DD250131A5

DD250131A5 - Verbesserte hochfeste Asphaltzementpflasterzusammensetzung

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Publication number: DD250131A5
Authority: DD
Publication date: 1987-09-30

Abstract

Eine Strassenpflasterzusammensetzung, gebildet aus Zuschlagstoff und Asphaltzement, in welcher der Asphaltzement mit einer Kombination aus einem ersten Katalysator, bestehend aus einer Verbindung, die aus der Gruppe ausgewaehlt ist, die in Asphaltzement loesliche organische Mangan-, organische Kobalt- und organische Kupferverbindungen oder eine Mischung von zwei oder mehreren dieser Verbindungen enthaelt, und einem zweiten Katalysator behandelt wird, der eine in Asphaltzement loesliche organische Eisenverbindung enthaelt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Straßenpflasterzusammensetzungen, und insbesondere auf eine verbesserte Asphaltzementpflaster-Zusammensetzung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. .

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Asphalte, mit Zuschlagstoffen kombiniert, werden seit vielen Jahren verwendet. Asphalte enthalten im allgemeinen Bitumen als einen vorherrschenden Bestandteil, und sie werden herkömmlich als ein fester Rückstand bei der Destillation des rohen Erdöls gebildet. Bei der Bildung von Staßenpflasterzusammensetzungen müssen Asphalte in einen flüssigen Zustand umgewandelt werden.

Eine flüssige Form des Asphalts ist die Suspension oder Emulsion des Asphalts in Wasser. Nach dem Ausbreiten und Zusammendrücken der Aggregat/Asphalt-Emulsion der Straßenpflasterzusammensetzungen verdampft das Wasser und der Asphalt erhärtet zu einer kontinuierlichen Masse. Eine andere flüssige Form des Asphalts, die bei Straßenpflaster verwendet wird, ist ein Verschnittbitumen, d.h. einflüssiges Erdölprodukt, das durch Flüssigmachen eines Asphaltgrundbestandteils mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel oder Destillat hergestellt wird, Straßenbefestigungen werden durch Ausbreiten der Aggregat/VeFSchnittbitumen-Straßenpflasterzusammensetzungen und durch Verdampfen des flüchtigen Destillats aus der Masse gebildet

Ein Vorteii det Bildung von Staßenbefestigungen mit Asphaltemulsionen und Verschnittbitumen besteht darin, daß hohe Temperaturenverrntedenwerden.Beideram meisten angewandten Straßenpflastertechnik werden Asphalt und Zuschlagstoffe gemischt und bei erhöhten Temperaturen angewendet, um den Asphalt in einem flüssigen Zustand zur Bildung der Straßendecke zu halten. Dieser Asphalt, der weder verschnitten noch emulgiert ist, wird auf einen Asphaltzement bezogen. Ein Hauplprobi'em bei Verschnittbitumen und Emulsionen besteht in ihrem geringen Haftvermögen zum Zuschlagstoff im Vergleich auf der Ztischlagstoffoberfläche a) des organischen Lösungsmittels oder Öls in dem Verschnittbitumen und b) des Wassers in der Emulsion zu rückzuführen, welche mit der Bildung eines adhäsiven Bindemittels zwischen dem Zuschlagstoff und dem Asphall interferiert.

Eine Technik, die zur Erhöhung der Adhäsionsfähigkeit der Emulsionen und Verschnittbitumen offenbart worden ist, wird in dem US-Patent Nr. 3243311 erklärt. Darin wird der Zuschlagstoff mit einer aus einer Vielzahl von Metallverbindungen vorhehandelt, die als Vernetzungsmittel für das organische Bindemittel dargelegt sind, um zu oxidieren, polymerisieren oder katalysieren und die dadurch das Bindemittel erhärten. Die Vorbehandlung dient angeblich der Verbesserung des Adhäsionsvermögens des Bindemittels und des Zuschlagstoffes, besonders für Lehmbodenzusätze. Die Vernetzungsmittel werden als Mehrfachoxidationszustandsmetalle in ihrem höheren Oxidationszustand dargelegt, mit den Anionen, die eine große Vielfalt an organischen und anorganischen Säuren enthalten. Außerdem werden Salze, beispielsweise die Halogenide, und eine große Auswahl von anorganischen Oxiden erwähnt. Die offenbarten Kationen enthalten sowohl Gruppe I-, Gruppe IV-, Gruppe V-, Gruppe VII- und Gruppe Vlll-Metalle als auch Seltenerdmetalle. Spezifische Beispiele enthalten Cu(OH)₂, CuCI₂, FeCI₃, CuSO₄ und KMnO₄. In jedem Beispiel wird der Boden mit dem Vernetzungsmittel vor dem Vermischen mit dem Asphalt vorbehandelt. In dem US-Patent Nr. 1328310 wird eine Asphaltstraßendecke offenbart, in welcher zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften Kupfersulfat hinzugefügt wird. Andere Verbindungen, die zu diesem Zweck erwähnt werden, enthalten die SuIfate oder Selenate von Aluminium, Chrom, Eisen, Indium, Gallium und die Sulfate oder Selenide, Natrium, Kalium, Rubinium, Ammonium, Silber, Gold, Platin oder Thallium.

In der US-Patentschrift Nr. 2773777 wird eine bituminöse Zusammensetzung, die besonders für Flughafenstart- und landebahnen, die hohen Temperaturen der Abgase der Strahlturbinen ausgesetzt sind, offenbart. Die Zusammensetzung enthält Bitumenemulsion, Portlandzement und mineralischen Zuschlagstoff. Zu dieser Mischung wird eine wäßrige Lösung aus einer Anzahl wasserlöslicher Salze zum Zweck einer angegebenen Plastizität der Zusammensetzung hinzugefügt. Die offenbarten Salze sind wasserlösliche mehrwertige Metallsalze einer starken Mineralsäure, insbesondere Schwefel-, Chlorwasserstoff- und/oder Phosphorsäuren. Die wirksamsten Salze sind regelmäßig Alkalierdmetallsalze, die Kalziumchlorid, Magnesiumchlorid, Bariumchlorid und dergleichen enthalten. Die Salze der amphoteren Metalle werden auch als brauchbar angegeben; sie enthalten Aluminiumsulfat, Chromchlorid und Aluminiumchlorid. Andere offenbarte Salze enthalten Antimonchlorid, Kobaltchlorid, Eisen(lll)-chlorid, Antimonsulfat, Kadmiumsulfat und Magnesiumchlorid. Die spezifischen Beispiele enthalten als Salze Kalziumchlorid, Aluminiumsulfat und Magnesiumchlorid.

In der US-Patentschrift Nr. 2342861 geben die Beispiele den Zusatz von Bleiseife, insbesondere Bleioleat oder Naphthenat, zu Asphalt-Verschnittbitumen oder Emulsionen wieder, um ihr Adhäsionsvermögen für einen Zuschlagstoff zu erhöhen. Obwohl bei allen dargestellten Beispielen nur Blei a Is eine Metallseife offen bart ist, um das Adhäsionsvermögen zu erhöhen, schlägt das Patent vor, daß andere Schwermetallsalze organischer Säuren einschließlich folgender Metalle verwendet werden könnten: Fe, Al, Mn, Zn, Co, Ni, Sn, Ca, Sr, Ba und Mg.

Das Patent offenbart ein Verfahren zur Bildung von Bleiseife durch Erwärmen eines Bleioxids in Anwesenheit der gewünschten organischen Säuren. Derartige Bleiseifen werden dann dem gewünschten Asphalt hinzugefügt.

Schwermetallsalze der hochmolekularen organischen Säuren, beispielsweise Naphthenate oder Linoleate, sind verwendet worden, um das Brüchigwerden in geblasenen oder oxidierten Bitumenschichten zu verhindern. Beispielsweise offenbart die US-Patentschrift Nr.2282703 die Anwendung von Schwermetallen, beispielsweise Kobalt, Mangan, Eisen, Blei, Vanadium oder Zink, die in dem geblasenen Bitumen für diesen Zweck dispergiert sind.

Zur Verwendung als Dispergierungsmittei bei Deckschichtasphalten sind Schwermetallseifen offenbart worden, um Abweichungendes Asphalts infolge von „Rissigkeit" zu verhindern. Die US-Patentschrift Nr.2928753 offenbart die mehrwertigen Metallsalze des Kupfers, Kobalts oder Mangans in der Kombination mit einbasigen Karbonsäuren mit hohem Molekulargewicht, beispielsweise Öl- oder Naphthensäure. Das offenbarte Endprodukt ist eine aggregatfreie, 0,06cm (0,025 Zoll) dicke Beschichtung auf einer Aluminiumschicht, so daß sich eine Glättuhg ergibt.

In der US-Patentschrift Nr. 1505880 wird zu dem Asphalt Kupferschlacke mit dem Zuschlagstoff beigemischt, um die Zähigkeit der Straßendeckenzusammensetzung zu erhöhen.

In der britischen Patentanmeldung Nr.533977 sind Blei- oder Eisen-Doppelsalze der organischen Säuren zum Zweck der Verbesserung des Adhäsionsvermögens des Asphalts für mineralischen Zuschlagstoff offenbart. Für diesen Zweck sind auch andere zwei- und mehrwertige Metalle offenbart, beispielsweise Aluminium, Chrom, Kupfer und Quecksilber. In der US-Patentschrift Nr.4244747 ist eine Asphaltstraßenpflasterzusammensetzung offenbart, in welcher Manganchlorid in Asphaltzement gelöst und anschließend mit einem Zuschlagstoff vermischt ist. Wenn das Manganchlorid in Mengen von ungefähr 0,02 bis ungefähr 2 Gew.-% des Asphaltzements vorhanden ist, wird die Kompressions-, Biege- und Ermüdungsfestigkeit der zuletzt behandelten, gepflasterten Straße erhöht.

In der US-Patentschrift Nr.4234346 ist die Verwendung organischer Manganverbindungen, die in Asphaltzement löslich sind, offenbart. Bestimmte organische Manganverbindungen, entweder allein oder im Zusammenwirken mit organischen Kupferoder organischen Kobaltverbindungen, werden in Asphaltzement gelöst und anschließend mit einem Zuschlagstoff vermischt, um eine Straßendeckenzusammensetzung zu bilden, die eine erhöhte Kompressions-, Biege- und Ermüdungsfestigkeit bei der gehärteten Straßendecke zeigt.

Die französische Patentschrift Nr.1567671 und die österreichische Patentschrift Nr.285788 beschreiben ein Verfahren zum Verringern desAnteils der Asphaltparaffine in Destillationsasphalten, wobei der Ausgangsasphalt bei Vorhandensein von 0,1 bis 1,0% Mangan-oder Kobaltverbindungen bei einer Temperatur von 110 bis 1SO⁰C mit Luft angeblasen wird. Der Asphalt wird auf diese Weise einer katalytischen Oxidation ausgesetzt, wobei außerdem noch nichtlösliche Metalloxide, beispielsweise Manganoxid, ein bestimmter Teil löslicher Metallverbindungen, beispielsweise Manganstearat, vorhanden sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine Asphaltzement/Zuschlagstoff-Straßendeckenzusammensetzung zu schaffen, welche eine bedeutende Erhöhung der Geschwindigkeit aufweist, mit der die Festigkeitszunahme der gehärteten Straßendecke bei niedrigeren Aushärtetemperaturen der Straßendecke erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Asphaltzementzusammensetzung und ein Verfahren zur Herstellung einer warmen, flüssigen Zusammensetzung zu schaffen, die für die Straßendecke eine geeignete Viskosität aufweist, die aber nach der Straßenpflasterung zu einer Asphaltzement/Zuschlagstoff-Straßenpflasterzusammensetzung von außergewöhnlicher Festigkeit aushärtet.

Eine andere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Asphaltzementbehandlung zu schaffen, wobei der Asphaltzement in seinem unbehandelten Zustand sehr weich ist, um eine verwendbare tragende Straßendecke zu bilden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde ermittelt, daß eine Straßenpflasterzusammensetzung mit verbesserten Eigenschaften, wie sie unten beschrieben ist, durch die Behandlung des Asphaltzements mit der Kombination aus einem ersten Katalysator, bestehend aus einer Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die in Asphaltzement lösliche organische Mangan-, organische Kobalt- und organische Kupferverbindungen oder eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen enthält, und einem zweiten Katalysator, bestehend aus einer in Asphaltzement löslichen organischen Eisenverbindung, und anschließender Mischung des behandelten Asphaltzements mit Zuschlagstoff erhalten werden kann. Um in großen Mengen ausreichend Gesamtkonzentrationen der Katalysatormetallionen von 0,015 bis 0,5Gew.-% des Asphaltzements herzustellen, produziert die Kombination der ersten und zweiten Katalysatoren eine Straßenpflasterzusammensetzung derselben Bruchfestigkeit, wie man sie mit dem ersten Katalysator allein unter Verwendung eines beträchtlich kleineren Teils des teureren ersten Katalysators erhält, und, was besonders wichtig ist, erfolgt die Herstellung bei niedrigeren Härtetemperaturen der Straßendecke und mit beträchtlich erhöhter Geschwindigkeit, bei der die Druck-, Biege- und Dauerfestigkeit der endgültig gehärteten Straßendecke erreicht wird.

Der hierbei benutzte Ausdruck „Asphaltzement" bezieht sich auf im wesentlichen ungeblasenen oder nichtoxidierte feste oder halbfeste Materialien (bei Raumtemperatur), welche allmählich schmelzen, wenn sie erwärmt werden. Die vorherrschenden Bestandteile der Materialien sind Bitumen, die als ein Rückstand bei der Raffinerieverarbeitung gewonnen werden. Der Ausdruck schließt Emulsionen des Asphalts in Wasser-und Verschnittbitumen des Asphalts aus. Daher enthält er weder die Wasserphase der Emulsionen noch die fremden Erdöllösungsmittel oder Verschnittöle, die dem Asphalt gewöhnlich zugesetzt werden, um ihn in einen Verschnittbitumen umzuwandeln. Der Asphaltzement ist im allgemeinen durch eine Penetration von weniger als 600 bei 25⁰C und eine typische Penetration zwischen 40 und 300 (ATSM Standard, Methode D-5) gekennzeichnet. Die Viskosität des Asphaltzements beträgt bei 6O⁰C mehr als etwa 65 Poise.

Mit dem Ausdruck „Straßendecke" ist beabsichtigt, daß darin ohne Einschränkung außen und innen tragende Asphaltzement/ Zuschlagstoff-Oberflächen enthalten sind, einschließlich Fahrbahnen für Fahrzeuge, Flughafenstart- und -landebahnen und Vorfelder, Parkplätze, Fußgängerwege, Fabrik- und andere Arten von -fußböden und Laderampen.

Der Ausdruck „untere Straßendecken-Härtetemperaturen" in der vorliegenden Beschreibung bedeutet Temperaturen unterhalb der Temperaturen, die normalerweise Straßendecken in den Vereinigten Staaten erfahren. Solche normalen Sommerstraßendecken-Temperaturen betragen gewöhnlich über 35⁰C und können höher als 65⁰C sein. Daher ist in der vorliegenden Beschreibung die Wendung „untere Straßendecken-Härtetemperaturen" als Straßendeckentemperaturen unter etwa 35°C zu verstehen.

Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung wird der Asphaltzement durch Erwärmen bis zu einer Temperatur oberhalb des Schmelz- oder Erweichungspunktes verflüssigt und anschließend mit der Kombination des ersten und zweiten Katalysatoren behandelt, um eine Lösung aus Mangan- und/oder Kobalt- und/oder Kupferionen mit Eisenionen in dem warmen, flüssigen Asphaltzement zur Verfügung zu stellen. Der behandelte, warme, flüssige Asphaltzement wird anschließend in dieser warmen, flüssigen Form mit dem Zuschlagstoff zur Anwendung beim Bau von Fahrbahnen vermischt.

Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung zusammen mit ihren verschiedenen Vorteilen werden dem Fachmann auf diesem Gebiet aus der detaillierten Offenbarung der vorliegenden Erfindung, die unten erläutert wird, offensichtlich. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Asphaltzementzusammensetzung, die, wenn sie mit einem Zuschlagstoff kombiniert wird, eine Straßendeckenzusammensetzung mit bedeutend verbesserten physikalischen Eigenschaften bildet. Die Asphaltzementzusammensetzung wird durch Behandlung des Asphaltzements mit einer Kombination aus einem ersten Katalysator, der eine aus einer Gruppe ausgewählte Verbindung umfaßt, die aus in Asphaltzement löslichen organischen Mangan-, organischen Kobalt- und organischen Kupferverbindungen oder aus einer Mischung von zwei oder mehreren dieser Verbindungen besteht, und einem zweiten Katalysator, der eine in Asphaltzement lösliche organische Eisenverbindung umfaßt, hergestellt, während der Asphaltzement durch Erwärmung in einem flüssigen Zustand gehalten wird. Bei der Anwendung der Erfindung wird es bevorzugt, daß organisches Mangan entweder allein oder mit organischem Kobalt und/oder organischem Kupfer als erster Katalysator verwendet wird.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung müssen die ersten und zweiten Katalysatoren vollkommen und gleichförmig dispergiert und durch den Asphaltzement so gelöst sein, daß der die Festigkeit verbessernde Effekt dem Endprodukt in einer konsistenten Weise verliehen wird. Für eine optimale Dispersion werden Mangan, Kobalt, Kupfer und Eisen in der Form organischer Verbindungen verwendet, weichein einem beträchtlichen Teil des Asphaltzements löslich sind. Die organischen Verbindungen können nichtsubstituiert oder substituiert sein (beispielsweise mit Schwefel, insbesondere Sulfonate oder mit Phosphor, insbesondere Phosphate). Geeignete Anionen für in Asphaltzement lösliche organische Mangan-, organische Kobait-, organische Kupfer- und organische Eisenverbindungen werden aus Karbonsäuren, Alkoholen, Phenolen und Ketonen abgeleitet. Bevorzugte Anionen enthalten Karbonsäuren, die bis ungefähr 30 Karbonatome in der Kette aufweisen, beispielsweise Azetate, Linoleate, Octoate, Naphthenate, Oleate, Dekanoate, Sterate und Laurate und Mischungen davon oder Mischungen mit anderen Säuren. Sekundäre, tertiäre oder polyfunktionelle Karbonsäuren können auch verwendet werden. Die Kombination aus primären und sekundären Katalysatoren kann in ein organisches Öl als ein Mittel zur Verringerung der Viskosität der Asphaltzementmischung geleitet werden. Diese geringere Viskosität wird in einigen Fällen bevorzugt, um den Transport des Materials zu erleichtern und die Einsatzgenauigkeit und den Grad der Dispersion bei der Vermischung mit dem Asphaltzementzu verbessern. Typische gebräuchliche Verdünnungen betragen 0,5 bis 16 Gew.-% der gesamten Metallionen zum Gesamtzusatz. Derartige Niveaus des organischen Öls führen zu Ölniveaus von weniger als 7 oder8Gew.-% des Asphaitzements (typisch unter 5%), welche nun unter dem Niveau des Fluxöls liegen, das in einem Verschnittbitumen enthalten ist.

Bedeutende Verbesserungen beim Asphaltzement werden nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durch Hinzusetzen einer relativ geringen Menge der Kombination der in Asphaltzement löslichen primären und sekundären Katalysatoren erreicht. Typischerweise werden genügende Mengen der Gesamtkatalysatormetall-Konzentration in dem Bereich von 0,015 bis 0,5 Gew.-% des Asphaltzements verwendet. Bevorzugt werden die Gesamtmetallionenkonzentrationen von 0,05 bis 0,5 Gew.-% des behandelten Asphaltzements, und besonders bevorzugt werden die Gesamtmetallionenkonzentrationen von 0,05 bis 0,25 Gew.-% des Asphaltzements.

Die wirksame Konzentration der Eisenionen des sekundären Katalysators kann im Bereich von 0,005 bis 0,20 Gew.-% liegen, das auf dem behandelten Asphaltzement basiert, mit der bevorzugten Eisenionenkonzentration, die im Bereich von 0,01 bis 0,15Gew.-%des behandelten Asphaltzements liegt. Die wirksame Konzentration der Mangan- und/oder Kobalt- und/oder Kupferionen des primären Katalysators kann im Bereich von 0,01 bis 0,50Gew.-% des behandelten Asphaltzements liegen, mit den bevorzugten Gesamtmangan- und/oder Kobalt- und/oder Kupferionenkonzentrationen, die im Bereich von 0,05 bis 0,25Gew.-% des Asphaltzements liegen.

Wenn die Konzentration der primären oder sekundären Katalysatoren unier die erforderlichen Niveaus fällt oder diese übersteigt, um die oben dargelegten wirksamen lonenbereiche zu erreichen, wird eine Straßenpflasterzusammensetzung von geringer Qualität produziert. Wenn man Überschußkonzentrationen der primären und sekundären Katalysatoren verwendet, würde die sich ergebende Straßendeckenzusammensetzung spröde sein und nicht der Belastung und Beanspruchung bei der praktischen Anwendung widerstehen. Solche Überschußmengen an Mangan-, Kobalt- und Kupferionen würden auch unökonomisch sein. Wenn nun die Konzentrationen unter die wirksamen Konzentrationen fallen, würde sich der Aushärtungsprozeß bei einer verringerten Geschwindigkeit und geringeren Straßendeckenhärtungstemperaturen vollziehen, und in einzelnen Fällen gäbe es keine Festigkeitszunahme innerhalb der Straßenpflasterzusammensetzung bei beliebigen Härtungstemperaturen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird die vorhergehende Kombination der primären und sekundären Katalysatoren, die, wenn gewünscht, in ein organisches Öl geleitet werden, in dem Asphaltzement durch Erwärmung des Asphaltzements bis zu dem obigen Erweichungs- oder Schmelzpunkt gelöst, bis er genügend flüssig ist, um die Katalysatoren vollkommen und gleichförmig zu dispergieren und aufzulösen. Dieses Verfahren wird hier als „Warmmischung" bezeichnet. Die Katalysatoren befinden sich vorzugsweise in flüssiger Form. Bei den meisten herkömmlichen Asphaltzementen ist es notwendig, den Asphaltzement auf mindestens 100X und typisch auf ungefähr 110°C bis 15O⁰C zu erwärmen, um ihn flüssig zu machen. Bei solchen Temperaturen ist die Viskosität der Asphaltzementzusammensetzung ausreichend reduziert, um eine vollkommene Dispersion und Auflösung der Katalysatoren zu erreichen.

Bei der herkömmlichen Verarbeitung wird der behandelte Asphaltzement in einem flüssigen Zustand gehalten, und zwar von seiner Bildungszeit, während der normalen Speicherung und über den Transport zur Asphaltmischanlage hin. Dort wird der flüssige Asphaltzement mit Zuschlagstoff vermischt und zur Straßenpflasterungsstelle befördert, wo er ausgebreitet und verdichtet wird, um dann eine Straßendecke zu bilden. Bei einer Alternative zu einer solchen herkömmlichen Verarbeitung könnte der Asphaltzement an der Baustelle erwärmt werden und die Katalysatoren könnten mit dem Asphaltzement gerade noch vor der Verbindung mit dem Zuschlagstoff für das Straßenpflaster warm vermischt werden.

Der behandelte Asphaltzement der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Viskosität in dem flüssigen Zustand bei der erhöhten Temperatur der Straßendecke, die mit derjenigen des herkömmlichen Asphaltzements vergleichbar ist. Wie jedoch unten erklärt wird, weist die gehärtete Straßendecke im Vergleich zu einer, die mit herkömmlichen Asphaltzement gebildet wird, eine sehr viel höhere Festigkeit auf, sogar dann, wenn sie bei geringen Pflasterhärtungstemperaturen ausgehärtet ist. Das Wort „härten" im vorliegenden Text bedeutet das Erreichen des wesentlichen Abschlusses der Reaktion der Festigkeitszunahme.

Der warm vermischte, behandelte Asphaltzement wird in flüssiger Form in einer Asphaltmischanlage (oder auf der Baustelle) mit vorgewärmtem, vorgetrocknetem Zuschlagstoff kombiniert, um eine Straßendeckenzusammensetzung zu bilden, die aus einer homogenen Mischung von gleichmäßig umhüllten Zuschlagstoffteilchen besteht. Der Zuschlag wird vorzugsweise unter Bedingungen der Zeit und Temperatur erwärmt, um im wesentlichen sämtliches freies Wasser vor dem Vermischen mit dem Asphaltzement abzuführen. Während der Mischung befinden sich sowohl der Zuschlagstoff als auch der behandelte Asphaltzement bei einer Temperatur von typisch 100⁰C bis 160⁰C.

Bevor die Zusammensetzung auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der sie ihre Verarbeitungsfähigkeit verliert, wird sie verteilt und verdichtet. Danach kann die behandelte Asphaltzement/Zuschlagstoffzusammensetzung härten. Nach dem Härtevorgang enthält die Straßendecke einen Zuschlagstoff, der durch eine Matrix des behandelten Asphaltzements gebunden ist.

Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Zuschlagstoff muß von einer solchen Art sein, daß dieser für den gewünschten Straßendeckentyp geeignet ist. Er kann sich von feinen Teilchen, beispielsweise Sand, bis zu relativ groben Teilchen, beispielsweise zerkleinertem Gestein, Schotter oder Schlacke erstrecken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Hauptgewichtsanteil des Zuschlagstoffes mit einem geringeren Gewichtsverhältnis des behandelten Asphaltzements vermischt, der primäre und sekundäre Katalysatoren enthält, die darin gleichmäßig dispergiert und gelöst sind. Das Verhältnis des Zuschlagstoffes zu dem behandelten Asphafeement ist dasjenige, das für spezielle Straßenpflasteranwendungen typisch ist. Daher wird ein Minimum von ungefähr 85 Gew.-% des Zuschlagstoffes und im allgemeiner, ungefähr 90 bis 98Gew.-% der gesamten Straßenpflasterzusammerisetzung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet.

Nachdem die behandelte Asphaltzement/Zuschlagstoff-Zusammensetzung vorbehandelt ist, wird sie verteilt, verdichtet und kann aushärten. Bei den behandelten Asphaltzement/Zuschlagstoff-Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung vorbereitet sind, erfolgt die zulässige Aushärtung bei Umgebungstemperaturen mit mäßig erhöhter Temperatur, beispielsweise bis 60°C, die den Härteprozeß beschleunigt. Sehr hohe Temperaturen, beispielsweise jene, die angewendet werden, um Asphalt zu blasen, sind schädlich und dürfen bei der praktischen Anwendung der Erfindung nicht verwendet werden. Wie im Stand der Technik erklärt ist, werden Schwermetallseifen zusammen mit Asphaltzement für eine Anzahl verschiedener Zwecke verwendet. Beispielsweise sind sie dafür verwendet worden, eine Rißbüdung in geblasenem Asphaltzement zu vermeiden und ein Reißen bei Dacheindeckungsstoffen zu verhindern. Solche Mets!!seifen sind auch für die Anwendung von Straßenbauzusammensetzungen des Zuschlagstoffes und des Asphaltzement-Verschr.ittbitumens oder Asphaltzementemulsionen offen bart worden, um die geringe Adhäsionsfähigkeit des Asphaltzements in diesen Formen für den Zuschlagstoff zu verbessern. Der Stand der Technik lehrt die allgemeine Äquivalenz der mehrwertigen Schwermetallionen für

diesen Zweck. Beispielsweise wurden in der zuvor erwähnten US-Patentschrift Nr. 2342861 Experimente ausgeführt, bei denen Bleiseifen verwendet wurden, um die Adhäsionsfähigkeit des emulgierten Asphaltzements für den Zuschlagstoff zu erhöhen. In Übereinstimmung mit dem Stand der Technik beansprucht das Patent, daß andere Metalle, wie beispielsweise Eisen, Aluminium, Mangan, Zink, Kobalt, Nickel, Zinn, Kalzium, Strontium, Barium oder Magnesium für denselben Zweck auch verwendet werden könnten.

Die US-Patentschrift 4234346 offenbart die Anwendung des in Asphaltzement löslichen organischen Mangans, des in Asphalt löslichen organischen Kobalts oder des in Asphaltzement löslichen organischen Kupfers bei Warmmischverfahren, bei denen Asphaltzement zur Bildung einer Straßendeckenzusammensetzung verwendet wird. Sie gibt wieder, daß diese Metalle sehr viel besser bezüglich des Rückstandes der oben erwähnten Schwermetalle für diesen Zweck sind. Die US-Patentschrift Nr.4234346 zeigt auch, daß das in Asphaltzement lösliche organische Eisen (allein) in solchen Straßendeckenzusammensetzungen eigentlich unbrauchbar ist.

Mit dem obigen allgemeinen Fachwissen ist unvorhergesehen entdeckt worden, daß das Zusetzen solcher Zusammensetzungen einer Kombination aus einem ersten Katalysator, bestehend aus einer ausgewählten Verbindung aus der Gruppe, die aus in Asphaltzement löslichen organischen Mangan-, organischen Kobalt- und organischen Kupferverbindungen oder einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen, und einem zweiten Katalysator, bestehend aus einer in Asphaltzement löslichen organischen Eisenverbindung wegen des Zusammenwirkens zwischen den Metallen eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Festigkeitszunahme bei geringeren Straßendeckenhärtetemperaturen verursacht. Ein anderes Ergebnis dieses Zusammenwirkens besteht in der Fähigkeit der Straßendeckenzusammensetzung, dieselbe Bruchfestigkeitszunahme und eine Verbesserung bei anderen Eigenschaften mit weniger Mangan, Kobalt oder Kupfer zu erreichen, so daß der Gesamtmetallionenanteilnichtvielgrößerzu sein braucht, als wenn der erste Katalysator allein verwendet wird. Das ermöglicht eine ökonomische Straßendecken misch u ng, da Eisen als Metall nicht so teuer ist wie Mangan, Kobalt oder Kupfer als Metal I. Es ist festzustellen, daß die Notwendigkeit für eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Festigkeitszunahme von den chemischen Eigenschaften eines beliebig gegebenen Asphaltzements oder von den Anwendungsbedingungen diktiert wird, und daß nicht jeder Asphaltzement oder jede Gruppe der Anwendungsbedingungen eine solche Erhöhung erfordert, um zulässige Arbeitsweisen zu erreichen.

Eine weitere Offenbarung des Wesens der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden speziellen Anwendungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorgestellt. Es ist klar, daß die offenen Daten nur als Beispiele dienen und nicht dazu bestimmt sind, den Geltungsbereich der Erfindung einzuschränken.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Es wurden Vergleichsversuche unter Verwendung von Asphaltzementen der Penetrationsgrade 60/70 und 180/200 ohne Metallzusatz und von mit Mangan allein und Mangan plus Eisen behandeltem Asphaltzement des Penetrationsgrades 180/200 durchgeführt. Als Zuschlagteil der Sandasphaltmischung wurde abgebauter Granitsand verwendet. In jedem Fall bestanden bis zu 7,0% der gesamten Mischung aus Asphaltzement (das sind annähernd 1 Teil Asphaltzement oder behandelter Asphaltzement zu 13,3Teilen Sand). Die in Asphaltzement löslichen organischen Metallverbindungen waren Tallate, Naphthenate oder Octoate, aber sie brauchen nicht auf diese Verbindungen begrenzt zu werden. Die in Asphaltzement löslichen organischen Metallverbindungen (in flüssiger Form) wurden in den Asphaltzement gemischt, welcher in flüssiger Form bei Temperaturen hinreichend geeignet war, ein einfaches Vermischen der in Asphaltzement löslichen organischen Metallverbindungen und des Asphaltzements (120°C bis 130°C) zu ermöglichen, um so eine homogene Mischung zu bilden. Es wurde manuell gerührt, um ein vollständiges Dispergieren des Metalls durch den Asphaltzement zu erreichen. Der Asphaltzement, behandelt oder unbehandelt, wurde mit vorgewärmtem, vorgetrocknetem Sand bei derselben Temperatur gemischt, und Probekörper mit 10,1 cm (4 Zoll) im Durchmesser und annähernd 6,4cm (2,5 Zoll) in der Länge wurden durch mechanisches Verdichten hergestellt. Nach der Extraktion in den Verdichtungsformen wurden einige dieser Probekörner in einem verstärkten Schornsteinzugofen bei 60⁰C 14 Tage lang gehärtet. Der Rest wurde bei Umgebungstemperatur, annähernd 22⁰C, während des Tages und in der kühleren Nacht, 28 Tage lang gehärtet, um teilweise die Tatsache zu kompensieren, daß die tatsächliche Reaktionsgeschwindigkeit bei 22⁰C geringer ist als sie es bei 60⁰C ist. Die Zugfestigkeit jedes Probekörnchens bei 60⁰C wurde dann unter Verwendung des indirekten Spalt-Zylinderzugspannungstests bei einer Belastungsgeschwindigkeit von 0,12 cm/min (0,05 Zoll/min) bestimmt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle 1 unten dargestellt.

Tabelle 1	Penetrations	Metallionenanteil
grad	im Bindemittel
	%Mn
60/70	—
180/200	—
180/200	0,10
180/200	0,13
180/200	0.10

%Fe

60 ⁰C Zugspannung	22 °(
(kPa)nach dem	22,1
Härten bei	15,8
60 °C	12,2
CJl	10,5
33,7	71,2
52,3
63,0
73,8

0,03

Es ist verständlich, daß bei diesem Asphaltzement das Einbringen einer Kombination der Mangan- und Eisenionen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Bruchfestigkeit der Asphaltzement/Zuschlag-Zusammensetzung in den bei Umgebungstemperaturen gehärteten Probekörnern sehr stark ansteigen läßt. Außerdem weisen diese Daten auch nach, daß

der Asphaltzement mjt einem Penetrationsgrad von 180/200, welcher nicht verwendet werden könnte, um eine Straßendecke mit adäquaten tragenden Eigenschaften infolge ihrer geringen Zerreißfestigkeit aufzubauen, dann, wenn er mit Mangan/ Elsenionen behandelt ist, stärker in Richtung auf ein mehr als ausreichendes Zerreißfestigkeitsniveau des Asphaltzements mit einem Penetrationsgrad von 60/70 verbessert ist.

Beispiel 2

Es wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, die denjenigen in Beispiel 1 ähnlich sind,; und zwar unter Verwendung eines Asphaitzements aus unterschiedlichen Quellen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 2 unten vorgestellt.

Tabelle Il

Penetrations- Metallionenanteil

grad im Bindemittel

%Mn ' %Fe

60 ⁰C Zugfestigkeit	22⁰C
(kPa) nach der	32,0
Härtung bei	20,8
6O⁰C	14,2
45,9	65,8
36,0
70,6
61,5

60/70 — —

180/200 — —

180/200 0,14 —

180/200 0,11 0,03

Die obigen Ergebnisse zeigen wieder, daß das Einbringen der Kombination aus Mangan- und Eisenionen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen beträchtlichen und bis jetzt unvermuteten Anstieg der Bruchfestigkeit der Asphaltzement/ Zuschlagstoff-Zusammensetzung der bei Umgebungstemperaturen gehärteten Probekörner erzeugt.

Beispiel 3

Bei dieser Reihe von Versuchen war der Asphaltzement derselbe wie in Beispiel 1, aber nur der Asphaltzement mit dem Penetrationsgrad von 180/200 wurde behandelt. Alle Versuchsbedingungen waren dieselben, in einigen Fällen mit dem Zusatz des Kobalt-Naphthenats. Es wurden verschiedene Verhältnisse von Eisen- und Kobaltionen verglichen und die Ergebnisse sind in Tabelle IM unten dargestellt.

Tabelle III

Penetrationsgrad

Metallionenanteil	%Fe	%Co	60 X Zugfestigkeit	22 °C
im Bindemittel	—	—	(kPa) nach der	12,2
	0,030	—	Härtung bei	71,2
%Mn	0,030	0,010	6O⁰C	74,3
0,10	0,027	0,001	52,3	56,4
0,10	0,027	0,002	73,8	74,0
0,10		72,4
0,10		57,3
0,10		72,0

180/200 180/200 180/200 180/200 180/200

Diese Ergebnisse oben zeigen, daß die Kombination von Mangan- und Eisenionen oder Mangan-, Eisen- und Kobaltionen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Geschwindigkeit der Festigkeitszunahme der Asphaltzement/ Zuschiagstoffzusammensetzung in den bei Umgebungstemperaturen gehärteten Probekörner beträchtlich ansteigen läßt.

Beispiel 4

Bei dieser Reihe von Versuchen war der Asphaltzement derselbe wie in Beispiel 1.AIIe Versuchsbedingungen waren dieselben, aber es wurden verschiedene Verhältnisse des Eisens zu Mangan verglichen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind unten in Tabelle IV dargestellt.

Tabelle IV

Penetrations- Metallionenanteil

grad im Bindemittel

%Mn %Fe

60'C Zugfestigkeit	22 ⁰C
(kPa) nach Aus	22,1
härtung bei	15,8
6O⁰C	12,2
51,1	10,5
33,7	68,1
52,3	49,0
63,0	46,8
75,2
53,5
44,3

60/70 — ' —

180/200 — —

180/200 0,10 —

180/200 0,13 —

180/200 0,10 0,03

180/200 0,07 0,06

180/200 0,05 0,08

Dieses Beispiel gibt zwei wichtige Vorteile der vorliegenden Erfindung wieder. Erstens zeigt es, daß ein breiter Bereich der Verhältnisse der beiden Metalle eine sehr starke Zunahme der Härtegeschwindigkeit bei 22°C erzeugt, von dem jeweils zufriedenstellende Ergebnisse dargestellt sind. Zweitens zeigt es den ökonomischen Anreiz der Anwendung der vorliegenden Erfindung durch die Darstellung, daß beträchtliche Mengen des Mangans als Metall durch weniger teures Eisenmetall ersetzt werden können, ohne daß eine wesentliche Verringerung in der Festigkeit eintritt.

Beispiel 5

Als Versuche wie in.den Beispielen 1, 2 und 4 durchgeführt wurden, bei denen das Mangan jedoch durch Kobalt oder Kupfer ersetzt wurde, sind ähnliche dramatische Zunahmen der Bruchfestigkeit der Asphaltzement/Zuschlagstoffzusammensetzungen in den bei Umgebungstemperaturen gehärteten Probekörpern erreicht worden.

Die obigen Beispiele und Ergebnisse weisen nach, daß Asphaltzement/Zuschlagstoff-Zusammensetzungen, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, eine beträchtlich verbesserte Festigkeitszunahme zeigen, wenn sie bei Umgebungstemperaturen gehärtet werden. Wenn solche Asphaltzement/Zuschlagstoff-Zusammensetzungen für Straßenpflaster bei geringeren Straßendeckenhärtetemperaturen ν erwendet werden, erhärten sie bei einer Geschwindigkeit, die beträchtlich höher ist, als die der bekannten Zusammensetzungen, um eine Straßendecke mit Druck-, Biege- und Dauerfestigkeit zu erzeugen, die gegenüber den bisher verfügbaren bei geringeren Straßenhärtetemperaturen überlegen ist. Es sollte natürlich klar sein, daß die oben beschriebenen Zusammensetzungen und Verfahren dazu bestimmt sind, Ausführungsformen der Erfindung zu veranschaulichen und nicht den Geltungsbereich der Erfindung einzuschränken, der durch die unten dargestellte Ansprüche gekennzeichnet ist. Es sollte auch klar sein, daß Alternativen zu den speziellen, beschriebenen Ausführungsformen und Äquivalente hierzu möglich und tatsächlich beabsichtigt sind, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet sind, die unten veröffentlicht sind.

Claims

1. Straßenpflasterzusammensetzung, gekennzeichnet durch einen Hauptgewichtsanteil des Asphaltzements, wobei der genannte Asphaltzement eine Kobination aus einem ersten Katalysator, der eine Verbindung enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus in Asphaltzement löslichen organischen Mangan-, organischen Kobalt- und organischen Kupferverbindungen oder einer Mischung von zwei oder mehreren davon besteht, und einem zweiten Katalysator enthält, bestehend aus einer in Asphaltzement löslichen organischen Eisenverbindung.

2. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator eine in Asphaltzement lösliche organische' Manganverbindung ist.

3. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator eine Mischung aus einer in Asphaltzement löslichen organischen Manganverbindung und einer in Asphaltzement löslichen organischen Kobaltverbindung ist.

4. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator eine Mischung aus einer in Asphaltzement löslichen organischen Manganverbindung und einer in Asphaltzement löslichen organischen Kupferverbindung ist.

5. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator eine Mischung aus einer in Asphaltzement löslichen organischen Manganverbindung, einer in Asphaltzement löslichen organischen Kupferverbindung und einer in Asphaltzement löslichen organischen Kobaltverbindung ist.

6. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der ersten und zweiten Katalysatoren in ein organisches Öl geleitet wird.

7. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß genügend organisches Öl vorhanden ist, um daraus 0,5 bis 16 Gew.-% der gesamten Metallionen in der Kombination der ersten und zweiten Katalysatoren, die in das organische Öl geleitet werden, zu erzeugen.

8. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der ersten und zweiten Katalysatoren in dem Asphaltzement in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um daraus 0,015 bis 0,5 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Asphaltzements, der Eisenionen und der Mangan- und/oder Kobalt- und/oder Kupferionen zur Verfügung zu stellen.

9. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß'die Kombination der ersten und zweiten Katalysatoren in dem Asphaltzement in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um daraus 0,05 bis 0,5 Gew.-%, basierend auT dem Gewicht des Asphaltzements, der Eisenionen und der Mangan- und/oder Kobalt- und/oder Kupferionen zur Verfügung zu stellen.

10. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der ersten und zweiten Katalysatoren in dem Asphaltzement in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um daraus 0,05 bis 0,25 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Asphaltzements, der Eisenionen und der Mangan- und/oder Kobalt- und/oder Kupferionen zur Verfügung zu stellen.

11. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Katalysator in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um daraus 0,005 bis 0,20 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Asphaltzements, der Eisenionen zur Verfügung zu stellen.

12. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Katalysator in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um daraus 0,01 bis 0,15 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Asphaltzements, der Eisenionen zur Verfügung zu stellen.

13. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um daraus 0,01 bis 0,50 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Asphaltzements, der Mangan- und/oder Kobalt- und/oder Kupferionen zur Verfügung zu stellen.

14. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um daraus 0,05 bis 0,25 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Asphaltzernents, der Mangan- und/oder Kobalt- und/oder Kupferionen zur Verfügung zu stellen.

15. Asphaltzement-Staßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoff auf einem Niveau von mindestens ungefähr 85Gew.-%, basierend auf dem Gewicht der Straßenpflasterzusammensetzung, vorhanden ist.

16. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Asphaltzement durch eine Penetration von weniger als 600 bis 25°C charakterisiert ist.

17. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Asphaltzement durch eine Penetration zwischen 40 und 300 charakterisiert ist.

18. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anionen der ersten und zweiten Katalysatoren von den organischen Verbindungen abgeleitet sind, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Karbonsäuren, Alkoholen, Phenolen und Ketonen besteht.

19. Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anionen der ersten und zweiten Katalysatoren von den Karbonsäuren, die bis zu ungefähr 30 Karbonatome aufweisen, abgeleitet sind.

20. Verfahren zur Bildung einer Asphaltzement-Straßenpflasterzusammensetzung mit verbesserten Festigkeitseigenschaften bei niedrigeren Straßendeckenhärtetemperaturen, gekennzeichnet durch die Behandlung eines flüssigen Asphaltzements mit einer Kombination eines ersten Katalysators, der eine Verbindung enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus in Asphaltzement löslichen organischen Mangan-, organischen Kobalt- und organischen Kupferverbindungen oder einer Mischung von zwei oder mehreren dieser Verbindungen davon besteht, und eines zweiten Katalysators, der aus einer in Asphaltzement löslichen organischen Eisenverbindung besteht und dann mit dem behandelten Asphaltzement und mit dem Zuschlagstoff vermischt wird.

21. Verfahren zur Bildung einer Asphaltzement-Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Asphaltzement bis auf mindestens 100⁰C erwärmt wird, um ihn vor der Behandlung mit der Kombination der ersten und zweiten Katalysatoren flüssig zu machen.

22. Verfahren zur Bildung einer Asphaltzement-Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Asphaltzement vom Zeitpunkt seiner Behandlung mit den ersten und zweiten Katalysatoren durch das Mischen des behandelten Asphaltzements mit dem Zuschlagstoff in einem flüssigen Zustand gehalten wird.

23. Straßendecke, die durch Verteilung der Straßenpflasterzusammensetzung nach Anspruch 1 gebildet wird, sowie durch Verdichten und der Möglichkeit zum Härten der Zusammensetzung.