AT413355B - METHOD FOR RECYCLING POLYMER-ARMORED ELASTOMER PRODUCTS - Google Patents
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Description
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AT 413 355 BAT 413 355 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von polymerarmierten Elastomerprodukten, insbesondere von technischen Gummiprodukten, wie z.B. Altreifen, Förderbändern oder Antriebselementen, als Verstärkung in Baustoffen, insbesondere auf bituminöser Basis, mit folgenden Schritten: 5 - Zerkleinern der Elastomerprodukte, - Granulieren der Elastomerprodukte und gegbenenfalls - Kaltzerkleinern der Elastomerprodukte, io in welchen Schritten jeweils nichtmetallische Armierungen abgesondert werden.The invention relates to a process for the utilization of polymer-reinforced elastomer products, in particular technical rubber products, such as e.g. Waste tires, conveyor belts or drive elements, as reinforcement in building materials, in particular on a bituminous basis, comprising the following steps: 5 - crushing the elastomer products, - granulating the elastomer products and optionally - cold crushing the elastomer products, in which steps non-metallic reinforcements are separated.
Weltweit werden derzeit jährlich rund drei Milliarden Stück Reifen sowie eine Vielfalt von weiteren technischen Gummiprodukten hergestellt. Dabei werden zur Verstärkung der Produkteigenschaften in vielen Fällen hochwertige Armierungsfasern sowie Stahldrähte oder Metallgitter 15 eingesetzt.Around three billion tires and a variety of other technical rubber products are currently produced worldwide each year. In many cases, high-quality reinforcing fibers and steel wires or metal mesh 15 are used to reinforce the product properties.
Die Entsorgung von Altreifen und Altgummi erfolgt derzeit weltweit übenwiegend durch Deponierung und in untergeordnetem Ausmaß auch durch Verbrennung. Durch die Richtlinie 1999/31/EG des Rates vom 26. April 1999 über Abfalldeponien ist künftig in der EU vorgese-20 hen, dass Mitgliedsstaaten Maßnahmen treffen, damit ganze Reifen vier Jahre nach dem Inkrafttreten der Richtlinie nicht mehr auf einer Deponie angenommen werden, ausgenommen Reifen, die als Material für technische Zwecke verwendet werden, sowie geschredderte Altreifen sieben Jahre nach dem Inkrafttretensdatum. 25 Gemäß Stand der Technik erfolgt eine Verwertung von Altreifen und Altgummi vonwiegend durch energetische Nutzung als Ersatzbrennstoff in der Zementklinkerproduktion oder in dafür speziell ausgestatteten Kraftwerken. Eine stoffliche Verwertung gemäß Stand der Technik ist, abgesehen von begrenzten Möglichkeiten zur Weitervenwendung der Gebrauchtreifen oder Nutzung geeigneter Reifenkarkassen in der Herstellung runderneuerter Reifen, durch die me-30 chanische Aufbereitung der Altprodukte und die Gewinnung verwertbarer Gummigranulate und Gummimehle sowie recyclebarem Stahl möglich. Im Zuge der Aufbereitung fällt auch eine Abfallfraktion an, die vor allem auch die abgetrennte Armierungsfraktion enthält. Diese Fraktion wird gemäß Stand der Technik entweder deponiert, verbrannt oder einer energetischen Abfallnutzung zugeführt. Die Entsorgung sowie die energetische Nutzung dieser Abfallfraktion sind 35 mit Kosten verbunden.The disposal of used tires and waste rubber currently takes place worldwide predominantly by landfill and to a lesser extent by combustion. Council Directive 1999/31 / EC of 26 April 1999 on the landfill of waste is intended to provide in the future in the EU for Member States to take measures to ensure that entire tires are not accepted at a landfill four years after the entry into force of the Directive, excluding tires used as a technical material and shredded used tires seven years after the date of entry into force. According to the state of the art, recycling of used tires and waste rubber is predominantly by energetic use as a substitute fuel in cement clinker production or in specially equipped power plants. A prior art material recovery, apart from limited possibilities for reuse of used tires or use of suitable tire carcasses in the production of retreaded tires, by the me-30 chanical treatment of waste products and the recovery of recyclable rubber granules and rubber powders and recyclable steel possible. In the course of the treatment, a waste fraction also falls, which contains above all the separated Armierungsfraktion. This fraction is either dumped according to the prior art, burned or fed to an energetic waste utilization. The disposal and the energetic use of this waste fraction are associated with costs.
In einigen Ländern, wie z.B. in Österreich, ist die Deponierung von Abfällen mit mehr als 5% organischem Kohlenstoffgehalt (damit auch von Altreifen und Altgummi sowie von der Textilabfallfraktion aus der Abfallaufbereitung) gesetzlich verboten. 40In some countries, such as In Austria, the landfilling of waste with more than 5% organic carbon content (including waste tires and waste rubber as well as waste from the textile waste fraction) is prohibited by law. 40
Die stoffliche Verwertung der gemischten und durch Restgehalte an Gummi und Stahl verunreinigten Armierungsfraktion stellt eine neue Herausforderung dar, die im Zuge der mechanischen Aufbereitung von Altreifen und Altgummi künftig ein beachtliches Marktpotential darstellt. So werden in naher Zukunft große Gummiverwertungsanlagen in Betrieb gehen, bei denen jedoch 45 jährlich tausende Tonnen dieser Armierungabfallfraktion erwartet werden. Eine thermische Abfallverwertung ist zwar technisch möglich, jedoch auf Grund der erforderlichen Abgasreinigung mit Kosten verbunden.The recycling of the mixed reinforcing fraction contaminated by residual contents of rubber and steel represents a new challenge which, in the course of the mechanical treatment of used tires and waste rubber, represents a considerable market potential in the future. In the near future, large rubber upgrading plants will be put into operation, but 45 tonnes of this waste fraction will be expected every 45 years. A thermal waste utilization is technically possible, but due to the required emission control associated with costs.
Es ist intern bekannt, die eingangs erwähnten Elastomerprodukte grob und dann fein zu zertei-50 len und den Elastomeranteil, der in Form eines Granulates mit Korndurchmessern bis zu etwa 3 mm anfällt, nach Abscheiden des Armierungsanteils zur Herstellung von Gummiasphalt, Kunststofflegierungen etc. einzusetzen.It is internally known, coarsely and then finely crushed the elastomer products mentioned above and the elastomer content, which is obtained in the form of granules with grain diameters up to about 3 mm, after deposition of Armierungsanteils for the production of rubber asphalt, plastic alloys, etc. use.
Der Armierungsanteil fällt bei der Feinzerteilung in zusammenhängender Form, wie in Form von 55 Knäuel bzw. Strähnen, an und ist infolge von Verhakungen und Verschlingungen der Einzelindi- 3The reinforcing portion, in the case of fine fragmentation, accumulates in coherent form, such as in the form of 55 balls or strands, and is due to entanglements and entanglements of the single threads
AT 413 355 B viduen der Armierung nicht nur schwer handzuhaben, sondern auch sehr schwierig zu verwerten. Dies auch wegen Verunreinigungen und aufgrund der sehr dunklen Einfärbung. Man hat daher diesen Armierungsanteil bisher deponiert oder verbrannt. 5 Alle Versuche einer kompletten stofflichen Verwertung der eingangs erwähnten Elastomerprodukte sind somit bisher aus technologischen und wirtschaftlichen Gründen erfolglos geblieben. Dies betraf beispielsweise die Herstellung von Isolier- und Dämmstoffen aus dieser Abfallfraktion. io Aus der DE 40 22 877 A1 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Haftung von Textilmaterial an Bitumen bekannt, das eine Beschichtung des Fasermaterials vorsieht. Wegen des damit verbundenen Aufwands scheidet ein solches Verfahren für die praktische Anwendung aus. Weiters zeigt die DE 24 27 070 A ein Verfahren und eine Anlage zum Herstellen von Gummimehlen uns Fahrzeugreifen. Dabei werden die Reifen zerkleinert, und es werden die metallischen und texti-15 len Bestandteile ausgeschieden. Über eine mögliche Verwendung der Faserfraktion ist nichts ausgesagt.AT 413 355 B not only make the armouring difficult to handle, but also very difficult to recycle. This also because of impurities and because of the very dark coloration. It has therefore been deposited or burned this Armierungsanteil so far. 5 All attempts of a complete recycling of the above-mentioned elastomer products have thus far been unsuccessful for technological and economic reasons. This concerned, for example, the production of insulating and insulating materials from this waste fraction. From DE 40 22 877 A1 a method for improving the adhesion of textile material to bitumen is known, which provides a coating of the fiber material. Because of the expense involved, such a method is ruled out for practical application. Furthermore, DE 24 27 070 A shows a method and a system for producing rubber mills and vehicle tires. The tires are crushed and the metallic and textiles components are eliminated. Nothing is said about a possible use of the fiber fraction.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das eine wirtschaftliche Verwertung der nichtmetalli-20 sehen Armierung der polymerarmierten Elastomerprodukte sicherstellt.The invention has as its object to avoid these disadvantages and to provide a method of the type described, which ensures an economic utilization of nonmetalli see 20 reinforcement of the polymer-reinforced elastomer products.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst: - mechanisches Zerkleinern der abgesonderten nichtmetallischen Armierungen, vorzugsweise 25 durch Mahlen und/oder Schneiden, um einen rieselfähigen Zustand herzustellen, der weit- gehnd frei von einem Elastomeranteil ist; - Zumischen der zerkleinerten, im Wesentlichen pulverförmigen nichtmetallischen Armierungen zu einem Baustoff, insbesondere auf bituminöser Basis. 30 Der so eingeschlagene erfindungsgemäße Lösungsweg ermöglicht überraschend eine wesentliche Verbesserung der Baustoffe bzw. Bauhilfsstoffe, die durch die Zumischung der Armierungen nicht nur rissunempfindlicher werden, sondern auch eine wesentlich erhöhte Viskosität aufweisen. Zudem ergeben sich hierdurch auch verbesserte Abriebwerte und verbesserte Eigenschaften der Baustoffe bzw. Bauhilfsstoffe in Grenztemperaturbereichen, in denen die Bau-35 Stoffe bzw. Bauhilfsstoffe bisher eingesetzt werden konnten, wodurch auch der Einsatz-Temperaturbereich erweitert ist. Pulverförmig im Sinne der Erfindung ist im Makroskopischen Sinn zu verstehen, d.h. dass sich die Faserfraktion im wesentlichen wie ein Pulver verhält.This object is achieved according to the invention by the following steps: mechanical comminution of the separated nonmetallic reinforcements, preferably by grinding and / or cutting, in order to produce a free-flowing state which is largely free of an elastomer component; - mixing the crushed, substantially powdery non-metallic reinforcements into a building material, in particular on a bituminous basis. The solution according to the invention thus adopted surprisingly enables a substantial improvement of the building materials or construction auxiliaries, which not only become less susceptible to cracks due to the admixture of the reinforcements, but also have a substantially increased viscosity. In addition, this also results in improved abrasion values and improved properties of the building materials or building aids in marginal temperature ranges in which the construction materials or building aids could be used so far, whereby the use temperature range is extended. Powder in the sense of the invention is to be understood in the macroscopic sense, i. that the fiber fraction behaves essentially like a powder.
Besonders vorteilhaft werden polymerarmierte Elastomerprodukte verarbeitet, deren Armierung 40 folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.%):Polymer-reinforced elastomer products whose armouring 40 has the following composition (in% by weight) are processed particularly advantageously:
Polyamid (Kord) 15-35%, vorzugsweise 20-30%Polyamide (cord) 15-35%, preferably 20-30%
Polyester (Kord) 25-45%, vorzugsweise 30-40%Polyester (cord) 25-45%, preferably 30-40%
Viskose (Kord) 30-50%, vorzugsweise 35-45%, 45 wobei zweckmäßig die Armierung zusätzlich Baumwolle in der Größenordnung zwischen 1-5%, vorzugsweise 1-3% (Gew.%) aufweist. Vorzugsweise wird der Anteil der Armierungen in Asphalt oder der Anteil der Armierungen in Bitumen eingearbeitet, welches anschließend mit Kies zu Asphalt verarbeitet wird. 50Viscose (cord) 30-50%, preferably 35-45%, 45 where appropriate, the reinforcement additionally cotton in the order of 1-5%, preferably 1-3% (wt.%) Has. Preferably, the proportion of reinforcements in asphalt or the proportion of reinforcements in bitumen is incorporated, which is then processed with gravel to asphalt. 50
Baustoffe und Bauhilfsstoffe, welche auf Bitumen und Asphalt basieren, müssen den wachsenden Anforderungen hinsichtlich Hitze, Kälte, Frost, Regen und mechanischen Belastungen, wie Druckbeständigkeit und Abrieb usw., gerecht werden. Diese Baustoffe werden auch aus ökonomischen und ökologischen Gründen, insbesondere zur Verlängerung der Lebensdauer, 55 modifiziert und weiter entwickelt. Das ist einerseits bedingt durch die bereichsweise auftretende 4Building materials and building materials, which are based on bitumen and asphalt, must meet the growing demands for heat, cold, frost, rain and mechanical stress, such as pressure resistance and abrasion, etc. These building materials are also modified and further developed for economic and ecological reasons, in particular for extending the service life. On the one hand, this is due to the regionally occurring 4
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Verknappung von Rohstoffen und andererseits durch den Anfall bzw. die Notwendigkeit der Wiederverwendung recyclierbarer Stoffe. Die Verarbeitung von Recyclingbaustoffen im Bauwesen darf naturgemäß nicht zu Baustoffen minderwertiger Qualität führen, weshalb gerade in diesem Bereich große Forschungsanstrengungen erbracht wurden, um den oben genannten, 5 ständig wachsenden Anforderungen an diese Baustoffarten besser Rechnung tragen zu können. Für die Qualität von Bitumen- und Asphaltbaustoffen sind die Eigenschaften der dafür verwendeten Stoffe und Komponenten von großer Bedeutung. Einen entscheidenden Einfluß in diesem io Zusammenhang hat das verwendete Bindemittel (unmodifiziertes Bitumen oder modifiziertes Bitumen).Scarcity of raw materials and, on the other hand, the onset or need to reuse recyclable materials. Naturally, the processing of recycled building materials in construction must not lead to materials of inferior quality, which is why great research efforts have been made in this area in order to be better able to cope with the above-mentioned, constantly growing demands on these building materials. For the quality of bitumen and asphalt building materials, the properties of the materials and components used are of great importance. A decisive influence in this context is the binder used (unmodified bitumen or modified bitumen).
Bitumen lässt sich von seiner Natur her nur in einem relativ engen Temperaturbereich technisch verwenden. Bei tieferen Temperaturen wird zunehmende Versprödung, bei höheren Tempera-15 turen plastische Verformung beobachtet (D. Sybilski, „Zone der optimalen Theologischen Eigenschaften des Straßenbaubitumens“, Bitumen, 1991, 53, 73). So neigen mit konventionellem Bitumen hergestellte Asphaltbeläge und andere Produkte im Sommer zu Deformation und im Winter zu Versprödung und Rißbildungen. Um den Temperaturbereich zu erweitern, sind Mischungen mit unterschiedlichen Polymeren, wie Thermoplasten, Duromeren und Elastomeren 20 (U. Schneider, „Polymermodifizierte Asphalte: Internationale Forschungsergebnisse über dieBy its nature, bitumen can only be used technically in a relatively narrow temperature range. At lower temperatures, increasing embrittlement is observed at higher tempera tures (D. Sybilski, "Zone of Optimal Theological Properties of Road Construction Bitumen", Bitumen, 1991, 53, 73). For example, asphalt pavement and other products produced with conventional bitumen tend to deform in summer and embrittlement and cracking in winter. In order to extend the temperature range, blends with different polymers, such as thermoplastics, thermosets and elastomers are used (U. Schneider, "Polymer Modified Asphalts: International Research on
Modifizierungsmöglichkeiten und Eigenschaften“, Bitumen, 1992, 1, 14) mit wechselnden Erfolgen zu Versuchszwecken hergestellt worden. Kommerziell sind derzeit hauptsächlich Mischungen mit unvulkanisierten Synthesekautschuken auf Basis Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM), Styrol-Butadien-Sequenzcopolymer (SBS) (E. Diani, L. Gargani, „Bitumen modification 25 with SBS thermoplastic elastomeres“, 4eme Eurobitume Symposium Madrid, 1989, I, 275) und Ethylen-Acrylester-Acrylsäure-Terpolymer (AECM) und den Thermoplasten Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA), sowie Polyethylen (PE) (US-A - 4,240,946, AT-B - 365.257, US-A - 4,314,921, AT-B - 370.126, AT-B - 395.718) und Polypropylen (PP) (C. Lomi, F. Varisco, „Compatibility of Bitumen with atactic Polypropylene, New experimental monitoring procedure", 30 4eme Eurobitume Symposium Madrid, 1989, I, 269) im Einsatz. Mischungen mit EPDM, SBS, EVA, PE, PP und AECM werden als polymermodifizierte Bitumen bezeichnet und von Bitumenherstellern angeboten, wobei der Polymergehalt zwischen 0,1 und 25 Masse-% liegt.Modifications and Properties ", Bitumen, 1992, 1, 14) with varying successes for experimental purposes. At present, blends with unvulcanized synthetic rubbers based on ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), styrene-butadiene-sequential copolymer (SBS) (E. Diani, L. Gargani, "Bitumen modification 25 with SBS thermoplastic elastomeres", 4eme Eurobitume Symposium Madrid, 1989, I, 275) and ethylene-acrylic ester-acrylic acid terpolymer (AECM) and the thermoplastic ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), as well as polyethylene (PE) (US-A-4,240,946, AT-B - 365,257, US-A-4,314,921, AT-B-370,126, AT-B-395,718) and polypropylene (PP) (C Lomi, F. Varisco, "Compatibility of Bitumen with Atactic Polypropylene, New Experimental Monitoring Procedure", 30 4eme Eurobitume Symposium Madrid, 1989, I, 269) in use. Mixtures of EPDM, SBS, EVA, PE, PP and AECM are referred to as polymer-modified bitumens and are offered by bitumen manufacturers, the polymer content being between 0.1 and 25% by weight.
Die Eigenschaften polymermodifizierter Bitumen hängen im wesentlichen vom Verteilungsgrad, 35 der Löslichkeit bzw. der Verbindung der Polymere in Bitumen ab, sodass die Modifizierung von Bitumen mit Kunststoffen auch ein Mischungsproblem darstellt. Es müssen nämlich eine bestimmte Menge Polymer (0,1-25% Masse-%), welches bei der Verarbeitungstemperatur des Bitumens zwischen 130C° und 250C° eine noch relativ hohe Schmelzviskosität hat, und eine größere Menge Bitumen mit einer niedrigen Schmelzviskosität miteinander homogen vermischt 40 werden (H. Kopsch, Bitumen, 1990, 1, 10 und Bitumen, 1989, 3, 108). Dieses Mischproblem ist wieder von verschiedenen Faktoren, wie der chemischen Zusammensetzung, den physikalischen Eigenschaften des eingesetzten Bitumens und des Kunststoffes sowie von der Herstellungsmethode des polymermodifizierten Bitumens (PmB) abhängig. 45 Die Verwendung von diversen Recycling-Materialien für den Einsatz in bituminösen Produkten ist nicht neu:The properties of polymer-modified bitumen depend essentially on the degree of distribution, 35 the solubility or the connection of the polymers in bitumen, so that the modification of bitumen with plastics also represents a mixing problem. Namely, a certain amount of polymer (0.1-25% by mass), which has a relatively high melt viscosity at the processing temperature of the bitumen between 130 ° C and 250 ° C, and a larger amount of bitumen having a low melt viscosity must be homogeneously mixed together 40 (H. Kopsch, Bitumen, 1990, 1, 10 and Bitumen, 1989, 3, 108). This mixing problem again depends on various factors, such as the chemical composition, the physical properties of the bitumen and the plastic used and on the method of preparation of the polymer-modified bitumen (PmB). 45 The use of various recycled materials for use in bituminous products is not new:
So wird beispielsweise in der DE 692 31 366 T 2 die Herstellung von Verbundblöcken beschrieben, welche beispielsweise aus Asphalt, Polyethylen, Monofilamentfasermaterial und elasti-50 schem Material zusammengesetzt sind.Thus, for example, DE 692 31 366 T 2 describes the production of composite blocks which are composed, for example, of asphalt, polyethylene, monofilament fiber material and elastic material.
Die DE 695 02 316 T 2 beansprucht bituminöses Heißmischgut, wobei ein Teil der Zuschlagstoffe durch Teilchen aus gemahlenem Verbundstoff ersetzt ist, welches Fasern einschließt. 55 Die Veröffentlichungen US 2002/0108534 A1 und GB 2 366 567 A beschreiben ein Asphaltpro- 5DE 695 02 316 T 2 claims bituminous hot mix wherein some of the aggregates are replaced by particles of ground composite including fibers. 55 Publications US 2002/0108534 A1 and GB 2 366 567 A describe an asphalt preparation 5
AT 413 355 B dukt mit zugehörigem Herstellungsverfahren, wobei zur Verbesserung von Formstabilität und Dauergebrauchsbeständigkeit unter anderem auch Cellulosefasern eingesetzt werden.AT 413 355 B with associated production method, cellulose fibers being used inter alia to improve dimensional stability and long-term durability.
In der US-A - 5,800,754 werden gemahlene Autoreifen unter Zusatz von Bindemittel (auch 5 Asphalt) zu Baustoffblöcken verarbeitet.In US Pat. No. 5,800,754, ground car tires are processed into building blocks with the addition of binder (also asphalt).
In einer anderen Patentschrift (US-A - 5,385,401) werden geschredderte Autoreifen vor der Vermischung mit Asphalt mit einem aromatischen öl getränkt, um eine Verarmung des Asphaltbindematerials durch öle zu verhindern. 10In another patent (US-A-5,385,401) shredded car tires are soaked with an aromatic oil prior to mixing with asphalt to prevent depletion of the asphalt binder material by oils. 10
Es ist auch bekannt, Glasfasermatten mit polymermodifiziertem Asphalt in der Dachdeckung einzusetzen (US-A - 5,744,229).It is also known to use glass fiber mats with polymer-modified asphalt in the roofing (US-A-5,744,229).
Zum weiteren Stand der Technik gehört auch, dass bei der Herstellung von Heißmischgut oder 15 Asphalt (Mischung aus gebrochenem Gestein und Bitumen) ein Cellulosefasermaterial, wie beispielsweise Arbocell®, in einem Ausmaß von ca. 0,5% beigemischt wird. Dies dient in erster Linie zur Stabilisierung der Viskosität. Dadurch wird nämlich verhindert, dass es durch die niedrige Viskosität des Bitumenanteils bei höherer Temperatur zu einer Entmischung von Bitumen und gebrochenem Gestein kommt. 20 Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass der erfindungsgemäße Zusatz der Armierung aus dem Altreifenrecycling sowohl die Aufgabe der Polymermodifikation des Bitumens als auch den viskositätsstabilisierenden Zusatz von Cellulosefasern in einem Arbeitsschritt ersetzen kann. 25Another prior art also includes that in the production of hot mix or asphalt (mixture of crushed rock and bitumen), a cellulosic fiber material, such as Arbocell®, is admixed to an extent of about 0.5%. This serves primarily to stabilize the viscosity. In fact, this prevents the low viscosity of the bitumen content at higher temperatures from causing segregation of bitumen and crushed rock. Surprisingly, it has now been found that the addition of the reinforcement according to the invention from scrap tire recycling can replace both the task of polymer modification of the bitumen and the viscosity-stabilizing addition of cellulose fibers in one work step. 25
Vorteilhaft werden die nichtmetallischen Armierungen mit einem organischen oder nichtorganischen Bindemittel, wie Harz, Bitumen, etc., vermischt und daraus kleinteilige Festkörper, wie ein Granulat, erzeugt, worauf die Festkörper als Zumischgut, vorzugsweise zu Asphalt, eingesetzt werden. 30Advantageously, the non-metallic reinforcements are mixed with an organic or non-organic binder, such as resin, bitumen, etc., and used to produce small-scale solids, such as granules, whereupon the solids are used as admixed material, preferably asphalt. 30
Weiters werden zweckmäßig die nichtmetallischen Armierungen mit einem organischen oder nichtorganischen Bindemittel, wie Harz, Bitumen, etc., vermischt und daraus ein flüssiges Konzentrat erzeugt, worauf das Konzentrat als Zumischgut zu Bitumen eingesetzt wird. 35 Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit nicht nur die mechanische Aufbereitung und Konfektionierung der Armierungsfraktion aus den Elastomerprodukten, sondern auch die anschließende Einbringung in technische Mischeinrichtungen zur Herstellung von neuen Bitumen-und Asphaltprodukten im optimalen Mischungsverhältnis. Die möglichen Produkte daraus sind beispielsweise polymermodifiziertes Bitumen, polymermodifizierter Asphalt, Dachbahnen und 40 bituminöse Isolierstoffe mit verbesserten Eigenschaften im Hinblick auf ihre chemischen, physikalischen, rheologischen und mechanischen Eigenschaften. Zusätzlich bewirkt die Einmischung von recyclierten Armierungen eine Verbesserung der Ermüdungseigenschaften und damit die Erhöhung und Verlängerung der Lebensdauer solcher Produkte. Insbesondere führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Steigerung der Heißfestigkeit und zu einer Erhöhung der 45 Bruchsicherheit.Furthermore, the non-metallic reinforcements are expediently mixed with an organic or non-organic binder, such as resin, bitumen, etc., and from this a liquid concentrate is produced, whereupon the concentrate is used as admixing material for bitumen. The process according to the invention thus comprises not only the mechanical preparation and preparation of the reinforcing fraction from the elastomer products, but also the subsequent introduction into technical mixing devices for the production of new bitumen and asphalt products in the optimum mixing ratio. The possible products thereof are, for example, polymer-modified bitumen, polymer-modified asphalt, roofing membranes and 40 bituminous insulating materials with improved properties in terms of their chemical, physical, rheological and mechanical properties. In addition, the incorporation of recycled reinforcements improves the fatigue properties and thus increases and extends the life of such products. In particular, the process according to the invention leads to an increase in the hot strength and to an increase in the resistance to breakage.
Dementsprechend ist die Fraktion der Armierungen aus dem Altreifen- und Altgummirecycling in verschiedenen Formen zu verwerten: so · als Polymer bzw. Modifizierungsmittel für die Herstellung von polymermodifiziertem Bitumen, • als Polymer bzw. Modifizierungsmittel für direkte oder indirekte Zugabe für die Herstellung von polymermodifiziertem Asphalt, • als Additive für polymermodifiziertes und unmodifiziertes Asphalt-Heißmischgut, wie zum Beispiel bei Splitt Mastix Asphalt, 55 · als Netzwerk für die Herstellung einer SAMI-Schicht oder einer SAM-Schicht oder ähnlicher 6Accordingly, the fraction of waste tire and waste rubber recycling is to be utilized in various forms: as a polymer or modifier for the production of polymer-modified bitumen, as a polymer or modifier for direct or indirect addition for the production of polymer-modified asphalt, As additives for polymer-modified and unmodified asphalt hot mix, such as, for example, in the case of grit mastic asphalt, 55 as a network for the production of a SAMI layer or a SAM layer or similar 6
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Typen (SAMI: stress absorbing membrane interlayer, SAM: stress absorbing membrane) 5 Vorzugsweise werden den Baustoffen bis zu 50% Gewichtsanteil der Armierungsfraktion beigemischt.Types (SAMI: stress-absorbing membrane interlayer, SAM: stress-absorbing membrane) 5 Preferably up to 50% by weight of the reinforcing fraction is added to the building materials.
Vorzugsweise wird die Vorzerkleinerung der Elastomerprodukte bei Umgebungstemperatur und die Feinzerkleinerung der vorzerkleinerten Elastomerprodukte in gekühltem Zustand durchge-io führt, wobei zweckmäßig die vorzerkleinerten Elastomerprodukte mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden.Preferably, the pre-crushing of the elastomer products is carried out at ambient temperature and the fine comminution of the pre-comminuted elastomer products in a cooled state durchge-io, wherein suitably the pre-crushed elastomer products are cooled with liquid nitrogen.
Um eine hinreichend kleine Teilchengröße der Armierungsfraktion zu erzielen, erfolgt das Feinzerkleinern zweckmäßig durch Mahlen. 15In order to achieve a sufficiently small particle size of the reinforcing fraction, the fine comminution is carried out appropriately by grinding. 15
Eine bevorzugte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung der Armierung bis zu einer maximalen Länge einzelner Teilchen der Armierung von 10 mm, vorzugsweise von 5 mm, durchgeführt wird. 20 Ein bituminöses Mischgut, insbesondere für den Straßenbelag, ist gekennzeichnet durch einen eingemischten Zuschlagstoff mit von Elastomerprodukten gewonnenen polymerischen Armierungen, insbesondere von technischen Gummiprodukten, wie z.B. von Altreifen, Förderbändern oder Antriebselementen, wobei die polymerischen Armierungen in Feinteilchenform in einer Größenordnung von bis zu 50 Gew.% des bituminösen Mischgutes vorgesehen sind, und wobei 25 zweckmäßig die polymerischen Armierungen Polyamid und/oder Polyester und/oder Viskose sowie gegebenenfalls auch Baumwolle enthalten.A preferred variant is characterized in that the comminution of the reinforcement is carried out up to a maximum length of individual particles of the reinforcement of 10 mm, preferably 5 mm. A bituminous mix, in particular for the road surface, is characterized by a blended aggregate with polymeric reinforcements derived from elastomer products, in particular technical rubber products, e.g. used tires, conveyor belts or drive elements, wherein the polymeric reinforcements are provided in fine particle form in the order of up to 50 wt.% Of the bituminous mix, and wherein 25 advantageously the polymeric reinforcements polyamide and / or polyester and / or viscose and optionally also contain cotton ,
Das Mischgut ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die polymerischen Armierungen mit einem Titer zwischen 1,7 bis 8,0 dtex, entsprechend einem 30 Durchmesser zwischen 12,0 und 28 μ, und mit einer Länge zwischen 0,1 bis 10 mm im Mischgut vorhanden sind.The mix is according to a preferred embodiment, characterized in that the polymeric reinforcements with a titer between 1.7 to 8.0 dtex, corresponding to a diameter between 12.0 and 28 μ, and with a length between 0.1 to 10 mm are present in the mix.
Gipshältige Baustoffe, insbesondere Gipskartonplatten, sind gekennzeichnet durch einen eingemischten Zuschlagstoff mit von Elastmerprodukten gewonnenen polymerischen Armierungen, 35 insbesondere gewonnen von technischen Gummiprodukten, wie z.B. Altreifen, Förderbändern oder Antriebselementen, wobei die polymerischen Armierungen in Feinteilchenform in einer Größenordnung von bis zu 50 Gew.% des bituminösen Mischgutes vorgesehen sind, wobei vorteilhaft die polymerischen Armierungen Polyamid und/oder Polyester und/oder Viskose sowie gegebenenfalls auch Baumwolle enthalten und vorteilhaft die polymerischen Armierun-40 gen mit einem Titer zwischen 1,7 bis 8,0 dtex, entsprechend einem Durchmesser zwischen 12,0 und 28 μ, und mit einer Länge zwischen 0,1 bis 10 mm im Mischgut vorhanden sind.Gypsum-containing building materials, in particular gypsum plasterboard, are characterized by a blended aggregate with polymeric reinforcements derived from elastomers, obtained in particular from engineering rubber products, such as e.g. Old tires, conveyor belts or drive elements, wherein the polymeric reinforcements are provided in fine particle form in the order of up to 50 wt.% Of the bituminous mix, advantageously the polymeric reinforcements polyamide and / or polyester and / or viscose and optionally also contain cotton and advantageously the polymeric Armierun-40 gene with a titer between 1.7 to 8.0 dtex, corresponding to a diameter between 12.0 and 28 μ, and having a length between 0.1 to 10 mm in the mix are present.
Eine weitere Anwendung ist für Estriche gegeben. 45 Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: • eine Vorzerkleinerungsanlage für polymerarmierte Elastomerprodukte • eine Feinzerkleinerungsvorrichtung zum Feinzerkleinern der vorzerkleinerten Elastomerpro- 50 dukte • eine Absonderungseinrichtung für von den Elastomerprodukten stammende Armierungen » gegebenenfalls eine Abtrenneinrichtung zur Abtrennung von metallischen Armierungen aus der Menge der von den Elastomerprodukten abgesonderten Armierungen • eine mechanische Zerkleinerungseinrichtung, vorzugsweise eine Mühle, für von den 55 Elastomerprodukten stammende nicht metallische Armierungen und 7Another application is given for screeds. 45 A plant for carrying out the process according to the invention is characterized by the combination of the following features: a pre-comminution plant for polymer-reinforced elastomer products a comminution device for comminuting the pre-comminuted elastomer products a separation device for reinforcements originating from the elastomer products and optionally a separating device for separating metallic products Reinforcements from the quantity of reinforcements separated from the elastomeric products • a mechanical crusher, preferably a mill, for non-metallic reinforcements originating from the 55 elastomeric products and 7
AT 413 355 B • eine Mischeinrichtung zum Zumischen der mechanisch zerkleinerten Armierungen in Baustoffe oder Bauhilfsstoffe, insbesondere in bituminöse und/oder gipshältige Baustoffe oder Bauhilfsstoffe.AT 413 355 B • a mixing device for mixing mechanically crushed reinforcements into building materials or building aids, in particular in bituminous and / or gypsum-containing building materials or building aids.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 25 bis 27 gekennzeichnet.Advantageous embodiments are characterized in claims 25 to 27.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei eine Zeichnung zur Illustration der Erfindung dient. Hierbei veranschaulichen Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren in schematischer Darstellung und die Fig. 2, 3 und 4 Einrichtungen zum mechanischen Zerkleinern von Armierungen. Fig. 2 zeigt das Prinzip einer Haufwerkschneidmühle, Fig. 3 das Prinzip eines Pralltellerwerkzeugs und Fig. 4 das Prinzip eines Zahnscheibenwerkzeugs. Mit all diesen Geräten lässt sich, wie oben erwähnt, die Homogenisierung und die Fibrillierung in relativ einfacher Weise durchführen.The invention is explained in more detail below with reference to several embodiments, wherein a drawing is used to illustrate the invention. 1 shows the method according to the invention in a schematic representation, and FIGS. 2, 3 and 4 devices for the mechanical comminution of reinforcements. Fig. 2 shows the principle of a Haufwerkschneidmühle, Fig. 3, the principle of a baffle plate tool and Fig. 4, the principle of a toothed disk tool. As mentioned above, with all these devices, homogenization and fibrillation can be performed in a relatively simple manner.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, werden Altreifen und technische Altgummiprodukte, wie beispielsweise Förderbänder etc., nach einer Vorsortierung bei Umgebungstemperatur einer mechanischen Zerkleinerung zugeführt. Zunächst erfolgt eine Vorzerkleinerung, wobei Gummischnitzel gebildet werden, die eine Größe von 5 bis 20 cm aufweisen. An diese Vorzerkleinerung ist eine Nachzerkleinerung angeschlossen, die üblicherweise noch bei Raumtemperatur durchgeführt wird.As can be seen from Fig. 1, scrap tires and technical waste rubber products, such as conveyor belts, etc., are fed to a mechanical comminution after presorting at ambient temperature. First, a pre-crushing, whereby rubber chips are formed, which have a size of 5 to 20 cm. Subsequent comminution is connected to this pre-comminution, which is usually still carried out at room temperature.
Der Nachzerkleinerung folgt eine sogenannte Granulierung, d.h. eine weitere Zerkleinerung, wobei ein Gummigranulat mit einer Körnung von etwa 3 mm anfällt. Gegebenenfalls kann dieses Gummigranulat bereits einer Wiederverwertung zugeführt werden, beispielsweise für die Herstellung von Gummiasphalt.The post-shredding is followed by a so-called granulation, i. a further crushing, whereby a rubber granulate with a grain size of about 3 mm is obtained. Optionally, this rubber granulate can already be recycled, for example for the production of rubber asphalt.
Dieses Granulat kann jedoch auch, entweder zur Gänze oder nur zu einem Teil, einer Kaltvermahlung zugeführt werden, bei der das Granulat mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird und zu Gummimehl vermahlen wird.However, these granules may also be fed, either wholly or in part, to cold grinding in which the granules are cooled with liquid nitrogen and ground into ground rubber.
Der Zerkleinerungsprozess der mechanischen Aufbereitung kann aber auch vereinfacht in nur zwei Stufen erfolgen: Vorzerkleinerung bei Umgebungstemperatur mit anschließender Feinzerkleinerung bzw. Mahlung in gekühltem Zustand.The comminution process of the mechanical treatment can also be simplified in only two stages: pre-crushing at ambient temperature with subsequent fine comminution or grinding in a cooled state.
Sowohl bei der Vorzerkleinerung, Nachzerkleinerung, Granulierung und Kaltvermahlung fällt Armierung an, die von Stahl gebildet ist. Dieser Armierungsteil wird ausgeschieden, vorzugsweise mittels Magnetkräfte.Both pre-shredding, post-shredding, granulation and cold milling involve reinforcement made of steel. This reinforcing part is eliminated, preferably by means of magnetic forces.
Bei der Nachzerkleinerung, Granulierung und Kaltvermahlung fällt weiters Armierung, die nicht von Metall gebildet ist, an. Es handelt sich hierbei um jene Garne, die in den Gummiprodukten eingearbeitet waren, also um eine Textilfraktion, wobei diese in mehr oder weniger feinteiliger Form anfällt, und zwar je nach Zerkleinerungsstufe. Bei der Granulierung kommt es zu einem Herauslösen selbst feinster Armierungsteile, ebenso bei der Kaltvermahlung. Diese Armierungsteile bilden infolge Verhakungen und gegenseitiger Umschlingungen deren Elemente bzw. Einzelindividuen mehr oder weniger zusammenhängende, schwer handhabbare und infolge der größtenteils schwarzen Gummifarbe dunkelfärbige Knäuel bzw. Strähnen, die nur schwierig weiter zu verarbeiten sind. Diese Armierungsfraktion wurde bisher deponiert oder verbrannt. Erfindungsgemäß erfolgt nunmehr eine Weiterverarbeitung dieser Armierungsfraktion, und zwar zunächst durch Zerteilen, vorzugsweise durch Mahlen. Im Speziellen sind zur Aufbereitung dieser Armierungsfraktion prinzipiell zwei Zerkleinerungsvorgänge vorgesehen, einmal eine Homogenisierung der Länge der Einzelindividuen der Armierungsfraktion und zum anderen eine Längsspaltung, d.h. Fibrillierung derselben.In the post-crushing, granulation and cold milling also attracts reinforcement, which is not formed of metal to. These are those yarns which were incorporated in the rubber products, ie a textile fraction, which is obtained in more or less finely divided form, depending on the crushing stage. During granulation, even the finest of reinforcing parts are removed, as well as during cold grinding. These Armierungssteile form entanglements and mutual wraps whose elements or individual individuals more or less contiguous, difficult to handle and due to the mostly black rubber color dark-colored ball or strands that are difficult to continue processing. This reinforcing fraction has been dumped or incinerated. According to the invention, a further processing of this reinforcing fraction now takes place, first by cutting, preferably by grinding. In particular, two comminution processes are provided for the preparation of this reinforcing fraction, in one instance a homogenization of the length of the individual constituents of the reinforcing fraction and, on the other hand, a longitudinal splitting, i. Fibrillation of the same.
Zur Homogenisierung der Länge der Armierung werden am besten Haufwerkschneidmühlen verwendet, wie beispielsweise die Type Rotoplex 20/12 Ro von Alpine-Hosokawa, die in Fig. 2 8To homogenize the length of the reinforcement, it is best to use log splitters such as, for example, the Rotoplex 20/12 Ro type from Alpine-Hosokawa, which is shown in FIG
AT 413 355 B veranschaulicht ist. Die Schneidmesser sind am Rotor und im Stator angeordnet. Das geschnittene Mahlgut wird mittels eines Gebläses durch ein Sieb gesaugt. Die Sieblochgröße beeinflusst maßgeblich die Länge der Einzelindividuen der Armierungsfraktion. 5 Zur Fibrillierung wird die zuvor in der Länge homogenisierte Armierungsfraktion einer Feinprallmühle zugeführt, wie beispielsweise der Type 100 UPZ II von Alpine-Hosokawa, vgl. Fig. 3. Unter Verwendung eines geeigneten Werkzeuges, wie beispielsweise eines Fächerschlägers, können auf das Mahlgut auch Schlagkräfte ausgeübt werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, ein Zahnscheibenwerkzeug, wie z.B. gemäß Fig. 4, zu verwenden, welches Schlag-io und Scherkräfte kombiniert und dadurch zu einer besonders wirksamen Längsspleißung der Einzelindividuen der Armierungsfraktion führt.AT 413355 B is illustrated. The cutting blades are arranged on the rotor and in the stator. The cut regrind is sucked through a sieve by means of a blower. The sieve hole size significantly influences the length of the individual individuals of the reinforcing fraction. For fibrillation, the reinforcing fraction previously homogenized in length is fed to a fine impact mill, such as the type 100 UPZ II from Alpine-Hosokawa, cf. Fig. 3. Using a suitable tool, such as a fan beater, impact forces can be applied to the material to be ground. It has been found to be advantageous to use a toothed disc tool, such as e.g. 4, which combines shock and shear forces and thereby leads to a particularly effective longitudinal splicing of the individual individuals of the reinforcing fraction.
Das Resultat dieser Zerkleinerungsbehandlung der Armierungsfraktion ist ein rieselförmiges Gut, das sich als Zumischgut für die Herstellung von Baustoffen und/oder Bauhilfsstoffen ein-15 setzen lässt. Zur Durchführung einer Einmischung, beispielsweise zur Herstellung eines bituminösen und/oder gipshältigen Baustoffes, eignen sich vorzugsweise sogenannte High-shear Anlagen gegebenenfalls auch Low-shear Anlagen, die auch miteinander kombiniert eingesetzt werden können und beheizt sind. Vorzugsweise durchläuft das eingesetzte Material solche Anlagen mehrmals, wobei zusätzlich Rührwerke zum Einsatz kommen, um eine gute Homoge-20 nisierung und Stabilisierung sicherzustellen. Solche Anlagen sind in mobiler oder stationärer Ausführung bekannt. Für gipshältige Bau- bzw. Bauhilfsstoffe eignen sich Behälter mit Mischschnecken oder auch anderen Mischflügeln. 25The result of this comminution treatment of the reinforcing fraction is a free-flowing material which can be used as an admixture for the production of building materials and / or building aids. To carry out an admixture, for example for the production of a bituminous and / or gypsum-containing building material, preferably so-called high-shear plants are also suitable, if appropriate, also low-shear plants which can also be used in combination and are heated. Preferably, the material used passes through such systems several times, in addition agitators are used to ensure a good homogenization and stabilization. Such systems are known in mobile or stationary design. For gypsum-containing construction or building aids are suitable containers with mixing screws or other mixing blades. 25
Die nachfolgenden Beispiele zeigen (Tabellen 1 und 2) bituminöse Baustoffe, und zwar jeweils im Vergleich mit und ohne (gemäß der Erfindung) zugemischter Armierung (in Gew.%), wobei jeweils verschiedene Eigenschaften, wie die Eindringtiefe, Erweichungspunkt, Viskosität etc., verglichen wurden. Tabelle 1 gibt Meßwerte ohne Kurzalterung und Tabelle 2 nach einer Kurz-30 alterung nach der RTFOT-Methode an (A ASHTO T240). (RTFOT: rolling thin film oven test aging residue)The following examples show (Tables 1 and 2) bituminous materials, in each case in comparison with and without (according to the invention) blended reinforcement (in wt.%), Each having different properties, such as the penetration depth, softening point, viscosity, etc., were compared. Table 1 gives measurements without short aging and Table 2 after a short aging according to the RTFOT method (A ASHTO T240). (RTFOT: rolling thin film oven test
Die Armierung wurde zu 90 % aus Altreifen gewonnen und hatte folgende Zusammensetzung 35 und folgende Struktur: • Polyamid 24% • Polyester: 35% » Viskose: 39% 40 ® Baumwolle: 2% ® Struktur: Durchmesser der Einzelindividuen der Armierung zwischen 12 und 27 Mikrometer, wobei Viskose und Baumwolle bei 12 Mikrometer, Polyester bei 22, 25 und 27 Mikrometer und Polyamid bei 27 Mikrometer liegen. Die Länge der Einzelindividuen liegt im Bereich von 2-3 Millimetern. 45 50 55 9The reinforcement was 90% recovered from scrap tires and had the following composition 35 and the following structure: • Polyamide 24% • Polyester: 35% »Viscose: 39% 40 ® Cotton: 2% ® Structure: Diameter of the individual members of the reinforcement between 12 and 27 Micrometer, with viscose and cotton at 12 microns, polyester at 22, 25 and 27 microns, and polyamide at 27 microns. The length of the individual individuals is in the range of 2-3 millimeters. 45 50 55 9
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Tabelle 1 ohne Armierung mit Armierung 7 % Test Einheit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Penetration, 25° C, 100 g, 5 Sekunden, 0.1 mm (DIN 52010) mm 63 81 46 65 Ring & Kugel, Erweichungspunkt (DIN 52011) °C 47 42 58 54 Rotation Viskosity mit Brookfield Viskosimeter Test Temperatur bei 135°C; 20 rpm (ASTM D-4402) mPa.s 344 285 1220 1068 Dynamic Shear G */ sin (Delta) Test Temp. °C @ 10 rad/s (SHRP-Test Methode) kPa °C 1.5 64 1.2 58 1.6 70 1.1 70Table 1 without Reinforcement Reinforcement 7% Test Unit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Penetration, 25 ° C, 100 g, 5 seconds, 0.1 mm (DIN 52010) mm 63 81 46 65 Ring & Sphere, softening point (DIN 52011) ° C 47 42 58 54 Rotation Viscosity with Brookfield Viscometer Test Temperature at 135 ° C; 20 rpm (ASTM D-4402) mPa.s 344 285 1220 1068 Dynamic Shear G * / sin (Delta) Test Temp. ° C @ 10 rad / s (SHRP test method) kPa ° C 1.5 64 1.2 58 1.6 70 1.1 70
Tabelle 2 (nach Alterung) ohne Armierung mit Armierung 7 % Test Einheit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Penetration, 25° C, 100 g, 5 Sekunden, 0.1 mm mm 41 56 38 50 Ring & Kugel, Erweichungspunkt °C 55 48 63 59 Rotation Viskosity mit Brookfield Viskosimeter Test Temperatur bei 135°C; 20 rpm mPa.s 649 497 1581 1312 Dynamic Shear kPa 3,4 2,9 3,2 2,85 G*/ sin (Delta) Test Temp. °C @ 10 rad/s °C 64 58 70 70Table 2 (after aging) without reinforcement with reinforcement 7% Test Unit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Penetration, 25 ° C, 100 g, 5 seconds, 0.1 mm mm 41 56 38 50 ring & Sphere, softening point ° C 55 48 63 59 Rotation Viscosity with Brookfield Viscometer Test Temperature at 135 ° C; 20 rpm mPa.s 649 497 1581 1312 Dynamic Shear kPa 3.4 2.9 3.2 2.85 G * / sin (Delta) Test Temp. ° C @ 10 rad / s ° C 64 58 70 70
Untersuchungen an Heißmischgut 45 UmfangExamination of hot mix 45 Scope
Das Ziel dieses Abschnitts besteht im Vergleich der mechanischen Eigenschaften eines Asphalt-Heißmischguts mit unmodifiziertem Bitumen (Bitumen mit einer Penetration von 60/70 und Bitumen mit einer Penetration von 80/100) mit jenen eines modifizierten Bindemittels durch so Hinzugabe von 7% polymerischer Armierung.The aim of this section is to compare the mechanical properties of an asphalt hot mix with unmodified bitumen (60/70 bitumen penetration and 80/100 penetration bitumen) with those of a modified binder by adding 7% polymeric reinforcement.
Testverfahren:Test methods:
Zur Bewertung eines Asphalt-Heißmischguts wurden zwei verschiedene Asphaltarten vorge-55 schlagen. 10To evaluate an asphalt hot mix, two different types of pre-55 asphalt were proposed. 10
AT 413 355 B • Bindeschicht-Asphaltbeton (AB) 0/16S gemäß dem deutschen ZTV Asphalt - STB 94 « Splitt Mastix Asphalt (SMA) 0/11S gemäß dem deutschen ZTV Asphalt - STB 94AT 413 355 B • Binding layer asphalt concrete (AB) 0 / 16S according to the German ZTV Asphalt - STB 94 «Splitt Mastic Asphalt (SMA) 0 / 11S according to the German ZTV Asphalt - STB 94
Der optimale Bindemittelanteil für Asphaltbeton (AB) 0/16S (Bindeschicht) und Splitt Mastix 5 Asphalt (SMA) 0/11S (Verschleißschicht) wurde festgestellt. Um den Einfluss verschiedener Bindemittel (Bitumen mit einer Penetration von 60/70 und Bitumen mit einer Penetration von 80/100 und modifiziertes Bindemittel) auf das Verhalten des Asphalt-Heißmischguts zu zeigen, wurde die optimale Sieblinie für beide Asphaltarten gewählt. Der durch einen Kreisel Verdichter (Gyrator compactor) erzielte, feststehende Hohlraumgehalt (3%) wurde definiert. 10The optimum binder content for asphalt concrete (AB) 0 / 16S (bonding layer) and grit mastic 5 asphalt (SMA) 0 / 11S (wearing course) was determined. In order to show the influence of various binders (bitumen with a penetration of 60/70 and bitumen with a penetration of 80/100 and modified binder) on the behavior of the asphalt hot mix, the optimum grading curve was chosen for both types of asphalt. The fixed void content (3%) achieved by a centrifugal compressor (Gyrator compactor) was defined. 10
Die gesamte Asphaltmischung wurde bei äquiviskoser Temperatur mittels eines mechanischen Mischers vermischt.The entire asphalt mixture was mixed at equivocal temperature by means of a mechanical mixer.
Alle Proben wurden unter folgenden Bedingungen mit einem Kreiselverdichter verdichtet: 15All samples were compacted with a centrifugal compressor under the following conditions: 15
Verdichtungstemperatur: äquiviskose Temperatur Verdichtungsdruck: 600 kPa (+/-18 kPa)Compression temperature: Equiviscous temperature Compression pressure: 600 kPa (+/- 18 kPa)
Umdrehungsgeschwindigkeit: 30 rpm Achsendrehungswinkel: 1.25° +/- 0.02° 20 Hohlraumgehalt = 3%Rotation speed: 30 rpm Axis rotation angle: 1.25 ° +/- 0.02 ° 20 Void content = 3%
Probendurchmesser: 100 mmSample diameter: 100 mm
In den nachfolgenden Tabellen 3 bis 16 werden die verschiedenen Eigenschaften von Baumaterialien mit und ohne Armierung (in Gew.%) verglichen. 25Tables 3 to 16 below compare the different properties of construction materials with and without reinforcement (in% by weight). 25
Es wurde eine Sie blinie: Binderschicht, Asphalt Beton (/ Iß) 0/16S ausgewählt: Siebe Größe Einheit Min. Max. Optimal % 11.2-16 % 100 90 100 8-11.2 % 85 70 78 5-8 % 75 60 68 2-5 % 62 48 55 0.71 -2 % 45 35 40 0.25-0.71 % 37 20 28 0.09 - 0.71 % 25 11 18 0 - 0.09 % 10 6 8You have chosen: Blend, Asphalt Concrete (/ I) 0 / 16S selected: Sieves Size Unit Min. Max. Optimal% 11.2-16% 100 90 100 8-11.2% 85 70 78 5-8% 75 60 68 2 -5% 62 48 55 0.71 -2% 45 35 40 0.25-0.71% 37 20 28 0.09 - 0.71% 25 11 18 0 - 0.09% 10 6 8
Die in den Tabellen 3 bis 11 dargelegten Bau- bzw. Bauhilfsstoffe wurden hergestellt durch Mischen von Bitumen mit rieselförmiger Armierung unter Anwendung von High-shear oder Low-45 shear Anlagen. Durch direkte Zugabe der erfindungsgemäß aufbereiteten Armierungen zu Asphalt (Heißmischgut) wurden ähnliche Resultate erzielt. 50 55The building and construction aids set forth in Tables 3 to 11 were prepared by mixing bitumen with free-flowing reinforcement using high-shear or low-45 shear equipment. By direct addition of the present invention prepared reinforcements to asphalt (hot mix) similar results were achieved. 50 55
AT 413 355 B 11AT 413 355 B 11
Marshall Stabilität bei 60°C (nach Dl N 1996, Teil T4 und T1) Tabelle 3: ohne Armierung mit Armierung 7 % 5 Einheit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bindemittel Gehalt % 5 5 5 5 Hohlraum Gehalt % 3 3 3 3 10 Marshall Stabilität kN 10,8 10 14 12,9 Fließwert mm 4,7 4,9 3.6 3,8 15 Spaltzugfestigkeit (ASTM D 4123) Tabelle 4 ohne Armierung mit Armierung 7 % 20 Einheit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bindemittel Gehalt % 5 5 5 5 bei 25°C MPa 0,68 0,58 0,83 0,96 bei 10°C MPa 1,7 1,3 2,4 2.2 25 bei 0°C MPa 3.3 3.4 3.8 3,9 Resilient Modulus (Diametral; 0,1 s loading; 1Hz) (ASTM D 4123J 30 Tabelle 5 ohne Armierung mit Armierung 7 % Einheit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bindemittel Gehalt % 5 5 5 5 35 bei 25eC MPa 3185 2364 4438 3698 bei 10°C MPa 9437 7760 11561 9451 bei 0°C MPa 17019 14270 17391 15583 Für die nachstehenden Beispiele wurde folgende Sieblinie: Splitt Mastix Asphalt (SMA) 0/11S ausgewählt:____Marshall Stability at 60 ° C (according to Dl N 1996, part T4 and T1) Table 3: without reinforcement with reinforcement 7% 5 Unit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Binder content % 5 5 5 5 Cavity Content% 3 3 3 3 10 Marshall Stability kN 10.8 10 14 12.9 Flow value mm 4,7 4,9 3.6 3,8 15 Splitting tensile strength (ASTM D 4123) Table 4 without reinforcement with reinforcement 7 % 20 unit bitumen penetration 60/70 bitumen penetration 80/100 bitumen penetration 60/70 bitumen penetration 80/100 binder content% 5 5 5 5 at 25 ° C MPa 0,68 0,58 0,83 0,96 at 10 ° C MPa 1.7 1.3 2.4 2.2 25 at 0 ° C MPa 3.3 3.4 3.8 3.9 Resilient modulus (Diametral; 0.1 s loading; 1Hz) (ASTM D 4123J 30 Table 5 without armouring with reinforcement 7% Unit bitumen penetration 60/70 bitumen penetration 80/100 bitumen penetration 60/70 bitumen penetration 80/100 binder content% 5 5 5 5 35 at 25eC MPa 3185 2364 4438 3698 at 10 ° C MPa 9437 7760 11561 9451 at 0 ° C MPa 17019 14270 17391 15583 For the following examples, the following grading curve was selected: Split Mastic Asphalt (SMA) 0 / 11S selected: ____
Siebe Größe Einheit Min. Max. Optimal % 8-11.2 % 100 90 100 5-8 % 60 50 55 2-5 % 40 30 35 0.71-2 % 25 20 22 0.25 - 0.71 % 19 14 16 0.09 - 0.71 % 15 10 13 0 - 0.09 % 13 9 11 55 12Sieves Size Unit Min. Max. Optimal% 8-11.2% 100 90 100 5-8% 60 50 55 2-5% 40 30 35 0.71-2% 25 20 22 0.25 - 0.71% 19 14 16 0.09 - 0.71% 15 10 13 0 - 0.09% 13 9 11 55 12
AT 413 355 BAT 413 355 B
Marshall Stabilität bei 60°CMarshall stability at 60 ° C
Tabelle 6 ohne Armierung mit Armierung 7 % Einheit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bindemittel Gehalt % 6,5 6.5 6,5 6,5 Hohlraum Gehalt % 3 3 3 3 Marshall Stabilität kN 6,8 6,1 8.9 7,8 Fließwert mm _4,9 5,8 3,5 3,9Table 6 without armouring 7% unit bitumen penetration 60/70 bitumen penetration 80/100 bitumen penetration 60/70 bitumen penetration 80/100 binder content% 6.5 6.5 6.5 6.5 void content% 3 3 3 3 Marshall Stability kN 6.8 6.1 8.9 7.8 Flow value mm _4.9 5.8 3.5 3.9
Spaltzugfestigkeitsplitting tensile strength
Tabelle 7 ohne Armierung mit Armierung 7 % Specimen Identification Einheit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bindemittel Gehalt % 6,5 6.5 6.5 6.5 bei 25°C MPa 0,7 0,64 0,84 0,76 bei 10eC MPa 1,45 1.2 1,9 1,7 bei 0eC MPa 3.1 _2Λ_ 3.4 _3J_Table 7 without Reinforcement Reinforcement 7% Specimen Identification Unit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Binder Content% 6.5 6.5 6.5 6.5 at 25 ° C MPa 0.7 0, 64 0.84 0.76 at 10eC MPa 1.45 1.2 1.9 1.7 at 0eC MPa 3.1 _2Λ_ 3.4 _3J_
Resilient Modulus (Diametral; 0,1 s loading; 1 Hz)Resilient Modulus (Diametral; 0.1 s loading; 1 Hz)
Tabelle 8 ohne Armierung mit Armierung 7 % Einheit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bindemittel Gehalt % 6.5 6.5 6,5 6,5 bei 25°C MPa 2423 1640 2984 2109 bei 10°C MPa 6982 6471 7836 7529 bei 0°C MPa 12986 12264 13640 13224Table 8 without Reinforcement Reinforcement 7% Unit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Binder Content% 6.5 6.5 6.5 6.5 at 25 ° C MPa 2423 1640 2984 2109 at 10 ° C MPa 6982 6471 7836 7529 at 0 ° C MPa 12986 12264 13640 13224
Spurrinnentest nach französischer Testmethode (Norm NF P 98-253-1) (Sieblinie SMA 0/11S sowie AB Q/16S)Rough rolling test according to French test method (standard NF P 98-253-1) (grading curve SMA 0 / 11S and AB Q / 16S)
Test Temperatur bei 60°C Hohlraumgehalt: 3,5%Test temperature at 60 ° C void content: 3.5%
Asphalt Probe: 18 x 50 cm SMA 0/11S Probe Schichtdicke: 5 cm AB 0/16S Probe Schichtdicke: 10 cm Kontakt Druck: 0,6 Mpa Frequenz: 1 Hz 13Asphalt Sample: 18 x 50 cm SMA 0 / 11S Sample Layer thickness: 5 cm AB 0 / 16S Sample Layer thickness: 10 cm Contact pressure: 0.6 Mpa Frequency: 1 Hz 13
AT 413 355 BAT 413 355 B
Tabelle 9 SMA 0/11S ABC /16S Cycle Bitumen mit Penetration 60/70 Bitumen mit Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 versetzt mit Armierung 7% Bitumen Penetration 80/100 Versetzt mit Armierung 7% Bitumen mit Penetration 60/70 Bitumen mit Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Versetzt mit Armierung 7% Bitumen Penetration 80/100 Versetzt mit Armierung 7% 0 0.0 o o o o 0.0 0,0 o.o o.o 0.0 100 4.3 4.6 0.5 2.7 2,9 3.3 1.5 2,3 300 5.3 5,8 1.1 3,2 4.1 4.8 2,4 3,1 1000 5,9 6,6 1.6 3.8 5,2 5.8 3.1 4,2 3000 6.9 8,4 2.5 4.7 6.7 6.7 3.4 4.6 5000 7.66 8,9 2,8 5.9 7,2 7.8 3.8 4.9 10000 8.5 9,7 3,4 6,3 7.7 8.4 4.1 5.3 15000 8,9 10,4 — 3,5 6,7 8,2 9.1 4,4 5,7 20000 9.3 10,8 3,9 6.9 8,9 10,2 4.6 6.0 25000 9.4 11,5 4,2 7.1 9,1 10.6 4.8 6.2 30000 9,5 11,9 _4.4 7,2 9.4 10.7 5.0 6.4 25 Das Ergebnis dieser Studie zeigt, dass unmodifiziertes Bitumen und unmodifizierter Asphalt die Anforderungen der Asphaltindustrie nicht erfüllen können. Mittels Bitumen, das durch polymeri-sche Armierungen modifiziert ist, kann die Asphaltindustrie die Leistungseigenschaften von 30 heißen Mischungen beträchtlich steigern. Die auf einer Spezifikation basierende Leistung könnte durch die spezifische Auswahl und Verwendung von Armierungen mit auch anderen Polymeren, bzw. Additiven, die Eigenschaften von Bitumen, Asphalt, Baustoffen etc. verbessern.Table 9 SMA 0 / 11S ABC / 16S Cycle Bitumen with penetration 60/70 Bitumen with penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 offset with reinforcement 7% Bitumen penetration 80/100 Offset with reinforcement 7% Bitumen with penetration 60/70 Bitumen with Penetration 80/100 bitumen penetration 60/70 offset with reinforcement 7% bitumen penetration 80/100 offset with reinforcement 7% 0 0.0 oooo 0.0 0.0 oo oo 0.0 100 4.3 4.6 0.5 2.7 2.9 3.3 1.5 2.3 300 5.3 5 , 8 1.1 3.2 4.1 4.8 2.4 3.1 1000 5.9 6.6 1.6 3.8 5.2 5.8 3.1 4.2 3000 6.9 8.4 2.5 4.7 6.7 6.7 3.4 4.6 5000 7.66 8.9 2.8 5.9 7.2 7.8 3.8 4.9 10000 8.5 9.7 3.4 6.3 7.7 8.4 4.1 5.3 15000 8.9 10.4 - 3.5 6.7 8.2 9.1 4.4 5.7 20000 9.3 10, 8 3.9 6.9 8.9 10.2 4.6 6.0 25000 9.4 11.5 4.2 7.1 9.1 10.6 4.8 6.2 30000 9.5 11.9 _4.4 7.2 9.4 10.7 5.0 6.4 25 The result of this study shows that unmodified bitumen and unmodified asphalt can not meet the requirements of the asphalt industry. With bitumen modified by polymer reinforcements, the asphalt industry can significantly increase the performance characteristics of 30 hot blends. The specification-based performance could improve the properties of bitumen, asphalt, building materials, etc. by specifically selecting and using reinforcements with other polymers or additives.
Die Eigenschaften bituminöser Isolierungen (20%) sind nachfolgend zu ersehen: Tabelle 10 ohne Armierung mit Armierung 15 % Test Einheit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Penetration, 25° C, 100 g, 5 Sekunden, 0.1 mm mm 63 81 30 43 Ring & Kugel, Erweichungspunkt °C 47 42 72 65 Rotation Viskosity mit Brookfleld Viskosimeter Test Temperatur bei 150°C; 20 rpm mPa.s 344 285 3980 3673 Dynamic Shear G7 sin (Delta) Test Temp. eC @ 10 rad/s kPa °C 1.5 64 1,2 58 1.9 88 2,3 82 55 14The properties of bituminous insulation (20%) are shown below: Table 10 without armouring 15% test unit bitumen penetration 60/70 bitumen penetration 80/100 bitumen penetration 60/70 bitumen penetration 80/100 Penetration, 25 ° C, 100 g, 5 seconds, 0.1 mm mm 63 81 30 43 Ring & Sphere, softening point ° C 47 42 72 65 Rotation Viscosity with Brookfield Viscometer Test Temperature at 150 ° C; 20 rpm mPa.s 344 285 3980 3673 Dynamic Shear G7 sin (delta) test temp. EC @ 10 rad / s kPa ° C 1.5 64 1.2 58 1.9 88 2.3 82 55 14
AT 413 355 BAT 413 355 B
Nachfolgend Eigenschaften bituminö Tabelle 11 ser Dachbahnen ohne Armierung mit Armierung 15 % Test Einheit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Penetration, 25° C, 100 g, 5 Sekunden, 0.1 mm mm 63 81 25 30 Ring & Kugel, Erweichungspunkt °C 47 42 120 112 Rotation Viskosity mit Brookfield Viskosimeter Test Temperatur bei 150°C; 20 rpm mPa.s 344 285 6830 6201 Dynamic Shear G 7 sin (Delta) TestTemp. °C @ 10 rad/s kPa °C 1,5 64 1,2 58 nicht messbar nicht messbarBelow properties bituminö Table 11 ser Roofing membranes without reinforcement with reinforcement 15% Test Unit Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Bitumen Penetration 60/70 Bitumen Penetration 80/100 Penetration, 25 ° C, 100 g, 5 seconds, 0.1 mm mm 63 81 25 30 Ring & Sphere, softening point ° C 47 42 120 112 Rotation Viscosity with Brookfield viscometer Test temperature at 150 ° C; 20 rpm mPa.s 344 285 6830 6201 Dynamic Shear G 7 sin (Delta) TestTemp. ° C @ 10 rad / s kPa ° C 1.5 64 1.2 58 not measurable not measurable
Eigenschaften mit und ohne Zugabe von 5% und 15% zu einem Anhydnt Fließestrich Klasse E 300 F Gemäß ÖNORM B2232 nach 7 Tagen und 28 Tagen:__Properties with and without addition of 5% and 15% to an Anhydnt Floor Screed Class E 300 F According to ÖNORM B2232 after 7 days and 28 days: __
Tabelle 12 Einheit ohne Armierung mit 5% Armierung mit 15% Armierung Biegezugfestigkeit nach 7 Tagen N/mm2 6,7 6,6 6,5 Druckfestigkeit nach 7 Tagen N/mm2 29,1 32,5 31,4 Biegezugfestigkeit nach 28 Tagen N/mm2 6,9 6,7 6,8 Biegezugfestigkeit nach 28 Tagen N/mm2 31,7 34,1 32,9Table 12 Unit without reinforcement with 5% reinforcement with 15% reinforcement Flexural tensile strength after 7 days N / mm2 6.7 6.6 6.5 Compressive strength after 7 days N / mm2 29.1 32.5 31.4 Flexural strength after 28 days N / mm2 6.9 6.7 6.8 Bending tensile strength after 28 days N / mm2 31.7 34.1 32.9
Eigenschaften mit und ohne Zugabe von 5% und 15% zu einem Anhydnt Fließestrich Klasse E 225 F Gemäß ÖNORM B2232 nach 7 Tagen und 28 Tagen:__Properties with and without addition of 5% and 15% to an Anhydnt Floor Screed Class E 225 F According to ÖNORM B2232 after 7 days and 28 days: __
Tabelle 13 Einheit ohne Armierung mit 5% Armierung mit 15% Armierung Biegezugfestigkeit nach 7 Tagen N/mm2 6,3 6,4 6,1 Druckfestigkeit nach 7 Tagen N/mm2 25,6 26,8 27,3 Biegezugfestigkeit nach 28 Tagen N/mm2 6,2 6.1 5,9 Biegezugfestigkeit nach 28 Tagen N/mm2 27,1 28,7 29,4 55Table 13 Unit without reinforcement with 5% reinforcement with 15% reinforcement Flexural tensile strength after 7 days N / mm2 6.3 6.4 6.1 Compressive strength after 7 days N / mm2 25.6 26.8 27.3 Flexural strength after 28 days N / mm2 6.2 6.1 5.9 Bending tensile strength after 28 days N / mm2 27.1 28.7 29.4 55
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