Die Erfindung bezieht sich auf ein Mischgut zur Herstellung eines eine Eisbildung hemmenden und Schnee tauenden Strassenbelages, der aus einem Basismaterial, insbesondere aus einem asphalthaltigen bzw. bituminösen Material und aus Zusätzen von auftauenden Substanzen besteht. Ausserdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Mischgutes.
Es ist bekannt, dass Glatteis, je nach der relativen Luftfeuchtigkeit, bei Temperaturen zwischen + 20 und - 80C entsteht. Die stärksten Schneefälle kommen ebenfalls in diesem Temperaturbereich vor. Unterhalb von - 8C ist die Luftfeuchtigkeit zu gering für einen Niederschlag an der Strassenoberfläche und die Schneefälle sind spärlicher.
Zur Bekämpfung der Bildung von Glatteis und Schneebelag wurden bereits, insbesondere auf Brücken, geheizte Strassendecken verwendet, wobei die Heizung durch in die Strassendecke eingebettete elektrische Widerstände oder mittels von heissem Wasser durchflossenen Rohren erfolgte. Solche Anlagen sind naturgemäss ziemlich kostspielig und verbrauchen Energie, die von aussen zugeführt werden muss.
Es ist auch üblich, Salz auf die Strassenoberfläche zu streuen, z.B. Calzium- oder Natriumchlorid, welches stark hygroskopisch ist und den Gefrierpunkt des Wassers herabsetzt.
Die Wirkung des Salzstreuens ist jedoch im allgemeinen nur von kurzer Dauer, denn die Fahrzeuge treiben beim Darüberfahren das Salz an den Strassenrand, und das salzhaltige Wasser rinnt von der Strasse ab.
Um eine länger anhaltende Wirkung der auftauenden Substanzen zu erreichen, ist es auch bereits bekannt, während der Herstellung des Strassenbelages hygroskopische Salze oder Salzgemische in die Strassendecke einzubetten, indem auf eine erste verlegte Schicht aus heissem Teer als Basismaterial Salzteilchen aufgestreut werden und anschliessend ein weiterer Teerüberguss aufgebracht und mit Splitt eingewalzt wird; auf diese zweite Teerschicht kann dann nochmals Salz aufgestreut und schliesslich die Teerdeckschicht aufgebracht werden.
Dadurch soll erreicht werden, dass sich durch in den Strassenbelag eindiffundierende Feuchtigkeit innerhalb der Strassendecke eine salzhaltige Lauge bildet, die dann teils ausschwitzt, teils durch den Strassenverkehr mechanisch herausgepresst wird und so die Strassendecke mit einer dünnen, nicht trocknenden Laugeschicht überzieht. Diese Laugeschicht soll den sich bildenden Staub weitgehend abbinden, also eine Staubentwicklung auf der Strasse praktisch verhindern, und ausserdem bei einer Vereisung der Strassenoberfläche durch Schneefall oder Glatteis das Anfrieren der Eisdecke an der Strassenoberfläche verhindern.
Dieses bekannte Verfahren zur Herstellung von staubbindenden und nicht vereisenden Strassendecken hat jedoch den Nachteil, dass die auftauenden Substanzen innerhalb des Strassenbelages bei jeder Jahreszeit durch eindiffundierende Feuchtigkeit und insbesondere bei Regenfällen ständig zersetzt bzw. ausgelöst werden, so dass ihre gerade im Winter wichtige auftauende Wirkung nicht sehr lange anhält.
Die Dauer ihrer Wirksamkeit ist mit Sicherheit wesentlich geringer als die Lebensdauer der Strassendecke. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, dass die Herstellung der Strassendecke durch die Notwendigkeit kompliziert und verteuert wird, die auftauenden Salzteilchen dünn und möglichst gleichmässig auf eine frisch verlegte Teerschicht aufstreuen zu müssen. Ausserdem muss dafür gesorgt werden, dass die Salzteilchen, solange sie noch nicht durch eine obere Teerschicht abgedeckt sind, gegen die Einwirkung von Feuchtigkeit und Regen möglichst geschützt werden müssen.
Schliesslich ist die schichtweise Anordnung von Teer und Salzteilchen ungünstig, weil auf diese Weise keine gleichmässige Verteilung der Salzteilchen längs der Dicken-Abmessung des Strassenbelages gegeben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der erwähnten Nachteile ein Mischgut zu schaffen, mit welchem in üblicher Weise und ohne besondere Zwischenschritte ein Strassenbelag verlegt werden kann, der gleichmässig verteilte Teilchen aus auftauenden Substanzen enthält, welche im wesentlichen nur jeweils an der Oberfläche des Strassenbelages unter der Einwirkung von Feuchtigkeit wirksam werden, ohne dass dabei die noch im Inneren des Strassenbelages eingebetteten Substanzen infolge der eindiffundierenden Feuchtigkeit vorzeitig ihre Wirksamkeit verlieren.
Ausgehend von einem Mischgut der eingangs beschriebenen Art ist die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass die Zusätze aus gleichmässig im Basismaterial verteilten, individuellen Teilchen bestehen und der grösste Teil dieser Teilchen mit einer wasserdichten, gegen über der auftauenden Substanz und gegenüber der Temperatur des Mischgutes bei dessen Aufbereitung zwecks Aufbringung als Strassenbelag beständigen, jedoch durch mechanische Einwirkung zerstörbaren Umhüllung versehen ist.
Dadurch wird erreicht, dass die mit einer Umhüllung, z.B.
aus Leinöl, versehenen Teilchen im wesentlichen solange vor der Einwirkung von Feuchtigkeit und damit gegen Zersetzung geschützt sind, bis die Umhüllung mechanisch zerstört bzw.
abgerieben wird; diese mechanische Einwirkung, durch welche die Teilchenkerne aus auftauenden Substanzen freigelegt werden, ist im wesentlichen durch die normale Abnützung des verlegten Strassenbelages infolge des Verkehrs gegeben; dabei verlieren nur jeweils die an der Oberfläche des Strassenbelages erscheinenden Teilchen durch Abrieb ihre Umhüllung an der Oberseite, so dass die nunmehr freigelegte chemische, auftauende Substanz mit der Luftfeuchtigkeit, dem Regenwasser oder dem Schnee in Berührung kommen kann. Nur in dem Masse, wie die Dicke des Strassenbelages abgenützt wird, werden daher nacheinander die ursprünglich tiefer liegenden und bis zu diesem Zeitpunkt geschützten Teilchen wirksam, so dass die auftauende Wirkung in praktisch gleichmässiger Stärke während der gesamten Lebensdauer des Strassenbelages selber erhalten bleibt.
Während der Herstellung des Mischgutes im Mischer sowie bei der Verlegung des Mischgutes unter Verwendung von Rüttlern und Walzen werden naturgemäss die Umhüllungen einiger der Teilchen beschädigt oder einige Teilchen zerbrochen, so dass sich insbesondere an der Oberfläche des frisch verlegten Strassenbelages bereits ein gewisser Anteil von Teilchen befindet, deren innere aktive Substanz nicht ganz durch die Umhüllung geschützt ist und daher unter der Einwirkung von Feuchtigkeit sofort wirksam wird; das ist jedoch wünschenswert, damit ein gewisser auftauender Effekt an der frischen Strassenoberfläche sofort wirksam wird. Der grösste Teil der im Innern des Strassenbelages eingebetteten Teilchen jedoch ist, wie Versuche zeigten, vollständig von der wasserdichten Umhüllung umgeben und daher sozusagen konserviert, bis die Strassendecke den entsprechenden Abrieb erfahren hat.
Das Verfahren zur Herstellung eines Mischgutes nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die die Zusätze bildenden, mit einer Umhüllung zu versehenden Teilchen im gewünschten Gewichtsverhältnis gemischt und dann mit dem Umhüllungsmaterial in flüssiger Form umgeben werden, danach die nicht mit einer Umhüllung zu versehenden Teilchen im gewünschten Gewichtsverhältnis zugegeben werden und schliesslich die so erhaltene fertige Mischung im gewünschten Verhältnis in das Basismaterial eingemischt wird.
Auch diese Massnahme ist ausserordentlich vorteilhaft, weil man von Fall zu Fall den Anteil der Zusätze den äusseren Bedingungen optimal anpassen kann, welche naturgemäss davon abhängen, ob der Strassenbelag auf einer Brücke, in einem Waldabschnitt, im Gebirge oder in der Ebene verlegt wird. Da man in den meisten Fällen für jeden Streckenab schnitt die jahreszeitlich zu erwartenden mittleren Niederschlags- bzw. Schneemengen und Temperaturen und ausserdem die Durchlässigkeit des verwendeten Strassenbelages, insbesondere des verwendeten Bitumen, für Wasser kennt, lässt sich der optimale Anteil der Zusätze als Funktion dieser Bedingungen und der entsprechenden verwendeten chemischen Substanzen mit ausreichender Genauigkeit berechnen.
Man weiss beispielsweise, dass die temperaturabhängigen Diffusionskoeffizienten für Bitumen ungefähr stets die Grössenordnung von 1 x 10-8 Gramm je Zentimeter Dicke, je cm2 Oberfläche, je Stunde und für eine Druckdifferenz von 1 mm Quecksilber haben.
Vorzugsweise bestehen die Zusätze aus einer Mischung mit ungefähr 5 Gewichtsteilen Natriumhydroxid, ungefähr 95 Gewichtsteilen Calziumchlorid und ausserdem ungefähr 0,2 Gewichtsteilen Calziumhydrid; die Hydroxid- und die Chloridteilchen sind dabei mit einer Umhüllung versehen, während die Teilchen aus Calziumhydrid, welches mit Wasser auch bei tiefen Temperaturen reagiert, keine Umhüllung aufweisen.
Weitere Einzelheiten der Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Abschnitt der oberen Schicht eines mit dem Mischgut nach der Erfindung hergestellten Strassenbelages,
Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt aus der Fig. 1 und
Fig. 3 ein Schema zur Veranschaulichung einiger Verfahrensschritte bei der Herstellung des Mischgutes nach der Erfindung.
Im Beispiel nach den Fig. 1 und 2 enthält die mit einem Mischgut nach der Erfindung hergestellte obere Schicht 1 eines Strassenbelages, deren Dicke etea 4 bis 6 cm beträgt, drei Sorten von individuellen Teilchen 2, 3 und 8, welche gleichmässig im Basismaterial 4, beispielsweise einem Asphalt-Sand Gemisch, verteilt sind. Diese individuellen Teilchen 2, 3 und 8 werden vor der Herstellung des Strassenbelages, vorzugsweise unmittelbar an der Arbeitsstelle, in das Basismaterial eingemischt, so dass anschliessend das fertige Mischgut in üblicher Weise und mit üblichen Maschinen verlegt werden kann.
Jedes Teilchen 2 der einen Sorte besteht aus einem Teilchenkern, der Calziumchloridkristalle 5 enthält (Fig. 2), und aus einer den Teilchenkern umgebenden dichten Umhüllung 7 aus Leinöl. Jedes Teilchen 3 der zweiten Sorte besteht aus einem Teilchenkern, der Natriumhydroxid 6 enthält, und ebenfalls aus einer den Teilchenkern umgebenden dichten Umhüllung 7 aus Leinöl. Jedes Teilchen 8 der dritten Sorte besteht aus einem Calziumhydrid-Teilchen und weist keine Umhüllung auf. Alle Teilchen sind klein im Vergleich zur Dicke der Schicht 1 und haben entweder die Form von Pastillen, Schuppen, Perlen oder wenigstens näherungsweise kugelförmigen Partikeln. Die grösste Ausdehnung der Teilchen kann zwischen ungefähr 2 bis 10 mm liegen, während der Durchmesser der wenigstens näherungsweise kugelförmigen Partikel zwischen ungefähr 2 bis 7 mm betragen kann.
Im betrachteten Beispiel haben die schuppenförmigen Teilchen 2 eine Länge von ungefähr 5 mm und eine Breite oder Dicke von ungefähr 1 mm.
Je nach der geographischen und klimatischen Situation, die an dem zu verlegenden Strassenabschnitt herrscht, kann der Anteil der die auftauenden Zusätze bildenden Teilchen zwischen 2 und 7 Gew.% des Basismaterials 4 betragen. Das Gewichtsverhältnis von Calziumchlorid zu Natriumhydroxid in der Teilchenmischung beträgt ungefähr 15:1 bis 20 1, während der Anteil von Calziumhydrid zwischen ungefähr 0,15 und 0,3 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der übrigen, die Zusätze bildenden Substanzen, beträgt.
Die Wirkung der auftauenden chemischen Substanzen im Strassenbelag kommt folgendermassen zustande:
Bekanntlich sind Strassen mit einer mittleren bis starken Verkehrsdichte gewöhnlich einem Abrieb unterworfen, der die Dicke des Strassenbelages um etwa 5 bis 10 mm pro Jahr verringert. Wenn die Abnützung des Strassenbelages beginnt, wird bei einer Anzahl der in der obersten Schicht eingebetteten Teilchen an der Oberseite durch Abrieb die Umhüllung 7 geöffnet, wie es schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, und der Teilchenkern mit der aktiven Substanz kommt mit dem in der Luft enthaltenen Wasserdampf, mit Regenwasser oder mit Schnee in Berührung. Das stark hygroskopische Natriumhydroxid bzw. Ätznatron löst sich exotherm, und der in der näheren Umgebung auffallende Schnee beginnt zu schmelzen.
Das so gebildete Wasser kommt mit dem ebenfalls stark hygroskopischen Calziumchlorid in Berührung, das in den benachbarten, ebenfalls durch Abrieb freigelegten Teilchenkernen enthalten ist. Der Gefrierpunkt des Wassers wird dabei stark herabgesetzt, und es beginnen sich um die kleinen Hohlräume der Strassenoberfläche, in denen Calziumchloridkristalle enthalten sind, stark salzhaltige Wasserflächen zu bilden, die sich langsam auf die ganze Strassenoberfläche ausdehnen und jegliche Glatteisbildung wirksam verhindern.
In dem Masse, wie der Strassenbelag durch Abnützung abgerieben wird, erscheinen immer neue, ursprünglich tiefer liegende Teilchen an der Strassenoberfläche und werden durch Freilegung ihres Teilchenkerns wirksam, so dass die auftauende Wirksamkeit der Substanzen praktisch in gleichmässiger Stärke während der gesamten Lebensdauer des Strassenbelages erhalten bleibt.
Da wenigstens der grösste Teil der noch unter der Strassenoberfläche befindlichen Teilchen im wesentlichen von einer wasserdichten und gegenüber der auftauenden Substanz beständigen Umhüllung 7 vollständig umgeben ist, können die Teilchenkerne dieser im Innern des Strassenbelages eingebetteten Teilchen nicht vorzeitig durch in den Strassenbelag eindiffundierende Feuchtigkeit angegriffen bzw. zersetzt werden, so dass ihre Wirksamkeit sozusagen konserviert wird, bis der Abrieb des Strassenbelages ein entsprechendes Mass erreicht hat.
Da ferner die nur sehr kleinen Hohlräume, die sich durch Abrieb der Teilchenumhüllung an der Oberfläche des Strassenbelages sowie durch teilweise Auflösung des Teilchenkernes bilden, praktisch quasi-kapillare Abmessungen aufweisen, wird verhindert, dass bei höheren Temperaturen, die eine Schnee- oder Glatteisbildung ausschliessen, also besonders im Sommer, Feuchtigkeit oder selbst starker Regen die aktiven Teilchenkerne rasch fortspült, so dass auch die bereits freigelegten Teilchenkerne an der Strassenoberfläche lange wirksam bleiben. Ausserdem kristallisiert das restliche Salz in den Hohlräumen erneut, sobald die Strasse trocknet, und steht dadurch für eine erneute Reaktion zur Verfügung.
Der Wahl von Calziumchlorid liegen einerseits wirtschaftliche Überlegungen zugrunde, andererseits weist dieses Salz auch hervorragende Eigenschaften für den gewünschten Zweck auf, da es den Gefrierpunkt des Wassers am stärksten herabsetzt, eine exotherme Reaktion liefert, sehr hygroskopisch ist und bei Trocknung als Hydrat bzw. mit Wasser gemischt rekristallisiert. Natriumhydroxid ist ebenfalls vom Kostenstandpunkt aus und im Hinblick auf seine Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf seine Reaktionswärmeentwicklung und sein hygroskopisches Verhalten, sehr günstig.
Ferner entstehen bei der Hydrolyse des Calziumchlorids Chlorionen und bei der Auflösung des Natriumhydroxids Natriumionen, die zur Herabsetzung des Gefrierpunktes des Wassers beitragen. Durch die Wahl einer Mischung von Calziumchloridteilchen und Natriumhydroxidteilchen als auftauende aktive Substanzen wird also, unter Ausnutzung der sich abspielenden chemischen Reaktionen, eine besonders nachhaltige und lange andauernde auftauende Wirkung erreicht.
Diese Wirkung wird durch die Zugabe von Calziumhydrid Teilchen noch verstärkt, da Calziumhydrid auch bei tiefen Temperaturen mit Wasser reagiert.
Als auftauende Substanzen können anstelle des bevorzugt zu verwendeten Calziumchlorids auch Calziumbromid oder Calziumjodid oder andere geeignete Chloride, Bromide oder Jodide verwendet werden, während anstelle des Natriumhydroxids andere geeignete Hydroxide oder Hydroxid-Mischungen sowie andere unter der Einwirkung von Feuchtigkeit exotherm reagierende Substanzen verwendet werden können.
Wesentlich ist, dass die Salzkristalle, im betrachteten Beispiel also die Calziumchloridteilchen, und die Hydroxidteilchen, im betrachteten Beispiel also die Natriumhydroxidteilchen, mit einer wasserdichten Umhüllung umgeben sind, damit eine vorzeitige Hydrolyse bzw. Reaktion der noch im Innern des Strassenbelages eingebetteten Teilchen unter der Wirkung der in den Strassenbelag eindiffundierenden Feuchtigkeit vermieden wird. Diese Umhüllung 7 muss daher wasserdicht und gegenüber der chemischen Substanz des Teilchenkerns sowie gegenüber der Temperatur des Mischgutes bei dessen Aufbereitung zwecks Aufbringung als Strassenbelag beständig sein; diese Temperaturen können im allgemeinen maximal bei 150oC liegen.
Als besonders zweclcmässiges Umhüllungsmaterial hat sich ein trocknendes Pflanzenöl, insbesondere Leinöl, erwiesen; es kann jedoch beispielsweise auch Sojaöl verwendet werden.
Ferner lassen sich als Umhüllungen auch geeignete Kunststoffe verwenden, beispielsweise auf der Basis von Vinylazetat, Polyvinylalkohol, Epoxydharz oder Acrylharz. Ebenso kann als Umhüllung ein geeignetes Erdöl-Derivat benutzt werden, welches das Bitumen des Basismaterials nicht angreift; dazu ist insbesondere ein Bitumen-Solvent geeignet. Prinzipiell lassen sich als Umhüllung Substanzen verwenden, die wasserdicht und gegen die auftauenden Substanzen sowie bei den Aufbereitungs- und Verlegungstemperaturen des Mischgutes beständig sind, nur eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme haben und nach der Trocknung möglichst nicht kleben. Je nach dem Material liegt die Dicke der Umhüllung bei einigen 10-3 bis 10-l mm.
In Fig. 3 ist die Aufbereitung der Teilchen beispielsweise schematisch veranschaulicht. In einem Vorratsbehälter 10 werden z.B. 94,5-95 Gewichtsteile Calziumchlorid-Kiristalle und 5 bis 5,5 Gewichtsteile Natriumhydroxidteilchen gemischt.
Eine dabei bereits eventuell stattfindende gewisse Reaktion einiger Teilchen unter Bildung von Natriumchlorid und Calziumhydroxid spielt keine Rolle. Aus dem Vorratsbehälter 10 gelangt die Teilchenmischung über ein Förderband 11, welches perforiert oder als Gitter ausgebildet ist, in ein Ölbad 12, z.B.
aus Leinöl, durch welches das Förderband 11 mit den daraufliegenden Teilchen hindurchgezogen wird. Anschliessend kann das Öl abtropfen; vorzugsweise ist das Förderband mit einer nicht dargestellten Vibrationsvorrichtung verbunden, die das Abtropfen beschleunigt und die Verteilung der Teilchen auf der Bandoberfläche verbessert. Die Dicke der Ölschicht beträgt im allgemeinen nur einige Mikron. Zur Beschleunigung der Trocknung der Olhülle kann das Förderband 11 dann noch einen Trockentunnel 13 durchlaufen, der z.B. mit einer Infrarotheizung versehen ist. Eine solche besondere Trocknungsbehandlung ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Am Ausgang des Trockentunnels 13 fallen die mit einer Ölhülle umgebenen Teilchen in einen Vorratsbehälter 14 oder einen Mischer, in welchem sie mit Calziumhydrid-Pulver gleichmässig durchmischt werden. Der Anteil an Calziumhydrid beträgt vorzugsweise 0,2 Gewichtsteile auf je 100 Gewichtsteile der ursprünglichen Calziumchlorid- und Natriumhydroxid-Mischung. Der gesamte Aufbereitungsvorgang erfolgt bei äusserst geringer Luftfeuchtigkeit.
Anstatt die mit einer Umhüllung zu versehenden Teilchen in ein entsprechendes Flüssigkeitsbad zu tauchen, können die Teilchen auch durch Besprühen mit der Umhüllung überzogen werden. Zu diesem Zweck können die mit einer Umhüllung zu versehenden Substanzteilchen im gewünschten Gewichtsverhältnis in einen Mischer eingegeben werden, in welchen dann das flüssige Umhüllungsmaterial, mit Hilfe von Düsen oder Spritzpistolen eingesprüht wird. Anschliessend wird dann in der gewünschten Menge Calziumhydrid zugefügt. Die fertig hergestellte Mischung der Zusätze wird dann zweckmässigerweise in geeignete Behälter oder Säcke abgefüllt und zur Baustelle bzw. zur Mischanlage für das Mischgut transportiert, wo diese Zusätze vor der Herstellung des Strassenbelages dem Basismaterial des Mischgutes beigemischt werden.
Bei dieser Einmischung der Zusätze in das Basismaterial kann naturgemäss ein Anteil der Teilchen beschädigt oder zerbrochen bzw.
die Umhüllung einer Anzahl von Teilchen beschädigt werden.
Ebenso werden bei der Verlegung des Mischgutes unter Verwendung von üblichen Rüttlern und Walzen die an der Oberfläche befindlichen Teilchen teilweise zerbrochen bzw. an ihren Umhüllungen beschädigt, so dass an der Oberfläche des frisch verlegten Strassenbelages bereits ein gewisser Anteil von Teilchen vorhanden ist, deren innerer aktiver Teilchenkern nicht vollständig von der Umhüllung geschützt ist. Das ist jedoch keineswegs nachteilig, sondern vielmehr wünschenswert, damit ein gewisser auftauender Effekt an der frischen Strassenoberfläche sofort wirksam wird. Der grösste Teil der im Innern des Strassenbelages eingebetteten Teilchen jedoch bleibt durch die wasserdichte unbeschädigte Umhüllung weitgehend geschützt.
Die Gesamtmenge der in das Mischgut eingegebenen auftauenden Zusätze und deren Mischungsverhältnis hängen im wesentlichen von der Art und der Dichte des Verkehrs sowie von den klimatischen Bedingungen am Ort des zu errichtenden Strassenabschnittes ab und können, da die Durchlässigkeit des Strassenbelages gegenüber Wasser sowie die anderen Eigenschaften des Strassenbelages bekannt sind, gut im Hinblick auf eine optimale Wirkung abgeschätzt werden.
PATENTANSPRUCH 1
Mischgut zur Herstellung eines eine Eisbildung hemmenden und Schnee tauenden Strassenbelags, der aus einem Basismaterial, insbesondere aus einem asphalthaltigen bzw. bituminösen Material, und aus Zusätzen von auftauenden Substanzen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusätze aus gleichmässig im Basismaterial (4) verteilten, individuellen Teilchen (2, 3) bestehen und der grösste Teil dieser Teilchen (2, 3) mit einer wasserdichten, gegenüber der auftauenden Substanz und gegenüber der Temperatur des Mischguts bei dessen Aufbereitung zwecks Aufbringung als Strassenbelag beständigen, jedoch durch mechanische Einwirkung zerstörbaren Umhüllung (7) versehen ist.
PATENTANSPRUCH II
Verfahren zur Herstellung eines Mischgutes nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die die Zusätze bildenden, mit einer Umhüllung zu versehenden Teilchen im gewünschten Gewichtsverhältnis gemischt und dann mit dem Umhüllungsmaterial in flüssiger Form umgeben werden, danach die nicht mit einer Umhüllung zu versehenden Teilchen im gewünschten Gewichtsverhältnis zugegeben werden und schliesslich die so erhaltene fertige Mischung im gewünschten Verhältnis in das Basismaterial eingemischt wird.
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The invention relates to a mixed material for the production of a road surface that inhibits ice formation and thaws snow, which consists of a base material, in particular an asphalt-containing or bituminous material and additives of thawing substances. The invention also relates to a method for producing this mixed material.
It is known that black ice forms at temperatures between + 20 and - 80C, depending on the relative humidity. The heaviest snowfalls also occur in this temperature range. Below -8C, the humidity is too low for precipitation on the road surface and the snowfalls are sparse.
To combat the formation of black ice and snow cover, heated road surfaces have already been used, in particular on bridges, the heating being effected by electrical resistors embedded in the road surface or by means of pipes through which hot water flows. Such systems are naturally quite expensive and consume energy that has to be supplied from outside.
It is also common to sprinkle salt on the road surface, e.g. Calcium or sodium chloride, which is very hygroscopic and lowers the freezing point of water.
However, the effect of the salt litter is generally only of short duration, because the vehicles drive the salt to the side of the road when driving over it, and the salty water runs off the road.
In order to achieve a longer-lasting effect of the thawing substances, it is already known to embed hygroscopic salts or salt mixtures in the road surface during the production of the road surface, by sprinkling salt particles on a first laid layer of hot tar as the base material and then pouring another tar over the road is applied and rolled in with chippings; Salt can then be sprinkled again on this second tar layer and finally the tar top layer can be applied.
This is intended to ensure that moisture diffusing into the pavement forms a salty lye inside the road surface, which then partly sweats out, partly is mechanically pressed out by road traffic and thus covers the road surface with a thin, non-drying layer of caustic. This caustic layer should largely bind the dust that forms, i.e. practically prevent the development of dust on the road, and also prevent the ice cover from freezing to the road surface if the road surface is iced up by snowfall or black ice.
However, this known method for the production of dust-binding and non-icing road surfaces has the disadvantage that the thawing substances within the road surface are constantly decomposed or triggered in every season of the year by diffusing moisture and especially when it rains, so that their thawing effect, which is important in winter, does not lasts a very long time.
The duration of their effectiveness is certainly much shorter than the service life of the road surface. Another disadvantage of this known method is that the production of the road surface is complicated and expensive due to the need to sprinkle the thawing salt particles thinly and as evenly as possible on a freshly laid tar layer. In addition, it must be ensured that the salt particles, as long as they are not covered by an upper layer of tar, must be protected as far as possible against the effects of moisture and rain.
Finally, the layered arrangement of tar and salt particles is unfavorable because in this way there is no even distribution of the salt particles along the thickness of the road surface.
The invention is based on the object of avoiding the disadvantages mentioned, with which a road surface can be laid in the usual way and without special intermediate steps, which contains evenly distributed particles of thawing substances, which essentially only on the surface of the Road pavement become effective under the action of moisture, without the substances still embedded in the interior of the pavement losing their effectiveness prematurely as a result of the diffusing moisture.
Starting from a mixture of the type described at the outset, the invention for solving this problem is characterized in that the additives consist of individual particles evenly distributed in the base material and the majority of these particles are waterproofed against the thawing substance and against the temperature of the Mixing material for the preparation of which is provided as a road surface that is resistant but can be destroyed by mechanical action.
It is thereby achieved that those with a covering, e.g.
made of linseed oil, are essentially protected from the action of moisture and thus from decomposition until the coating is mechanically destroyed or
is rubbed off; This mechanical action, by which the particle cores are exposed from thawing substances, is essentially given by the normal wear and tear of the laid road surface as a result of traffic; only the particles appearing on the surface of the pavement lose their covering on the upper side due to abrasion, so that the now exposed chemical, thawing substance can come into contact with the humidity, rainwater or snow. Only to the extent that the thickness of the pavement is worn down, the originally deeper-lying and up to this point protected particles become effective, so that the thawing effect is maintained in a practically uniform strength throughout the life of the pavement itself.
During the production of the mix in the mixer and when laying the mix using vibrators and rollers, the envelopes of some of the particles are naturally damaged or some particles are broken, so that a certain proportion of particles is already on the surface of the freshly laid pavement , the inner active substance of which is not completely protected by the envelope and therefore becomes effective immediately under the action of moisture; however, this is desirable so that a certain thawing effect on the fresh road surface takes effect immediately. Most of the particles embedded in the interior of the road surface, however, as tests have shown, are completely surrounded by the watertight covering and are therefore preserved, so to speak, until the road surface has experienced the corresponding abrasion.
The method for producing a mixed material according to the invention is characterized in that the additives forming the particles to be provided with a coating are mixed in the desired weight ratio and then surrounded with the coating material in liquid form, then the particles not to be provided with a coating in the desired weight ratio are added and finally the finished mixture obtained in this way is mixed into the base material in the desired ratio.
This measure is also extremely advantageous because the proportion of additives can be optimally adjusted from case to case to the external conditions, which naturally depend on whether the road surface is laid on a bridge, in a forest section, in the mountains or on the plain. Since in most cases the average amount of precipitation or snow to be expected for each stretch of the road and temperatures and also the permeability of the road surface used, in particular the bitumen used, is known, the optimal proportion of additives can be determined as a function of these conditions and the corresponding chemical substances used with sufficient accuracy.
It is known, for example, that the temperature-dependent diffusion coefficients for bitumen are approximately always on the order of 1 x 10-8 grams per centimeter of thickness, per cm2 of surface area, per hour and for a pressure difference of 1 mm of mercury.
The additives preferably consist of a mixture of approximately 5 parts by weight of sodium hydroxide, approximately 95 parts by weight of calcium chloride and also approximately 0.2 parts by weight of calcium hydride; the hydroxide and chloride particles are provided with a coating, while the particles of calcium hydride, which reacts with water even at low temperatures, have no coating.
Further details of the features of the invention emerge from the subclaims.
The invention is explained in more detail with reference to the drawing using a schematically illustrated embodiment.
Show it:
1 shows a vertical section through a section of the upper layer of a road surface produced with the mix according to the invention,
FIG. 2 shows an enlarged detail from FIGS. 1 and
3 shows a diagram to illustrate some process steps in the production of the mixed material according to the invention.
In the example according to FIGS. 1 and 2, the upper layer 1 of a road surface produced with a mixture according to the invention, the thickness of which is about 4 to 6 cm, contains three types of individual particles 2, 3 and 8, which are uniformly in the base material 4, for example an asphalt-sand mixture. These individual particles 2, 3 and 8 are mixed into the base material before the road surface is produced, preferably directly at the work site, so that the finished mix can then be laid in the usual way and with the usual machines.
Each particle 2 of the one type consists of a particle core which contains calcium chloride crystals 5 (FIG. 2), and a dense coating 7 of linseed oil surrounding the particle core. Each particle 3 of the second type consists of a particle core which contains sodium hydroxide 6 and also of a dense envelope 7 of linseed oil surrounding the particle core. Each particle 8 of the third kind consists of a calcium hydride particle and has no coating. All particles are small compared to the thickness of the layer 1 and either have the shape of lozenges, flakes, pearls or at least approximately spherical particles. The largest dimension of the particles can be between approximately 2 to 10 mm, while the diameter of the at least approximately spherical particles can be between approximately 2 to 7 mm.
In the example under consideration, the flaky particles 2 have a length of approximately 5 mm and a width or thickness of approximately 1 mm.
Depending on the geographical and climatic situation prevailing on the section of road to be laid, the proportion of the particles forming the thawing additives can be between 2 and 7% by weight of the base material 4. The weight ratio of calcium chloride to sodium hydroxide in the particle mixture is approximately 15: 1 to 20 1, while the proportion of calcium hydride is between approximately 0.15 and 0.3% by weight, based on the weight of the other substances forming the additives.
The effect of the thawing chemical substances in the road surface comes about as follows:
As is known, roads with a medium to heavy traffic density are usually subject to abrasion which reduces the thickness of the road surface by about 5 to 10 mm per year. When the wear and tear of the pavement begins, the covering 7 is opened by abrasion on a number of the particles embedded in the top layer, as shown schematically in FIG. 2, and the particle core with the active substance comes with that in the Water vapor contained in air, in contact with rainwater or snow. The highly hygroscopic sodium hydroxide or caustic soda dissolves exothermically, and the snow falling in the vicinity begins to melt.
The water formed in this way comes into contact with the highly hygroscopic calcium chloride, which is contained in the neighboring particle cores, which are also exposed by abrasion. The freezing point of the water is greatly reduced, and the small cavities on the road surface containing calcium chloride crystals begin to form areas of high salty water, which slowly expand over the entire road surface and effectively prevent any black ice from forming.
To the extent that the road surface is rubbed off by wear and tear, new, originally deeper-lying particles appear on the road surface and become effective by exposing their particle core, so that the thawing effectiveness of the substances remains practically uniform throughout the life of the road surface .
Since at least the majority of the particles still under the road surface are essentially completely surrounded by a waterproof coating 7 that is resistant to the thawing substance, the particle cores of these particles embedded in the interior of the road surface cannot be prematurely attacked or attacked by moisture diffusing into the road surface. are decomposed, so that their effectiveness is preserved, so to speak, until the abrasion of the road surface has reached a corresponding level.
Furthermore, since the only very small cavities, which are formed by abrasion of the particle coating on the surface of the road surface and by partial dissolution of the particle core, have practically quasi-capillary dimensions, it is prevented that at higher temperatures, which exclude the formation of snow or black ice, So especially in summer, moisture or even heavy rain washes away the active particle cores quickly, so that the already exposed particle cores remain effective on the road surface for a long time. In addition, the remaining salt in the cavities crystallizes again as soon as the road dries and is therefore available for a new reaction.
The choice of calcium chloride is based, on the one hand, on economic considerations, on the other hand, this salt also has excellent properties for the desired purpose, since it lowers the freezing point of water the most, provides an exothermic reaction, is very hygroscopic and when dried as a hydrate or with water mixed recrystallized. Sodium hydroxide is also very favorable from a cost standpoint and with regard to its properties, in particular with regard to its heat of reaction and its hygroscopic behavior.
In addition, the hydrolysis of calcium chloride produces chlorine ions and the dissolution of sodium hydroxide produces sodium ions, which contribute to lowering the freezing point of water. By choosing a mixture of calcium chloride particles and sodium hydroxide particles as thawing active substances, a particularly sustained and long-lasting thawing effect is achieved using the chemical reactions that take place.
This effect is reinforced by the addition of calcium hydride particles, since calcium hydride reacts with water even at low temperatures.
Instead of the preferred calcium chloride, calcium bromide or calcium iodide or other suitable chlorides, bromides or iodides can be used as thawing substances, while other suitable hydroxides or hydroxide mixtures and other substances which react exothermically under the action of moisture can be used instead of sodium hydroxide.
It is essential that the salt crystals, i.e. the calcium chloride particles in the example under consideration, and the hydroxide particles, i.e. the sodium hydroxide particles in the example under consideration, are surrounded by a watertight coating, so that premature hydrolysis or reaction of the particles still embedded in the interior of the road surface takes effect the moisture diffusing into the road surface is avoided. This casing 7 must therefore be watertight and resistant to the chemical substance of the particle core and to the temperature of the mixed material during its preparation for the purpose of application as a road surface; these temperatures can generally be a maximum of 150oC.
A drying vegetable oil, in particular linseed oil, has proven to be a particularly useful covering material; however, soybean oil, for example, can also be used.
Furthermore, suitable plastics can also be used as sheaths, for example based on vinyl acetate, polyvinyl alcohol, epoxy resin or acrylic resin. A suitable petroleum derivative that does not attack the bitumen of the base material can also be used as a coating; a bitumen solvent is particularly suitable for this. In principle, substances that are waterproof and resistant to the thawing substances as well as the processing and laying temperatures of the mixed material, have only a low level of moisture absorption and, if possible, do not stick after drying can be used as a cover. Depending on the material, the thickness of the envelope is a few 10-3 to 10-1 mm.
In Fig. 3, the preparation of the particles is illustrated schematically, for example. In a storage container 10 e.g. 94.5-95 parts by weight calcium chloride crystals and 5 to 5.5 parts by weight sodium hydroxide particles mixed.
A certain reaction of some particles that may already take place with the formation of sodium chloride and calcium hydroxide does not play a role. From the storage container 10, the particle mixture passes via a conveyor belt 11, which is perforated or designed as a grid, into an oil bath 12, e.g.
of linseed oil, through which the conveyor belt 11 with the particles lying on it is pulled. The oil can then drain off; Preferably, the conveyor belt is connected to a vibration device, not shown, which accelerates the dripping and improves the distribution of the particles on the belt surface. The thickness of the oil layer is generally only a few microns. To accelerate the drying of the oil casing, the conveyor belt 11 can then pass through a drying tunnel 13, e.g. is provided with infrared heating. However, such a special drying treatment is not absolutely necessary.
At the exit of the drying tunnel 13, the particles surrounded by an oil shell fall into a storage container 14 or a mixer in which they are evenly mixed with calcium hydride powder. The proportion of calcium hydride is preferably 0.2 parts by weight per 100 parts by weight of the original calcium chloride and sodium hydroxide mixture. The entire preparation process takes place in extremely low humidity.
Instead of immersing the particles to be provided with a coating in a suitable liquid bath, the particles can also be coated with the coating by spraying. For this purpose, the substance particles to be provided with a coating can be introduced in the desired weight ratio into a mixer, into which the liquid coating material is then sprayed with the aid of nozzles or spray guns. Calcium hydride is then added in the desired amount. The finished mixture of additives is then expediently filled into suitable containers or bags and transported to the construction site or to the mixing plant for the mix, where these additives are added to the base material of the mix before the road surface is produced.
When the additives are mixed in with the base material, a proportion of the particles can naturally be damaged or broken or
the envelope of a number of particles will be damaged.
Likewise, when laying the mix using conventional vibrators and rollers, the particles on the surface are partially broken or their envelopes are damaged, so that on the surface of the freshly laid pavement there is already a certain proportion of particles whose interior is more active Particle core is not completely protected by the cladding. However, this is by no means disadvantageous, but rather desirable so that a certain thawing effect on the fresh road surface takes effect immediately. Most of the particles embedded in the interior of the road surface, however, remain largely protected by the waterproof, undamaged covering.
The total amount of thawing additives added to the mix and their mixing ratio essentially depend on the type and density of traffic as well as the climatic conditions at the location of the road section to be built and, since the permeability of the road surface to water and the other properties of the Road surfaces are known, can be assessed well in terms of an optimal effect.
PATENT CLAIM 1
Mixture for the production of a road surface that prevents ice formation and thaws snow, which consists of a base material, in particular an asphalt-containing or bituminous material, and additives of thawing substances, characterized in that the additives consist of individual, uniformly distributed in the base material (4) Particles (2, 3) exist and the majority of these particles (2, 3) are covered with a waterproof coating (7) that is resistant to the thawing substance and to the temperature of the mixed material during its preparation for the purpose of being applied as a road surface, but which can be destroyed by mechanical action is provided.
PATENT CLAIM II
Process for the production of a mixed material according to claim 1, characterized in that the particles to be coated with a coating and forming the additives are mixed in the desired weight ratio and then surrounded with the coating material in liquid form, then the particles not to be provided with a coating in the desired Weight ratio are added and finally the finished mixture obtained in this way is mixed into the base material in the desired ratio.
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