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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Strassenbelägen, die elementaren Schwefel und Bi- tumen in einem Gewichtsverhältnis von mindestens 1 : 1 enthalten.
Die Mitverwendung von elementarem Schwefel in bitumenhaltigen Gemischen ist an sich bekannt. Bei der
Mitverwendung in niedrigen Konzentrationen, beispielsweise bei Gewichtsverhältnissen von Schwefel zu Bitumen i von l : l oder weniger, hat der Schwefel in für Strassenbeläge verwendbaren Gemischen im wesentlichen die
Eigenschaften eines Füllstoffes. Bei Mitverwendung in höheren Konzentrationen trägt der Schwefel auch mit zur
Festigkeit des Gemisches bei und erhöht dadurch die mechanische Stabilität der mittels solcher Gemische her- stellbaren Strassenbeläge und verbessert deren Widerstandsfähigkeit gegenüber einer plastischen Verformung.
Derartige für die Herstellung vonStrassenbelägen verwendbare Mischungen sind beispielsweise inder kanadischen ) Patentschrift Nr. 755. 999 beschrieben.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2016568 ist es bekannt, bituminöse Bindemittelmischungen für den
Strassenbau zu verwenden, die Schwefel und Bitumen in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 bis 4 : 1 enthalten.
Es ist aber in dieser deutschen Offenlegungsschrift weder ein Mindestprozentsatz des Gemisches an Bitumen von
3 Gew.-% angegeben, noch geht daraus hervor, dass man den gegossenen Strassenbelag nicht mittels der üblii chen Walzmassnahmen verdichten muss.
ElementarenSchwefel enthaltendeAsphaltmischungen mit einem hohen Verhältnis von Schwefel zu Bitumen sind zwar auch bis zu einem gewissen Ausmass für Strassenbauzwecke eingesetzt worden, doch zeigen derartige
Gemische bestimmte Nachteile, welche ihre Brauchbarkeit wesentlich verringern. Beispielsweise lassen sich derartige Mischungen bei hohen Temperaturen, d. h. bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des Schwe- fels, nur schwierig mittels der üblichen Walzmassnahmen verdichten. Aber selbst wenn es gelingt, derartige Ge- mische zu verdichten, sind die Eigenschaften von derartigen Strassenbelägen öfters nur wenig befriedigend. Man glaubt nunmehr, dass der Grund für dieses wenig befriedigende Verhalten darauf beruht, dass die Schwefelbin- dungskräfte durch den Verdichtungsdruck zerstört werden.
Zwar kann man die Verdichtungseigenschaften von schwefelhaltigen Asphaltmischungen verbessern, indem man entweder den Schwefelgehalt verringert oder der- artige Mischungen bei niedrigeren Temperaturen einbaut, doch werden durch solche Massnahmen die an sich auf die Mitverwendung von elementarem Schwefel beruhenden Vorteile in wesentlichem Ausmass vermindert oder sogar ganz zunichte gemacht.
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wurde nunmehr gefunden, dass sich Strassenbeläge mit wesentlich verbesserten Festig-keitseigenschaften auch unter Verwendung von Gemischen, welche freien Schwefel, Bitumen und Mineralstoff- teilchen mit einem Gewichtsverhältnis von Schwefel zu Bitumen von mindestens 1 :
1 enthalten, herstellen lassen, wenn man erfindungsgemäss ein elementaren Schwefel, Bitumen und Mineralstoffteilchen enthaltendes
Gemisch, das mindestens 3, 0 Gew.-lo Bitumen enthält, bei einer Temperatur im Bereich von etwa 121 bis etwa 1770C auf der Strasse ausgiesst und ohne Anwendung eines Verdichtungsdruckes abkühlen lässt.
Überraschenderweise zeigte es sich, dass Strassenbeläge auch unter Verwendung von bisher nicht brauchbaren Mineralaggregaten erhalten werden können, beispielsweise unter Verwendung von Sanden mit schlechter Kornabstufung, und dass trotzdem derartige Strassenbeläge Eigenschaften aufweisen, welche vergleichbar oder sogar besser sind als diejenigen von Strassenbelägen, welche mittels üblicher Einbaugemische unter Verwendung von gut abgestuften Mineralstoffteilchen mit einem niedrigen VMA-Wert hergestellt worden sind.
Da bei dem erfindungsgemässen Verfahren Sande und andere relativ billige Mineralstoffteilchen verwendet werden können, eignet sich diese Arbeitsweise insbesondere für Grossbaustellen, beispielsweise zur Herstellung
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werden mussten. Derartige Arbeitsbühnen oder entsprechende lasttragende Oberflächen werden im allgemeinen dann benötigt. wenn grössere Bauvorhaben auf einem relativ schwachen Untergrund durchgeführt werden müssen.
Im allgemeinen wird für diesen Zweck eine ohne Bindemittel hergestellte untere Tragschicht oder ein mit Zement behandelter Mutterboden verwendet. Derartige Materialien weisen jedoch bestimmte technische Nachteile auf. Beispielsweise zeigen ohne Bindemittel hergestellte Tragschichten kein ausreichendes Lasttragevermögen und sie wirken sowohl während der Herstellung als auch während der gesamten Gebrauchsdauer des Strassenbelages als Wasserfallen. Für die Erzeugung von durch Zement verfestigten Mutterboden werden bestimmte Vorrichtungen benötigt und ausserdem muss dieses Einbaumaterial noch eine Zeitlang aushärten, bevor es den Verkehr aufnehmen kann.
Die erfindungsgemäss herstellbaren gegossenen Strassenbeläge aus schwefelhaltigen Asphaltmischungen zeigen derartige Nachteile nicht oder zumindest zu einem wesentlich geringeren Ausmass, und daher bieten sie sich als Ersatz für die bisher verwendeten Verfahren für die Herstellung von Unterschichten oder von Arbeitsbühnen an.
Die für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendeten Mischungen sollen den elementarenSchwefel und das Bitumen vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis von 2 : 1 bis 5 : 1 enthalten. Gegebenenfalls kann das Gewichtsverhältnis auch noch höher gewählt werden.
In den erfindungsgemäss zu verarbeitenden Gemischen liegt der Schwefel in elementarer Form vor, d. h. in freiem Zustand und nicht in Form einer Verbindung. Der Schwefel kann dabei in jeder beliebigen physikalischen
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Form eingesetzt werden, da er im allgemeinen im geschmolzenen Zustand mit dem Bitumen vermischt wird, obwohl eine solche Verarbeitung im schmelzflüssigen Zustand nicht unbedingt erforderlich ist.
Als Bitumenkomponente eignen sich die üblicher Weise für denStrassenbau verwendeten Bitumensorten, insbesondere aus Erdölrückständen gewonnene Bitumina, beispielsweise Rückstandsöle, geblasene Erdölbitumina, weiche und harte Rückstandsbitumensorten, und ausserdem können auch durch destruktive Destillation erhaltene bituminöse Materialien eingesetzt werden, beispielsweise Teere und Peche. Gegebenenfalls können auch Gemische solcher bituminösen Substanzen verwendet werden. Im Rahmen der Erfindung können ausserdem natürlich vorkommende Bitumensorten Verwendung finden, beispielsweise Gilsonit. Besonders bevorzugt sind jedoch Bitumensorten mit einer Penetration von 40 bis 300, gemessen nach der ASTM-Methode D 5.
Das Bitumen wird in den erfindungsgemäss verarbeitbaren Gemischen in einer solchen Menge eingesetzt, die ausreicht, um die Mi-
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Als Mineralstoffteilchen kommen in den erfindungsgemäss zu verarbeitenden Gemischen insbesondere Sand,
Steine, Kiese und Schlackensorten in Betracht, welche von Natur aus entweder sauer oder basisch sein können, wie beispielsweise Granit und Kalkstein. Der auf den meisten Baustellen vorkommende Sand lässt sich im Rahmen der Erfindung sehr gut verwenden und es lassen sich damit Strassenbeläge mit befriedigenden Eigenschaften herstellen, wenn derartige Sande in Kombination mit Schwefel und Bitumen gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren vergossen werden.
Falls das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Deckschichten im Strassenbau angewendet wird. kann noch eine Glättungsbehandlung erforderlich sein, um der Oberfläche des Strassenbelages ein befriedigendes Aussehen zu verleihen.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel l : Um die verbesserten Eigenschaften von gegossenen Strassenbelägen gemäss der Erfindung auf- zuzeigen, wurden vier verschiedene Belagsabschnitte mit der nachstehend in Tabelle I angegebenen Zusammensetzung hergestellt und damit mittels eines dynamischenHochfrequenz-Prüfgerätes untersucht. DieseMetho- de zur Prüfung von Strassenbelägen ist in einer Arbeit mit dem Titel "Surface Wave Techniques for Measuring the Elastic Properties and Thickness of Roads: Theoretical Development, " von R. Jenes, in "British Journal of Applied Physics", Bd. 13 [1962], S. 21 bis 29, näher beschrieben. Jeder Abschnitt des Strassenbelages hat eine Länge von etwa 30, 5 m und eine Breite von etwa 3,70 m. Die Einbaudicke jedes Abschnittes ist gleichfalls in der nachstehenden Tabelle I angegeben.
Die Belagsabschnitte l, 2 und 3 werden mittels einer üblichen Walzmethode verdichtet, während der Abschnitt 4 erfindungsgemäss durch Vergiessen hergestellt wird und keinem Verdichtungsdruck ausgesetzt wird.
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Tabelle I
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<tb>
<tb> Asphaltmischung <SEP> Messergebnisse <SEP> mit <SEP> dem
<tb> Zusammensetzung <SEP> dynamischen <SEP> Prüfgerät
<tb> Abschnitt <SEP> Bitumen- <SEP> Schwefel <SEP> Gewichts- <SEP> gebro- <SEP> Sand <SEP> vorge- <SEP> Dichte, <SEP> Dicke, <SEP> Geschwin- <SEP> Dynamischer <SEP> Prüfdes <SEP> Strassen- <SEP> sorte, <SEP> Gew.-% <SEP> verhältnis <SEP> chener <SEP> sehene <SEP> cm3/g <SEP> cm <SEP> digkeit <SEP> Modulus <SEP> temp.,
<tb> belages <SEP> 150/200 <SEP> Gew.-T <SEP> Schwefel <SEP> :
<SEP> Be- <SEP> Kies <SEP> Dicke <SEP> der <SEP> Scher- <SEP> kg/cm2 <SEP> C
<tb> turnen <SEP> Welle <SEP> in <SEP>
<tb> m/sec
<tb> 1 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> X <SEP> 15 <SEP> 2, <SEP> 400 <SEP> 15 <SEP> 1220 <SEP> 9, <SEP> 50 <SEP> X <SEP> 104 <SEP> 25
<tb> 2 <SEP> 4, <SEP> 85 <SEP> 4, <SEP> 65 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> X <SEP> 10 <SEP> 2, <SEP> 476 <SEP> 10 <SEP> 1030 <SEP> 7, <SEP> 00x <SEP> 104 <SEP> 29
<tb> 3 <SEP> 4,45 <SEP> 7,5 <SEP> 1,7 <SEP> X <SEP> 20 <SEP> 2, <SEP> 130 <SEP> 19 <SEP> 850 <SEP> 4, <SEP> 10 <SEP> # <SEP> 104 <SEP> 27
<tb> 4 <SEP> 6,0 <SEP> 12,2 <SEP> 2,0 <SEP> X <SEP> 7,5 <SEP> 2,024 <SEP> 6,2 <SEP> 1400 <SEP> 1.
<SEP> 10 <SEP> X <SEP> 105 <SEP> 29 <SEP>
<tb>
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Aus den in der vorstehenden Tabelle angegebenen Werten für die Ausbreitungsgeschwindigkeitder Scher-Welle und aus den Werten für den dynamischen Modulus ist ersichtlich, dass der erfindungsgemäss hergestellte Ab- schnitt 4 wesentlich bessere Eigenschaften aufweist als der Abschnitt 1, welcher in üblicher Weise unter Ver- wendung von Bitumen und einem gebrochenen Kies guter Qualität hergestellt worden ist.
Ausserdem ergibt sich aus den Tabellenwerten die Überlegenheit des erfindungsgemäss hergestellten Abschnittes 4 gegenüber den Ab- schnitten 2 und 3, wobei der Abschnitt 3 zwar gleichfalls aus einem entsprechenden, Schwefel enthaltenden
Asphaltgemisch hergestellt worden war, aber einem Verdichtungsdruck ausgesetzt wurde und nicht erfindungs- gemäss unter Vergiessen der Mischung hergestellt wurde. Der Abschnitt 2 erläutert hingegen die Wirkung von elementarem Schwefel als reiner Füllstoff.
Beispiel 2 : Die ausgezeichneten Eigenschaften von erfindungsgemäss unter Vergiessen hergestellten
Strassenbelägen ergeben sich auch bei einem Vergleich der Festigkeitseigenschaften von derartigen durch Ver- giessen hergestelltenBelägen und von in üblicherweise durch Verdichten hergestellten Belägen. Die Zusammen- setzung der untersuchten Strassenbeläge und die Ergebnisse der Messungen sind nachstehend in Tabelle II zusam- mengestellt. Die Messungen bei Temperaturen von-18 und-1 C wurden mittels einer Instron-Prüfmaschine unter Verwendung einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 0,05 cm/min durchgeführt. Die Ergebnisse bei einer
Temperatur von 210C wurden aus einer Prüfung der Kriechgeschwindigkeit unter Zugbeanspruchung und bei kon- stanter Belastung ermittelt.
Tabelle II
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<tb>
<tb> Gemisch <SEP> Temp., <SEP> Oc <SEP> Zugfestigkeit, <SEP> Bruchdehnung, <SEP> Steifheit,
<tb> Nr. <SEP> kg/cm2 <SEP> x <SEP> 10-4 <SEP> Modulus,
<tb> kg/cm2
<tb> 5 <SEP> -18 <SEP> 29 <SEP> 27 <SEP> 10, <SEP> 7 <SEP> X <SEP> 103 <SEP>
<tb> 6 <SEP> -18 <SEP> 25 <SEP> 26 <SEP> 9, <SEP> 6 <SEP> X <SEP> 103 <SEP>
<tb> 7 <SEP> -18 <SEP> 26 <SEP> 22 <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP> X <SEP> 103 <SEP>
<tb> 5 <SEP> -1 <SEP> 24 <SEP> 43 <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> X103
<tb> 6 <SEP> -1 <SEP> 15 <SEP> 34 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> x <SEP> 103 <SEP>
<tb> 7 <SEP> -1 <SEP> 18 <SEP> 29 <SEP> 6, <SEP> 2 <SEP> x <SEP> 103 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 21 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 105 <SEP> 0, <SEP> 08X103
<tb> 7 <SEP> 21 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 21 <SEP> 1. <SEP> 5 <SEP> x <SEP> 103 <SEP>
<tb>
Gemisch Nr. 5 :
4, 5 Gew. -0/0 eines Bitumens des Typs 150/200, 95, 5 Gew.- o gebrochener Kies mit einem
VMA-Wert von 16, 0 Vol.-%.
Gemisch Nr. 6 : 3, 5 Gew. -0/0 eines Bitumens des Typs 150/200, 96,5 Gew.-% gebrochener Kies mit einem
VMA-Wert von 16, 0 Vol. -%.
Gemisch Nr.7: 4,0 Gew.-% Bitumen des Typs 150/200, 16,0 Gew.-% Schwefel (Gewichtsverhältnis
Schwefel : Bitumen = 4 : 1) und 80 Gew.-% Sand miteinem VMA-Wert von 27,0 Vol. do.
Die Tabellener erte bestätigen, dass die Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemäss vergossenen schwefelhaltigen Asphaltmischung (Gemisch Nr. 7) bei niedrigen Temperaturen ebenso gut sind wie diejenigen üblicher Asphaltmischungen, welche unter Verwendung eines gebrochenen Kieses guter Qualität hergestellt worden sind.
Bei den höheren Temperaturen sind die Werte für die Zugfestigkeit und den Steifheits-Modulus der erfindungsgemäss vergossenen schwefelhaltigen Asphaltmischung wesentlich besser als diejenigen der üblichen Asphaltmischungen und ausserdem zeigen die erfindungsgemässen Mischungen eine wesentlich niedrigere Bruchdehnung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Strassenbelägen, die elementaren Schwefel und Bitumen in einem Gewichtsverhältnis von mindestens 1 : 1 enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass man ein elementaren Schwefel, Bitumen und Mineralstoffteilchen enthaltendes Gemisch, das mindestens 3,0 Gew. -0/0 Bitumen enthält, bei einer Temperatur im Bereich von etwa 121 bis etwa 1770C auf der Strasse ausgiesst und ohne Anwendung eines Verdichtungsdruckes abkühlen lässt.