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Die Erfindung betrifft eine verbesserte Asphaltierungszusammensetzung auf der Basis von Asphalt-Zuschlagsstoffen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Zuschlagsstoffe enthaltender Asphalt wurde seit vielen Jahren als Asphaltierungszusammensetzung für Strassen u. dgl. verwendet. Der Asphalt enthält als Hauptbestandteil Bitumen und wird üblicherweise als fester Rückstand aus der Destillation von Rohöl erhalten. Bei der Pflasterung bzw. der Asphaltierung einer Strasse wird der Asphalt in einen flüssigen Zustand überführt. Eine flüssige Form besteht in einer Suspension oder Emulsion des Asphalts in Wasser. Nach dem Verteilen und Verdichten bzw. Komprimieren des Zuschlagsstoffe enthaltenden Asphalts verdampft das Wasser, und der Asphalt härtet zu einer einheitlichen Masse.
Eine andere Form von im Strassenbau verwendetem Asphalt ist ein sogenannter Verschnittbitumen (cutback), d. h. ein flüssiges Erdölprodukt, das hergestellt wird, indem man eine Asphaltbasis mit einem geeigneten Destillat erweicht bzw. verdünnt. Der Bau der Strasse erfolgt durch Beschichtung mit dem Verschnittbitumen und durch Verdampfung des flüchtigen Destillats aus der Masse. Der Vorteil der Verwendung der oben genannten Strassenbautechniken liegt darin, dass die Anwendung hoher Temperaturen vermieden werden kann. Bei einer alternativen Technik können der Asphalt und die Zuschlagsstoffe gemischt und bei erhöhten Temperaturen, d. h. im flüssigen Zustand des Asphalts zum Bau der Strasse aufgebracht werden.
Diese Art Asphalt, die weder durch Lösungsmittel verdünnt ist (cutback) noch emulgiert ist, wird hier als Asphaltzement (Asphaltbinder) bezeichnet.
Ein Hauptproblem, das bei Verschnittbitumen und Emulsionen auftritt, liegt in ihrem geringen Haftvermögen für Zuschlagsstoffe im Vergleich zu Asphaltzement. Dies ist in erster Linie zurückzuführen auf (a) die Anwesenheit des organischen Lösungsmittels oder des Öls in dem Verschnittbitumen und/oder (b) das Wasser in der Emulsion oder auf der Oberfläche der Zuschlagsstoffe, wodurch die Ausbildung einer haftenden Verbindung zwischen dem Zuschlagsstoff und dem Asphalt beeinträchtigt wird. In der US-PS Nr. 2, 342, 861 wird eine Technik beschrieben, um das Haftvermögen zu verbessern. In den Beispielen dieser Patentschrift werden den Asphaltverschnitten oder - emulsionen zur Erhöhung ihrer Haftvermögen mit dem Zuschlagsstoff eine Bleiseife, insbesondere Bleioleat oder Bleinaphthenat zugesetzt.
Obwohl in sämtlichen Beispielen lediglich Blei als Metallseife zur Erhöhung des Haftvermögens zugesetzt wird, offenbart diese Patentschrift daneben auch, dass andere Schwermetallsalze von organischen Säuren verwendet werden können einschliesslich derjenigen der folgenden Metalle : Fe, AI, Mn, Zn, Co, Ni, Sn, Ca, Sr, Ba und Mg. Die Patentschrift offenbart weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Bleiseife, indem man ein Bleioxyd in Gegenwart der gewünschten organischen Säuren erhitzt. Diese Bleiseifen werden dann dem gewünschten Asphalt zugesetzt.
Zur Verhütung von Rissbildungen in geblasenen oder oxydierten Asphaltbeschichtungen wurden Schwermetallsalze von organischen Säuren mit einem hohen Molekulargewicht, wie beispielsweise Naphthenate oder Linoleate verwendet. Beispielsweise lehrt die US-PS Nr. 2, 282, 703 zu diesem Zweck die Verwendung von Schwermetallen wie Kobalt, Mangan, Eisen, Blei, Vanadin oder Zink, die in dem geblasenen Asphalt dispergiert werden.
Schwermetallseifen wurden auch als Dispergierungsmittel in Asphaltzusammensetzungen für Dachbeschichtungen verwendet, um ein auf das sogenannte"alligatoring" (Schrumpfung bzw. Runzelbildung) zurückzuführende Fehlverhalten bzw. Versagen des Asphalts zu verhindern. Die US-PS Nr. 2, 928, 753 offenbart mehrwertige Metallsalze von Kupfer, Kobalt oder Mangan in Kombination mit höhermolekularen Monocarbonsäuren wie Oleinsäure oder Naphthensäure. Das dort offenbarte Endprodukt ist eine zuschlagsfreie Beschichtung einer Dicke von 0, 0635 cm (0, 025 inch) auf einem Aluminiumblech, das zur Nivellierung bzw. Einebnung erhitzt wurde.
Die US-PS Nr. 1, 328, 310 offenbart ein asphalthaltiges Pflaster, wobei dem Asphalt zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften Kupfersulfat hinzugefügt wurde. Daneben werden andere Verbindungen offenbart einschliesslich der Sulfate oder Selenate von Aluminium, Chrom, Mangan, Eisen, Indium, Gallium, sowie der Sulfate oder Selenide von Natrium, Kalium, Rubidium, Ammonium, Silber, Gold, Platin oder Thallium. Diese Verbindungen sind in dem Asphalt relativ unlöslich.
Die US-PS Nr. 1, 505, 880 lehrt zur Erhöhung der Zähigkeit bzw. Festigkeit der dort erhaltenen Asphaltierungs- bzw. Pflasterungszusammensetzung die Zugabe von Kupferschlacke zusammen mit Zuschlagsstoffen zum Asphalt.
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Zur Verbesserung des Haftvermögens des Asphalts mit mineralischen Zuschlagsstoffen offenbart die Britische Patentschrift Nr. 533, 977 die Verwendung von Blei- oder Eisendoppelsalzen von organischen Säuren. Nebenbei wird auch offenbart, dass andere zwei-und mehrwertige Metalle wie Aluminium, Chrom, Kupfer und Quecksilber verwendet werden können.
Erfindungsgemäss wurde nun festgestellt, dass die Auflösung bestimmter organischer Manganverbindungen im Asphaltzement und die anschliessende Vermischung mit Zuschlagsstoffen zu einem Strassenpflaster mit erheblich verbesserten Eigenschaften führt. Bei Verwendung von geringen Mengen wie 0, 01 bis 0, 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Asphaltzements, führt die Verwendung von Mangan zu einer ganz entscheidenden Verbesserung der Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und Ermüdungsfestigkeit des endgültig ausgehärteten Strassenpflasters.
Der Asphaltzement wird zur Verflüssigung bzw. Fliessbarmachung auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelz- bzw. Erweichungspunktes erhitzt und anschliessend wird die organische Manganverbindung hinzugefügt. Der Manganionen enthaltende Asphaltzement kann dann für den Strassenbau direkt in dieser Form mit dem Zuschlagsstoff vermischt werden. Es wurde weiterhin festgestellt, dass der auf diese Weise modifizierte Asphaltzement vor seiner Verwendung zum Strassenbau in Masse aufbewahrt werden kann, ohne dass er eine wesentliche Eindickung zeigt.
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werden kann, und mit welcher eine aussergewöhnliche Festigkeit und Ermüdungsfestigkeit erreicht werden kann.
Eine besondere Aufgabe der Erfindung bestand darin, einen modifizierten Asphaltzement zu schaffen, der in Masse eine für die Pflasterung geeignete Viskosität hat, der jedoch nach seiner Verwendung zur Pflasterung zu einem Asphaltzement aussergewöhnlicher Festigkeit härtet.
Ein weiteres Ziel der Erfindung bestand darin, eine Asphaltzement-Zuschlagsstoff-Pflaste- rungszusammensetzung von aussergewöhnlicher Marshall-Festigkeit zur Verfügung zu stellen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine Asphaltierungszusammensetzung bzw.
Pflasterungszusammensetzung der oben genannten Art zu schaffen, die bei erhöhten Temperaturen ihre Festigkeit grösstenteils beibehält und dabei dennoch ein elastisches Strassenpflaster darstellt, welches selbstheilende Eigenschaften aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren zur Modifizierung von weichem Asphaltzement zur Verfügung zu stellen, mit welchem ein Strassenpflaster mit verbesserten physikalischen Eigenschaften hergestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand schliesslich darin, eine Asphaltierungs- bzw.
Pflasterungszusammensetzung zu schaffen, in welcher minderwertige Zuschlagsstoffe verwendet werden können.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient erfindungsgemäss eine aus Zuschlagsstoffen, Bitumen sowie einer bitumenlöslichen organischen Mangan-, Kobalt- und/oder Kupferverbindung bestehende Asphaltierungszusammensetzung, die gekennzeichnet ist durch einen Gehalt von mindestens 85 Gew.-% an Zuschlagsstoffen und einer Mangan-, Kobalt- und/oder Kupferionenkonzentration von 0, 01 bis 0, 50, bezogen auf Bitumen, wobei der Rest der Zusammensetzung aus Bitumen besteht und dieser vorzugsweise eine Penetration von weniger als etwa 400, gemessen bei 25 C und eine Viskosität, bei 60 C von mehr als 6, 5 Pa s aufweist.
Vorzugsweise ist eine erfindungsgemässe Asphaltierungszusammensetzung gekennzeichnet durch einen Gehalt an Zuschlagsstoffen zwischen 90 und 98 Gew.-% der Zusammensetzung und/oder durch eine Mangankonzentration bezogen auf Bitumen von 0, 05 bis 0, 20 Gew.-% sowie eine Kobaltkonzentration von 0, 001 bis 0, 2 Gew.-%, bezogen auf Bitumen.
Auf Grund des Bekanntseins von Asphaltierungszusammensetzungen, bei denen die Zuschlagsstoffe mit verschiedensten Metallverbindungen behandelt sein können, ist-abgesehen von der Tatsache, dass erfindungsgemäss der Bitumen und nicht die Zuschlagsstoffe vorbehandelt wer- den-bezüglich der Verwendung von Mangan-, Kobalt- bzw. Kupferverbindungen kein Anhaltspunkt gegeben. Es war überraschend festzustellen, dass für den erfindungsgemässen Zweck Mangan entweder allein oder in Kombination mit Kupfer oder Kobalt ganz entscheidend besser geeignet ist, als die übrigen Schwermetalle. Die Verwendung von Mangan führt bei weitem zu den besten Eigenschaften, und es ist leicht verfügbar.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Asphaltierungszusammensetzung das dadurch gekennzeichnet ist, dass a) Bitumen mit einer Mangan-, Kobalt- und/oder Kupferverbindung in einer Menge von 0, 01 bis 0, 5 Gew.-% Metallionen bezogen auf Bitumen bei erhöhter Temperatur vermischt und b) die erhaltene Mischung bei erhöhter Temperatur mit mindestens 85 Gew.-% an Zuschlagsstoffen versetzt wird.
Es ist von Bedeutung, dass das Mn-Ion erfindungsgemäss gleichmässig in dem Asphalt gelöst wird, so dass der festigkeitsverbessernde Effekt gleichmässig in dem Endprodukt auftritt. Zur optimalen Dispergierung liegt der Mn-Katalysator in Form einer organischen Manganverbindung vor, die in einem wesentlichen Anteil des Asphalts löslich ist. Die organischen Verbindungen können substituiert oder nicht substituiert sein (beispielsweise mit Schwefel, insbesondere Sulfonate, oder mit Phosphor, insbesondere Phosphate). Geeignete Anionen für die organischen Manganverbindungen werden von Carbonsäuren, Alkoholen, Phenolen und Ketonen abgeleitet. Besonders gute Ergebnisse werden mit Mangan (Acetylacetonat) 3 erhalten.
Bevorzugte Anionen werden durch Carbonsäuren mit bis zu 30 Kohlenstoffatomen in der Kette wie beispielsweise Acetate, Linoleate, Octoate, Naphthenate, Oleate, Decanoate, Stearate und Laurate sowie Mischungen von diesen oder auch Mischungen von diesen mit andern Säuren gebildet. Es wurde festgestellt, dass die von Octoaten, Naphthenaten und Acetaten abgeleiteten Anionen bei weitem die effektivsten der untersuchten Verbindungen darstellen, da sie die am meisten löslichen Anionen in dem Asphaltzement sind. Daneben können auch andere Carbonsäuren (beispielsweise tertiäre) verwendet werden. Diese organischen Manganverbindungen werden dem Asphaltzement vorzugsweise in einer verdünnten, flüchtigen Lösung eines organischen Lösungsmittels zugesetzt, um die Dispergierung und die Vermischung zu erleichtern.
Geeignete Verdünnungen liegen bei 5 bis 12 Gew.-% Metallion zum Gesamtzuschlag. Derartige Mengen an Lösungsmittel liegen unterhalb 5 Gew.-%, bezogen auf den Asphaltzement, insbesondere unterhalb 2%, d. h. weit unterhalb der Menge an Lösungsmittel in einem Verschnittbitumen bzw. Verschnittasphalt. In jedem Fall verdampft das flüchtige Lösungsmittel bei der Temperatur, die beim Mischen angewendet wird und hat somit keinen nachteiligen Einfluss auf das Haftvermögen.
Durch Zugabe von relativ geringen Mengen der organischen Manganverbindung werden bedeutende Verbesserungen in. dem modifizierten Asphalt erhalten. So führt eine so niedrige Manganionenkonzentration wie 0, 01 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Asphalts, zu einer Asphaltierungszusammensetzung mit erhöhter Belastungsdruckfestigkeit. Es wurde festgestellt, dass optimale Eigenschaften erhalten werden können, wenn 0, 05 bis 0, 5 Gew.-% Manganionen anwesend sind. Höhere Manganionenkonzentrationen, d. h. etwa 1 Gew.-%, ergeben nur ganz geringfügige Verbesserungen. Aus ökonomischen Gründen liegt der optimale Bereich zwischen etwa 0, 05 bis 0, 2 Gew.-% Gesamtmangangehalt, bezogen auf das Gewicht des Asphalts.
Die oben genannten organischen Manganverbindungen werden erfindungsgemäss durch Erhitzen des Asphalts auf eine Temperatur oberhalb seines Erweichungs- oder Schmelzpunktes, bis er ausreichend flüssig ist, um eine gründliche Dispergierung der metallorganischen Manganverbindung zu seiner Auflösung zu erreichen, in dem Asphaltzement gelöst. Dieses Verfahren wird als "Warm- mischen" bezeichnet. Der Metallkatalysator liegt vorzugsweise in einer flüssigen Form vor. Bei den üblichsten Asphaltzementen liegt die Temperatur zur Verflüssigung bzw. Fliessbarmachung des
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zusammensetzung ausreichend gering, um eine gründliche Dispergierung und Auflösung durch Mischen mit Hand zu gestatten.
Das Warmmischverfahren kann in einer von der Baustelle entfernten Vorrichtung vorgenommen werden. Dies ist möglich, da, wie bereits oben angedeutet, durch die organische Metallverbindung keine Härtung des Asphaltzements auftritt, während dieser in Masse aufbewahrt wird. Daher kann der modifizierte Asphaltzement bis zu seiner Verwendung in Masse aufbewahrt werden. Bei herkömmlichen Verarbeitungsverfahren wird der modifizierte Asphaltzement von der Herstellung an, während der normalen Lagerung und des Transports zur Baustelle, während des Mischens mit den Zuschlagsstoffen bis letztlich zur Pflasterung im flüssigen Zustand gehalten. Im Gegensatz hiezu kann die organische Manganverbindung dem Asphaltzement auch kurz vor der Verwendung zur Pflasterung an Ort und Stelle, d. h. an der Baustelle, zugesetzt werden.
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Der modifizierte Asphalt weist im flüssigen Zustand, bei den erhöhten Temperaturen des Strassenbaues, eine Viskosität auf, die mit derjenigen von herkömmlichem Asphalt vergleichbar ist. Jedoch hat eine so gepflasterte, ausgehärtete Strasse, wie bereits oben angedeutet, eine weitaus höhere Festigkeit im Vergleich zu einer mit herkömmlichem Asphaltzement beschichteten Strasse.
Auf herkömmliche Weise wird der warmgemischte modifizierte Asphalt in flüssiger Form mit vorerhitztem und vorgetrocknetem Zuschlagsstoff vorgemischt, um eine homogene Mischung von gleichmässig beschichtetem Zuschlagsstoff in der Asphaltierungszusammensetzung zu erhalten, was gewöhnlich in einer Asphaltmischanlage durchgeführt wird. Der Zuschlagsstoff wird vorzugsweise unter solchen Bedingungen, wie Zeit und Temperatur, erhitzt, um im wesentlichen sämtliche frei vorliegende Feuchtigkeit vor dem Mischen zu entfernen. Während des Mischens liegen sowohl Zuschlagsstoff als auch Asphaltzement gewöhnlich bei einer Temperatur von 100 bis 160 C vor. Bevor die Zusammensetzung auf eine Temperatur abgekühlt ist, bei der die Fliessfähigkeit verlorengeht, wird sie über das Strassenbett verteilt und komprimiert.
Abschliessend lässt man den Asphalt aushärten.
Nach der Aushärtung besteht die Strasse aus dem durch eine Matrix des modifizierten Asphaltbindemittels gebundenem Zuschlagsstoff.
Es ist bemerkenswert, dass die Aushärtung bei gewöhnlichen Umgebungstemperaturen, beispiels-
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ren, d. h. Temperaturen von etwa 230 C, sind für das erfindungsgemässe Verfahren jedoch ungeeignet.
Der erfindungsgemäss zu verwendende Zuschlagsstoff ist geeigneterweise ein solcher, der üblicherweise beim Strassenbau verwendet wird. Er kann feinteiliger Natur sein, wie beispielsweise Sand, und er kann ebenso aus grobkörnigen Teilchen bestehen, wie zerkleinerter Stein, Kies oder Schlacke.
Hiebei wird eine grössere Menge Zuschlagsstoff mit einer kleineren Menge Asphaltzement gemischt. Das Gewichtsverhältnis von Zuschlagsstoff zu modifiziertem Asphaltzement entspricht etwa demjenigen, das üblicherweise im Strassenbau verwendet wird. Erfindungsgemäss wird somit mindestens 85 Gew.-% Zuschlagsstoff im allgemeinen etwa 90 bis 96 Gew.-% Zuschlagsstoff, bezogen auf die gesamte Asphaltierungszusammensetzung, verwendet.
Wie bereits oben ausgeführt wurde, wurden für viele verschiedene Zwecke Schwermetallseifen in Kombination mit Asphalt verwendet. Beispielsweise wurden sie verwendet, um die Rissbildung in geblasenem Asphalt und das sogenannte"alligatoring"in Dachbeschichtungsmaterialien zu verhindern. Diese Metallseifen wurden weiterhin in Strassenbauzusammensetzungen aus Zuschlagsstoff und Asphaltverschnitten oder-emulsionen verwendet, um das schlechte Haftvermögen dieser Asphaltformen mit den Zuschlagsstoffen zu verbessern. Der Stand der Technik lehrt hiebei die Gleichwertigkeit der mehrwertigen Schwermetallionen für diesen Zweck. Beispielsweise wurden in der oben erwähnten US-PS Nr. 2, 342, 861 Versuche durchgeführt, bei denen zur Erhöhung des Haftvermögens des Asphalts mit dem Zuschlagsstoff Bleiseifen eingesetzt wurden.
In dieser Patentschrift wird versichert, dass andere Metalle wie beispielsweise Eisen, Aluminium, Mangan, Zink, Kobalt, Nickel, Zinn, Calcium, Strontium, Barium oder Magnesium zu diesem Zweck ebenfalls eingesetzt werden können. Der Stand der Technik offenbart jedoch an keiner Stelle, dass Schwermetalle irgendeine Funktion bei dem Warmmischverfahren unter Verwendung von Asphaltzement zur Herstellung von Asphaltierungszusammensetzungen haben können. In Anbetracht dieser Kenntnisse wurde erfindungsgemäss überraschend gefunden, dass die Zugabe von Mangan zu dem Asphaltzement in grossem Ausmass zu einer Verbesserung der Festigkeit, der Temperaturempfindlichkeit und anderer Eigenschaften einer Zuschlagsstoffe enthaltenden Asphaltierungszusammensetzung aus diesem modifizierten Asphaltzement führt.
Es wurde erfindungsgemäss weiterhin festgestellt, dass die Verwendung von Kobalt zusätzlich zur Verwendung von Mangan zu einer synergistischen Verbesserung der Festigkeit der Asphaltauflage bzw. Pflasterungsauflage führt, im Vergleich zur alleinigen Verwendung von Mangan oder Kobalt. Bereits bei Kobaltkonzentrationen von 0, 0001 Gew.-%, bezogen auf den Asphalt, werden günstige Effekte erreicht, während aussergewöhnlich gute Ergebnisse erhalten werden bei Kobaltkonzentrationen von 0, 001 bis 0, 2 Gew.-% in Kombination mit dem oben erwähnten Gewichtsver-
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hältnis von Mangan zu Asphaltzement.
Ein erfindungsgemässer Vorteil liegt darin, dass hochfeste Strassen aus relativ weichem Asphaltzement (beispielsweise ein solcher mit einer Penetration von 350 bis 400 oder weniger) hergestellt werden können, wenn diese Metallionen zugesetzt werden.
Es wird angenommen, dass die aussergewöhnliche Verbesserung der Biegefestigkeit und der Ermüdungsfestigkeit der gehärteten Zusammensetzung aus modifiziertem Asphalt und Zuschlagsstoff durch die nachfolgenden theoretischen Überlegungen erklärt werden können. Es ist hinreichend bekannt, dass Asphaltzement eine grosse Anzahl von Verbindungen enthält, die leicht einer Selbstoxydation unterliegen (beispielsweise Tetralin oder tetralinähnliche Verbindungen). Auf Grund von Versuchen wird angenommen, dass das Mangan die Bildung eines Diketons von Tetralin (1, 4 Diketotetralin) bewirkt, welches dann stabile, chemisch beständige Komplexe mit dem Metall bildet.
Diese Komplexe binden die Asphaltmoleküle aneinander und führen so zu einer enormen Erhöhung der Festigkeit der erhaltenen Asphalt-Zuschlagsstoff-Zusammensetzung, im Vergleich zu solchen, die ohne die Verwendung dieser Metalle hergestellt worden sind.
Es wurde festgestellt, dass der erfindungsgemässe modifizierte Asphalt, wenn er in Masse vorliegt, nicht erhärtet oder aushärtet. Er behält bei erhöhten Temperaturen oberhalb seines Schmelzpunktes seine Viskosität, die mit derjenigen von nicht modifiziertem Asphalt vergleichbar ist. Somit dienen die Manganionen lediglich zur Härtung des Asphalts nach dem Mischen mit dem Zuschlagsstoff. Es wird angenommen, dass dieses Phänomen dadurch erklärt werden kann, dass der modifizierte Asphalt in Form eines relativ dünnen Films vorliegen muss, d. h. in einem Zustand, wie er nach dem Mischen mit dem Zuschlagsstoff vorliegt. Der Asphalt neigt zur Bildung eines
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die obere Grenze der Dicke bzw. Stärke des dünnen Films nicht bekannt ist, wird angenommen, dass der Film eine Dicke von 150 11 oder mehr aufweisen kann.
Eine Erklärung dafür, dass der Asphalt in Form eines dünnen Films vorliegen muss, kann vielleicht darin gesehen werden, dass zur Ausbildung der oben beschriebenen Komplexe eine bestimmte Menge Sauerstoff durch den Film hindurchdringen muss.
Es wurde festgestellt, dass die Erhöhung des Hohlraumanteils der modifizierten Asphalt-Zu- schlagsstoff-Zusammensetzung zu einer entsprechenden Erhöhung der Härtungsgeschwindigkeit führt. Dies steht in Übereinstimmung mit der Theorie, dass eine bestimmte Menge Sauerstoff in den Asphalt eindringen muss, um die oben erwähnten Komplexe zu erhalten. Bei Vorliegen eines Hohlraumanteils von 20% in einer Sandzuschlagsstoff-Zusammensetzung kann eine beträchtliche Härtung innerhalb einer Woche erfolgen. Eine gewöhnliche Strasse hat üblicherweise einen Hohlraumanteil von etwa 5 bis 10%, was zur Ausnutzung erfindungsgemässen Vorteile ausreichend ist.
Die nachfolgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. Sie ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiel 1 : Es wurden mit verschiedenen Übergangsschwermetallen als Zusätze zu Asphaltzement Vergleichsversuche durchgeführt. Es wurde jeweils ein Sand der AASHTO A-3-Klassifikation, ein Dünensand, mir einem modifizierten Bitumen-Asphaltzement, von dem Asphaltinstitut mit AR-8000 bezeichnet, in einem Verhältnis von 4 Gew.-Teilen modifiziertem Asphalt pro 100 Gew.-Teile Sand, vermischt. Der modifizierte Asphalt enthielt jeweils organische Metallverbindungen (Naphthenatoder Octonatseifen) in einem solchen Verhältnis, dass das Metall in einer Menge von 0, 2 Gew.-%, bezogen auf den Asphalt, vorlag. Die in flüssiger Form vorliegenden Seifen wurden mit dem flüssigen Asphalt bei erhöhten Temperaturen (etwa 110 bis 120 C), die zur Schmelzung des Asphalts ausreichend waren, vermischt.
Die Mischung wurde dann schonend durch Hand gerührt, um das Metall zur Auflösung gründlich in dem Asphalt zu dispergieren.
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getestet. Die gleichen Kernstücke wurden unter den gleichen Bedingungen nach zwei Wochen nochmals getestet. Die Kernstücke hatten im zweiten Test einen geringfügig grösseren Durchmesser, so dass die Ergebnisse zur Korrektur näherungsweise mit dem Faktor 0, 97 multipliziert werden müssen. Die Ergebnisse dieser Tests sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
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Tabelle I
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<tb>
<tb> Ergebnisse <SEP> : <SEP> Belastung <SEP> (kg) <SEP> nach <SEP> 1 <SEP> Woche <SEP> bei <SEP> 50 C <SEP> Belastung <SEP> (kg) <SEP> nach <SEP> 2 <SEP> Wochen <SEP> bei <SEP> 50 C
<tb> 22 C <SEP> 50 C <SEP> 22 C <SEP> 50 C
<tb> Metall- <SEP> Test-Bedingungen <SEP> offen <SEP> geschlossen <SEP> offen <SEP> geschlossen <SEP> offen <SEP> geschlossen <SEP> offen <SEP> geschlossen
<tb> Katalysator
<tb> Mangan <SEP> 476 <SEP> 441 <SEP> 166 <SEP> 140 <SEP> 539 <SEP> 539 <SEP> 133 <SEP> 132
<tb> Kupfer <SEP> 291 <SEP> 291 <SEP> 60 <SEP> 47 <SEP> 423 <SEP> 443 <SEP> 70 <SEP> 66
<tb> Kobalt <SEP> 343 <SEP> 379 <SEP> 54 <SEP> 40 <SEP> 413 <SEP> 434 <SEP> 40 <SEP> 33
<tb> Seltene <SEP> Erden <SEP> 229 <SEP> 240 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 297 <SEP> 307 <SEP> 9 <SEP> 10
<tb> Eisen <SEP> 212 <SEP> 194 <SEP> 10 <SEP> 8 <SEP> 281 <SEP> 266 <SEP> 8 <SEP> 8
<tb> Zirconium
<SEP> 102 <SEP> 100 <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP> 124 <SEP> 131 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP>
<tb> Nickel <SEP> 78 <SEP> 73 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP> 182 <SEP> 179 <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP> 3
<tb> Calcium <SEP> 69 <SEP> 53 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 133 <SEP> 115 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Zink <SEP> 56 <SEP> 58 <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 124 <SEP> 115 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP>
<tb> Blei <SEP> 53 <SEP> 50 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 110 <SEP> 117 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
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Der in den jeweils rechten Spalten verwendete Ausdruck "geschlossen" bedeutet, dass die Zusammensetzungen in Behältern gehärtet wurden, um den Sauerstoffkontakt im wesentlichen, jedoch nicht vollständig zu unterbinden.
Die Druckfestigkeit der im teilweise geschlossenen einerseits und im völlig offenen Zustand anderseits gehärteten Proben sind vergleichbar, d. h., eine teilweise Behinderung der Sauerstoffversorgung der Kernstücke während der Härtung hat keinen entscheidenden Einfluss.
Aus Tabelle I ist ersichtlich, dass unter den insgesamt untersuchten metallorganischen Verbindungen das Mangan das bei weitem zu bevorzugende Metall ist. Im Vergleich zu den übrigen untersuchten Metallen führt jedoch auch die Verwendung von Kupfer und Kobalt zu aussergewöhnlichen Verbesserungen der strukturellen Festigkeit.
Beispiel 2 : Mit der Basis-Asphaltierungszusammensetzung von Beispiel 1, jedoch nur unter Verwendung von Manganoctoat in einer Menge von 0, 2%, bezogen auf den Gesamtasphalt, wurden eine Reihe weiterer Versuche durchgeführt. Es wurde die gleiche Menge an Asphalt und an Zuschlagsstoff verwendet. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
Sämt-
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tungszeiten, erzielt.
Tabelle II
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<tb>
<tb> nicht <SEP> modi-modififizierter <SEP> zierter
<tb> Asphalt <SEP> Asphalt
<tb> Unbeschränkter <SEP> Drucktest <SEP> : <SEP>
<tb> Festigkeit <SEP> bei <SEP> 22 <SEP> C, <SEP> bar <SEP> 8, <SEP> 23 <SEP> 61, <SEP> 94 <SEP>
<tb> Festigkeit <SEP> bei <SEP> 50 C, <SEP> bar <SEP> 2, <SEP> 94 <SEP> 19, <SEP> 89 <SEP>
<tb> - <SEP> Marshall-Stabilitätstest <SEP> : <SEP>
<tb> Stabilität <SEP> (kg) <SEP> 113, <SEP> 4 <SEP> 816, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Fluss, <SEP> 0, <SEP> 0254 <SEP> cm <SEP> (1/100 <SEP> inch) <SEP> 14 <SEP> 12
<tb> - <SEP> Statischer <SEP> Biegetest <SEP> :
<SEP>
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> bar <SEP> 764, <SEP> 40 <SEP> 5071, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Bruchmodul <SEP> bar <SEP> 3, <SEP> 34 <SEP> 16, <SEP> 95 <SEP>
<tb> Endbelastung <SEP> (x <SEP> 10-')-* <SEP> 152
<tb> - <SEP> Dynamischer <SEP> Ermüdungstest <SEP> : <SEP>
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> bar-* <SEP> 58, <SEP> 80 <SEP>
<tb> Ermüdungsgrenze, <SEP> e <SEP> x <SEP> 10 <SEP> -G <SEP> -* <SEP> 80 <SEP>
<tb>
* Diese Werte konnten für nicht modifizierte Sand-Asphaltproben nicht bestimmt werden.
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um die volle Festigkeit zu erhalten.
Die Art des Versagens war plastischer Natur. Die nicht zufriedenstellenden Proben konnten innerhalb relativ kurzer Zeit mehrmals getestet werden (beispielsweise innerhalb eines oder zwei Tagen) und sie behielten dennoch die gleiche Festigkeit. Dies zeigt eine Kombination von plastischem Fliessverhalten und thixotropem Verhalten an, und damit eine Festigkeitsretention nahe dem Spitzenbelastungspunkt und darüber hinaus eine heilende Wirkung.
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Der Marshall-Stabilitätstest ergab bei einer abnehmenden Geschwindigkeit nach über einem Monat eine erhöhte Stabilität.
Die statischen Biegetests wurden unter Verwendung von formgepressten Proben (beams) mit einer Länge von 25 cm und einem Querschnitt von 2 x 3 cm durchgeführt. Die Proben wurden etwa einen Monat bei 220C gehärtet und dann einem statischen Biegetest mit Belastungsauflagestellen an drei Punkten und einer lichten Spannweite von 22 cm unterworfen. Die Belastungsgeschwindigkeit betrug 0, 127 cm pro Minute, und die Testtemperatur lag bei 22 C. Die Ergebnisse sind in der obigen Tabelle zusammengestellt. Die Endbiegebelastung der nicht modifizierten Asphalt- - Sandproben konnte nicht ermittelt werden, da diese während der Dauer des Versuchs kontinuierlich deformiert wurden.
Die Endfestigkeit der modifizierten Asphaltproben wurde angenähert ermittelt, indem die elastische Belastung nahe dem Endbelastungspunkt zu der plastischen Belastung beim Bruchpunkt hinzuaddiert wurde.
Proben der oben beschriebenen Art wurden weiterhin in einer dynamischen Ermüdungsvorrichtung getestet, wobei sie mit einer lichten Spannweite von 22 cm eingespannt und wiederholt in ihrer Mitte belastet wurden. Ein Stahlblatt wurde quer unter die Proben angeordnet, um jeweils nach der Belastung wieder zurückzustossen. Die Belastungsgeschwindigkeit betrug 3 Belastungswiederholungen pro Minute, und die Testtemperatur lag bei 22 C.
Bei diesem Ermüdungstest konnten für die nicht modifizierten Asphaltproben keine bedeutsamen Ergebnisse erhalten werden, da diese selbst bei relativ niedrigem Belastungsniveau sowohl vertikal als auch seitlich deformiert wurden. Die Ergebnisse des Ermüdungstests wurden im doppelt-loga-
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ten, in welcher Nf die Zahl der Belastungswiederholungen bis zum Versagen, e die entsprechende Biegebelastung und K und c Regressionskonstanten darstellen. Die Werte von K und c wurden zu 1, 82 x 10"bzw. 3, 29 ermittelt, wobei e in Mikroeinheiten ausgedrückt ist.
Es wurde ermittelt, dass der dynamische Elastizitätsmodul der Sand-Asphaltproben bei etwa 59755 kg/cm2 (= 850000 psi) liegt. Dies bedeutet, dass das modifizierte Asphalt-Sandprodukt bei diesem Modulwert bezüglich der Dauerhaftigkeit bis zu dem Niveau von Asphaltbeton verbessert worden ist.
Beispiel 3 : Es wurden Mischungen von Asphalt und 0, 05, 0, 1 bzw. 0, 2% Mangan hergestellt.
Es wurden Standard-Marshall-Kernstücke aus Asphaltbeton mit einem Gehalt von 4% Bitumen formgepresst. Die Hälfte der Kernstücke der jeweiligen Mangangehalte wurden in einen auf 50 C gehaltenen Ofen gegeben. Die übrige Hälfte wurde auf der Bank belassen. Nach 7tägiger Härtung wurden die Marshall-Stabilitätstests durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 3 unten zusammengestellt.
Tabelle III
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<tb>
<tb> % <SEP> Mangangehalt <SEP> im <SEP> Asphalt
<tb> Härtung <SEP> und <SEP> Test <SEP> 0,05 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 0,20
<tb> Härtung <SEP> bei <SEP> 22 C
<tb> Marshall-Stabilität <SEP> (kg) <SEP> 168 <SEP> 467 <SEP> 517
<tb> Härtung <SEP> bei <SEP> 50 C
<tb> Marshall-Stabilität <SEP> (kg) <SEP> 584 <SEP> 1220 <SEP> 1461
<tb>
Aus einer graphischen Darstellung dieser Ergebnisse ist zu entnehmen, dass der maximale Stabilitätseffekt pro Mengeneinheit Mangan zwischen etwa 0, 08 und 0, 12% liegt. Höhere Mangangehalte führen zwar zu einer höheren Stabilität, jedoch zu einer geringen Stabilität pro Mengeneinheit an Mangan.
Beispiel 4 : Zum Nachweis der erheblichen Festigkeitsverbesserung von Kernstücken, bei denen dem Asphalt eine kleine Menge von Kobalt zusammen mit dem Mangan zugesetzt wurde, wurden
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verschiedene Versuche durchgeführt. Darüber hinaus wurden die unter Verwendung von Mangan, Kobalt, Kupfer und Eisen erhaltenen relativen Festigkeiten miteinander verglichen.
Es wurden die folgenden metallorganischen Verbindungen verwendet :
Mangannaphthenat (6% Mangan)
Kobaltnaphthenat (6% Kobalt)
Kupfernaphthenat (8% Kupfer) und
Eisennaphthenat (6% Eisen).
Bitumen (Dutch 80/100 Penetration) wurde auf 1000C erhitzt und die oben genannten Metallverbindungen wurden zugesetzt und gleichmässig in dem Bitumen aufgelöst. Anschliessend wurde das Verfahren von Beispiel 1 verwendet, um kurze Harvard-Miniaturkernstücke mit einem Gehalt von 4% Bitumen formzupressen. Sämtliche Kernstücke wurden bis zu ihrer Untersuchung bei 45 C gehärtet. Jedes Kernstück wurde bei 45 C hinsichtlich seiner Druckfestigkeit untersucht, wenigstens 1 h auf einer Temperatur von 45 C gehalten, anschliessend während wenigstens 1, 5 h auf Zimmertemperatur abgekühlt und dann nochmals bei dieser Temperatur untersucht.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle IV unten zusammengestellt.
<Desc/Clms Page number 10>
Tabelle IV
EMI10.1
<tb>
<tb> Test-Temp. <SEP> C <SEP> Metallion <SEP> Unbegrenzte <SEP> Druckfestigkeit <SEP> (bar) <SEP>
<tb> 3 <SEP> Tage <SEP> 7 <SEP> Tage <SEP> 14 <SEP> Tage <SEP> 28 <SEP> Tage
<tb> 45 <SEP> Mn <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> + <SEP> Co <SEP> (0, <SEP> 227%) <SEP> 7, <SEP> 86 <SEP> 9, <SEP> 49 <SEP> 11, <SEP> 97 <SEP> 12, <SEP> 43 <SEP>
<tb> 45 <SEP> Mn <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> + <SEP> Co <SEP> (0, <SEP> 038%)-6, <SEP> 86 <SEP> 6, <SEP> 53 <SEP> 7, <SEP> 40 <SEP>
<tb> 45 <SEP> Mn <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> + <SEP> Co <SEP> (0, <SEP> 006%)-5, <SEP> 43 <SEP> 5, <SEP> 95 <SEP> 7, <SEP> 42 <SEP>
<tb> 45 <SEP> Mn <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> + <SEP> Co <SEP> (0, <SEP> 001%) <SEP> 3, <SEP> 77 <SEP> 4, <SEP> 22 <SEP> 4, <SEP> 89 <SEP> 7, <SEP> 88 <SEP>
<tb> 45 <SEP> Mn <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> 4, <SEP> 02 <SEP> 4, <SEP> 53 <SEP> 5, <SEP> 13 <SEP> 6,
<SEP> 15 <SEP>
<tb> 45 <SEP> Co <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> 3, <SEP> 57 <SEP> 3, <SEP> 18 <SEP> 2, <SEP> 56 <SEP> 3, <SEP> 23 <SEP>
<tb> 45 <SEP> Cu <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> 2, <SEP> 37 <SEP> 2, <SEP> 27 <SEP> 1, <SEP> 77 <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP>
<tb> 45 <SEP> Fe <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> 0, <SEP> 70 <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP> 0, <SEP> 66 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP>
<tb> 22 <SEP> Mn <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> + <SEP> Co <SEP> (0, <SEP> 227%) <SEP> 13, <SEP> 71 <SEP> 15, <SEP> 59 <SEP> 19, <SEP> 41 <SEP> 20, <SEP> 82 <SEP>
<tb> 22 <SEP> Mn <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> + <SEP> Co <SEP> (0, <SEP> 38%)-13, <SEP> 99 <SEP> 16, <SEP> 10* <SEP> 15, <SEP> 63 <SEP>
<tb> 22 <SEP> Mn <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> + <SEP> Co <SEP> (0, <SEP> 006%)-12, <SEP> 18 <SEP> 13, <SEP> 94 <SEP> 14, <SEP> 66 <SEP>
<tb> 22 <SEP> Mn <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> + <SEP> Co <SEP> (0, <SEP> 001%) <SEP> 8, <SEP> 97 <SEP> 11,
<SEP> 39-15, <SEP> 56 <SEP>
<tb> 22 <SEP> Mn <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> 10, <SEP> 26 <SEP> 10, <SEP> 75 <SEP> 14, <SEP> 92 <SEP> 15, <SEP> 88 <SEP>
<tb> 22 <SEP> Co <SEP> (0,2%) <SEP> 10,17 <SEP> 10,77 <SEP> 10,17 <SEP> 9,84
<tb> 22 <SEP> Cu <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> 6, <SEP> 00 <SEP> 7, <SEP> 19 <SEP> 7, <SEP> 99 <SEP> 8, <SEP> 58 <SEP>
<tb> 22 <SEP> Fe <SEP> (0, <SEP> 2%) <SEP> 3, <SEP> 68 <SEP> 3, <SEP> 99 <SEP> 4, <SEP> 64 <SEP> 7, <SEP> 07 <SEP>
<tb>
* Nach 15 Tagen getestet, nicht nach 14 Tagen.
<Desc/Clms Page number 11>
Aus der obigen Tabelle ergibt sich, dass die Verwendung geringer Mengen an Kobalt zu einer wesentlichen Erhöhung der Festigkeit der Zusammensetzung bei der erhöhten Temperatur von 45 C führt. Dies stellt einen wichtigen Test dar, da der Asphalt bei erhöhten Temperaturen am schwächsten ist. Nach 28 Tagen erhielt man mit der Zusammensetzung, die 0, 2% Mangan und 0, 001% Kobalt enthielt, eine Festigkeit von 8, 04, verglichen mit der Festigkeit von 6, 28 bei alleiniger Verwendung von Mangan. Bei einer Gesamtmetallionenkonzentrationszunahme von lediglich 0, 5% führt dies zu einer Festigkeitszunahme von nahezu 30%.
Weiterhin kann der obenstehenden Tabelle entnommen werden, dass unter Verwendung von Mangan im Vergleich zu den übrigen Metallionen weitaus bessere Resultate erzielt werden in dem Versuch bei 45 C nach 28 Tagen.
Beispiel 5 : Zur Erläuterung der Bedeutung der Verwendung von Mangan in Form einer löslichen metallorganischen Verbindung im Gegensatz zu einer anorganischen unlöslichen Form wie beispielsweise Mangansulfat, wurde ein weiterer Vergleichsversuch durchgeführt. Zu diesem Zweck wurde Mangannaphthenat mit Mangansulfat verglichen.
Das Mangan (in Form des Naphthenats und Sulfats) wurde zu dem Asphalt (AR-4000 Asphalt, Chevron) hinzugegeben und wie in den vorangegangenen Beispielen gemischt. Anschliessend wurden unter Verwendung von 5, 2% eines derartig modifizierten Asphalts und Irak-Sand Kernstücke hergestellt. Die Kernstücke wurden 8 Tage bei 45 C gehärtet und dann bei 22 und 45 C in einem unbegrenzten Drucktest untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle V unten zusammengestellt.
Tabelle V
EMI11.1
<tb>
<tb> Druckfestigkeit <SEP> bar
<tb> Behandlung <SEP> 450C <SEP> 220C <SEP>
<tb> Unbehandelt <SEP> 1, <SEP> 03 <SEP> 7, <SEP> 62 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 2% <SEP> Mangannaphthenat <SEP> 14, <SEP> 41 <SEP> 24, <SEP> 39 <SEP>
<tb> 0,2% <SEP> Mangansulfat <SEP> 2,32 <SEP> 13,37
<tb>
Es ist offensichtlich, dass das Kernstück, welches unter Verwendung von mit Mangannaphthenat behandeltem Asphalt hergestellt worden war, eine 6fach grössere Festigkeit bei 450C hatte, als dasjenige, das unter Verwendung von mit Mangansulfat behandeltem Asphalt hergestellt worden war, und dass es eine 14fach höhere Festigkeit aufwies als das Kernstück, welches unter Verwendung des unbehandelten Asphalts hergestellt worden war.
Diese Tabelle erläutert die Bedeutung der Massnahme, dass das Mangan in einer löslichen Form zu dem Asphalt hinzugegeben werden muss.
Beispiel 6 :
Verwendete Materialien : (Irak) Sand
AR-4000 (Chevron) Bitumen
Manganacetat
Manganacetylacetonat, Mn (AcAc) z
Manganacetylacetonat, Mn (AcAc) 3
Manganbenzoat
Mangan-p-toluat
Mangannaphthenat
Manganoctoat
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Die Manganverbindungen wurden dem Bitumen in einer solchen Menge zugesetzt, dass 0, 2% Mangan vorlagen. Die Verbindung wurde bei 1100C eingerührt. Bei der Verwendung des Acetylacetonats, des Benzoats und des Toluats lösten sich die Feststoffe nicht sofort auf. Diese Proben wurden weiter erhitzt und bei 135 C gerührt, bevor die Vermischung mit dem Sand vorgenommen wurde. Eine mikroskopische Untersuchung ergab die Anwesenheit von verschiedenen Mengen teilchenförmiger Feststoffe in dem Bitumen.
Der Sand und der Asphalt wurden gemischt und zu kurzen Miniaturkernstücken bei 135 bis 140 C zusammengepresst. Diese wurden bei 45 C gehärtet. Zwei Kernstücke wurden zur Ermittlung der Druckfestigkeit nach sieben Tagen untersucht. Die übrigen vier wurden nach 14 Tagen untersucht.
Tabelle VI
EMI12.1
EMI12.2
<tb>
<tb>
Behandlung <SEP> Mangangeh. <SEP> in <SEP> Härtungs-Festigkeit <SEP> in <SEP> bar
<tb> Bitumen, <SEP> % <SEP> dauer <SEP> bei <SEP> 45 C <SEP> bei <SEP> 22 C
<tb> Tage
<tb> Keine <SEP> 0, <SEP> 00 <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 03 <SEP> 7, <SEP> 62 <SEP>
<tb> Mn-Naphthenat <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 7 <SEP> 14, <SEP> 41 <SEP> 22, <SEP> 30 <SEP>
<tb> Mn-Naphthenat <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 14 <SEP> 15, <SEP> 76 <SEP> 24, <SEP> 39 <SEP>
<tb> Mn-Acetat <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 7 <SEP> 9, <SEP> 60 <SEP> 29, <SEP> 35 <SEP>
<tb> Mn-Acetat <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 14 <SEP> 16, <SEP> 71 <SEP> 33, <SEP> 07 <SEP>
<tb> Mn- <SEP> (AcAc) <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 02 <SEP> 9, <SEP> 53 <SEP>
<tb> Mn- <SEP> (AcAc) <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 14 <SEP> 1, <SEP> 67 <SEP> 14, <SEP> 40 <SEP>
<tb> Mn- <SEP> (AcAc) <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 7 <SEP> 19, <SEP> 36 <SEP> 34,
<SEP> 88 <SEP>
<tb> Mn- <SEP> (AcAc) <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 14 <SEP> 20, <SEP> 50 <SEP> 37, <SEP> 48 <SEP>
<tb>
Tabelle VII Bitumengehalt : 4, 8%, bezogen auf das Gewicht des Sandes.
Behandlung Mangangeh. in Härtungs-Festigkeit in bar
EMI12.3
00Mn-p-Toluat 0, 10 14 2, 28 14, 73
Das Acetylacetonat (Mn+++) und das Acetat (Mn++) zeigten sich als äusserst wirksam zur Erhöhung der Festigkeit. Diese Untersuchungen bestätigen die Schlussfolgerung, dass verschiedene
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Oxydationsstufen des Mangans (zumindest die Stufen +2 und +3) wirksam sind, unter der Voraussetzung, dass die Manganverbindung im Bitumen löslich ist und darin aufgelöst (oder ionisiert) werden kann.
Beispiel 7 :
Verwendete Materialien : Örtlicher Zuschlagsstoff *
Australischer Bitumen (Penetration : 80/100), R-90
Mangannaphthenat (6% Mn)
Manganoctoat** (12% Mn)
Manganoctoat und Kobaltnaphthenat * Der Zuschlag bestand aus 1023 g 1/2-1/4"-, 825 g 1/4-#16- und 1452 g #16-Staub und wurde für jeden Satz von 3 Kernstücken verwendet. Zu diesen 3300 g Zuschlag wurden 180 g Bitumen (behandelt oder unbehandelt) hinzugefügt. Die Kernstücke wurden gemischt (3 zur gleichen Zeit) und bei 140 C formgepresst.
** Im Handel erhältlich von der Firma Tenneco unter der Handelsbezeichnung Tenneco, es sind geringe Mengen anderer Säurereste enthalten (beispielsweise Cs, Ci.).
Für das mit 0, 025% Mangan behandelte Bitumen wurde Mangannaphthenat verwendet, und für das mit 0, 05 und 0, 075% Mangan behandelte Bitumen wurde Manganoctoat verwendet. Das mit 0, 108% Metall behandelte Bitumen wurde mit einer Mischung von Manganoctoat (9% Mangan) und Kobaltnaphthenat (6% Co) behandelt. Dieses Material enthielt 0, 098% Mangan und 0, 0097% Kobalt. Sämtliche Kernstücke wurden bis zu ihrer Untersuchung hinsichtlich der Marshall-Stabilität bei 45 C gehärtet.
Tabelle VIII
EMI13.1
<tb>
<tb> Behandlungs-Metall <SEP> Härtungs-Marshall-Fluss <SEP> Steigerung
<tb> material <SEP> in <SEP> % <SEP> dauer <SEP> Stabilität <SEP> 0, <SEP> 0254 <SEP> cm <SEP> in <SEP> %
<tb> Monate <SEP> in <SEP> kg <SEP> (1/100 <SEP> inch)
<tb> 0, <SEP> 000 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 948 <SEP> 12, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 000 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP> 1329 <SEP> 11, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Mangannaphthenat <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 1275 <SEP> 16, <SEP> 4-35
<tb> Mangannaphthenat <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 1276 <SEP> 12, <SEP> 8 <SEP> 26
<tb> Mangannaphthenat <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 1367 <SEP> 11, <SEP> 3 <SEP> 71
<tb> Manganoctoat <SEP> 0, <SEP> 050 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 1281 <SEP> 35
<tb> Manganoctoat <SEP> 0, <SEP> 050 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 1094 <SEP> 11,
<SEP> 9 <SEP> 8
<tb> Manganoctoat <SEP> 0, <SEP> 050 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 1328 <SEP> 12, <SEP> 7 <SEP> 4
<tb> Manganoctoat <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 1301 <SEP> 11, <SEP> 6 <SEP> 37
<tb> Manganoctoat <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 1217 <SEP> 20
<tb> Manganoctoat <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 1567 <SEP> 13, <SEP> 4 <SEP> 23
<tb> Manganoctoat <SEP> +
<tb> Kobaltnaphthenat
<tb> (10 <SEP> : <SEP> 1) <SEP> 0, <SEP> 108 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 1881 <SEP> 15, <SEP> 9 <SEP> 99
<tb> Manganoctoat <SEP> +
<tb> Kobaltnaphthenat
<tb> (10 <SEP> : <SEP> 1) <SEP> 0, <SEP> 108 <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> 2092 <SEP> 16, <SEP> 1 <SEP> 83
<tb>
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Beispiel 8 :
Verwendete Materialien :
Irak-Sand
Sand (AASHTO A-3 Klassifikation)
Chevron AR-4000 Bitumen
Australisches R-90 Bitumen
Mangannaphthenat (6% Mn)
Manganbenzoat/kristallin)
Mangan-p-toluat (kristallin)
Manganoctoat (6% Mn)
Manganneodecanoat
Das Bitumen wurde bei 110 C oder weniger in kleine Probedosen abgewogen. Die Manganverbindung wurde hinzugefügt und man erhielt den in Tabelle IX angegebenen Mangangehalt im Bitumen.
Die Mischung wurde wieder erhitzt und gerührt, bis eine gründliche Dispergierung erreicht worden war. Die Proben wurden dann auf 140 bis 144 C erhitzt und zu dem vorerhitzten Sand zugewogen, und man erhielt die in Tabelle IX angegebenen Bitumenprozentgehalte.
EMI14.1
zogen.
Die Kernstücke, die Neodecanoat enthielten, wurden bei 50 C gehärtet.
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Tabelle IX
EMI15.1
<tb>
<tb> Bitumen <SEP> Bitumen-Behandlung <SEP> Metallgehalt <SEP> Härtungszeit <SEP> Festigkeit <SEP> in <SEP> bar
<tb> gehalt <SEP> in <SEP> % <SEP> in <SEP> % <SEP> bezogen <SEP> bei <SEP> 45 C <SEP> bei <SEP> 45 C <SEP> bei <SEP> 22 C
<tb> auf <SEP> Bitumen <SEP> in <SEP> Tagen
<tb> AR-4000 <SEP> 4, <SEP> 6--14 <SEP> 0, <SEP> 67 <SEP> 7, <SEP> 47 <SEP>
<tb> AR-4000 <SEP> 5, <SEP> 2--14 <SEP> 1, <SEP> 03 <SEP> 7, <SEP> 62 <SEP>
<tb> AR-4000 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> Mangannaphthenat <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 7 <SEP> 11, <SEP> 03 <SEP> 21, <SEP> 50 <SEP>
<tb> AR-4000 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> Mangannaphthenat <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 14 <SEP> 15, <SEP> 76 <SEP> 22, <SEP> 87 <SEP>
<tb> AR-4000 <SEP> 5, <SEP> 2 <SEP> Mangannaphthenat <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP> 8 <SEP> 14, <SEP> 41 <SEP> 24, <SEP> 39 <SEP>
<tb> AR-4000 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> Manganbenzoat <SEP> 0,
<SEP> 10 <SEP> 7 <SEP> 0, <SEP> 78 <SEP> 7, <SEP> 54 <SEP>
<tb> AR-4000 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> Manganbenzoat <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 14 <SEP> 1, <SEP> 85 <SEP> 13, <SEP> 50 <SEP>
<tb> AR-4000 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> Mangantoluat <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 83 <SEP> 13, <SEP> 59 <SEP>
<tb> AR-4000 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> Mangantoluat <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 14 <SEP> 2, <SEP> 28 <SEP> 14, <SEP> 73 <SEP>
<tb> AR-4000 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> Manganoctoat <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 7 <SEP> 8, <SEP> 61 <SEP> 24, <SEP> 02 <SEP>
<tb> AR-4000 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> Manganoctoat <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 14 <SEP> 13, <SEP> 87 <SEP> 23, <SEP> 22 <SEP>
<tb>
Die erhaltenen Ergebnisse wurden alle an kurzen Miniaturkernstücken aus Sandasphalt, die unter Verwendung von Irak- - Sand hergestellt worden waren, ermittelt.
Die folgenden Ergebnisse wurden unter Verwendung eines Shayba-Sands erhalten : Aust. R-90 5, 0--7 (50 C) 0, 17 2, 81 Aust. R-90 5, 0 Manganneodecanoat 0, 20 7 (50 C) 4, 22 11, 72
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Aus der Tabelle ergibt sich, dass die Verwendung aller verschiedenen Säuresalze von Mangan zu einer verbesserten Festigkeit führten, insbesondere bei höheren Temperaturen. Die Unterschiede in den Wirksamkeiten sind vermutlich auf die relativen Löslichkeiten der verschiedenen Salze zurückzuführen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Asphaltierungszusammensetzung bestehend aus Zuschlagsstoffen, Bitumen und einer bitumenlöslichen organischen Mangan-, Kobalt- und/oder Kupferverbindung, gekennzeichnet durch einen Gehalt von mindestens 85 Gew.-% an Zuschlagsstoffen und einer Mangan-, Kobalt- und/oder Kupferionenkonzentration von 0, 01 bis 0, 50, bezogen auf Bitumen, wobei der Rest der Zusammensetzung aus Bitumen besteht und dieser vorzugsweise eine Penetration von weniger als etwa 400, gemessen bei 25 C und eine Viskosität bei 60 C von mehr als 6, 5 Pa s aufweist.