DE1089683B - Verfahren zur Herstellung einer stabilisierten Bitumenmasse - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer stabilisierten Bitumenmasse

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DE1089683B
DE1089683B DEST13492A DEST013492A DE1089683B DE 1089683 B DE1089683 B DE 1089683B DE ST13492 A DEST13492 A DE ST13492A DE ST013492 A DEST013492 A DE ST013492A DE 1089683 B DE1089683 B DE 1089683B
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DE
Germany
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bitumen
mineral
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mass
binder
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DEST13492A
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English (en)
Inventor
Dr Albert Sommer
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STRABA HANDELS AG
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STRABA HANDELS AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10CWORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C3/00Working-up pitch, asphalt, bitumen
    • C10C3/02Working-up pitch, asphalt, bitumen by chemical means reaction
    • C10C3/023Working-up pitch, asphalt, bitumen by chemical means reaction with inorganic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L95/00Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch

Description

  • Verfahren zur Herstellung einer stabilisierten Bitumenmasse Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer stabilisierten Bitumenmasse solcher Art, die bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Bindemittels flüssig ist und im normalen Temperaturbereich fest und widerstandsfähig gegen äußere Druckbeanspruchung bleibt. Derartige Körper werden in der Technik als »festfließend« oder neuerdings mit »Magmoid« bezeichnet (s. »Straßen und Autobahn«, 1957, Heft 1, S. 10; »Über das Fließvermögen dünner Bitumenfilme«). Sie finden sich in der Natur, bei spielsweise gehört Trinidadseeasphalt zu dieser Körperklasse. Dieses natürliche Produkt wurde früher vielfach zur Herstellung von Asphaltbelägen verwendet und wird auch in letzter Zeit wieder zur Beimischung zu Straßenbelagsmaterialien benutzt, weil es hervorragende Stabilitätseigenschaften aufweist.
  • Diese sind dadurch bedingt, daß solche Produkte etwa zur Hälfte aus feinstem Mineralstaub bestehen, der Teilchen bis zu kolloidaler Größenordnung aufweist und im Bitumen suspendiert bleibt. Die synthetische Herstellung solcher Produkte war bisher nicht gelungen, weil es unmöglich war, mit den üblichen Mischverfahren derartige mineralische Feinstoffe mit Bitumen so zu vermengen, daß die feinsten Teilchen in Suspension bleiben; beim Verkneten und Verrühren mit verflüssigtem Bitumen ballen sich diese Teilchen zusammen und setzen sich auf dem Boden ab, da sie nicht mehr durch Auftrieb im Bitumen in Schwebe gehalten werden.
  • Es ist ein Verfahren bekanntgeworden, welches ermöglich, jedes einzelne einer Masse körniger bis staubförmiger mineralischer Feststoffteilchen mit einem dünnsten Bitumfilm zu umhüllen, so daß solche umhüllte Teilchen individuell suspendiert und schwebend bleiben (vgl. deutsche Patentschrift 933 497 sowie »Straße und Autobahn«, 1953, v. 12 bis 17). Es hat sich nun gezeigt, daß es bei geeigneter Führung des Verfahrens möglich ist, das flüssige Medium, d. h. das Bitumen, in Form zusammenhängender Bindemittelfilme von kapillaren Dimensionen zu halten.
  • Diese Bindemittelfilme zwischen benachbarten Staubpartikeln verhalten sich wie Flüssigkeiten in kapillaren Räumen und folgen daher dem Gesetz von Poiseuille.
  • Gemäß diesem Gesetz ist der Widerstand gegen Fließen im Kapillarraum umgekehrt proportional der vierten Potenz des Durchmessers der Kapillare, im vorliegenden Fall des Wandabstandes zweier benachbarter Staubteilchen, also der Bitumenfilmdicke, und proportional dem Achtfachen der absoluten Viskosität. Das heißt, daß die Stabilität der Masse ein Maximum ereicht bei dünnsten Bindemittelfilmen und ein Minimum bei geringster Viskosität des Bindemittels, daß also in der Masse bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Bindemittels das ununterbrochen zusammenhängende Bindemittel zur dominierenden Phase wird, in welcher die Festteilchen suspendiert sind, und das ganze System somit flüssig wird. Nach dem Erkalten der Masse besteht in den zusammenhängenden Bitumenfilmen infolge ihrer kapillaren Dimensionen eine so hohe innere Reibung, daß eine Bewegung des Bindemittels relativ zu den eingeschlossenen Festteilchen erschwert oder unmöglich gemacht wird; dies äußert sich in höchster Stabilität im kalten Zustand.
  • Um die eingangs erwähnten Körper, die als »feste Flüssigkeit« oder Magmoide zu betrachten sind, synthetisch herzustellen, bedarf es zunächst eines Staubmaterials von großer Feinheit, in welchem ein beträchtlicher Anteil an Teilchen kolloidaler Größenordnung vorhanden ist.
  • Für die Herstellung dieser Körper werden erfindungsgemäß mineralische Feinststoffe verwendet, die im wesentlichen von der Größenordnung von 20 p und darunter bestehen. Solche Feinststoffe sind beispielsweise Flugasche, Silikatmehle, Glasschleifstaub und anderer bei der Glas fabrikation anfallender Feinststaub, ebenso Fraktionen feinsten, durch Windsichtung abgesonderten Staubes. Dieses Material wird mit verflüssigtem Bitumen im Verhältnis von etwa 25 bis 500/o, zweckmäßig mit 30 bis 400/o, des Gesamtgewichtes der Masse vermischt, und zwar in der Weise, daß jedes einzelne Staubteilchen mit einem dünnsten Bitumenfilm von kapillarer Dimension umhüllt wird. Diese jedes Feststoffteilchen umhüllenden Filme bilden ein zusammenhängendes Flüssigkeitssystem, in welchem die mineralischen Feststoffe suspendiert bleiben. In dieser Weise wird auf synthetischem Wege ein Produkt erhalten, das dem eingangs erwähnten Naturasphak äußerst ähnlich ist, was Fließvermögen in der Wärme und Stabilität im kalten Zustand anbetrifft. Der Naturasphalt gleicher Herkunft besitzt jedoch immer die gleichen Eigenschaften, und in vielen Fällen sind die handelsüblichen Asphaltbitumina nicht in der Lage, alle heute in der Praxis sich ergebenden Bedingungen zu erfüllen. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man zur Vermischung mit dem mineralischen Feinststaub nicht an ein Bitumen bestimmter Ronsistenz gebunden ist, sondern daß Asphaltbitumen oder Teerpech verschiedener Qual itäten erfindungsgemäß mit dem Feinststaub vermischt werden können, wodurch die Herstellung verschiedenartiger für jeden Bedarf geeigneter stabilisierter Bitumina möglich ist.
  • Die Herstellung der stabilisierten Bitumenmasse erfolgt z. B. chargenweise in einem geschlossenen Behälter, in dessen unteres Teil zwei gegenläufig rotierende Wellen, die Wurfschaufeln tragen, gelagert sind.
  • Eine Charge von etwa 200 bis 500 kg mineralischer Feinststoffe, z. B. Flugasche oder Silikatstaub, vorzugsweise von der Größenordnung von 90 oder weniger, wird von unten oder von der Seite her in den Behälter eingebracht. Im oberen Teil des Behälters ist ein Düsensystem vorgesehen, aus dessen Düsen verflüssigtes Bindemittel in genau abgemessener Menge unter Flüssigkeitsdruck fein zerstäubt werden kann.
  • Der Behälter ist doppelwandig ausgebildet zur Aufnahme oder Zirkulation eines Heiz- oder - Kühlmediums. Durch rasches Rotieren der Wurfschaufeln werden die staubförmigen Feststoffe hochgewirbelt und dadurch im Behälterraum oberhalb der drehenden Schaufeln vorübergehend in stark aufgelockertem Schwebezustand gehalten. Während die Schaufeln mit der dem Staubmaterial angepaßten Geschwindigkeit sich drehen, wird durch die Düsen von oben auf die schwebenden Staubteilchen verflüssigtes Bitumen zerstäubt in einer Menge, die gewichtsmäßig etwa gleich dem Gewicht der in den Behälter eingebrachten Feststoffe ist. Durch das Besprühen der schwebenden Feststoffe wird jedes einzelne Teilchen individuell mit einem Bitumenfilm umhüllt. Diese Filme sind von kapillarer Dimension und so dünn, daß sie transparent sind. Sobald die vorbestimmte Menge Bindemittel versprüht ist, wird der Behälter entleert. Die erhaltene Masse ist flüssig, solange das Bitumen eine Temperatur hat, die höher ist als sein Schmelzpunkt.
  • Beim Erkalten erhärtet die Masse und zeigt große Stabilität. Eine Masse mit ähnlichen Eigenschaften kann erhalten werden, wenn als Bindemittel Steinkohlenteer oder Steinkohlenteerpech verwendet wird.
  • Die Herstellung einer derartigen Masse erfolgt ebenso wie vorstehend beschrieben. Auch hier werden die mineralischen Feinstoffe hochgewirbelt und von oben auf die aufgelockert schwebenden Staubteilchen durch Düsen verflüssigter Steinkohlenteer aufgesprüht. Es hat sich gezeigt, daß bei Durchführung des Verfahrens unter gewissen Bedingungen ein pulverförmiges oder loses trockenes Zwischenprodukt erhalten wird, die in kaltem Zustand lose in Behältern transportiert und aufbewahrt werden kann. Diese Zwischenstufe wird dann erhalten, wenn die Vermischung der Feststoffe mit Bitumen im kalten System erfolgt, d. h. wenn die Feststoffe kalt in den Behälter eingefüllt werden und der Behälter selbst während des Betriebs gekühlt wird. Unter diesen Bedingungen werden sich die schwebenden, feinsten Staubpartikeln auf den versprühen feinen Bitumennebeltröpfchen ablagern und jedes T3föpfchen vollständig mit kalten Staubteilchen umhüllen. Es entsteht ein loses und lockeres Produkt, in welchem das mit Staubteilchen umhüllte Bindemittel unsichtbar ist und an der Oberfläche der einzelnen Körner die Bindekraft aufgehoben ist. Dieses granulierte Material kann transportiert und bis zur Verwendung in diesem Zustand gelagert werden. Sobald es auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Bitumens erwärmt wird, kehrt sich die Phase um, und das flüssig werdende Bindemittel verteilt sich sofort über die anhaftenden Mineralstaubteilchen.
  • Wenn das Verfahren im heißen System durchgeführt wird und dieses während des Betriebes mittels eines Heizmediums über der Schmelztemperatur des Bindemittels gehalten wird, so tritt die soeben beschriebene Zwischenstufe des Produktes nicht in Erscheinung. Wohl werden sich im ersten Moment der Bitumenversprühung, wenn ein Bitumennebelpartikel in den aufgewirbelten, schwebenden Mineralstaub eindringt, sofort Staubteilchen auf dem Bitumentröpfchen anlagern, doch wird im Moment des Zusammenprallens das heiße Bitumen sich augenblicklich über die ebenfalls heißen Staubpartikeln ausbreiten und diese in dünnster Schicht umhüllen; das Gemisch verläßt den Behälter in flüssigem Zustand.
  • Die Mischdauer, d. h. die Dauer der Versprühung des Bindemittels für eine in den Behälter eingebracllte Mineralstaubcharge beträgt etwa 1/2 Minute.
  • Der in der Beschreibung verwendete Ausdruck »Bitumen« soll im weitesten Sinne ausgelegt werden und soll die eigentlichen Asphaltbitumen, also Petroleumrückstände, wie auch die Produkte der Trockendestillation von Kohle, also Teer und Teerpech, umfassen.
  • Das Verfahren zur Herstellung des lockeren, transportablen Produktes kann vorzugsweise in zwei Arbeitsgängen durchgeführt werden, damit im Mischbehälter während der Besprühung des staubförmigen Materials mit verflüssigtem Bitumen ohne Schwierigkeit die erforderliche tiefe Temperatur aufrechterhalten werden kann. Beispielsweise werden in einem ersten Mischvorgang im Behälter die staubförmigen Festteilchen mit 20 bis 25 Gewichtsprozent verflüssigtem Bitumen besprüht, worauf sofort anschließend oder nach beliebiger Zeit in einem zweiten Mischvorgang die restliche Bitumenmenge dem Gemisch einverleibt wird.
  • Zur Umkehrung der Phase kann beispielsweise das lockere Gemisch auch durch Beifügung und Vermischung mit heißen, etwas gröberen Mineralteilchen erhitzt werden.

Claims (5)

  1. ATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Herstellung einer stabilisierten Bitumenmasse, die bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Bindemittels flüssig und im normalen Temperaturbereich fest und widerstandsfähig gegen äußere Druckbeanspruchung ist, unter Überführung mineralischer Feinstoffe in einem geschlossenen Behälter durch mechanische Mittel in einen aufgelockerten Schwebezustand und Versetzen dieser aufgelockerten Feinstoffe mit verflüssigten bituminösen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß mineralische Feinststoffe, die im wesentlichen aus Teilchen kolloidaler Größe von 90 11 und darunter, vorzugsweise von der Größenordnung von 20 F und darunter, bestehen, mit verflüssigten bituminösen Stoffen im Verhältnis von 25 bis 500/o, vorteilhaft 30 bis 4O0/o des Gesamtgewichts der Masse besprüht werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Erzielung eines körnigen bis staubförmigen Zwischenproduktes, da durch gekennzeichnet, daß bei der Besprühung der mineralischen Feinststoffe mit Bitumen die Feinststoffe in kaltem Zustand in den Schwebezustand versetzt und mit flüssigem Bitumen besprüht werden, wobei die Staubpartikeln sich an die versprühten Bindemitteltröpfchen anlegen und diese einhüllen, so daß die Bindekraft des Bitumens in dieser Phase nicht in Erscheinung tritt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Besprühung der Festteilchen im Mischbehälter selbst eine Temperatur aufrechterhalten wird, die über dem Schmelzpunkt des Bindemittels liegt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren in zwei Stufen ablaufen läßt, wobei in der ersten Stufe mineralische Feinststoffe, deren Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Bitumens liegt, Init heißem Bitumen besprüht werden und die sich dabei ausbildenden körnigen bis staubförmigen Zwischenprodukte in der zweiten Verfahrensstufe durch Wärmezufuhr erhitzt werden, beispielsweise durch Beimengung heißer gröberer Mineralteile.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der mineralischen Feinststoffe mit Bitumen in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen durchgeführt wird, wobei in einem ersten Arbeitsgang ein Anteil von etwa 20 bis 250/0 Bitumen auf die aufgelockerten Feinststoffe gesprüht und in einem zweiten Arbeitsgang der restliche Anteil Bitumen der Masse einverleibt wird.
DEST13492A 1957-03-02 1958-03-01 Verfahren zur Herstellung einer stabilisierten Bitumenmasse Pending DE1089683B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1291675B (de) * 1963-03-05 1969-03-27 Heinrich Dipl Ing Verfahren zur Herstellung eines kaltverarbeitungsfaehigen Bindemittels
FR2020701A1 (en) * 1968-10-15 1970-07-17 Wibau Gmbh Process for preparing bituminous mixes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1291675B (de) * 1963-03-05 1969-03-27 Heinrich Dipl Ing Verfahren zur Herstellung eines kaltverarbeitungsfaehigen Bindemittels
FR2020701A1 (en) * 1968-10-15 1970-07-17 Wibau Gmbh Process for preparing bituminous mixes

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