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Bituminöse, die Konsistenz einer Schlämme aufweisende Masse für Straßenbauzwecke
und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft eine bituminöse, die Konsistenz
einer Schlämme aufweisende Masse für Straßenbauzwecke und ein Verfahren zu ihrer
Herstellung.
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Offene Straßendecken, insbesondere Schwarzdecken, können durch sogenannte
bituminöse Schlämmen versiegelt werden. Derartige Schlämmen werden bei bekannten
Verfahren entweder direkt aus Heißbitumen und wässerigen Suspensionen von Steinmehl
und Sand oder durch Vermischen von stabilen, bituminösen Emulsionen mit den entsprechenden
Mineralien hergestellt. Allen diesen bekannten Schlämmen ist jedoch gemeinsam, daß
sie zum Abbinden Wasser, welches die äußere Phase bildet, verdunsten müssen. Demgemäß
können diese Verfahren nur bei trockenem Wetter und innerhalb der wärmeren Jahreszeit
angewendet werden. Bei plötzlichen Regenfällen können solche Schlämmen sogar ausgespült
werden, während bei kühler und feuchter Witterung, z.B. im Herbst, keine abriebfesten
Filme entstehen. Diese Schwierigkeiten werden durch den Erfindungsgegenstand überwunden.
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Gemäß der Erfindung ist eine bituminöse, die Konsistenz einer Schlämme
aufweisende Masse für Straßenbauzwecke auf der Grundlage von Feinsand, Wasser und
Bitumen dadurch gekennzeichnet, daß der bituminöse Anteil in seiner Viskosität infolge
eines Zusatzes von wenigstens 50% (bezogen auf den Bitumenanteil) eines flüchtigen
Lösungsmittels etwa die Viskosität von Wasser hat, und daß es ein Haftmittel von
kationaktivem Typ aufweist (wodurch ein stabiles System entsteht), und daß die Bitumenlösung
die durchgehende äußere Phase der Schlämme bildet, d. h. daß der Wasseranteil der
Schlämme und die Mineralmasse in der Bitumenlösung dispergiert sind. Dieser nichtdisperse
Verteilungszustand der bituminösen Phase bewirkt die Unlöslichkeit in Wasser.
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Die Dispergierung des Wasseranteiles in der Bitumenlösung wird durch
grenzflächenentspannende Zusätze gefördert. Man macht die Grenzflächenentspannung
zweckmäßig so groß, daß die bituminöse Phase noch weiteres Wasser dispergiert aufzunehmen
vermag; dadurch erreicht man, daß die Schlämme sogar an feuchten Flächen unter Aufnahme
des Oberflächenwassers haftet. An sich kann man als grenzflächenentspannende Zusätze
verschiedene handelsübliche Haftmittel verwenden; im Rahmen der vorliegenden Erfindung
bewährten sich jedoch solche von kationaktivem Typ.
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Zweckmäßig gibt man der Schlämme Calciumhydroxyd zwischen 2 und 6
Gewichtsprozenten und
vorteilhaft zwischen 4 und 5 Gewichtsprozenten (bezogen auf
Sand) zu.
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Vorzugsweise bewährte sich eine bituminöse Lösung aus einem (heißflüssigen)
Straßenbaubitumen, vorteilhaft der Sorte 200, und zweckmäßig mehr als 100 Gewichtsprozente
eines leichtflüchtigen Lösungsmittels, bevorzugt Xylol. Zweckmäßig setzt man eine
Bitumenlösung in solcher Menge zu, daß der Reinbitumenanteil 8 bis 12 Gewichtsprozente
des Sandes beträgt. Der Feinsand soll eher gleichförmig als abgestuft sein, und
es bewährte sich besonders eine Körnung, die nicht gröber als 0,6 mm ist und vorzugsweise
zwischen 0,09 und 0,2 mm liegt. Vorteilhaft ist es, wenn der Feinsand geringe bindige
Anteile, d. h. Lehm- oder Tonbeimengungen, enthält. Im allgemeinen ist es günstig,
wenn die bindigen Anteile 5 Gewichtsprozente nicht übersteigen, und es wird ein
Bereich von 2 bis 3 Gewichtsprozenten bevorzugt.
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Das kationaktive Haftmittel kann etwa 0,5 bis 5 Gewichtsprozente
ausmachen und ist vorteilhaft hydrophil. Besondere Vorteile bietet es, wenn man
ein solches Haftmittel verwendet, welches die Grenzflächenspannung stark herabsetzt.
Diese Grenzflächenentspannung erleichtert die Herstellung von emulsions- oder suspensionsartigen
Systemen. Man kann daher dem Haftmittel hierbei auch die Wirkung eines Netz- oder
Emulgiermittels zuschreiben, besonders eines solchen, das die Bildung emulsionsartiger
Systeme vom Typ WasserlÖl fördert. Besonders geeignet sind folgende Stoffe: Fettreste,
an die mehr als zwei aktive Aminogruppen angelagert sind,
vorzugsweise
Alkylaminopropyldiamin; Alkylamidoamine, die als Umsetzungsprodukte aus Fettsäuren
und Polyäthylenpolyaminen erhalten werden; quaternäre Ammoniumverbindungen, vorzugsweise
Alkyltrime-thylammoniumsalze oder Dialkyldimethylammoniumsalze; Pyndiniumverbindungen,
vorzugsweise Cetylpyridiniumchlorid. Weniger geeignet sind dagegen solche Kationaktiva,
die wenig hydrophil sind, wie z.B. Monoamine, die von höheren Fettsäuren abgeleitet
sind; doch erhält man auch mit Phosphonium- und Sulfonium-Verbindungen sowie mit
Kondensationsprodukten, die aus Fettaminen durch Anlagerung von Äthylenoxyd entstehen,
gute Ergebnisse.
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Bei der Herstellung einer Masse gemäß der Erfindung kann beispielsweise
und vorteilhaft gemäß den folgenden Vorschriften vorgegangen werden: Beispiel I
9 Gewichtsteile heißflüssiger Bitumen B 200 werden in etwa 10 Gewichtsteilen Xylol
gelöst, und es wird etwa ein Gewichtsteil kationisches Haftmittel zugesetzt. Ferner
werden 100 Gewichtsteile Feinsand in einem Zwangsmischer mit etwa 5 Gewichtsteilen
Calciumhydroxyd vermischt, und es werden dann etwa 20 Gewichtsteile der vorstehend
erläuterten Bitumenlösung zugesetzt. Schließlich gibt man etwa 25 Gewichtsteile
Wasser zu und mischt weiter, bis das gesamte Wasser von der Bitumenlösung aufgenommen
ist. Die ursprünglich schwarze Bitumenlösung verfärbt sich hierbei braun, was auf
der Einemulgierung des Wassers beruht. Die fertige Mischung hat eine schlammartige
Konsistenz, die auch als dickflüssiges Öl oder dünnflüssige Creme bezeichnet werden
kann. Es besteht eine leichte Tixotropie, die aber die Grenze der Fließfähigkeit
überschritten hat.
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Beispiel II Es werden 9 Gewichtsteile Straßenbaubitumen B200 in ewa
10 Teilen Xylol gelöst. Der Masse wird als kationisches Haftmittel 1 Gewichtsteil
Dialkyldimethylannnoniumchlorid als 20%ige Lösung in Teeröl zugegeben. Ferner werden
100 Teile Feinsand und 25 Teile Wasser verwendet.
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Die Bitumenlösung soll wasserdünn sein, so daß sie in Poren eindringen
und Staub binden kann. Die gesamte Menge an Bitumenlösung ist so zu bemessen, daß
ein optimales Verhältnis von reinem Bitumen zum Sand entsteht; dieses Verhältnis
wurde oben mit 8 bis 12 Gewichtsprozenten des Sandgewichtes angegeben. Die Menge
an Haftmittel richtet sich nach den aktiven Aminogruppen in der Substanz, und im
allgemeinen gelten die oben angegebenen Sätze von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen
auf die Bitumenlösung. Im oben genannten Beispiel ist die Menge an aktiver Substanz
1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Bitumenlösung, da die handelsüblichen Haftmittel
häufig in ölverschnittener Form geliefert werden. Die Wassermenge ist so zu bemessen,
daß das Volumen der dünnflüssigen Bitumenlösung zusammen mit dem Wasser die Hohlräume
des Sandes ausfüllen und daß darüber hinaus noch ein Überschuß von 5 bis 10 01o
des Sandgewichtes zur Erreichung des ffießfähigen Zustandes verbleiben.
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Das entstandene System läßt sich in folgender Weise beschreiben:
Es handelt sich um ein dreiphasiges System, bei dem die Bitumenlösung in jedem
Falle
die äußere oder kontinuierliche Phase bildet.
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Hierauf beruht die Unempfindlichkeit der Masse gegenüber Wassereinwirkung.
Das in der Bitumenlösung dispergierte Wasser dient eigentlich nur der Volumenvergrößerung
der bituminösen Phase. Es bewirkt somit eine Streckung der Bitumenlösung, da andernfalls
zu große Lösungsmittelmengen zur Ausfüllung sämtlicher Hohlräume des Sandes benötigt
würden. Die festgestellte Verflüssigung durch das Wasser beruht also auf dieser
Volumenvergrößerung.
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Andererseits soll die Wassermenge nicht mehr als das Doppelte der
Menge an Bitumenlösung betragen, da in diesem Fall wieder eine übermäßige Versteifung
eintritt. Diese Versteifung ist ein weiterer Beweis dafür, daß in dem entstandenen
System das Wasser tatsächlich die disperse Phase bildet. Ein weiterer Vorteii der
Wassereinarbeitung ist, daß das Wasser der Masse eine leichte Tixotropie verleiht,
die von WasserlÖl-Emulsionen her bekannt ist, und die das Tragevermögen für den
Sand erhöht. Durch dieses Tragevermögen sowie durch die Feinkörnigkeit des Sandes
ist die Suspension sehr stabil und neigt wenig zum Absetzen. Auch das Calciumhydroxyd
sowie die bindigen Anteile des Sandes scheinen an dem guten Tragevermögen der Suspension
beteiligt zu sein. Bei einer Steigerung der bindigen Anteile über 5 % sowie bei
einer Steigerung des Calciumhydroxydes über 6 % neigt das System jedoch zu einer
Versteifung, die die Verarbeitung nach Art einer Schlämme erschwert. Auch wurde
beobachtet, daß ein zu hoher Anteil an bindigen Stoffen die Netzfähigkeit der Masse
für feuchten Untergrund verschlechtert. Die bindigen Anteile wirken somit bei der
vorliegenden Masse in ganz anderer Richtung als bei bekannten Systemen. Schwieriger
zu beschreiben ist die Wirkung des Calciumhydroxydes. Festgestellt wurde, daß das
Calciumhydroxyd die Stabilität der Suspension und, nach Abbinden der Schlämme, die
Festigkeit der Versiegelung erhöht. Vermutlich wirken die Kationaktiva und das Calciumhydroxyd
zusammen, wobei sowohl ein Ionenaustausch auf der Oberfläche der Sandkörner, insbesondere
aber auf den großen Oberflächen der bindigen Anteile, angenommen werden kann, als
andererseits auch eine elektrostatische Aufladung der Grenzflächen denkbar ist.
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Wird das Calciumhydroxyd gemäß Beispiel II weggelassen, so verwendet
man aus der Reihe der aufgeführten Kationaktiva diejenigen, die besonders aktiv
sind (z. B. Dialkyldimethylammoniumsalze), damit der vermutete Ionenaustausch auf
den Mineraloberflächen und eine elektrostatische Aufladung der Grenzflächen auch
ohne Zuhilfenahme von Calciumhydroxyd eintritt.
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Die Masse kann nach dem Mischen in Fässer oder direkt auf die Straße
od. dgl. gebracht werden.
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Sie wird mit Schwabbern oder Besen verteilt, haftet auf feuchtem Untergrund
und wird durch plötzliche Regenfälle nicht ausgespült. Wird die aufgebrachte Schicht
mit unbituminierten feinen Mineralkörnungen abgedeckt, so kann die Fläche sofort
vom Verkehr befahren werden, ohne daß die Wirksamkeit der Porenversiegelung hierunter
leidet. Nach vierundzwanzig Stunden ist das Lösungsmittel verdunstet und die Versiegelung
auch mechanisch endgültig verfestigt.
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Der technische Vorteil der erfindungsgemäßen, bituminösen, die Konsistenz
einer Schlämme aufweisenden
Masse für Sraßenbauzwecke, die Wasser
als innere Phase enthält, wird in der Anwendungsmöglichkeit bei größerem Witterungsbereich
gesehen.