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Bituminöse, die Konsistenz einer Schlämme aufweisende Masse für Strassenbauzwecke und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft eine bituminöse, die Konsistenz einer Schlämme aufweisende Masse für Stra- ssenbauzwecke und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Offene Strassendecken, insbesondere Schwarzdecken, können durch sogenannte bituminöse Schlämmen versiegelt werden. Derartige Schlämmen werden bei bekannten Verfahren entweder direkt aus Heissbitumen und wässerigen Suspensionen von Steinmehl und Sand oder durch Vermischen von stabilen, bituminösen Emulsionen mit den entsprechenden Mineralien hergestellt. Allen diesen bekannten Schlämmen ist jedoch gemeinsam, dass sie zum Abbinden Wasser, welches die äussere Phase bildet, verdunsten müssen. Demgemäss können diese Verfahren nur bei trockenem Wetter und innerhalb der wärmeren Jahreszeit angewendet werden. Bei plötzlichen Regenfällen können solche Schlämmen sogar ausgespült werden, während bei kühler und feuchter Witterung, z. B. im Herbst, keine abriebfesten Filme entstehen.
Diese Schwierigkeiten werden durch den Erfindungsgegenstand überwunden.
Gemäss der Erfindung ist eine bituminöse, die Konsistenz einer Schlämme aufweisende Masse für Strassenbauzwecke auf der Grundlage von feinem Sand, Wasser und Bitumen, mit einem Gehalt an Lösungsmitteln in Emulsionsform, dadurch gekennzeichnet, dass der bituminöse Anteil infolge eines Gehaltes von wenigstens 50% (bezogen auf den Bitumenanteil) eines organischen Lösungsmittels mit einer Verdunstungszahl von 1 bis 50 etwa die Viskosität von Wasser hat, ein Haftmittel vom kationaktiven Typ enthält und die durchgehende äussere Phase von W/O-Emulsion bildet. Dieser nichtdisperse Verteilungszustand der bituminösen Phase bewirkt die Unlöslichkeit in Wasser.
Die Dispergierung des Wasseranteiles in der Bitumenlösung wird durch grenzflächenentspannende Zusätze gefördert. Man macht die Grenzflächenentspannung zweckmässig so gross, dass die bituminöse Phase noch weiteres Wasser dispergiert aufzunehmen vermag ; dadurch erreicht man, dass die Schlämme sogar an feuchten Flächen unter Aufnahme des Oberflächenwassers haftet. An sich kann man als grenzflächenentspannende Zusätze verschiedene handelsübliche Haftmittel verwenden ; im Rahmen der Erfindung bewährten sich jedoch solche vom kationaktiven Typ.
Zweckmässig gibt man der Schlämme Calciumhydroxyd zwischen 2 und 6 Gew.-% und vorteilhaft zwischen 4 und 5 Gel.-%, bezogen auf Sand, zu.
Vorzugsweise bewährte sich eine bituminöse Lösung aus einem (heissflüssigen) Strassenbaubitumen, vorteilhaft der Sorte B 200, und zweckmässig mehr als 100 Gew.-% eines leicht flüchtigen Lösungsmittels,
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Zweckmässig setzt man eine Bitumenlösung in solcher Menge zu, dass der Reinbitumenanteil etwa 8 bis 12 Gew.-% des Sandes beträgt. Der Feinsand soll eher gleichförmig als abgestuft sein, und es bewährte
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sich besonders eine Körnung, die nicht gröber als 0, 6 mm ist und vorzugsweise zwischen 0, 09 und 0, 2 mm liegt. Vorteilhaft ist es, wenn der Feinsand geringe bindige Anteile enthält, d. h. Lehm- oder Tonbeimengungen. Im allgemeinen ist es günstig, wenn die bindigen Anteile 5 Gew.-% nicht übersteigen, und es wird ein Bereich von 2 bis 3 Gel.-% bevorzugt.
Das Haftmittel kann etwa 0, 5-5 Gew.-% ausmachen und ist vorteilhaft hydrophil. Besondere Vorteile bietet es, wenn man ein solches Haftmittel verwendet, welches die Grenzflächenspannung stark herabsetzt. Diese Grenzflächenspannung erleichtert die Herstellung von emulsions-oder suspensionsartigen Systemen. Man kann daher dem Haftmittel hiebei auch die Wirkung eines Netz- oder Emulgiermittels zuschreiben, besonders eines solchen, das die Bildung emulsionsartiger Systeme vom Typ Wasser/Öl fördert.
Besonders geeignet sind folgende Stoffe : Fettreste, an die mehr als zwei aktive Aminogruppen angelagert sind, vorzugsweise Alkylaminodipropyldiamin ; Alkylamidoamine, die als Umsetzungsprodukte aus Fettsäuren und Polyäthylenpolyaminen erhalten werden ; quaternäre Ammoniumverbindungen, vorzugsweise Alkyltrimethylammoniumsalze oder Dialkyldimethylammoniumsalze ; Pyridiniumverbindungen, vorzugsweise Cetylpyridiniumchlorid. Weniger geeignet sind dagegen solche Kationaktiva, die wenig hydrophil sind, wie z. B. Monoamine, die von höheren Fettsäuren abgeleitet sind ; doch erhält man auch mit Phosphonium-und Sulfonium-Verbindungen sowie mit Kondensationsprodukten, die aus Fettaminen durch Anlagerung von Äthylenoxyd entstehen, gute Ergebnisse.
Bei der Herstellung einer Masse gemäss der Erfindung kann beispielsweise und vorteilhaft gemäss den folgenden Vorschriften vorgegangen werden : Beispiel l : 9Gew.-Teile heissflüssiges Bitumen B 200 werden in etwa 10 Gew.-Teilen Xylol gelöst und es wird etwa 1 Gew.-Teil kationisches Haftmittel zugesetzt. Ferner werden 100 Gew.-Teile Feinsand in einem Zwangsmischer mit etwa 5 Gew. - Teilen Calciumhydroxyd vermischt, und es werden dann etwa 20 Gew.-Teile der vorstehend erläuterten Bitumenlösung zugesetzt. Schliesslich gibt man etwa 25 Gew.-Teile Wasser zu und mischt weiter, bis das gesamte Wasser von der Bitumenlösung aufgenommen ist. Die ursprünglich schwarze Bitumenlösung verfärbt sich hiebei braun, was auf der Einemulgierung des Wassers beruht.
Die fertige Mischung hat eine schlammartige Konsistenz, die auch als dickflüssiges Öl oder dünnflüssige Creme bezeichnet werden kann. Es besteht eine leichte Tixotropie, die aber die Grenze der Fliessfähigkeit überschritten hat.
Beispiel 2 : Es werden 9 Gew. -Teile Strassenbaubitumen B 200 in etwa 10 Teilen Xylol gelöst.
Der Masse wird als kationisches Haftmittel 1 Gew. -Teil Dialkyldimethylammoniumchlorid als 200/0ige Lösung in Teeröl zugegeben. Ferner werden 100 Teile Feinsand und 25 Teile Wasser verwendet.
Die Bitumenlösung soll wasserdünn sein, so dass sie in Poren eindringen und Staub binden kann. Die gesamte Menge an Bitumenlösung ist so zu bemessen, dass ein optimales Verhältnis von reinem Bitumen zum Sand entsteht ; dieses Verhältnis wurde oben mit 8-12 Gew.-% des Sandgewichtes angegeben. Die Menge an Haftmittel richtet sich nach den aktiven Amino-Gruppen in der Substanz, und im allgemeinen gelten die oben angegebenen Sätze von 0,5 bis 5 Gew. -0/0, bezogen auf die Bitumenlösung. Im oben genannten Beispiel ist die Menge an aktiver Substanz 1, 5 Gew.-%, bezogen auf die Bitumenlösung, da die handelsüblichen Haftmittel häufig in ölverschnittener Form geliefert werden.
Die Wassermenge ist so zu bemessen, dass das Volumen der dünnflüssigen Bitumenlösung zusammen mit dem Wasser die Hohlräume des Sandes ausfüllen und dass darüber hinaus noch ein Überschuss von 5 bis 10% des Sandgewichtes zur Erreichung des fliessfähigen Zustandes verbleiben.
Das entstandene System lässt sich in folgender Weise beschreiben : Es handeltsich um ein dreiphasiges System, bei dem die Bitumenlösung in jedem Falle die äussere oder kontinuierliche Phase bildet. Hierauf beruht die Unempfindlichkeit der Masse gegenüber Wassereinwirkung. Das in der Bitumenlösung dispergierte Wasser dient eigentlich nur der Volumenvergrösserung der bituminösen Phase. Es bewirkt somit eine Streckung der Bitumenlösung, da andernfalls zu grosse Lösungsmittelmengen zur Ausfüllung sämtlicher Hohlräume des Sandes benötigt werden. Die festgestellte Verflüssigung durch das Wasser beruht also auf dieser Volumenvergrösserung. Anderseits soll die Wassermenge nicht mehr als das doppelte der Menge an Bitumenlösung betragen, da in diesem Fall wieder eine übermässige Versteifung eintritt.
Diese Versteifung ist ein weiterer Beweis dafür, dass in dem entstandenen System das Wasser tatsächlich die disperse Phase bildet. Ein weiterer Vorteil der Wassereinarbeitung ist, dass das Wasser der Masse eine leichte Thixotropie verleiht, die von Wasser/Öl-Emulsionen her bekannt ist, und die das Tragevermögen für den Sand erhöht. Durch dieses Tragevermögen sowie durch die Feinkörnigkeit des Sandes ist die Suspension sehr stabil und neigt wenig zum Absetzen. Auch das Calciumhydroxyd sowie die bindigen Anteile des Sandes scheinen an dem guten Tragevermögen des Suspension beteiligt zu sein. Bei einer Steigerung der bindigen Anteile über 5% sowie bei einer Steigerung des Calciumhydroxyds über 6% neigt das System je-
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doch zu einer Versteifung, die die Verarbeitung nach Art einer Schlämme erschwert.
Auch wurde beobachtet, dass ein zu hoher Anteil an bindigen Stoffen die Netzfähigkeit der Masse für feuchten Untergrund verschlechtert. Die bindigen Anteile wirken somit bei der vorliegenden Masse in ganz anderer Richtung als bei bekannten Systemen. Schwieriger zu beschreiben ist die Wirkung des Calciumhydroxyds. Festgestellt wurde, dass das Calciumhydroxid die Stabilität der Suspension und, nach Abbinden der Schlämme, die Festigkeit der Versiegelung erhöht. Vermutlich wirken die Kationaktiva und das Calciumhydroxyd zusammen, wobei sowohl ein Ionenaustausch auf der Oberfläche der Sandkörner, insbesondere aber auf den grossen Oberflächen der bindigen Anteile, angenommen werden kann, als anderseits auch eine elektrostatische Aufladung der Grenzflächen denkbar ist.
Wird das Calciumhydroxyd gemäss Beispiel 2 weggelassen, so verwendet man aus der Reihe der aufgeführten Kationaktiva diejenigen, die besonders aktiv sind (z. B. Dialkyldimethylammoniumsalze), damit der vermutete Ionenaustausch auf den Mineraloberflächen und eine elektrostatische Aufladung der Grenzflächen auch ohne Zuhilfenahme von Calciumhydroxyd eintritt.
Die Masse kann nach dem Mischen in Fässer oder direkt auf die Strasse od. dgl. gebracht werden. Sie wird mit Schwabbern oder Besen verteilt, haftet auf feuchtem Untergrund und wird durch plötzliche Regenfälle nicht ausgespült. Wird die aufgebrachte Schicht mit unbituminierten feinen Mineralkörnungen abgedeckt, so kann die Fläche sofort vom Verkehr befahren werden, ohne dass die Wirkung der Porenversiegelung hierunter leidet. Nach 24 h ist das Lösungsmittel verdunstet und die Versiegelung auch mechanisch endgültig verfestigt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bituminöse, die Konsistenz einer Schlämme aufweisende Masse für Strassenbauzwecke auf der Grundlage von feinem Sand sowie Wasser und Bitumen, mit einem Gehalt an Lösungsmitteln, in Emulsionsform, dadurch gekennzeichnet, dass der bituminöse Anteil infolge eines Gehaltes von we- nigstens 50% (bezogen auf den Bitumenanteil) eines organischen Lösungsmittels mit einer Verdunstungszahl von 1 bis 50 etwa die Viskosität von Wasser hat, ein Haftmittel vom kationaktiven Typ enthält und die durchgehende äussere Phase der W/O-Emulsion bildet.