NO153691B - Asfaltblanding inneholdende mangan-, kobolt- og/eller kobber-forbindelser, samt anvendelse av denne for veibygging - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en asfaltblanding bestående av en bitumen-komponent som hverken er blitt underkastet blåsing med luft eller i særlig grad på

annen måte er blitt underkastet oksydasjonsbehandling og videre hverken er blitt blandet med myknende hydrokarbonfraksjoner eller emulgert, og som i tillegg til tilslagsmaterial inneholder en i bitumen oppløselig organisk mangan-, kobolt- og/eller kobber-forbindelse, og det særegne ved asfalt-blandingen i henhold til oppfinnelsen er at den inneholder minst 85 vekt% tilslagsmaterial og har en mangan-, kobolt- og/eller kobber-konsentrasjon på fra 0,01 til 0,50 vekt% regnet på bitumeninnholdet.

Asfaltblandingen anvendes for veibyggingsformål.

Asfaltblanding fremstilles fordelaktig ved trinnene med:

a) ved en forhoyet temperatur opploses et styrkeforbedrende middel for asfaltblandinger for veidekker i hovedsakelig

ublåst fluid asfaltsement som hverken er emulgert eller opplost, idet det nevnte styrkeforbedrende middel omfatter en organisk manganforbindelse, en organisk koboltforbindelse eller en organisk kobberforbindelse enten alene eller i kombinasjon, i en form opploselig i asfaltsementen, idet de kombinerte konsentrasjoner av de nevnte mangan-, kobolt- og kobber-ioner omfatter omtrent 0,01 til 0,5 vekt% basert på asfaltsementen, og

b) den nevnte mangan-, kobolt- eller kobber-ionhoIdige asfalt blandes med minst 85 vekt% tilslagsmaterial ved en

forhoyet temperatur for å danne en asfaltblanding for veidekker.

Tilslagsmaterialholdig asfalt har vært anvendt som veidekker e.l. i mange år. Asfalten omfatter biturnen som en overveiende bestanddel og oppnås vanligvis som en fast rest fra destillasjon av råolje. Asfalten omdannes til en fluid tilstand når et veidekke legges. En fluid form er suspensjonen eller emulsjonen av asfalt i vann. Etter utlegging og komprimering av den tilslagsmaterialholdige asfalt, avdamper vann og asfalten herder til en kontinuerlig masse. En annen form av asfalt anvendt ved legging av veidekker er en opplost form, dvs. et flytende petroleumprodukt frembragt ved opplosning av en asfalt-holdig base i et passende destillat. En vei dannes ved utlegging av den opploste asfalt og avdamping av det flyktige destillat fra massen. Fordelene med å anvende den ovennevnte veibyggingsteknikk er at man unngår anvendelse av hoye temperaturer. Ved en alternativ teknikk kan asfalt og tilslagsmaterial blandes og påfores ved forhbyede temperaturer ved den fluide tils tand av asfalten for å danne veidekket. Denne form av asfalt som er hverken opplost eller emulgert omtales her som en asfalt-sement.

Et vesentlig problem med opplosningen og emulsjoner er deres lave klebeevne for tilslagsmaterial i sammenligning med asfaltsement. Dette skyldes hovedsakelig a) det organiske løsningsmiddel eller olje i opplosningen og/ eller b) vannet i emulsjonen eller på tilslagsmaterial-overflaten som forstyrrer dannelsen av en klebende binding mellom tilslagsmaterialet og asfalten. En teknikk som er foreslått for å oke denne klebeevne er angitt i US patentskrift nr. 2. 342.861. Eksemplene i dette patentskrift illustrerer tilsetning av en blysåpe, spesifikt blyoleat eller blynaftenat, til asfaltopplosninger eller emulsjoner for å oke deres klebeevne til tilslagsmaterial. Selv om alle de illustrerte eksempler bare lærer bly i metallsåpen for å oke klebeevnen, foreslår patentskriftet at andre tunge metallsalter av organiske syrer kan anvendes, inkluderende folgende metaller: Fe, Al, Mn, Zn, Co, Ni, Sn, Ca, Sr, Ba og Mg. Patentskriftet lærer en teknikk med å danne blysåpen ved oppvarming av et blyoksyd i nærvær av de onskede organiske syrer. Disse blysåper tilsettes så til den onskede asfalt.

Tunge metallsalter av organiske syrer med hoy molekylvekt, som f.eks. naftenater eller linoleater, har vært anvendt for å forhindre sprekkdannelse i blåste eller oksyderte asfaltbelegg. F.eks. lærer US patentskrift nr. 2.282.703 bruk av tunge metaller som f.eks. kobolt, mangan, jern, bly, vanadium, eller zink dispergert i blåst asfalt for dette formål.

Tunge metallsåper er også foreslått for bruk som et dispergeringsmiddel i takbeleggasfalt for å forhindre sprekkdannelser i asfalten som skyldes såkalt "aHigator-monster". US patentskrift nr. 2.928.753 lærer de fler-verdige metallsalter av kobber, kobolt eller mangan i kombinasjon med monokarboksylsyrer med hoy molekylvekt som f.eks. oleinsyre eller naftensyre. Det endelige produkt er et tilslagsmaterial-fritt belegg med tykkelse omtrent 0,6 mm på en aluminiumplate som oppvarmes slik at det oppnås et jevnt belegg. I US patentskrift nr. 1.328.310 foreslås et asfalt-veidekke hvori kobbersulfat tilsettes til asfalten for forbedrede fysikalske egenskaper. Andre forbindelser foreslås, inklusive sulfatene eller selenatene av aluminium, krom, mangan, jern, indium, gallium og sulfatene eller selenid-ene av natrium, kalium, rubidium, ammonium, sølv, gull, platina eller tallium. Disse forbindelser er relativt uoppløselige i asfalten.

I US patentskrift nr. 1.505.880 tilsettes kobber-slagg sammen med tilslagsmaterialet til asfalt for å oke seig-heten av den resulterende veidekke-blanding.

I britisk patentskrift nr. 533.977 foreslås dobbeltsalter av bly eller jern med organiske syrer for å forbedre klebeevnen av asfalt til mineralsk tilslagsmaterial. Det nevnes også perifert at andre di- og fler-verdige metaller som f.eks. aluminium, krom, kobber og kvikksolv kan anvendes.

Ved den foreliggende oppfinnelse, hvor visse organiske metallforbindelser opploses i asfaltsement og blandes med tilslagsmaterial dannes et veidekke med sterkt forbedrede egenskaper. I mengder så lave som 0,01 til 0,5 vekt% av asfaltsementen frembringer angjeldende metaller vesentlig okning i trykkfasthet, bdyefasthet og utmattings-fasthet i det endelige herdede veidekke.

Asfaltsementen fluidiseres ved oppvarming til en

temperatur over sitt smelte- eller myknings-punkt og deretter tilsettes den organiske forbindelse. Den metallholdige asfaltsement kan så blandes i denne form direkte med tilslagsmaterialet for veibyggingen. Det er funnet at den modifiserte asfaltsement kan lagres i bulk for veibyggingen uten vesentlig fortykning.

Det er således et formål for den foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe en modifiserte asfaltsement-tilslagsmaterialblanding for veidekker med utmerket styrke og tretthetsmotstand for bruk ved bygging av veier eller lignende. Den modifiserte asfaltsement har en passende viskositet i bulk for legging av veidekker, men herdes til en asfaltsement med utmerket styrke etter leggingen. Blandingen har utmerket Marshall-stabilitet og bibeholder en stor del av sin styrke ved forhoyede temperaturer ved at det dannes et fleksibelt veidekke med selvreparerende egenskaper.

Ved oppfinnelsen kan det oppnås modifisering av myk asfaltsement til å danne et veidekke med sterkt forbedrede fysikalske egenskaper, idet veidekket kan inneholde tilslagsmaterialer med vanlig kvalitet.

Andre formål og trekk ved oppfinnelsen vil fremgå at den etterfølgende beskrivelse av fortrukne og eksempelvise utforelsesformer.

Asfaltblandingen i henhold til oppfinnelsen tilveiebringer vesentlig forbedrede fysikalske egenskaper. Asfaltsementen modifiseres ved opplosning av et styrkeforbedrende middel i form av de organiske metallforbindelseriasfalt-sementen mens denne er i en flytende tilstand ved oppvarming. Manganet kan anvendes i sine forskjellige valenstilstander (f.eks. +2, +3 eller hbyere).

Blandinger av mangan med organiske koboltforbindelser eller kobberforbindelser, kan også anvendes.

Som anvendt heri refererer betegnelsen "asfaltsement" til et hvilket som helst av en rekke hovedsakelig ublåste eller uoksyderte faste eller halvfaste materialer ved romtemperatur som gradvis blir flytende ved oppvarming. Dens overveiende bestanddeler er bitumener som oppnås som resten ved raffineringsbehandling av råolje.

Betegnelsen utelukker emulsjoner og opplosninger av asfaltsementen. Denne inneholder således hverken vann-fasen av emulsjonen eller de ekstra tilsatte petroleum-losningsmidler eller oljer som vanligvis tilsettes til asfaltsement for å omdanne denne til en opplosning. Asfaltsementen er generelt karakterisert ved en penetrasjon på mindre enn 400 ved 2 5°C og en typisk penetrasjon mellom 40 og 300 (ASTM Standard, metode D-5). Viskositeten av asfaltsement ved 60°C er mer enn omtrent 65 poise.

Det er for oppfinnelsens formål viktig å opplose Mn-ionet

i hele asfaltmengden slik at dets styrkeforbedrende virkning meddeles sluttproduktet på konstant måte. For optimal dispergering er Mn-katalysatoren i form av en organisk Mn-forbindelse som er opploselig i en vesentlig del av asfalten. De organiske forbindelser kan være usubstituert eller substituert (f.eks. med svovel, spesielt sulfonater, eller med fosfor, spesielt fosfater).

Passende anioner for den organiske manganforbindelse avledes fra karboksylsyre, alkoholer, fenoler og ketoner. Spesielt gode resultater oppnås med manganfccetylacetonat^. Foretrukne anioner inkluderer karboksylsyrer med opptil 30 karbonatomer i kjeden som f.eks. acetater, linoleater, oktoater, naftenater, oleater, dekanoater, stearater og laurater, og blandinger derav eller med andre syrer. Det er funnet at anionene avledet fra oktoater, naftenater,

og acetater er langt de mest effektive ved testing da de er mest opploselige i asfaltsementen. Andre karboksylsyrer (f.eks. av den tertiære type) kan også anvendes. Disse organiske manganforbindelser tilsettes foretrukket til asfaltsementen i fortynnet opplosning i flyktig organisk losningsmiddel for forbedret dispergering og blanding. Typiske fortynninger er fra 5 til 12 vekt% av metallionet i forhold til totalt tilsetningsmiddel.

Disse innhold av losningsmiddel er under 5 vekt% av asfaltsementen, typisk under 2%, godt under nivået for losningsmiddel i en opplosning. I alle fall vil det flyktige opplosningsmiddel som anvendes ved oppfinnelsen fordampe ved temperaturene for blandingen og vil således ikke påvirke klebingen i skadelig retning.

Vesentlige forbedringer i den modifiserte asfalt oppnås ved å tilsette en forholdsvis liten mengde av den organiske manganforbindelse. En konsentrasjon av manganion så lav som 0>01 vekt% basert på asfalten gir således en veidekkeblanding med forbedret trykkfasthet. Det er funnet at optimale egenskaper oppnås ved et minimum på 0,05 til 0,5 vekt% av manganion. Innhold av Mn-ioner over disse konsentrasjoner, f.eks. 1%, vil bare frembringe marginale forbedringer. Av okonomiske grunner er det optimale område fra 0,05 til 0,20 vekt% av total Mn basert på asfalten.

De foregående organiske Mn-forbindelser opploses i asfaltsementen ved oppfinnelsen ved oppvarming av asfalten over sitt myknings- eller smeltepunkt inntil den er tilstrekkelig fluid for fullstendig dispergering av den metallorganiske Mn-forbindelse for opplosning. Denne teknikk betegnes heri "varmblanding". Metallkatalysator-en er foretrukket i en flytende form. For de fleste konvensjonelle asfaltsementer er en temperatur for fluidisering av asfaltsement på minst 100°C, typisk av størrelsesorden 110 til 120°C og opptil så mye som 150°C avhengig av typen av asfalt. Ved slike temperaturer er viskositeten av asfaltblandingen tilstrekkelig redusert til å tillate grundig dispergering og opplosning ved hjelp av manuell blanding.

Varmblandeteknikken kan anvendes på et sted i avstand fra veibyggingsstedet. Dette er mulig, som angitt heri, på grunn av at den organiske metallforbindelse ikke herder asfaltsementen mens denne er i bulkform. Den modifiserte asfaltsement kan således lagres i bulk inntil den trenges. Ved konvensjonell behandling holdes den modifiserte asfaltsement i en fluid tilstand fra tidspunktet for fremstillingen, under normal lagring og transport til veibyggingsstedet, under blanding med tilslagsmaterial og inntil endelig utlegging. Ved et alternativ til varmblanding i avstand kan den organiske Mn-forbindelse tilsettes til asfaltsementen ved veibyggingsstedet umiddelbart for utlegging av veidekket.

Den modifiserte asfalt er karakterisert ved en viskositet

i en flytende tilstand ved den forhoyede temperatur for veibyggingen som kan sammenlignes med konvensjonell asfalt. Som angitt i det etterfolgende har imidlertid det herdede veidekke vesentlig overlegen styrke i sammenligning med det veidekke som dannes med konvensjonell asfaltsement.

Konvensjonelt forhåndsblandes den varmblandede. modifiserte asfalt i fluid form med forhåndsoppvarmet forhåndstorket tilslagsmaterial til å danne en homogen blanding av ensartet belagt tilslagsmaterial i en veidekkeblanding, typisk i et asfaltblandeanlegg. Tilslagsmaterialet oppvarmes foretrukket under betingelser for tid og temperatur for å drive av hovedsakelig all fri fuktighet for blandingen. Under blandingen er typisk både tilslagsmaterialet og asfaltsementen ved en temperatur på 100 til 160°C. For blandingen har avkjolt seg til en temperatur hvor den mister sin fluiditet, spres den ut på veibanen og kompakteres. Deretter tillates asfalten å herde. Etter herdingen omfatter veien tilslagsmaterial bundet ved hjelp av en grunnmasse av modifisert asfaltbindemiddel.

Det bemerkes at brukbar herding foregår ved vanlige temperaturer, f.eks. 22°C. Moderate forhoyelser i temperaturen (f.eks. til 50°C) for herdingen påskynder prosessen. Imidlertid er meget hoye temperaturer, f.eks. som dem som anvendes for blåsing av asfalt, dvs. av størrelsesorden 230°C, uakseptable for den foreliggende fremgangsmåte.

Tilslagsmaterialet er passende av en type som anvendes innen veibygningsindustrien. Det kan dreie seg om materialer fra fine partikler som f.eks. sand til relativt grove partikler som f.eks. knust sten, grus eller slagg.

En vesentlig vektandel av tilslagsmaterialet blandes med en mindre vektandel av asfaltsementen. Forholdet mellom tilslagsmaterial og modifisert asfaltsement er den typiske for veidekke-anvendelser. Således anvendes et minimum på omtrent 85 vekt% tilslagsmaterial og generelt omtrent 90 til 96 vekt% av den totale asfaltblanding ved den foreliggende oppfinnelse.

Som angitt tidligere har tungmetallsåper vært anvendt

i kombinasjon med asfalt for en rekke forskjellige formål. De har f.eks. vært anvendt for å unngå sprekkdannelser i blåst asfalt, og forhindre såkalt "aHigator-monstring" i taktekningsmaterialer. Disse metallsåper har også vært foreslått anvendt for bruk i veibygnings-blandinger av tilslagsmaterial og asfaltopplosninger

eller emulsjoner for å forbedre den dårlige klebeevne av asfalten i disse former overfor tilslagsmaterialet. Teknikkens stand lærer den generelle ekvivalens av fler-verdige tungmetallioner for dette formål. I f.eks. det tidligere nevnte US patentskrift nr. 2.342.861 ble det gjennomført forsøk under anvendelse av blysåper for å

øke klebeevnen av asfalt til tilslagsmaterialet. I samsvar med tidligere kjent teknikk fastslår patentskriftet at andre metaller som f.eks. jern, aluminium, mangan, sink, kobolt, nikkel, tinn, kalsium, strontium, barium eller magnesium også kan anvendes for det samme formål. Det er ingen lære i teknikkens stand om at noen av disse tungmetaller ville tjene noen funksjon i den såkalte varmblandeteknikk hvor det anvendes asfaltsement for å danne en veidekkeblanding.

Med denne bakgrunnskunnskap er det uventet funnet at et innhold a.v angjeldende metaller i asfaltsement tjener til i en vesentlig utstrekning å forbedre styrken, temperatur-tilpasningsevnen og andre egenskaper av en tilslagsmaterialholdig veidekkeblanding som anvender den nevnte modifiserte asfaltsement.

Det er funnet at disse metaller, alene eller i kombinasjon, er langt overlegen de resterende av tungmetallene for dette formål. Mangan tilveiebringer langt de mest utmerkede egenskaper og er lett tilgjengelig.

Det er også påvist at bruken av kobolt i tillegg til mangan frembringer en synergistisk økning i styrken av et veidekke i sammenligning med mangan eller kobolt alene. Kobolt i konsentrasjoner så lave som 0,0001 vektss basert på asfalt frembringer fordeler, mens utmerkede fordeler oppnås ved konsentrasjoner på 0,001 til 0,2 vekt% når anvendt i kombinasjon med. det foregående forhold mellom mangan og asfaltsement.

En fordel ved å anvende de angjeldende metallionene er deres evne til å danne sterke veidekker fra relativt myke asfaltsementer (f.eks. asfaltsementer karakterisert ved en penetrasjon så høy sem 350 til 400 eller mindre).

Det er funnet at å øke andelen av åpent rom i

blandingen av modifisert asfalt og tilslagsmaterial bevirker en tilsvarende okning i herdehastigheten. Dette er i samsvar med en teori om at en viss grad av oksygen-gjennomtrengning av asfalten er nodvendig for å danne de ovennevnte komplekser. Et tomromsvolum på 20% i en sand-tilslagsmaterialblanding vil således fore til vesentlig herding i lopet av en uke. Et typisk veidekke har et tomromsvolum av størrelsesorden 5-10%

som er tilstrekkelig for fordelene med den foreliggende oppfinnelse.

En ytterligere åpenbaring av naturen av oppfinnelsen gis

i de etterfolgende spesifikke eksempler på foretrukne utforelsesformer av oppfinnelsen.

Eksempel 1

Sammenligningstester ble gjennomført med forskjellige overgangs-tungmetaller som tilsetningsmidler til asfalt-sement. I hvert tilfelle ble sand av klassifikasjon AASHTO A-3 fra en sanddyne blandet med modifisert bitumen-asfaltsement betegnet "AR-8000" av ASPHALT INSITUTE i et forhold på 4 vektdeler modifisert asfalt pr. vektdeler sand. Den modifiserte asfalt inkluderte i hvert tilfelle organiske metallforbindelser (såper av naftenater eller oktoater) i et forhold slik at metallet var tilstede i 0,2 vekt% av asfalten. Såpene ble i flytende form blandet med den fluide asfalt ved forhøyede temperaturer (omtrent 110-120°C) tilstrekkelig til å smelte asfalten. Forsiktig manuell omrøring av blandingen ble foretatt for grundig å dispergere metallet i hele asfaltmengden for opplosning deri.

Asfalten og sanden ble tildannet til korte miniatyr-kjerner ved 154 - 158°C og utstøpt ved denne temperatur. Deretter ble kjernene herdet ved 50°C i 7 døgn. Kjernene ble testet med hensyn til trykkstyrke ved både 22°C og 50°c. De samme kjerner ble testet på ny under de samme betingelser etter 2 uker. Kjernene ved den annen test hadde noe større diameter slik at resultatene ble multiplisert med omtret 0,97 for korreksjon. Resultatene av testene er angitt i tabell I.

Spaltene i den foregående tabell betegnet "lukket" indikerer at blandingene ble herdet i beholdere for å eliminere det meste, men ikke all kontakt med oksygen. Trykkfasthetene av de delvis innelukkede og totalt udekkede prover er sammenlignbare som viser at det ikke er noen særlig virkning i en delvis begrensning av oksygentilforeselen til kjernen under herdingen.

Det fremgår av tabell I at mangan langt er den foretrukne metallorganiske forbindelse for alle tester. Kobber og kobolt ga imidlertid også ekstraordinære okninger i styrken i sammenligning med resten av de metaller som ble undersokt.

Eksempel 2

En rekke tester ble gjennomfort med basis-veidekke-blandingen i eksempel 1, men under anvendelse av bare manganoktoat i en mengde på 0,2% av total asfalt. Den sammen mengde av asfalt og sand-aggregat ble anvendt. Resultatene av den ovennevnte test er oppsummert i tabell II. Alle prover ble herdet ved 50°C i 1 uke utsatt for luften. Lignende resultater oppnås ved lavere omgivende temperaturer (f.eks. 22°C) med forlengede herdetider. Det ble funnet at full styrke ved 22°C testtemperatur ble oppnådd i lbpet av omtrent 4 uker, selv om en lengre tidsperiode var nbdvendig for full styrke ved en 50°C testtemperatur.

Materialsvikten var av plastisk natur. De prøvestykker som "sviktet" kunne testes på nytt flere ganger innenfor relativt korte tidsrom (f.eks. et eller to dbgn) og fremdeles gi omtrent den samme styrke. Dette indikerer en kombinasjon av plastisk flyting og tiksotropiske egenskaper, og fblgelig en bibeholdelse av styrken nær topp-punktet og en gjenvinningsvirkning med tiden.

Marshall-stabilitetstesten viste at stabiliteten bket i

synkende grad utover en måned.

De statiske boyetester ble gjennomfort ved stoping av stykker med lengde 2 5 cm og 2 cm x 3 cm i tverrsnitt. Stykkene ble herdet ved 22°C i omtrent 1 måned og ble

så testet med statisk nedboyning over en trepunkts-belastning, over et ubelastet stykke på 22 cm. Belastningsøkningen var 1,2 5 mm pr. min. og test-temperaturen var 22°C. Resultatene er angitt i den foregående tabell. Boye-flytespenningen av det umodifiserte asfalt-sandprovestykke kunne ikke bestemmes på grunn av at det deformerte seg kontinuerlig under hele testen. Den modifiserte asfaltprovestykke-flyte-spenning ble approksimert ved å tillegge den elastiske spenning nær bruddbelastningen til den plastiske spenning ved brudd.

Provestykker av den nevnte type ble testet i en dynamisk tretthetsmaskin båret over et spenn på 22 cm belastet gjentatte ganger ved deres midtpunkt. Et stålblad ble anbragt på tvers under provestykkene for å skyve dem oppover igjen hver gang belastningen ble fjernet. Belastningstakten var tre gjentagelser pr. min., og test-temperaturen var 22°C.

Ved gjennomfbring av tretthetstesten kunne ikke noen meningsfylte resultater oppnås for de umodifiserte asfalt-prbvestykker da de deformerte seg både loddrett og sideveis under relativt lave belastningsnivåer. Resultatene av tretthetstestene ble avsatt på en log-log skala til å gi en ligning i standard form Nf = K(—1 )c hvori N^ er antallet av belastningsgjentagelser til brudd, e er den tilsvarende bbyespenning og K og c er regresjonskonstanter. K og c ble funnet å være 1,82 x

12

10 henhv. 3,29 hvor er uttrykt i mikro-enheter.

Den dynamiske elastisitetsmodul av sand-asfaltprbve-stykkene ble funnet å være omtrent 58.650 kg/cm 2. Ved denne modul ble det modifiserte asfalt-sandprodukt bedomt til å være i nivå med asfalt-betong med hensyn til tretthetsegenskaper.

Eksempel 3

Blandinger ble fremstilt av asfalt pluss 0,05%, 0,1% og 0,2% mangan. Standard Marshall-kjerner av asfaltbetong ble stopt med 4% biturnen. Halvdelen av kjernene med hvert nivå av mangan ble anbragt i en 50°C ovn. Den annen halvdel ble etterlatt på benken. Etter 7 dbgns herdetid ble det gjennomfbrt Marshall-stabilitetstester. Resultatene er angitt i den etterfblgende tabell III.

En grafisk fremstilling av disse data viser at den maksimale fordelaktige virkning på stabiliteten pr. enhetsmengde mangan er mellom 0,08% og 0,12%. Innhold av mangan over dette gir hbyere stabilitet, men mindre, stabilitet pr. enhet mangan.

Eksempel 4

Det ble gjennomfbrt en rekke tester for å illustrere den kraftigé bkning i styrke for kjerner hvori en liten mengde kobolt, sammen med mangan, ble tilsatt til asfalt. I tilegg ble de relative styrke oppnådd med mangan, kobolt, kobber og jern sammenlignet.

De anvendte organo-metallforbindelser var av folgende type:

mangan-naftenat (6% mangan),

kobolt-naftenat (6% kobolt),

kobber-naftenat (8% kobber), og

jern-naftenat (6% jern).

Biturnen (Dutch 80/100 penetration) ble oppvarmet til 100°C og de ovennevnte metallforbindelser ble tilsatt og opplost i hele mengden av biturnen. Deretter ble metoden fra eksempel 1 anvendt for å danne korte Harvard miniatyr-kjerner stopt med 4% biturnen. Alle kjernene ble herdet ved 45°C inntil deres testdato. Hver kjerne ble testet med hensyn til trykkfasthet ved 45°C, holdt ved 45°C i det minste i 1 time, og deretter avkjolt i det minste i 1,5 timer til romtemperatur og testet på nytt ved denne temperatur.

Resultatene av de ovennevnte tester er angitt i

tabell IV.

Det fremgår av den foregående tabell at kobolt i lave mengder frembringer en vesentlig okning i styrken av blandingen ved den forhoyede temperatur på 45°C. Dette er en viktig test da asfalten er svakest ved forhoyede temperaturer. Etter 28 dogn frembragte blandingen inneholdende 0,2% mangan og 0,001% kobolt en styrke på 8,04 kg/cm 2 i sammenligning med 6,28 kg/cm 2 for mangan alene. Dette er en nesten 30% okning i styrken med en okning på bare 0,5% av total metallion-konsentrasjon.

Et annet trekk ved den foregående tabell er de meget overlegne resultater av mangan i sammenligning med de resterende metallioner etter 28 dogn i 45°C temperatur-testen.

Eksempel 5

En annen sammenligningstest ble gjennomført for å illustrere virkeligheten av å anvende manganet i form av en opploselig metallorganisk forbindelse i sammenligning med en uorganisk uoppløselig form som f.eks. mangansulfat. For dette formål ble mangannaftenat sammenlignet med mangansulfat.

Manganet (i naftenat- og sulfat-form) ble tilsatt til asfalt ("AR-4000" asfalt, Chevron) blandet som angitt i de foregående eksempler. Deretter ble kjernene tildannet under anvendelse av 5,2% av sådan modifisert asfalt og iraq-sand., Kjernene ble herdet ved 45°C i 8 dogn og deretter testet i ikke-begrenset kompresjon ved 22°C og 45°C. Resultatene er angitt i den etterfølgende tabell V.

Det fremgår av det ovenstående at ved 45°C var den kjerne som anvendte asfalt behandlet med mangannaftenat over 6 ganger sterkere enn kjernen behandlet med mangansulfat og var 14 ganger sterkere enn den ubehandlede asfalt-avledede kjerne. Den ovenstående tabell illustrerer viktigheten av å tilsette manganet til asfalten i en opploselig form.

Eksempel 6

Anvendte materialer:

(Iraq) sand

"AR-4000" biturnen (Chevron)

manganacetat

manganacetylacetonat, Mn (AcAc^ manganacetylacetonat, Mn (AcAc)^

manganbenzoat

manganriparatoluat

mangannaftenat

manganoktoat

ManganforbindeIsen ble tilsatt til bitumen slik at det ble tilsatt 0,2% mangan. Innroringen skjedde ved 110°C. I tilfellet med acetylacetonatet, benzoatet og toluatet opploste ikke faststoffene seg lett. Disse ble ytterligere oppvarmet og omrort ved 120°C og 135°C for blandingen med sanden. Mikroskopisk undersokelse viste fremdeles varierende mengde av partikkelformet material i det anvendte bitumen.

v

Sand-asfalt ble blandet og komprimert til korte miniatyrkjerner ved 135 - 140°C. Disse ble herdet ved 45°C. To kjerner ble testet for trykkfasthet etter 7 dogn. De resterende 4 kjerner ble testet etter

14 dogn.

/

Acetylacetonatet (Mn+++) og acetatet (Mn<++>) var meget effektive for å oke styrken. Disse testet understøtter konklusjonen om at flerverdige former av mangan (i det minst +2 og +3) vil være effektive i den utstrekning at de er opploselige i bitumen og kan opploses (eller ioniseres).

Eksempel 7

Anvendte materialer:

Lokalt aggregat<*>

Australsk bitumen penetrasjon 80/100, "R-90" mangan-naftenat (6% Mn)

mangan-oktoat<**> (12% Mn)

mangan-oktoat og kobolt-naftenat for australsk bitumen.

f.

Aggregatet besto av 1023 g av grus 6-12 ntm, 825 g

6 mm til siktstdrrelse nr. 16 og 1452 g av siktstorrelse nr. 16 stov for hvert sett av tre kjerner. Til disse 3300 g aggregat ble tilsatt 180 g av bitumen (behandlet eller ubehandlet). Kjernene ble blandet tre stykker samtidig og formet ved 140°C.

** Levert av Tenneco under betegnelsen "Tenneco" inkluderer små mengder av andre syreradikaler (f.eks.

<C>9,<C>1Q).

Mn-naftenat ble anvendt for den 0,025% Mn-behandlede bitumen og Mn-oktoatet for den 0,05% og 0,075% Mn-behandlede bitumen. Den 0,108% metall-behandlede bitumen ble behandlet med en blanding av manganoktoat (9% Mn) og koboltnaftenat (6% Co). Dette material inneholdet 0,098% Mn og 0,0097% Co. Alle kjernene ble herdet ved 45°C inntil de ble testet med hensyn til Marshall-stabilitet.

Eksempel 8

Anvendte materialer;

Sand (Iraq)

sand (AASHTO A-3 klassifikasjon) Bitumen "Ar-4000" Chevron "R-90" bitumen Australsk mangan-naftenat (6% Mn) mangan-benzoat (krystall) mangan-para-toluat (krystall)

mangan-oktoat (6% Mn)

mangan-neo-dekanoat

Bitumen ble veiet inn i små provebokser ved 110°C eller derunder. Manganforbindelsen ble tilsatt for å frembringe de manganinnhold i bitumen som er vist i den etterfblgende tabell IX.

Blandingen ble oppvarmet på nytt og omrbrt inntil det var oppnådd en grundig dispergering. Prbven ble så oppvarmet til 140 - 144°C og veid inn i den forhånds-oppvarmede sand for å frembringe det prosentvise innhold av bitumen gjengitt i den etterfblgende tabell IX.

Det ble tilformet korte Harvard miniatyr-kjerner, også ved 140 - 144°C, og herdet ved 45°C. Herdetidene er angitt i tabell VII. Kjernene ble testet på trykk, halvparten av dem ved 45°C og resten ved 22°C.

Kjernene inneholdende neo-dekanoat ble herdet ved 50°C.

Det fremgår av tabell IX at alle de forskjellige syresalter av mangan ga forbedret styrke, spesielt ved hbyere temperaturer. Forskjellen i virkning antas å skyldes de relative opplbseligheter av de forskjellige salter.

Claims (2)

1. Asfaltblanding bestående av en bitumenkomponent som hverken er blitt underkastet blåsing med luft eller i særlig grad på annen måte er blitt underkastet oksydasjonsbehandling og videre hverken er blitt blandet med myknende hydrokarbonfraksjoner eller emulgert, og som i tillegg til tilslagsmaterial inneholder en i bitumen oppløselig organisk mangan-, kobolt- og/eller kobberforbindelse, karakterisert ved at den inneholder minst 85 vekt% tilslagsmaterial og har en mangan-, kobolt-og/eller kobberkonsentrasjon på fra 0,01 til 0,50 vekt% regnet på bitumeninnholdet.

2. Anvendelse av asfaltblandingen sorr. angitt i krav 1 for veibyggingsformål.