.-h JX E

E bO bO P

-H

Q ,0.0 o

i—I^H HI^H i—||ι—I

H OO ΙΟ b- OOOLOCT\b~-r0.3-.a- O b- 6^c\j-=j-voiHi-hc\ic\j«»« md st

03 LO " » ·> (M C\l LO

LH iH O O O | | | T—I

en i I i I i i I ro ι i ocMLocTiioroocMLO o en 3 on cm o Oi—to^r^a· md ro \ OO K*\ *> ** * 0i «\

rH O O O C\| CM rH

«

CM I—I

oc^r^r-^-^rMDMDK^^o-i m lo <9 t- ^ <C r—1 O rH CM v£)

G I—I CM I—I sr MD

CD *1 *\ Λ Λ Λ

G O rH CO CM o o OCMCMr—I O rO

•H O (O CO ι—I ιΗ^Γ

E ι X σ\ -3· LO

•H rH rH

X

-P

3

·· -P

ST

G

O 0)

X Ό X -H 3 CD r-H iH

3 Cd ro -=r

CÖ ft M3 rH

EH ft ΓΟ -3- LO O ro

Ctf O CM CM -=3" sr « ·> rH LO

.X VL LO LO ·=Γ IO LO Λ CM CM CM

I lO rH CM n Olli rH

H LO rH O Ή I 03 CO I I

h ct\ ι ι ι ι ι m en in m o cm cd orOrHO-=r0rH-=r^r f- sr £1 3 CM -=T C— CM O ·ΐ“3 ·>*>*> o

CO rH " Cd O CM CM rH

G H O ,C

cd CM

S rH CD

\ rH

o Cd . m . M3 G Loinrorovo ft ro " w 1 m> OQ ft 10

< Cd rH MD

en X rH MD o cm (D ro -=r LO oo ·» O ** ·> ** ·* O [— O C— b*- ι—I O w O CM CM rH -=T sr

sT ST O CM H

IX CM H rH

rH

X -G ,G II

I-H CQ O G ·Η rH 3rH.rHi—I t> «H CCd cd 3 G O cd ft

Ä I-H ·ι-ϊ ·> « ·> Cd-Pto G

Cl] rl 3 CM CM CM CQ CO CQ O "H

Gcd rHEEE 3cd·· cx3 G

Cd .C CQ O O O CQ P G O G

S CQ CQ ·Η >i -H cd O O -H xd

G 3 E LO LO LO CD E>o P O CQ

O Cd 3 Cd CQ CQ CQ il GM3 CQ P CQ

>S*oCD>>'>>>*'>s*» ·Η OG *H CQ Φ G 3 .X >ιϋ >»0 >iO 43 3d 3 cd G 3 cd T>

3 O rH il > O >0 >0 CD G rixj CQ CD H G CD

en > en o >ιθ >,o >,o e *d i-hcd icd> 3 G *rt H CQ MD CQ M3 CQ -3- ·Η Äd rH Xd ,Χ rH> •P cd E ι cd cd cd edE γ-h > H xd i-ι e

•hocooE^E^E^cqio cd-Hadca cd G cd E P <D P 3M3M3bO>)CiH XJXd-rjtQ .G CD CD

CD G CQ X CQ G X G X G J* <D X CD COft CD CQCQ^cJ

G O ·Η £1 ·Η -H ·Η ·Η G Cd P G I Cd G -H rH

•h 3 30 3cdocdiocdLO*HcdG cd o ·η <d cd xd xd < «GGiGfGiOftb- ftb-EHKO S oo β > S>-o 66637 17

Taulukko 5:

Marshall-kappaleiden ja kaireiden tutkiminen

Aine K I K III KV

Ilarsball-kappaleiden keskitiheys 2,405 2,298 2,350 g/cm·^

Kaireiden keskitiheys 2^437 2,303 2,364 g/cm^

Raaka-aineen keskitiheys 2,504 2,461 2,490 g/cm^

Marshall-onteloita 4,0 6,6 5,6 til-%

Kaire-onteloita 2,7 6,4 5,0 til-%

Tiiviysaste 101 100 101 %

Marshall-kuormitusarvo 840 1830 1750 kp

Marshall-luistoarvo 21 16 17 ^ mm

Lohkeamislujuus 20°C:ssa 830 1780 1520 kp

Lohkeamislujuuden luistoarvo 29 22 2 2 y0 mm

Aksiaalinen puristuskoe 20°C, 50 mm/min 6730 9850 >10600 kp

Claims (7)

18 6663 7

1. Menetelmä bitumisideaineen valmistamiseksi rakennusaineita varten, jotka sisältävät lisäaineena erillisiä kiinteitä aineita, jotka ovat pääasiassa epäorgaanisia, kuten sepeliä tai hiekkaa ja joita käytetään varsinkin puristus- ja valukatteisiin, jolloin sideaineen muodostamiseksi homogenoidaan bitumia ja polyetyleeniä ja/tai polypropyleeniä kuumasekoittimessa polyolefiiniaineen sulaessa ja liuetessa sekoituksen aikana, tunnettu siitä, että polyetyleeniä ja/tai polypropyleeniä ja bitumia sekoitetaan tai homogenoidaan kuumasekoittimessa niin kauan, kunnes massan viskositeetti on alentunut 10-20 % arvosta, joka sillä oli heti polyolef iiniaineen liuettua bitumiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polyolefiiniainetta lisätään bitumiin määrä, joka on ainakin 10 % bitumin määrästä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että bitumiin lisätään molekyylejä lohkovaa homogenointia varten polyolefiiniainetta määrä, joka on välillä 30-100 % bitumimäärästä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että homogenoituun bitumi-polyolefiinimassaan lisätään vielä bitumia.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että lisäbitumi lisätään homogenoituun bitumi-polyolef iinimassaan välillä tapahtuneen varastoinnin jälkeen.

1. Förfarande för framställning av ett bituminöst bindemedel för byggnadsmaterial, som säsom tillsatsmaterial innehäller separata fasta ämnen av övervägande oorganisk art, säsom bergarts-splitter och sand, och som speciellt används för kompressions-och gjutbeläggningar, varvid för framställning av bindemedlet bitumen och polyetylen och/eller polypropylen homogeniseras i en varmblandningsanordning under smältning och lösning av polyolef inmaterialet under omröring, kännetecknat av, att polyetylenet och/eller polypropylenet och bitumenet blandas