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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Beschichtungssystem und zugehörige Verfahren für Asphaltbefestigungen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei einer Asphaltbefestigung handelt es sich um einen Verbundwerkstoff, der einen Mineralzuschlagstoff und einen Asphaltbinder umfasst, der abbindet, um eine robuste Oberfläche zu bilden. Die Asphaltbefestigung verschlechtert sich im zeitlichen Verlauf durch Oxidation des Asphaltbinders, schwere Lasten und schwankende Klimabedingungen. Ein Verfahren zur Sanierung oder Instandsetzung einer verfallenen Asphaltbefestigung besteht darin, die bestehende Befestigung zu entfernen und entweder durch eine neu hergestellte oder eine recycelte Befestigung zu ersetzen. Das Entfernen und Ersetzen ist jedoch kostspielig und unwirtschaftlich. Es gibt jedoch Asphaltbefestigung-Instandhaltungsprodukte, die verwendet werden, um Befestigungsflächen instand zu setzen.
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Ein typisches Asphalt-Instandhaltungsprodukt umfasst eine Beschichtungszusammensetzung, wie eine Uintait-Asphaltzusammensetzung, und einen Zuschlagstoff. Im Allgemeinen kann die Zusammensetzung auf die Asphaltbefestigung aufgesprüht werden, und der Zuschlagstoff wird dann unter Verwendung von Verteilern oder ähnlichen Vorrichtungen über der Zusammensetzung aufgebracht. Es gibt jedoch viele Varianten bezüglich der Formulierung der Zusammensetzung und des Zuschlagstoffs. Die Komponenten der Zusammensetzung, die Art von Zuschlagstoff und die Auftragsraten (Gallonen/Yard2 und/oder Pfund/Yard2 bzw. Liter/m2 und/oder kg/m2) können jeweils variiert werden, um bestimmte Leistungsziele zu erreichen. Ferner können in manchen Fällen die Beschichtungszusammensetzung und die Zuschlagstoffe kombiniert und dann auf der Befestigung aufgetragen werden. Zum großen Teil hängt jedoch das spezielle, auf der Befestigung aufgetragene Produkt sowie dessen Auftragsrate davon ab, wie die Befestigung verwendet wird.
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In der Asphaltbefestigungsindustrie gibt es zwei etwas getrennte Sektoren: Flugwesen/Flugplätze und Straßen. Befestigungen im Flugwesen stellen höhere Ansprüche im Vergleich zu Straßenbefestigungen. Bei Befestigungen im Flugwesen ist die Sicherheit von höchster Priorität, die Bauprozesse und Zeitpläne sind schwierig umzusetzen und das Lösen von Problemen ist kritischer und teurer. Außerdem werden die Flugplatzbefestigungen verwendet, um Flugzeuge zu tragen, während Straßen für Autos und LKWs verwendet werden. Außerdem altern die beiden Befestigungsarten unterschiedlich. Im Allgemeinen sind die Anforderungen für Befestigungen im Flugwesen (z. B. die Leistungsanforderungen, Spezifikationen, das Qualitätssteuerungssystem usw.) im Allgemeinen strikter und extremer als diejenigen für Straßenbefestigungen.
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Übliche Oberflächenbehandlungen zur Straßenasphaltinstandhaltung sind nicht immer für Befestigungen im Flugwesen geeignet. Übliche Straßenbehandlungen, die für eine Haltbarkeit von mehr als 3 bis 5 Jahren ausgelegt sind, sind typischerweise für die erforderlichen Befestigungen im Flugwesen nicht geeignet. In dem Maße, wie Straßenbehandlungen älter werden, bringen sie auch Probleme in Bezug auf die Sicherheitsleistung mit sich, z. B. Schaffung und Zunahme von Fremdkörperbeschädigungen (FOD, Foreign Object Debris) und Abnahme von positiven Reibungseigenschaften. In Situationen, in denen die Asphaltbefestigung im Flugwesen selbst dann, wenn sie zuvor mit einer üblichen Uintait-Asphaltbeschichtung oder einer anderen Instandhaltungsbeschichtung behandelt worden ist, bezüglich ihrer Eigenschaften der Oberflächenbeschaffenheit an Qualität abnimmt, muss diese wieder behandelt werden, um die Mindestanforderungen an die Sicherheit zu erhalten. Wird keine weitere Behandlung vorgenommen, muss die Befestigung einer viel umfangreicheren und kostspieligeren Prozedur der Sanierung durch Aufbrechen unterworfen werden. Übliche Straßenbehandlungen können modifiziert werden, um den Straßenzustand zu verbessern und die Reibungseigenschaften zu erhöhen, wodurch die vorstehend beschriebenen Sicherheitsprobleme angegangen werden. Leider haben solche Behandlungen eine relativ kurze Haltbarkeit, nämlich nur von 2 bis 5 Jahren oder weniger. Andere umfangreichere (schwer aufgebrachte) Asphalt-Instandhaltungsbehandlungen können eine Haltbarkeit von mehr als 3 bis 5 Jahren schaffen. Diese umfangreichen Behandlungen sind jedoch für die Anforderungen von Befestigungsanwendungen im Flugwesen weniger geeignet. Es fehlen Beschichtungssysteme, die mit relativ schwereren Raten aufgebracht werden können, die sowohl für Straßenbefestigungen als auch für Befestigungen im Flugwesen geeignet sind und eine erhöhte Lebensdauer haben.
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KURZFASSUNG
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Beschichtungssystem für eine Flugplatzfläche oder eine Straße. Das Beschichtungssystem kann eine stabile kationische Emulsion zum Auftragen auf die Flugplatzfläche oder Straße umfassen. Die stabile kationische Emulsion kann a) eine Asphaltmischung mit Gilsonit, wobei das Gilsonit modifiziert ist, um eine positive Ladung zu besitzen, b) ein oder mehr Polymere und c) ein oder mehr oberflächenaktive Mittel, die kein kationisches oberflächenaktives Mittel umfassen, aufweisen. Das Beschichtungssystem kann auch ein Feinzuschlagstoffmaterial zum Auftragen auf der stabilen kationischen Emulsion, die auf die Flugplatzfläche oder Straße aufgebracht wurde, umfassen.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Herstellungsverfahren für eine stabile kationische Asphaltemulsion. Das Verfahren umfasst das Mischen eines Straßenbitumens mit Gilsonit, um eine Asphaltmischung zu bilden. Das Verfahren umfasst weiterhin das Herstellen einer wässrigen Lösung, die Wasser, ein Modifiziermittel und ein oder mehr oberflächenaktive Mittel umfasst, wobei keines von dem einen oder den mehreren oberflächenaktiven Mitteln ein kationisches oberflächenaktives Mittel ist. Das Verfahren umfasst ferner das Kombinieren der Asphaltmischung mit der wässrigen Lösung, um eine kationische Emulsion zu bilden, wodurch eine positive Ladung auf einem Teil des Gilsonits entsteht, um die stabile kationische Emulsion zu bilden. Das Verfahren umfasst weiterhin das Hinzufügen von einem oder mehr Polymeren zur wässrigen Lösung oder kationischen Emulsion.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Auftragen eines Beschichtungssystems auf einer Oberfläche. Das Verfahren umfasst das Sprühen einer stabilen kationischen Emulsion auf eine Oberfläche mit einem Auftragsfahrzeug. Die stabile kationische Emulsion hat a) eine Asphaltmischung mit Gilsonit, wobei das Gilsonit modifiziert ist, um eine positive Ladung zu besitzen, b) ein oder mehr Polymere und c) ein oder mehr oberflächenaktive Mittel, die kein kationisches oberflächenaktives Mittel umfassen. Das Verfahren umfasst weiterhin das Auftragen eines Feinzuschlagstoffs mit einer Rate von mindestens 1 Pfund pro Quadratyard [ca. 0,45 kg pro 0,84 m2] auf der stabilen kationischen Emulsion, die auf die Oberfläche aufgebracht wurde.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein System zum Beschichten einer Oberfläche. Das System umfasst eine Sprüheinheit zum Sprühen der stabilen kationischen Emulsion. Das System umfasst auch eine Verteilereinheit, die an dem Auftragsgerät montiert und dafür ausgelegt ist, den Feinzuschlagstoff auf der Oberfläche aufzutragen. Die Verteilereinheit umfasst einen Bunker, um das Feinzuschlagstoffmaterial aufzunehmen, eine an den Bunker gekoppelte steuerbare Klappe, wobei die steuerbare Klappe beweglich ist, damit der Feinzuschlagstoff aus dem Bunker austreten kann, und einen Walzenaufbau in der Nähe der steuerbaren Klappe, der dafür ausgelegt ist, das Feinzuschlagstoffmaterial auf der aufgesprühten Emulsion aufzutragen.
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Figurenliste
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Die vorstehende Kurzfassung sowie die folgende ausführliche Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung werden durch Lesen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden. Zu Veranschaulichungszwecken der vorliegenden Anmeldung sind in den Zeichnungen veranschaulichende Ausführungsformen der Offenbarung gezeigt. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass die Anmeldung nicht auf die gezeigten genauen Anordnungen und Instrumente beschränkt ist. Es zeigen in den Zeichnungen:
- 1A eine schematische Darstellung eines Auftragsfahrzeugs und einer Verteilereinheit, die verwendet werden, um das Feinzuschlagstoffmaterial auf der Oberfläche aufzutragen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 1B eine schematische Darstellung einer in 1A gezeigten Verteilereinheit;
- 1C eine Perspektivansicht eines Abschnitts eines Walzenaufbaus in der in 1B gezeigten Verteilereinheit;
- 1D eine Seitenansicht des Abschnitts des Walzenaufbaus in der in 1C gezeigten Verteilereinheit;
- 2A eine schematische Darstellung eines Auftragsfahrzeugs und einer Verteilereinheit, die verwendet werden, um das Feinzuschlagstoffmaterial auf der Oberfläche aufzutragen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2B eine schematische Rückansicht einer in 2A gezeigten Verteilereinheit;
- 2C eine schematische Seitenansicht der in 2A gezeigten Verteilereinheit;
- 2D eine schematische Rückansicht einer Verteilereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2E eine schematische Seitenansicht der in 2D gezeigten Verteilereinheit; und
- 3 eine schematische Darstellung eines Auftragsfahrzeugs und einer Verteilereinheit, die verwendet werden, um das Feinzuschlagstoffmaterial auf der Oberfläche aufzutragen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassen ein Beschichtungssystem zum Auftragen auf einer Flugplatzfläche oder einer Straßenfläche und Verfahren zur Herstellung von Komponenten eines solchen Beschichtungssystems. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassen auch Systeme und Verfahren zum Auftragen des Beschichtungssystems auf einer Flugplatzfläche oder einer Straßenfläche. Die hier enthaltenen erfinderischen Konzepte umfassen ein Beschichtungssystem, das aus einer stabilen kationischen Emulsion und einem Feinzuschlagstoffmaterial zum Auftragen auf der stabilen kationischen Emulsion besteht, die auf der Flugplatzfläche oder der Straße aufgetragen wird. Die stabile kationische Emulsion kann eine Asphaltmischung umfassen, die Gilsonit enthält. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst Gilsonit Komponenten, die modifiziert sind, um eine positive Ladung zu besitzen, wodurch eine stabile kationische Emulsion entsteht. Es wurde herausgefunden, dass das Beschichtungssystem trotz der unterschiedlichen Anforderungen an jeden Befestigungstyp im Endgebrauch sowohl für Befestigungen im Luftwesen als auch für Straßenbefestigungen geeignet ist. Jede Komponente des Beschichtungssystems wird nachstehend beschrieben.
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Die stabile kationische Emulsion kann eine Asphaltmischung umfassen, die Gilsonit, ein oder mehr Polymere und ein oder mehr oberflächenaktive Mittel enthält, die kein kationisches oberflächenaktives Mittel umfassen. Die Emulsion kann auch ein Modifiziermittel, wie Säure, sowie Wasser enthalten. Die kationische Emulsion wird so verarbeitet, dass das Gilsonit in der Asphaltmischung kationische Eigenschaften hat. Dies ermöglicht wiederum die Verwendung von nicht-kationischen oberflächenaktiven Mitteln. Das Vorliegen von Polymer(en) in der Emulsion, oberflächenaktiven Mitteln und einem Modifiziermittel schafft eine stabile Emulsion, die längere Zeit zur späteren Verwendung gelagert werden kann. Dies ermöglicht ein Pumpen der Emulsion in Lagertanks und/oder eine Lieferung an Baustellen über größere Distanzen, ohne dass die Wirksamkeit des Beschichtungssystems abnimmt, wenn es auf den Befestigungsflächen aufgetragen wird.
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Die Asphaltmischungen umfassen mindestens Straßenbitumen und Gilsonit. In manchen Fällen können der Asphaltmischung als Verarbeitungshilfe oder Bindemittel zusätzliche Zusatzstoffe, wie Öle und oberflächenaktive Mittel, zugegeben werden. Straßenbitumen lässt sich als ein kolloidales System, beschreiben, das verschiedene Komponenten aufweist. Zum Beispiel kann der Straßenbitumen neben anderen Komponenten Hartasphalte, aromatische Kohlenwasserstoffe, Harze und ölige/wachsartige aliphatische Kohlenwasserstoffe enthalten. In den meisten Fällen sind die Hartasphalte von den aromatischen Kohlenwasserstoffen, Harzen, öligen/wachsartigen aliphatischen Kohlenwasserstoffen usw. umgeben (solvatisiert). Die Asphaltmischung kann gewisse Parameter aufweisen, die bevorzugt sind. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Straßenbitumen um Asphalt mit einer Penetration von 120/140. Der Penetrationswert ist eine Einschätzung, wie schwer es ist, ihn mit einem Einzelteil zu durchdringen. Der Penetrationswert für Straßenbitumen, wie er hier verwendet wird, wird gemäß dem Prüfverfahren ASTM D-5 gemessen. Die Asphaltmischung kann auch einen kolloidalen Index von mindestens 2,50 haben, um ein gutes Gleichgewicht zu gewährleisten. Ferner sollten die Asphaltmischung und der Straßenbitumen einen gewissen Bereich der SARA-Parameter aufweisen (SARA = Saturate, Aromatic, Resin, Asphaltene = aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, Harz und Hartasphalt). Siehe zum Beispiel nachstehende Tabelle 3. Das SARA-Analyseverfahren unterteilt Rohölkomponenten entsprechend ihrer (chemischen Gruppenklassen, von Interesse sind hier) Polarisierbarkeit und Polarität. Wie es hier verwendet wird, ist das SARA-Analyseverfahren das ASTM D-2007.
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Gilsonit ist ein natürlich vorkommendes Asphaltit-Kohlenwasserstoffmineralharz. Gilsonit ist eine einzigartige Zusammensetzung, die bekannt dafür ist, dass sie schwierig in eine Asphaltemulsion einzubinden ist. Gilsonit ist eine Kombination von verschiedenen Molekülen, die auf verschiedenartige Weise in Asphaltzusammensetzungen wirken. Gilsonit ist bekanntlich relativ reich an polaren und Harzen. Aus diesem Grund kann Gilsonit Hartasphalte, die typischerweise in Straßenbitumen vorliegen, solvatisieren. Gilsonit bildet auch im Allgemeinen ein gleichmäßigeres Spektrum für das kolloidale Gleichgewicht des Asphalts. Gilsonit wird teilweise ausgewählt, weil seine kolloidalen Eigenschaften die kolloidalen Eigenschaften von typischerweise verfügbarem Straßenbitumen gut ausgleichen.
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Das Gilsonit in der Asphaltmischung wurde modifiziert, um die Haftung zu verbessern. Gilsonit hat einen relativ hohen Stickstoffgehalt. Der Stickstoff in Gilsonit liegt als ein Pyrrolmolekül (d. h. ein Polarharz) vor, und die Zugabe von Gilsonit erhöht die polare (Polarharz-) Fraktion der Asphaltmischung, wie sie in der SARA-Analyse ersichtlich ist. Das Stickstoffpyrrol in Gilsonit hat gewisse günstige Kennzeichen. Da Gilsonit Stickstoffpyrrole umfasst und Pyrrole für lebende Organismen nicht toxisch sind, wird Gilsonit als umweltfreundlich angesehen. Ferner nutzen die vorliegend offenbarten erfindungsgemäßen Konzepte das Vorliegen von Stickstoffpyrrolen. In bestimmten Ausführungsformen werden die Stickstoffpyrrole modifiziert, so dass sie zu einem oberflächenaktiven Mittel in der Emulsion werden. Durch Herunterfahren des pH-Wertes der Emulsion auf einen sauren Zustand durch das Vorliegen eines Modifiziermittels, wie einer Säure, wird das Stickstoffpyrrol aktiviert, so dass es zu einem positiv geladenen N
+-Molekül auf der Oberfläche des Gilsonit-Asphalttröpfchens wird. Somit besitzen Teile des Gilsonits eine positive Ladung und verhalten sich wie ein kationisches oberflächenaktives Mittel. Das modifizierte Gilsonit in Kombination mit der Verwendung von nicht-kationischen oberflächenaktiven Mitteln liefert die gewünschte kationische Charakteristik der Emulsion. Das überraschende Ergebnis ist eine einzigartig stabile Emulsion. Ferner ergibt dieser Aspekt auch ein Gilsonit-Asphalttröpfchen mit einer eigenen Haftungseigenschaft. Es wird angenommen, dass die kationische Ladung des Gilsonits als ein Haftmittel wirkt, so dass man sich für die Haftung nicht auf ein oberflächenaktives Mittel verlassen muss, wie es bei typischen Asphaltemulsionen verwendet wird. Die kationische Haftung ist eine notwendige Eigenschaft für die Haftung des Asphalttröpfchens an der negativ/anionischen Befestigungsfläche. Die nachstehende Tabelle 1 veranschaulicht typische Metalle, die sich gemäß der vorliegenden Offenbarung in Gilsonit finden, gemessen durch Röntgenfluoreszenz bzw. XRF, welches Verfahren verwendet wird, um die Zusammensetzung der Produkte im Hinblick auf Metalle zu bewerten.
Tabelle 1 Ungefährer Metallgehalt von Gilsonit
| Metall | Ca. max. ppm |
| Na | 500 |
| Mg | 200 |
| Al | 550 |
| Si | 1600 |
| Ca | 350 |
| Cu | 1 |
| Fe | 450 |
| Mo | 11 |
| Zn | 15 |
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Die Menge der Asphaltmischung in der Emulsion kann schwanken. In einem Beispiel umfasst die Asphaltmischung zwischen etwa 50,0 bis etwa 70,0 Gewichtsprozent der Emulsion. In einem weiteren Beispiel umfasst die Asphaltmischung zwischen etwa 55,0 bis etwa 65,0 Gewichtsprozent der Emulsion. Die Menge des Straßenbitumens in der Asphaltmischung beträgt mindestens 85 Gewichtsprozent der Asphaltmischung. In einem Beispiel liegt der Straßenbitumen in der Asphaltmischung in einer Menge von mindestens 80 Gewichtsprozent der Asphaltmischung vor. Das Gilsonit kann mindestens 15 Gewichtsprozent der Asphaltmischung betragen. In einem Beispiel liegt das Gilsonit in der Asphaltmischung in einer Menge von mindestens 20 Gewichtsprozent der Asphaltmischung vor. Ferner versteht sich, dass bei diesen angegebenen Mengen das Gilsonit mindestens 10 Gewichtsprozent der Emulsion umfassen kann. In manchen Fällen kann jedoch die Asphaltmischung und/oder die Menge an Gilsonit mehr oder weniger als die vorstehend angegebenen Bereiche betragen.
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Die Emulsion kann ein oder mehr Polymere umfassen. Polymere können verwendet werden, um die Haltbarkeit und Zähigkeit des fertigen Beschichtungssystems zu erhöhen und das Halten von Zuschlagstoffmaterial in der auf der Befestigung aufgetragenen Beschichtung zu unterstützen. Beispielhafte Polymere oder Copolymere schließen diejenigen ein, die zur Bereitstellung gewünschter Eigenschaften für den Asphaltemulsionsrückstand beitragen, zum Beispiel durch Bereitstellen einer eine Belastung aufnehmenden Schicht, die stark an der zugrundeliegenden Befestigung haftet, durch Bereitstellen einer nichtklebrigen Oberfläche oder durch Bereitstellen eines Polymers von einer nicht anschwellenden Art. In einem Beispiel können die Polymere Polymere und Copolymer-Kombinationen umfassen, wie Acryl, Styrolbutadienkautschuk oder Kombinationen von diesen. Das Polymer oder die Polymere kann/können zwischen etwa 1,0 bis etwa 5,0 Gewichtsprozent der Emulsion betragen.
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Beispielhafte Acrylpolymere oder -copolymere werden vorzugsweise von Acrylatmonomeren hergeleitet. Die Acrylatmonomere können zum Beispiel auf (Meth)acrylsäure, Estern von (Meth)acrylsäure, (Meth)acrylamid, (Meth)acrylnitril und Derivaten dieser Acrylatmonomere basieren. Beispielhafte Ester von (Meth)acrylsäuren umfassen unter anderem Alkyl- und Hydroalkylester, z. B. Methyl(meth)acrylate, Ethyl(meth)acrylate, Butyl(meth)acrylate, Hydroxyethyl(meth)acrylat, Isobornyl(meth)acrylat und längerkettige Alkyl(meth)acrylate, wie Ethylhexyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Cetyl(meth)acrylat und Stearyl(meth)acrylat. Derivate von (Meth)acrylamid umfassen unter anderem alkylsubstituierte (Meth)acrylamide, z. B. N,N-Dimethyl(meth)acrylamid, N,N-Dipropyl(meth)acrylamid, t-Butyl(meth)acrylamid, N-octyl(meth)acrylamid und längerkettige Alkyl(meth)acrylamide, wie N-Lauryl(meth)acrylamid und N-Stearyl(meth)acrylamid. Die Acrylpolymere umfassen auch Polymere, die allgemein als Acryle, Acrylatpolymere, Polyacrylate oder Acrylelastomere bekannt sind. Acrylatpolymere gehören zu einer Gruppe von Polymeren, die im Allgemeinen als Kunststoffe bezeichnet werden können, während Acrylelastomer ein allgemeiner Begriff für eine Art von Kunstgummi ist, dessen Hauptbestandteil ein Acrylsäurealkylester (zum Beispiel ein Ethyl- oder Butylester) ist.
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Beispielhafte Copolymere umfassen Polymere, die von Polyolefinen hergeleitet sind, wie Vinylacetat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Styrol, substituiertes Styrol, Butadien, ungesättigte Polyester, Ethylen und dergleichen. Bei manchen Ausführungsformen ist das Acrylcopolymer von Acrylatmonomeren und Mischungen derselben hergeleitet und mit Styrol oder Ethylen polymerisiert. Bei noch weiteren Ausführungsformen ist das Acrylcopolymer von Butylacrylat hergeleitet und mit Styrol oder Ethylen copolymerisiert. Bei noch weiteren Ausführungsformen ist das Copolymer ein Acrylnitrilbutadien.
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Die Emulsion umfasst ein oder mehr oberflächenaktive Mittel. Die oberflächenaktiven Mittel schaffen eine geeignete Stabilität, Viskosität und andere notwendige Eigenschaften der Emulsion für die Lagerung, den Transport, das Auftragen, das Erstarren sowie das Abbinden. Die oberflächenaktiven Mittel ermöglichen auch kurz- und langfristige Anreicherungen des Polymerbindemittels in der Befestigung.
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Bei den oberflächenaktiven Mitteln kann es sich um ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel und ein amphoteres oberflächenaktives Mittel handeln. In den meisten Fällen umfasst die Emulsion jedoch auf Grund ihrer nachteiligen Auswirkung auf die Stabilität der Emulsion kein kationisches oberflächenaktives Mittel, wobei Gründe hierfür an anderer Stelle in der vorliegenden Offenbarung besprochen werden. Demgemäß sind ein amphoteres oberflächenaktives Mittel und/oder nichtionische oberflächenaktive Mittel kationischen oberflächenaktiven Mitteln vorzuziehen. Amphotere oberflächenaktive Mittel und/oder nichtionische oberflächenaktive Mittel erhöhen die Aufbruch-/Abbindezeit der Emulsion, wenn sie auf die Befestigung gesprüht wird. Ein amphoteres oberflächenaktives Mittel ist eines, das bei einem niedrigen pH-Wert kationisch und bei einem hohen pH-Wert auch anionisch sein kann, während nichtionische Mittel keine speziellen Ladungen mit sich bringen. Im Gegensatz dazu ist ein typisches kationisches oberflächenaktives Mittel, wie Fettalkylamin, stets kationisch. Kationische oberflächenaktive Mittel haben, außer bei einem sehr hohen pH-Wert, eine starke positive Ladung. Ein oberflächenaktives Mittel mit einer starken positiven Ladung bei einer Gilsonit-Asphaltmischung wie hier beschrieben ist jedoch problematisch und kontraproduktiv. Zum Beispiel destabilisiert ein stark positiv geladenes oberflächenaktives Mittel die Emulsion über einen kurzen Zeitraum, insbesondere bei Gilsonitladungen von mehr als 8-10 Gewichtsprozent der Asphaltmischung. Bei einem Vorliegen von Gilsonit in einer Menge von 20 Gewichtsprozent der Asphaltmischung bietet ein amphoteres oberflächenaktives Mittel eine leichte Aktivität des oberflächenaktiven Mittels mit gepufferter Ladung, was eine zusätzliche Stabilität ergibt. Ferner beschleunigt ein amphoteres oberflächenaktives Mittel, wenn die Emulsion auf die Befestigung gesprüht wird, den Aufbruch / das Abbinden der Emulsion. Im Gegensatz dazu kann ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel tatsächlich eine Stabilität bieten, verzögert jedoch auch den Aufbruch / das Abbinden der Emulsion, wenn sie auf der Befestigung aufgetragen wird. Die vorliegende Emulsion gleicht diese konkurrierenden Merkmale überraschenderweise aus, wobei die Verwendung eines kationischen oberflächenaktiven Mittels vermieden wird.
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Beispielhafte amphotere oberflächenaktive Mittel umfassen unter anderem alkoxyliertes Alkylamin. Andere beispielhafte amphotere oberflächenaktive Mittel umfassen Betaine und amphotere Imidazolinderivate.
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Beispielhafte nichtionische oberflächenaktive Mittel umfassen ethoxylierte Verbindungen und Ester, zum Beispiel ethoxylierte Fettalkohole, ethoxylierte Fettsäuren, Sorbitanester, ethoxylierte Sorbitanester, ethoxylierte Alkylphenole, ethoxylierte Fettamide, Glyzerinfettsäureester, Alkohole, Alkylphenole und Mischungen derselben. In einem Beispiel können die nichtionischen oberflächenaktiven Mittel Nonylphenolethoxylat oder ethoxylierter Alkohol sein.
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Die oberflächenaktiven Mittel umfassen zwischen etwa 0,25 bis etwa 4,0 Gewichtsprozent der Emulsion. In einem Beispiel umfassen die oberflächenaktiven Mittel zwischen 0,25 bis etwa 2,5 Gewichtsprozent der Emulsion. Ferner umfassen die amphoteren oberflächenaktiven Mittel zwischen etwa 0,25 bis etwa 1,0 Gewichtsprozent der Emulsion. Die nichtionischen oberflächenaktiven Mittel können zwischen etwa 0,25 bis etwa 4,0 Gewichtsprozent der Emulsion umfassen. In einem Beispiel umfassen die nichtionischen oberflächenaktiven Mittel zwischen 0,5 bis etwa 2,0 Gewichtsprozent der Emulsion. Die Mengen der oberflächenaktiven Mittel sind jedoch nicht strikt auf die vorstehend angegebenen Bereiche beschränkt.
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Die Emulsion kann ein Modifiziermittel umfassen, um das Gilsonit in der Asphaltmischung zu laden. Das Modifiziermittel liegt in einer Menge zwischen 0,25 bis 3,0 Gewichtsprozent der Emulsion vor. Bei dieser Menge wird der pH-Wert der Emulsion auf weniger als 6,5 und vorzugsweise weniger als 5,0 gesenkt. Ein pH-Wert von unter 6,5 in der Emulsion zeigt geladenes Gilsonit in der Mischung an. Wie vorstehend erläutert wurde, wird das Modifiziermittel verwendet, um den pH-Wert der Emulsion auf einen sauren Zustand herunterzufahren, so dass das Stickstoffpyrrol innerhalb des Gilsonits aktiviert wird, so dass es zu einem positiv geladenen N+-Molekül wird. Demgemäß umfasst die Emulsion modifiziertes Gilsonit, das Anteile enthält, die oberflächenaktiven Mitteln ähnlich sind, die wiederum die Stabilität und die Haftung im Gebrauch verbessern. Das Modifiziermittel kann eine Säure, wie Chlorwasserstoffsäure, sein.
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Die Emulsion kann andere optionale Zusatzstoffe enthalten, um die Eigenschaften der Emulsion entsprechend dem Verwendungszweck, dem Auftragsverfahren und den Lagerbedingungen einzustellen. Diese umfassen zum Beispiel Mineralsalze, Verdickungsmittel, Stabilisatoren, Frostschutzmittel, Haftungspromotoren, Biozide, Pigmente und dergleichen. Die Emulsion ist jedoch im Wesentlichen frei von Tallölpech oder Steinkohleteer.
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In einem Beispiel umfasst die Emulsion eine Asphaltmischung, die Gilsonit in einer Menge zwischen etwa 55 % - 70 %; ein oder mehr Polymere in einer Menge zwischen etwa 1 % - 5 %; ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel in einer Menge zwischen etwa 0,5 % - 2 %; ein amphoteres oberflächenaktives Mittel in einer Menge zwischen etwa 0,25 % - 1,0 %; ein Modifiziermittel, wie eine Säure, in einer Menge zwischen etwa 0,5 % - 2,5 %; und Wasser zum Auffüllen auf 100 Gewichtsprozent der Emulsion enthält.
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Das Beschichtungssystem umfasst auch ein Feinzuschlagstoffmaterial. Das Feinzuschlagstoffmaterial kann unter anderem zerkleinertes Kieselgestein, Quarzit oder Carbonate enthalten. Es können auch andere Arten von Feinzuschlagstoffmaterialien verwendet werden. Der Feinzuschlagstoff kann trocken, sauber, intakt, haltbar und eckig mit stark strukturierten Oberflächen sein. In einem Beispiel kann der Feinzuschlagstoff mindestens 50 Gewichtsprozent Siliziumdioxid des Feinzuschlagstoffs und bis zu etwa 5 Gewichtsprozent Calciumoxid des Feinzuschlagstoffs umfassen.
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Das Feinzuschlagstoffmaterial ist wirksam zur Verbesserung der Eigenschaften der Oberflächenreibung. Das Feinzuschlagstoffmaterial kann mit der Emulsion einfach und gleichmäßig mit höheren Raten, z. B. mindestens 1 Pfund pro Quadratyard (ca. 0,45 kg pro 0,84 m
2), auf der Befestigung aufgetragen werden. Es wird angenommen, dass beim Auftragen ein erheblicher Anteil des Feinzuschlagstoffmaterials in der Emulsion versinkt und in dieser gebunden wird, während die Emulsion erstarrt und abbindet. Das Feinzuschlagstoffmaterial bleibt ausreichend eingebettet, um sowohl kurzfristig als auch langfristig verbesserte Reibungs- und Sicherheitskennzeichen zu bieten. Der Feinzuschlagstoff kann die in Tabelle 2 gezeigten Abstufungsgrenzen haben, geprüft gemäß ASTM C136. Ferner kann ein beispielhaftes Feinzuschlagstoffmaterial Eigenschaften haben, die weiter unten in Tabelle 3 veranschaulicht sind.
Tabelle 2 Teilchengröße Zuschlagstoffmaterial
| Siebbezeichnung | Gewichtsprozentsatz Durchgang durch die Siebe |
| 12 | 100 |
| 14 | 98-100 |
| 16 | 85-98 |
| 30 | 15-45 |
| 50 | 0-8 |
| 70 | 0-2 |
| 200 | 0-1 |
Tabelle 3 Eigenschaften Feinzuschlagstoff
| Prüfung | Prüfverfahren | Bereich |
| Micro-Deval | ASTM D7428 | Bis zu 15 % |
| Intaktheit Magnesiumsulfat | ASTM C88 - Feinzuschlagstoff | Bis zu 2 % |
| Los-Angeles-Abriebversuch | ASTM C131 - Korngrößeneinteilung D | Bis zu 8 % |
| Eckigkeit Feinzuschlagstoff | ASTM C1252 - Prüfverfahren A | Mindestens 45 % |
| Feuchtigkeitsgehalt (%) | ASTM C566 | Bis zu 2 % |
| relative Dichte Schüttgut trocken | ASTM C128 | 2,6-3,0 |
| relative Dichte Schüttgut SSD (gesättigte Oberfläche, trocken) | ASTM C128 | 2,6-3,0 |
| Offensichtliche relative Dichte | ASTM C128 | 2,6-3,2 |
| Absorption (%) | ASTM D2216 | Bis zu 3 % |
| Mohssche Härte | Mohssche Härteskala | Mindestens 7,0 |
| AIMS-Textur | AIMS-Texturindex | Mindestens 90 % |
| Mineralstoff- | ASTM 3319 | Mindestens 65 |
| Polierwiderstandswert | | |
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In Tabelle 3 wird die Prüfung der Mohsschen Härte gemäß der Standardprüfung ASTM MNL46 unter Verwendung der Mohsschen Härteskala ausgeführt. Die Textur wurde mit dem AIMS (Aggregate Imaging System) gemäß AASHTO TP81 geprüft, der Quellenzuschlagstoff wurde unter Verwendung von Nr. 4 an Teilchengrößen bis ¼" (6,35 mm) geprüft. Der Mineralstoff-Polierwiderstandswert wurde gemäß ASTM 3319 geprüft, modifiziert für einen Feinzuschlagstoff unter Verwendung eines Quellenzuschlagstoffs, der durch ein ½"-Sieb (12,7 mm) hindurchging und von einem ¼"-Sieb (6,35 mm) zurückgehalten wurde. Die Mineralstoff-Polierwiderstandswerte werden je Prüfverfahren unter Verwendung der „F“-Skala gelesen. Vorzugsweise hat das Feinzuschlagstoffmaterial nachhaltig 100 % Bruchflächen, gemessen gemäß ASTM D-5821. Das Feinzuschlagstoffmaterial kann auch ein Sandäquivalent größer als 85 aufweisen, geprüft gemäß ASTM D-2419.
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Die Emulsion wurde, ohne Zugabe von Polymeren, auch bewertet, um verschiedene Parameter zu bestimmen. Die Emulsion ohne Zugabe von Polymeren kann hier Eigenschaften haben, wie sie in der nachstehenden Tabelle 4 angegeben sind.
Tabelle 4 Eigenschaften der stabilen kationischen Emulsion ohne Polymer(e)
| Eigenschaft | Prüfverfahren | Wert |
| Saybolt Furol Viskosität bei 77 °F (25°C) | ASTM D244 | 20 - 100 Sekunden |
| Rückstand durch Destillation oder Verdampfung | ASTM D244 | Mindestens 55 % (57 %) |
| Siebprüfung | ASTM D244 | Bis zu 0,1 % |
| 24-Stunden-Stabilität | ASTM D244 | Bis zu 1 % |
| 5-Tage-Erstarrungsprüfung | ASTM D244 | Bis zu 5,0 % |
| Teilchenladung | ASTM D244 | Positiv |
| pH-Wert | | maximaler pH-Wert 6,5 |
| Viskosität bei 275 °F (135°C) | ASTM D4402 | 1750 cts, Maximum |
| Löslichkeit in 1,1,1-Trichlorethylen | ASTM D2042 | 97,5 %, Minimum |
| Penetration | ASTM D5 | 50 dmm, Maximum |
| Hartasphalte | ASTM D2007 | 15 %, Minimum |
| Aliphatische Kohlenwasserstoffe | ASTM D2007 | 15%, Maximum |
| Polare Verbindungen | ASTM D2007 | 25 %, Minimum |
| Aromatische Kohlenwasserstoffe | ASTM D2007 | 15 %, Minimum |
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Die gesamte Emulsion, bei der Polymere eingeschlossen sind, wie hier beschrieben, können die Eigenschaften haben, wie sie nachstehend in Tabelle 5 angegeben sind.
Tabelle 5 Eigenschaften der stabilen kationischen Emulsion mit Polymer(en)
| Eigenschaft | Prüfverfahren | Wert |
| Viskosität bei 60 °C | AASHTO T-315 | bis zu 5000 cts |
| Erweichungspunkt °C | AASHTO T-53 | Mindestens 60 |
| Penetration | AASHTO T-49 | 14-40 |
| Elastische Erholung 25 °C | AASHTO T-301 | 15 % - 75 % |
| Verformbarkeit 25 °C | AASHTO T-51 | 5 % - 50 % |
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassen ein Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen stabilen kationischen Emulsion. Zunächst umfasst das Verfahren das Mischen von Straßenbitumen mit Gilsonit, um die Asphaltmischung mit Komponentenbereichen wie vorstehend beschrieben zu erhalten. Das Mischen kann unter Verwendung eines standardmäßigen Trogmischers oder dergleichen erfolgen. Dieser Mischschritt kann die Zugabe eines optionalen Gasöls, z. B. eines atmosphärischen Leichtöls, zur Asphaltmischung umfassen. Das Gasöl kann die Penetration der Emulsion in die zugrundeliegende Befestigung unterstützen. Als nächstes wird der Asphaltmischung ein optionales oberflächenaktives Mittel zugegeben. Dieses optionale oberflächenaktive Mittel wird verwendet, um das Schmelzen und Mischen von Gilsonit in der Asphaltmischung zu unterstützen. Die Asphaltmischungszusammensetzung wird in dieser Phase für einen Zeitraum einer Temperatur von mindestens 300 Grad Fahrenheit (ca. 150 °C) ausgesetzt. In einem Beispiel wird die Asphaltmischung einer Temperatur von etwa 350 °F (etwa 180 °C) ausgesetzt und bei der erhöhten Temperatur während 24-48 Stunden gemischt.
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Das Verfahren umfasst, separat vom Bilden der Asphaltmischung, die Zubereitung einer wässrigen Lösung umfassend Wasser, das Modifiziermittel (z. B. Säure) und ein oder mehr oberflächenaktive Mittel. Wie vorstehend angegeben, ist ein kationisches oberflächenaktives Mittel in der wässrigen Lösung nicht erforderlich. In einem Beispiel wird dem Wasser die Säure zugegeben, gefolgt von dem (den) oberflächenaktiven Mittel(n). Diese wässrige Lösung wird dann über einen Zeitraum gemischt.
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Die Asphaltmischung und die wässrige Lösung werden dann in eine Emulsionsmühle gepumpt, um eine Emulsion zu bilden. Insbesondere umfasst das Verfahren das Kombinieren der Asphaltmischung mit der wässrigen Lösung, um eine kationische stabile Emulsion zu bilden. Wie vorstehend beschrieben, schafft die Säure eine saurere Zusammensetzung und hat die Auswirkung, dass sie an Abschnitten des Gilsonits in der Asphaltmischung eine positive Ladung bildet, wodurch die kationische Emulsion mit einer verbesserten Stabilität gebildet wird. Die Emulsionsmühle schert die Gilsonit-Asphaltmischung und die wässrige Lösung zusammen in einem kontinuierlichen Verfahren.
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Das Verfahren umfasst das Hinzufügen von einem oder mehr Polymeren zur wässrigen Lösung oder zur Emulsion. Zum Beispiel kann das Polymer (können die Polymere) der wässrigen Lösung, d. h. der Wasserphase der Emulsion, vor dem Mahlen zugegeben werden. Alternativ kann das Polymer (können die Polymere) der gemahlenen Emulsion „nachträglich zugefügt“ werden, bevor sie in Lagertanks oder Transportfahrzeuge geladen wird.
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Die fertige kationische Emulsion kann in die Lagertanks gepumpt und gelagert werden, bis sie benötigt wird. Da die kationische Emulsion stabil ist, sind längere Lagerzeiten möglich. Dies verbessert die Bestandskontrolle und ermöglicht es dem Hersteller, besser auf die Nachfrage zu reagieren. Ferner beeinträchtigt die Möglichkeit längerer Lagerzeiten nicht die Erstarr- und Abbindeeigenschaften der kationischen Emulsion, wenn sie auf der Befestigungsfläche aufgetragen wird.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind ein System und ein Verfahren zum Auftragen eines Beschichtungssystems auf einer Oberfläche. Das System und das Verfahren können das vorstehend beschriebene Beschichtungssystem mit einem Auftragsfahrzeug 10 auftragen, das modifiziert wurde, um große Mengen der Zuschlagstoffladung aufzunehmen. Die 1A-3 veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen des Auftragsfahrzeugs, das zum Auftragen des Beschichtungssystems verwendet wird. Wie in 1A gezeigt ist, umfasst das Auftragsfahrzeug 10 die an diesem montierte Sprüheinheit 20 und eine Verteilereinheit 30, so dass die Emulsion bzw. der Feinzuschlagstoff mit einem einzelnen Fahrzeug gemeinsam aufgebracht werden können. Das Auftragsfahrzeug 10 umfasst auch einen Lagertank 12, der die kationische Emulsion enthält. Die Sprüheinheit 30 ist dafür ausgelegt, die stabile kationische Emulsion mit verschiedenen Auftragsraten, wie hier beschrieben, aufzusprühen. Die Verteilereinheit 30 ist dafür ausgelegt, den Feinzuschlagstoff auf der Oberfläche aufzutragen. In einer Ausführungsform umfasst die Verteilereinheit 30 einen Bunker 32, um das Feinzuschlagstoffmaterial aufzunehmen, und eine steuerbare Klappe 34, die an den Bunker 32 gekoppelt ist. Die steuerbare Klappe 34 ist beweglich, damit der Feinzuschlagstoff aus dem Bunker 32 austreten kann. Die Verteilereinheit 30 umfasst auch einen Walzenaufbau 40 nahe der steuerbaren Klappe 34. Der Walzenaufbau 40 ist dafür ausgelegt, das Feinzuschlagstoffmaterial aus dem Bunker 32 durch die steuerbare Klappe 34 zu führen, um den Feinzuschlagstoff gleichmäßig auf der Emulsion zu verteilen bzw. auf diese fallen zu lassen. Der Walzenaufbau 40 kann eine langgestreckte Walzenstange 42 (1B-1D) aufweisen, die in einem Trog 44 positioniert ist. Wie gezeigt, kann die Walzenstange 42 sich nach außen erstreckende Zacken umfassen, die über die Länge der Walzenstange 42 verlaufen. Die Walzenstange 42 ist bedienbar an einen Motor 46 gekoppelt, der verwendet wird, um die Walzenstange 42 zu drehen. Somit kann eine bevorzugte Verteilereinheit als Walzeneinheit oder Walzenverteiler bezeichnet werden. Das System umfasst gegebenenfalls Mittel zum Unterstützen des Entfernens des Feinzuschlagstoffmaterials aus dem Bunker. Solche optionalen Mittel können eine interne Einzugswalze, eine Fördereinrichtung oder ein Vibrator oder eine andere ähnliche Vorrichtung sein. Das System umfasst auch einen Controller, der dafür ausgelegt ist, den Betrieb der Verteilereinheit und der Sprüheinheit zu steuern. Der Controller ermöglicht es dem Bediener des Auftragsfahrzeugs, die Feinzuschlagstoff-Verteilereinheit zusammen mit der Emulsion zu steuern, da diese Komponenten auf der Oberfläche aufgetragen werden.
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Die 2A-3 veranschaulichen alternative Ausführungsformen eines Auftragsfahrzeugs. Gemeinsame Teile und Merkmale des in den 1A-1D gezeigten Auftragsfahrzeugs und des in den 2A-3 gezeigten Auftragsfahrzeugs haben die gleichen Bezugszeichen. Gemäß einer Ausführungsform, wie in den 2A-2E gezeigt, umfasst das Auftragsfahrzeug 10 eine Schleuderverteilereinheit 130a mit einem Bunker 132a (2B und 2C). Demgemäß kann die Verteilereinheit an Stelle des Walzenaufbaus eine Schleuderplatte 140 mit Rippen umfassen (d. h. einen Drehschleuderer). Ferner kann eine Klappe 134a zur Rückseite des Bunkers 132a angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsform, wie in den 2D-2E gezeigt, umfasst das Auftragsfahrzeug 10 eine Schleuderverteilereinheit 130a mit einem Bunker 132b. Die Schleuderverteilereinheit 130b kann eine Schleuderplatte 140 mit Rippen umfassen (d. h. einen Drehschleuderer). Die Klappe kann jedoch zur Rückseite des Bunkers 132a angeordnet sein. Alternativ, wie in den 2D und 2E gezeigt, kann die Klappe 134b unterhalb des Bunkers 132b angeordnet sein. Gemäß den offenbarten Ausführungsformen wurden verbesserte Reibungsergebnisse mit den standardmäßigen „Drehschleuderer“-Einheiten erhalten, jedoch mit einigen Modifikationen.
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In noch einer weiteren Ausführungsform, die in 3 veranschaulicht ist, kann das System alternativ mit dem Auftragsfahrzeug 10 verwendet werden, das dazu geeignet ist, eine luftbetriebene Verteilereinheit 230 zu umfassen, wie in 3 gezeigt. Demgemäß kann die Verteilereinheit an Stelle des Walzenaufbaus eine Lufteinheit 240 aufweisen, wobei es sich um eine luftbetriebene Vorrichtung handelt, um den Zuschlagstoff über Luft aufzubringen.
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Das Verfahren des Auftragens des Beschichtungssystems umfasst das Sprühen einer stabilen kationischen Emulsion auf eine Oberfläche mit dem Auftragsfahrzeug. Wie vorstehend angemerkt, umfasst die stabile kationische Emulsion: a) eine Asphaltmischung umfassend Gilsonit, wobei das Gilsonit modifiziert ist, um eine positive Ladung zu besitzen; b) ein oder mehr Polymere; und c) ein oder mehr oberflächenaktive Mittel, die kein kationisches oberflächenaktives Mittel aufweisen. In einem Beispiel wird die stabile kationische Emulsion in einer Menge von 0,10 bis 1,0 Gallonen pro Quadratyard [ca. 0,38 l bis 3,79 l pro 0,84 m2] auf die Oberfläche gesprüht. In einem weiteren Beispiel wird die stabile kationische Emulsion in einer Menge von 0,15 bis 0,25 Gallonen pro Quadratyard [ca. 0,57 l bis 0,95 l pro 0,84 m2] auf die Oberfläche gesprüht.
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Das Verfahren umfasst weiterhin das Auftragen eines Feinzuschlagstoffs mit einer Rate von mindestens 1,0 Pfund pro Quadratyard [ca. 0,45 kg pro 0,84 m2] auf die stabile kationische Emulsion, die auf der Oberfläche aufgetragen wurde. In einem Beispiel wird das Feinzuschlagstoffmaterial in einer Menge von 1,0 Pfund pro Quadratyard bis 5,0 Pfund pro Quadratyard [ca. 0,45 kg pro 0,84 m2 bis ca. 2,27 kg pro 0,84 m2] auf der stabilen kationischen Emulsion aufgetragen. Die stabile kationische Emulsion wird über die an dem Fahrzeug montierte Sprüheinheit aufgesprüht. Und der Feinzuschlagstoff wird mit der auf demselben Auftragsfahrzeug montierten Verteilereinheit aufgebracht. Es versteht sich jedoch, dass es möglich ist, die stabile kationische Emulsion und die Feinzuschlagstoffmaterialien unter Verwendung von mehr als einem Auftragsfahrzeug aufzubringen.
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Die vorliegende Offenbarung kann ferner anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele verstanden werden.
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Beispiel 1
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Die kationische Emulsion und das Feinzuschlagstoffmaterial wurden wie hier beschrieben hergestellt. Die Verteilereinheit (Typ Drehschleuderer) wurde an einem standardmäßigen Asphaltverteiler-Sprühlastwagen montiert. Der Lastwagen wurde so eingestellt, dass er 1,0 bis 3,0 Pfund/QY [ca. 0,45 bis 1,36 kg pro 0,84 m
2] des Feinzuschlagstoffmaterials aufbringt. Die kationische Emulsionszusammensetzung umfasste etwa 60 Gewichtsprozent der Emulsion der Asphaltmischung und etwa 2,5 Gewichtsprozent der Emulsion eines Latexpolymers (SB-Acryl). Das Feinzuschlagstoffmaterial umfasste physikalische Eigenschaften, wie sie in den vorstehenden Tabellen 2 und 3 angegeben sind. Insbesondere handelte es sich bei der größensortierten Teilchengröße zu 100 % um eine solche, die durch ein US-Sieb Nr. 14 hindurchgeht. Die kationische Emulsion wurde auf einer Flugplatz-Asphaltbefestigungsfläche aufgetragen, die vor dem Beschichten in einem „schlechten“ Zustand gemäß dem Pavement Condition Index war (PCI, Index des Zustands von Befestigungen). Die kationische Emulsion wurde mit 0,20 Gallonen pro Quadratyard [ca. 0,76 l pro 0,84 m
2] auf der Oberfläche aufgetragen, und das Feinzuschlagstoffmaterial wurde mit 1,5 Pfund pro Quadratyard [ca. 0,68 kg pro 0,84 m
2] aufgetragen. Nach dem Auftragen und Trocknen wurde die Oberflächenreibungsprüfung durchgeführt. In diesem Fall erfolgte die Reibungsprüfung gemäß dem Prüfverfahren der Federal Aviation Administration (FAA) für eine Messausrüstung für kontinuierliche Reibung (CFME; Continuous Friction Measuring Equipment), FAA AC 150/5320-12. Der CMFE-Standard der FAA wird verwendet, um den Reibungswert einer Flugplatzfläche und somit ihr Sicherheitsniveau zu bewerten. Diese Prüfung bietet ein direktes Maß der Oberflächenreibung gegen einen bremsenden Reifen und stellt Mindestwerte ein, die eine Oberfläche aufweisen muss, um der FAA zu entsprechen. Die Prüfung ergab einen FAA-CMFE-Testwert bei 40 mph (ca. 64 km/h) von 1,07 und bei 60 mph [ca. 97 km/h] von 1,05. Die Prüfungen wurden nach 6 Tagen, nach 34 Tagen und nach 160 Tagen durchgeführt, um den Bestand der Oberflächenreibung im zeitlichen Verlauf und bei Vorliegen von extremem Winterwetter unter Verwendung von Schneepflügen zu messen. Die Messwerte sind in der nachstehenden Tabelle 6 aufgeführt. Der Zustand der Befestigung gemäß dem PCI nach dem Auftragen wurde als „wesentlich verbessert“ bis „gut“ bewertet. Somit wurde eine signifikante Wiederherstellung der verlorengegangenen Reibung durch die Bestandteile der kationischen Emulsion, die kein Zuschlagstoff waren, durch Zugabe von 1,5 Pfund pro Quadratyard [ca. 0,68 kg pro 0,84 m
2] Feinzuschlagstoffmaterial erreicht. Bei dieser Beladungsmenge überstieg das Beschichtungssystem in Beispiel 1 die Anforderungen der FAA an die Sicherheit.
Tabelle 6 Aufgezeichnete Werte der in Beispiel 1 durchgeführten Prüfung
| | Kontrolle 40 mph (ca. 64 km/h) | Kontrolle 60 mph (ca. 97 km/h) | Prüfung 40 mph (ca. 64 km/h) | Prüfung 60 mph (ca. 97 km/h) |
| 6 Tage | 1,07 | 1,05 | 0,89 | 0,91 |
| 34 Tage | | | 0,94 | 0,92 |
| 160 Tage | | | 1,01 | 0,89 |
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Beispiel 2
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Bei diesem Beispiel wurden die kationische Emulsion und das Feinzuschlagstoffmaterial wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass für die Emulsion das Polymer ein Acryl in einer Menge von 2,0 % (Gewichtsprozent der Emulsion) war. Das Beschichtungssystem wurde auf einer Asphaltbefestigungsfläche einer Start- und Landebahn auf einem Flugplatz aufgetragen, die vor dem Beschichten in einem „annehmbaren“ Zustand war. Das Beschichtungssystem wurde unter Verwendung der Auftragsraten, wie in der nachstehenden Tabelle 7 gezeigt, auf sechs Prüfbereiche aufgebracht.
Tabelle 7 Prüfplan für Beispiel 2
| Prüfbereich | Auftragsrate der kationischen Emulsion | Auftragsrate des Feinzuschlagstoffs |
| (lb./ yd2) (kg/m2) |
| (gal/ yd2) (l/m2) |
| 1 | 0,16 (0,61) | 1,5 (0,68) |
| 2 | 0,17 (0,64) | 1,5 (0,68) |
| 3 | 0,18 (0,68) | 1,5 (0,68) |
| 4 | 0,16 (0,61) | 3,0 (1,36) |
| 5 | 0,17 (0,64) | 3,0 (1,36) |
| 6 | 0,18 (0,68) | 3,0 (1,36) |
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Nach dem Auftragen und Trocknen wurde die Reibung unter Anwendung des FAA-AC-CMFE-Verfahrens bewertet. Die Prüfungen wurden nach 24 Stunden und nach 5 Tagen vorgenommen, um den Bestand der Oberflächenreibung im zeitlichen Verlauf zu messen. Die Messwerte nach dem Auftragen sind in der nachstehenden Tabelle 8 gezeigt. Die Prüfungen wurden gemäß FAA AC 150/5320-12 durchgeführt.
Tabelle 8 Reibungsdaten für Beispiel 2
| | 24 Std. - 40 mph | 24 Std. - 60 mph | 5 Tage - 40 mph | 5 Tage - 60 mph |
| Prüfbereich | (ca. 64 km/h) | (ca. 97 km/h) | (ca. 64 km/h) | (ca. 97 km/h) |
| 1 | 0,67 | 0,65 | 0,95 | 0,74 |
| 2 | 0,68 | 0,60 | 0,91 | 0,81 |
| 3 | 0,70 | 0,70 | 0,9 | 0,73 |
| 4 | 0,81 | 0,75 | 1,05 | 0,94 |
| 5 | 0,80 | 0,71 | 0,92 | 0,93 |
| 6 | 0,78 | 0,75 | 1,05 | 0,94 |
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Wie in 3 und Tabelle 8 zu sehen ist, wurde eine signifikante Wiederherstellung der verlorengegangenen Reibung durch die Bestandteile der Emulsion, die kein Zuschlagstoff waren, durch Zugabe von 1,5 Pfund/yd2 [ca. 0,68 kg pro ca. 0,84 m2] Zuschlagstoff mit den drei verschiedenen kationischen Emulsionsraten erreicht. In diesem Beispiel überstiegen die Ergebnisse die FAA-Anforderungen an die Sicherheit, außerdem wurde eine signifikante Verbesserung des Befestigungszustands bei Anwendung des PCI beobachtet. Außerdem erhöhte bei der Rate von 3,0 Pfund/QY [ca. 1,36 kg pro ca. 0,84 m2] Zuschlagstoff das Beschichtungssystem tatsächlich die insgesamte Reibung der Befestigung über das Vorbehandlungsniveau hinaus und bis zum höchsten erreichbaren Level. Es wird angenommen, dass Daten auf diesem Level denjenigen einer neuen Befestigung entsprechen. Dies ist für solch relativ geringen Feinzuschlagstoffmengen ein überraschendes Ergebnis.
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Die hier beschriebenen erfindungsgemäßen Konzepte haben mehrere Vorteile und überraschende Ergebnisse. Die erfindungsgemäßen Beschichtungssysteme erreichen verbesserte Reibungskennzeichen, die bei der typischen Beschichtungsauftragung für Befestigungen mit leichten bis mittleren (oder höheren) Auftragsmengen nicht beobachtet worden waren. Zum Beispiel gibt es Einschränkungen bei der derzeitigen Praxis der Versiegelung von Oberflächen mit diesen Ladungsmengen. Zum Einen bedingt das Auftragen eines dickeren Beschichtungssystems auf der Befestigung a) einen damit einhergehenden Anstieg der Menge an aufgetragenen Zuschlagstoffmaterialien, und b) die Verwendung eines größeren Teilchens. Die typischen (von diversen Regierungsbehörden) zur Verwendung zugelassenen Zuschlagstoffe sind für solche „dickeren“ Anwendungen nicht geeignet. Ferner sind bestehende Auftragsfahrzeuge nicht dafür ausgelegt, den Zuschlagstoff gleichmäßig in Mengen von 1,0 Pfund pro Quadratyard [ca. 0,45 kg pro 0,84 m2] oder mehr aufzutragen. Außerdem kann ungeachtet der Menge an Zuschlagstoff, der auf der Befestigung aufgetragen wird, die höhere Auftragsrate von herkömmlichen Asphaltemulsionen immer noch zu einem nicht annehmbaren Grad der Klebrigkeit führen. Dies kann wiederum dazu führen, dass die Emulsion an Reifen klebt und die Befestigung möglicherweise abgeschält wird. Die vorliegenden erfindungsgemäßen Konzepte überwinden diese Nachteile auf mehrfache Weise. Die beschriebene Asphaltemulsion kann dicker sein, kann besser an der Befestigung haften, kann besser die Reibung des Feinzuschlagstoffs halten und ist im zeitlichen Verlauf länger haltbar. Das Feinzuschlagstoffmaterial kann mit erhöhten Raten auf der Emulsion auf der Befestigung aufgetragen werden. Zum Beispiel kann das Feinzuschlagstoffmaterial mit mindestens 1,0 Pfund pro Quadratyard [ca. 0,45 kg pro 0,84 m2] oder mehr aufgebracht werden.
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Auf der Befestigung hat der Rückstand, der von der aufgebrochenen und abgebundenen Emulsion zurückbleibt, durch das Gilsonit ein paar besondere Kennzeichen. Die Penetration in die und die Erweichung der gealterten oxidierten zugrundeliegenden Oberfläche Straßenbitumen wird durch das Gilsonit verbessert. Auch ermöglicht das Gilsonit die Zugabe eines weicheren Straßenbitumens zur Mischung, was synergistisch für eine Wiederherstellung des zugrundeliegenden gealterten Straßenbitumens der Befestigung sorgt, während es gleichzeitig nicht übermäßig weich auf der Oberfläche ist, so dass es als Dichtungsmittel unpraktisch ist. Gilsonit ist auch ein natürliches Antioxidationsmittel und ist beständig gegenüber UV-Abbau.
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Das Beschichtungssystem ergibt eine „typische“ Abbindung (z. B. 8-12 Stunden oder länger) mit „ordentlichen“ kurzfristigen Reibungsergebnissen und ausgezeichneten langfristigen Reibungsergebnissen. Insbesondere bindet die Emulsion innerhalb von 8-12 Stunden oder länger ab, je nach Wetterbedingungen, aber das Emulsionssystem scheint einen hohen Prozentsatz des Feinzuschlagstoffs zu bewahren. Die Reibungszahlen für das Emulsionssystem neigen dazu, im zeitlichen Verlauf stetig zuzunehmen, wobei sie schließlich die Reibungszahlen vor der Behandlung oder sogar noch höhere erreichen.
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Das erfindungsgemäße Beschichtungssystem bietet auch alle Vorteile eines Anspritzfilms, jedoch mit einem Anstieg einhergehend mit dem Anstieg des aufgetragenen Rückstands auf der Befestigung, z. B. von leichten bis zu mittleren Auftragsraten. Das Beschichtungssystem ist eine langfristige Lösung, von der angenommen wird, dass sie 5 oder mehr Jahre hält. Ferner verbessert das Beschichtungssystem den Befestigungszustand durch Eindringen in die und Verschmelzen mit der Befestigung. Das Beschichtungssystem sorgt hierfür, während es gleichzeitig einen relativ hohen Betrag an Reibung über Hochleistungs-CMFE-Prüfverfahren nicht nur zu Beginn, sondern auch langfristig beibehält.
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Das Beschichtungssystem kann über ein bequemes Ein-Fahrzeugsystem aufgebracht werden. Dadurch verringern sich die Investitionen sowie die Laborkosten des Bauunternehmers, wodurch sich ein System ergibt, das effizienter aufgebracht werden kann. Ferner ist das Beschichtungssystem zur Verwendung auf Hochgeschwindigkeits-Start- und Landebahnen und allen anderen Flugplatzbefestigungen (ohne Einschränkung) oder Straßen geeignet.
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Ferner sind die hier beschriebenen Beschichtungssysteme stabil und ausgeglichen genug, dass sie in wesentlich höheren Mengen aufgetragen werden und immer noch für die Sicherheitskennzeichen der Flugplatzbefestigung sowie eine längere Verbesserung des Zustands sorgen können. Anders als bei anderen Behandlungen erfordert das hier beschriebene Beschichtungssystem jedoch keine übermäßige Decke von Zuschlagstoff, der über dem Bindemittel verteilt wird. Dadurch entfallen die notwendigen zusätzlichen Kehrarbeiten, um losen Zuschlagstoff zu entfernen, was im Allgemeinen ein Sicherheitsproblem bei Flugplätzen ist.
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Das Beschichtungssystem erfordert kein flüssiges Gemisch von Bindemittel und Zuschlagstoff und anderen Füllstoffen, welches schließlich Risse bekommen, sich abschälen und verschlechtern würde, zu Sicherheitsproblemen führen würde usw. Das beschriebene Beschichtungssystem kann in einer geeignet dicken Schicht aufgebracht werden, so dass es eine haltbarere, und doch sichere Oberflächenbeschichtung mit ausgezeichneten Reibungskennzeichen während der gesamten erweiterten Lebensdauer des Beschichtungssystems schafft.
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Das erfindungsgemäße Beschichtungssystem und insbesondere die Emulsion können leicht gelagert, versendet und auf der gewünschten Oberfläche aufgetragen werden. Ebenso umfasst die erfindungsgemäße Zuschlagstoffzusammensetzung ein feines, dichtes eckiges Zuschlagstoffmaterial mit hoher Reibung, das zum gleichzeitigen Auftragen mit der Emulsion über eine bequeme, am Fahrzeug montierte Verteilereinheit geeignet ist. Zusammen sind diese Komponenten überraschend wirksam zur Instandhaltung, oder sogar zum Steigern der Mikrostrukturrauheit und Makrostrukturrauheit der Oberfläche der Beschichtungsbestandteile, während auch eine verlängerte Haltbarkeit geschaffen wird.
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Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Abänderungen der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne den breiten Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Einige von diesen wurden vorstehend besprochen, und andere werden den Fachleuten offensichtlich sein. Der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung ist nur durch die Ansprüche begrenzt.
