Verfahren zur Herstellung einer sich nicht entmischenden Bitumenmasse Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung einer sich nicht entmischenden Bitumen masse, die bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Bindemittels weich und bei normalen Tempera turen fest und widerstandsfähig gegen äussere Druck beanspruchung ist. Derartige Körper werden in der Technik als festfliessend oder neuerdings mit Magmoid bezeichnet (siehe Strassen und Auto bahn 1957, Heft 1, Seite 10, über das Fliessver- mögen dünner Bitumenfilme ).
Stoffe mit solchen Eigenschaften sind in der Natur zu finden ; beispiels weise gehört Trinidadseeasphalt zu dieser Art von Bitumen. Dieses natürliche Produkt wurde früher vielfach zur Herstellung von Asphaltbelägen verwen det, und wird auch in letzter Zeit wieder als Bei mischung zu Strassenbelagsmaterialien benützt, weil es hervorragende Stabilitätseigenschaften aufweist. Diese sind dadurch bedingt, dass solche Produkte etwa zur Hälfte aus feinstem Mineralstaub von kol loidalen Dimensionen bestehen, der im Bitumen sus pendiert bleibt.
Die synthetische Herstellung solcher Produkte war bisher nicht gelungen, weil es unmög lich war, mit den üblichen Mischverfahren solche mineralische Feinstoffe mit Bitumen so zu vermen gen, dass die feinsten Teilchen in Suspension blei ben ; diese ballen sich beim Verrühren mit verflüs sigtem Bitumen gewöhnlich zusammen und setzen sich auf dem Boden ab, da sie nicht mehr durch Auf trieb im Bitumen in Schwebe gehalten werden.
Der in der Beschreibung verwendete Ausdruck Bitumen soll im weitesten Sinne ausgelegt wer den, und soll die eigentlichen Asphaltbitumen, also Petroleumrückstände, wie auch die Produkte der Trockendestillation von Kohle, also Teer und Teer pech umfassen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung einer sich nicht ent mischenden Bitumenmasse, die bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Bindemittels erweicht und bei normalen Temperaturen fest und wider standsfähig gegen äussere Druckbeanspruchungen ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mineralische Partikeln, die grösstenteils als Staubpartikeln von kol loidaler Dimension vorliegen, in einem geschlossenen Behälter durch mechanische Einwirkung in einen Schwebezustand versetzt,
und in diesem Zustand mit verflüssigtem Bitumen im Verhältnis von 35-60 9/o des Gesamtgewichtes der Masse besprüht werden.
Diese Bindemittelfilme zwischen benachbarten Staubpartikeln verhalten sich wie Flüssigkeiten in kapillaren Räumen und folgen daher dem Gesetz von Poiseuille.
Gemäss diesem Gesetz ist der Widerstand gegen Fliessen im Kapillarraum umgekehrt proportional der vierten Potenz des Durchmessers der Kapillare, im vorliegenden Fall des Wandabstandes zweier be nachbarter Staubteilchen, also der Bitumenfihndicke, und proportional dem Achtfachen der absoluten Vis kosität.
Das heisst, dass die Stabilität der Masse ein Maximum erreicht bei dünnsten Bindemittelfilmen und ein Minimum bei geringster Viskosität des Bindemittels, dass also die Masse bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Bindemittels flüssig ist, dass aber beim Erkalten der Masse in den zusam menhängenden Bitumenfilmen infolge ihrer kapil laren Dimensionen eine so hohe innere Reibung be steht,
dass eine Bewegung des Bindemittels relativ zu den eingeschlossenen Festteilchen erschwert oder verunmöglicht wird ; dies äussert sich in höchster Stabilität im kalten Zustand.
Als mineralische Feinstoffe, die ausschliesslich oder zum erheblichen Teil aus Staubpartikeln von kolloidalen Dimensionen bestehen, verwendet man beispielsweise Flugasche, Silikatmehle, Glasschleif- staub und anderen bei der Glasfabrikation anfallen den Feinstaub.
Dieses Material wird mit verflüssigtem Bitumen im Verhältnis von etwa 35-60 O%, zweck- mässig mit 45-55% des Gesamtgewichtes der Masse vermischt, und zwar in der Weise, dass jedes einzelne Staubteilchen mit einem dünnsten Bitumenfilm von kapillarer Dimension umhüllt wird.
Diese, jedes Feststoffteilchen umhüllendenFilme bilden ein zusam menhängendes Flüssigkeitssystem, in welchem die mineralischen Feststoffe suspendiert bleiben. In die ser Weise wird auf synthetischem Wege ein Produkt erhalten, das dem Naturasphalt äusserst ähnlich ist, was Fliessvermögen in der Wärme und Stabilität im kalten Zustand anbetrifft.
Der Naturasphalt gleicher Herkunft besitzt jedoch immer die gleichen Eigen schaften, und in vielen Fällen sind die handelsübli chen Asphaltbitumina nicht in der Lage, alle heute in der Praxis sich ergebenden Bedingungen zu erfüllen. Der grosse Vorteil des erfindungsgemässen Verfah rens besteht darin, dass man zur Vermischung mit dem mineralischen Staub nicht an ein Bitumen be stimmter Konsistenz gebunden ist, sondern dass As phaltbitumen oder Teerpech verschiedenster Quali täten erfindungsgemäss mit dem Staub vermischt werden können,
wodurch die Herstellung verschie denartiger für jeden Bedarf geeigneter Bitumen möb lich ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird z. B. chargenweise wie folgt durchgeführt: In einen ge schlossenen Behälter, in dessen unterem Teil zwei gegenläufig rotierende Wellen, die Wurfschaufeln tragen, gelagert sind, wird eine Charge von etwa 200 bis 500 kg der erwähnten mineralischen Feinstoffe von unten oder von der Seite her eingebracht. Im oberen Teil des Behälters ist ein Düsensystem vor gesehen, aus dessen Düsen verflüssigtes Bindemittel in genau abgemessener Menge unter Flüssigkeits druck fein zerstäubt werden kann.
Durch rasches Rotieren der Wurfschaufeln werden die staubför- migen Partikeln hochgewirbelt, und dadurch im Be hälterraum oberhalb der drehenden Schaufeln vor übergehend in Schwebezustand gehalten. Während die Schaufeln drehen, wird durch die Düsen von oben auf die schwebenden Staubteilchen verflüssigtes Bitumen zerstäubt in einer Menge, die gewichts- mässig etwa gleich dem Gewicht der in den Behälter eingebrachten Partikeln ist.
Durch das Besprühen der schwebendenPartikeln wird jedes einzelne dieserTeil- chen mit einem dünnen Bitumenfilm umhüllt. Sobald die vorbestimmte Menge Bindemittel versprüht ist, wird der Behälter entleert. Die erhaltene Masse ist weich, so lange das Bitumen eine Temperatur hat, die höher ist als sein Schmelzpunkt. Beim Erkalten erhärtet die Masse und zeigt grosse Stabilität.
Es hat sich gezeigt, dass bei Durchführung des Verfahrens unter gewissen Bedingungen ein pulver förmiges oder granuliertes, trockenes Zwischenpro dukt erhalten wird, das in kaltem Zustand transpor tiert und aufbewahrt werden kann. Diese Zwischen stufe wird dann erhalten, wenn die Vermischung der Feststoffe mit Bitumen im kalten System erfolgt, d. h. wenn die Feststoffe kalt in den Behälter ein gefüllt werden, und der Behälter selbst während des Betriebes gekühlt wird.
Unter diesen Bedingungen werden sich die schwe benden, feinsten Staubpartikeln auf den versprühten feinen Bitumentröpfchen ablagern und jedes Tröpf chen vollständig mit kalten Staubteilchen umhüllen. Es entsteht ein granuliertes lockeres Produkt, in wel chem das mit Staubteilchen umhüllte Bindemittel un sichtbar ist, und an der Oberfläche der einzelnen Körner die Bindekraft aufgehoben ist. Dieses granu lierte Material kann transportiert und bis zur Ver wendung in diesem Zustand gelagert werden.
Sobald es auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Bitumens erwärmt wird, kehrt sich die Phase um und das flüssig werdende Bindemittel verteilt sich sofort über die anhaftenden Mineralstaubteilchen.
Wenn der Mineralstaub heiss in den Behälter gebracht und dieser während des Betriebes mittels eines Heizmediums über der Schmelztemperatur des Bindemittels gehalten wird, so werden sich im ersten Moment der Bitumenversprühung, d. h. wenn eine Bitumenpartikel in den aufgewirbelten Mineralstaub eindringt, sofort Staubteilchen auf dem Bitumentröpf- chen anlagern, doch wird unmittelbar nach dem Zu sammenprallen das heisse Bitumen sich augenblick lich über die ebenfalls heissen Staubpartikeln aus breiten und diese umhüllen.
Das Besprühen lässt sich in etwa einer halben Minute durchführen.
Process for the production of a non-segregating bitumen mass The invention relates to a process for the manufacture of a non-segregating bitumen mass which is soft at temperatures above the melting point of the binder and firm and resistant to external pressure at normal temperatures. In technology, bodies of this kind are referred to as solid-flowing or, more recently, as magmoid (see Strassen und Autobahn 1957, No. 1, page 10, on the flow properties of thin bitumen films).
Substances with such properties can be found in nature; for example, Trinidad sea asphalt belongs to this type of bitumen. This natural product was previously widely used for the production of asphalt pavements, and has recently been used again as an admixture to road paving materials because it has excellent stability properties. These are due to the fact that such products consist of about half of the finest mineral dust of colloidal dimensions, which remains suspended in the bitumen.
The synthetic production of such products had not been successful up to now because it was impossible to mix such fine mineral substances with bitumen with the usual mixing processes in such a way that the finest particles remain in suspension; When mixed with liquefied bitumen, these usually clump together and settle on the floor, as they are no longer kept in suspension by uplift in the bitumen.
The term bitumen used in the description is intended to be interpreted in the broadest sense, and is intended to include the actual asphalt bitumen, ie petroleum residues, as well as the products of dry distillation of coal, ie tar and tar pitch.
The present invention now relates to a process for producing a non-segregating bitumen mass which softens at temperatures above the melting point of the binder and is solid and resistant to external pressure loads at normal temperatures, which is characterized in that mineral particles, for the most part present as dust particles of colloidal dimensions, suspended in a closed container by mechanical action,
and in this state are sprayed with liquefied bitumen in a ratio of 35-60 9 / o of the total weight of the mass.
These binder films between neighboring dust particles behave like liquids in capillary spaces and therefore follow Poiseuille's law.
According to this law, the resistance to flow in the capillary space is inversely proportional to the fourth power of the diameter of the capillary, in this case the distance to the wall between two neighboring dust particles, i.e. the bitumen film thickness, and proportional to eight times the absolute viscosity.
This means that the stability of the mass reaches a maximum with the thinnest binder films and a minimum with the lowest viscosity of the binder, i.e. that the mass is liquid at temperatures above the melting point of the binder, but that when the mass in the coherent bitumen films cools down as a result of it capillary dimensions there is such a high internal friction that
that a movement of the binding agent relative to the enclosed solid particles is made difficult or impossible; this manifests itself in the highest stability when cold.
As mineral fines, which consist exclusively or to a considerable extent of dust particles of colloidal dimensions, one uses, for example, fly ash, silicate flour, glass grinding dust and other fine dust that occurs during glass production.
This material is mixed with liquefied bitumen in a ratio of about 35-60%, expediently with 45-55% of the total weight of the mass, in such a way that each individual dust particle is covered with a thinnest bitumen film of capillary dimension.
These films enveloping each solid particle form a coherent liquid system in which the mineral solids remain suspended. In this way, a product is obtained synthetically which is extremely similar to natural asphalt in terms of fluidity in warmth and stability in the cold state.
Natural asphalt of the same origin, however, always has the same properties, and in many cases the commercially available asphalt bitumens are not able to meet all the conditions that arise in practice today. The great advantage of the method according to the invention is that you are not bound to a bitumen of a certain consistency for mixing with the mineral dust, but that asphalt bitumen or tar pitch of various qualities can be mixed with the dust according to the invention,
whereby the production of different bitumen suitable for every need is possible, please include.
The inventive method is z. B. carried out in batches as follows: In a ge closed container, in the lower part of which two counter-rotating shafts that carry throwing blades are stored, a batch of about 200 to 500 kg of the mineral fines mentioned is introduced from below or from the side . In the upper part of the container, a nozzle system is seen, from the nozzle of which liquefied binder can be finely atomized in precisely measured amounts under liquid pressure.
By rapidly rotating the throwing blades, the dust-like particles are whirled up and thus temporarily kept in suspension in the container space above the rotating blades. While the blades are turning, liquefied bitumen is atomized through the nozzles from above onto the floating dust particles in an amount that is roughly equal in weight to the weight of the particles introduced into the container.
By spraying the floating particles, each one of these particles is covered with a thin bitumen film. As soon as the predetermined amount of binding agent has been sprayed, the container is emptied. The resulting mass is soft as long as the bitumen has a temperature higher than its melting point. When cooling, the mass hardens and shows great stability.
It has been shown that when the method is carried out under certain conditions, a powdery or granulated, dry intermediate product is obtained which can be transported and stored in the cold state. This intermediate stage is obtained when the solids are mixed with bitumen in the cold system, i. H. when the solids are filled into the container cold and the container itself is cooled during operation.
Under these conditions, the floating, finest dust particles will be deposited on the sprayed fine bitumen droplets and each droplet will be completely covered with cold dust particles. The result is a granulated, loose product in which the binding agent covered with dust particles is invisible and the binding force on the surface of the individual grains is canceled. This granulated material can be transported and stored in this state until it is used.
As soon as it is heated to a temperature above the melting point of the bitumen, the phase is reversed and the liquid binder is immediately distributed over the adhering mineral dust particles.
If the mineral dust is brought into the container while it is hot and this is kept above the melting temperature of the binding agent by means of a heating medium, the bitumen spraying, i.e. H. if a bitumen particle penetrates the whirled-up mineral dust, dust particles immediately accumulate on the bitumen droplets, but immediately after the collision, the hot bitumen will spread over the hot dust particles and envelop them.
Spraying can be carried out in about half a minute.