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Bindemittel für Straßendecken Die Erfindung bezieht sich auf verbessertebituminöse
Massen, die aus Erdöl hergestellt sind und sich als Bindemittel für Straßenbeläge
eignen.
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Straßendecken unterliegen stets einer Deformierung, wenn der Unterbau
eine Deformierung erfährt, beispielsweise wenn der Unterbau durch ein darüberrollendes
Fahrzeug mit hohem Achsendruck elastisch deformiert wird. Diese Deformierung kann
durch einen starken Unterbau verringert werden ; jedoch ist es verständlicherweise
erwünscht, daß die Decke eine elastische Deformierung des Unterbaues auffangen kann.
Im Falle eines Bindemittels mit hohem Spannungs-Dehnungs-Modul werden durch die
Deformierung der Deckschicht (die durch Deformierung des Unterbaues verursacht wird)
stärkere Kräfte in die Deckschichten eingeführt, als dies bei einem Bindemittel
mit niedrigerem Spannungs-Dehnungs-Modul der Fall ist. Bei größeren Kräften ist
die Neigung zum Reißen der Oberfiäche stärker. Der Spannungs-Dehnungs-Modul eines
Bindemittels steigt mit sinkender Temperatur. Die Neigung der Oberfläche zu Rißbildung
ist daher bei kaltem Wetter größer.
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Ein bituminöses Bindemittel mit niedrigem Spannungs-Dehnungs-Modul
hat eine hohe Penetration, d. h. eine Eindringtiefe bei 25°C, gemessen in Zehntelmillimeter
als Maß für die Härte. Die Anderung der Penetration mit der Temperatur kann durch
den Penetrationsindex gemessen werden (häufig auch als Penetrationsindex nach P
f e i f f e r und v a n D o o rm a I als Maß für den plastischen Charakter eines
Bitumens bekannt). Dieser wird aus dem Erweichungspunkt und der Penetration bei
25°C ermittelt. (Ein geeignetes Nomogramm ist auf S. 745 von » Modern Petroleum
Technology «, 3. Auflage, 1962, zu finden.) Ein hoher Penetrationsindex bedeutet
eine verhältnismäßig geringe Änderung der Penetration mit der Temperatur.
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Um die oben dargelegten Elastizitätsanforderungen erfüllen zu können,
muß ein Bindemittel für den Straßenbau a) hohe Penetration und b) einen hohen Penetrationsindex
aufweisen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Erdölbitumen, das hinsichtlich der
vorstehend genannten Eigenschaften verbessert ist.
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Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Gemisches aus a) SU bis
96 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gesamtmasse) eines oxydierten Bitumens, das
vorzugsweise durch Blasen mit Luft oxydiert
wurde, mit einer Penetration von 10 bis
50 mm/10, z. B. von etwa 40 mm/10 bei 25 ° C, einem Penetrationsindex von wenigstens
+2, vorzugsweise von wenigstens +3, und einem Erweichungspunkt von wenigstens 65°C,
vorzugsweise von etwa 90°C, b) 4 bis 50 Gewichtsprozent eines Öls aus Ergol mit
einem Siedeanfang von wenigstens 360° C und vorzugsweise mit einem 50 /o-Destillationspunkt
von 400 bis 600°C und gegebenenfalls c) 0, 04 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise
0, 2 bis 1 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gesamtmasse) eines Elastomeren, vorzugsweise
in Latexform, z. B. ein Alkylmethacrylatpolymeres, ein Butadien-Acrylnitril-Copolymeres
oder ein Butadien-Styrol-Copolymeres, als Bindemittel für Straßendecken, wobei vorzugsweise
als Komponente b) ein Öl einer Viskosität von 300 bis 500 cSt bei 50 °C, vorzugsweise
einAromatenextrakt, z. B. ein aus einem Vakuumdestillat erhaltener Aromatenextrakt,
eingesetzt wird.
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Wenn das vorstehend genannte Öl überwiegend paraffinisch ist, hat
es einen besonders günstigen Einfluß
auf den Penetrationsindex.
Leider bringt der Zusatz eines vollständig paraffinischen Öls die Gefahr mit sich,
daß das Endprodukt schlechte Hafteigenschaften an Gesteinsstoffen hat.
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Ein Öl, das sowohl Aromaten als auch Paraffine (z. B. in ungefähr
gleichen Mengen) enthält, ist hinsichtlich des Penetrationsindexes etwas weniger
günstig als ein rein paraffinisches Öl, jedoch besteht bei ihm nicht die Gefahr
einer Verschlechterung der Klebhzw. Hafteigenschaften. Die Erdölindustrie erzeugt
Gemische von Aromaten und Paraffine bei der üblichen Lösungsmittelraffination von
Schmierölen, bei der die Ausgangsmaterialien mit Lösungsmitteln, wie Schwefeldioxyd,
Phenol, Nitrobenzol und Furfurol, behandelt werden. Durch das Lösungsmittel werden
die Aromaten aus den Ausgangsmaterialien entfernt.
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Sie werden in Form eines als » Aromatenextrakt « bekannten Öls gewonnen.
Trotz dieser Bezeichnung enthält der Aromatenextrakt ungefähr ebensoviel Paraffine
wie Aromaten, so daß die Aromatenextrakte für die Herstellung der erfindungsgemäßen
Produkte besonders geeignet sind.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Gemisch aus einer bituminösen
Masse der vorstehend beschriebenen Art und 0, 04 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise
0, 2 bis 1 Gewichtsprozent, eines natürlichen und/oder synthetischen Elastomeren,
das die Form eines Latex haben kann. Als Beispiele seien Alkylmethacrylatpolymere,
Butadien-Styrol-Copolymere und Butadien-Acrylnitril-Copolymere genannt.
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Durch die Zugabe des Polymeren wird die Duktilität des Bindemittels
verbessert.
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Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung kann die bituminöse
Masse gemäß der Erfindung in ein Verschnittbindemittel für Straßendecken umgewandelt
werden, indem sie in einem flüchtigen Lösungsmittel gelöst oder in einem flüchtigen
Träger, wie Wasser, emulgiert wird. Die erfindungsgemäßen bituminösen Massen eignen
sich zum Überziehen von Splitt bzw. Gesteinsgemischen.
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Nachstehend werden zwei Beispiele für erfindungsgemäße bituminöse
Massen beschrieben. Sie werden als Bindemittel A und Bindemittel B bezeichnet. Sie
wurden durch Mischen der folgenden Bestandteile bei 140°C hergestellt : Oxydiertes
Bitumen Verwendet wurde auf iibliche Weise hergestelltes geblasenes Bitumen. Das
oxydierte Bitumen hatte folgende Kennzahlen : Erweichungspunkt............... 90°C
Penetration (25°C) 40 mm/10 Penetrationsindex--5 (51 Verwendet wurde ein aus einem
Vakuumdestillat erhaltener Furfurolextrakt mit folgenden Kennzahlen : Siedeanfang
(760 mm)....... 384° C 50% übergegangen bis ...... 500°C (760 mm) Viskosität bei
50°C......... 360 cSt
Polymethylacrylat Verwendet wurde ein polymerisierter Methacrylsäureester.
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Die Zusammensetzung der Bindemittel A und B zeigt Tabelle 1 und einige
ihrer Kennzahlen Tabelle 2.
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Tabelle 1
| Bindemittel |
| A I B |
| Oxydiertes Bitumen, Gewichts- |
| prozent ........................ 75 74,7 |
| Öl, Gewichtsprozent ............ 25 24,8 |
| Polymethacrylat, Gewichtsprozent-0, 5 |
Tabelle 2
| Bindemittel |
| A j B |
| Erweichungspunkt, °C 49 49 |
| Penetration bei 25°C, mm/10.. 200 200 |
| Penetrationsindex............. +4 +4 |
| Duktilität (Fadenbildungs- |
| vermögen, Streckbarkeit), cm.. 7 58 |
Es ist ersichtlich, daß das Bindemittel B eine viel höhere Duktilität hat als das
Bindemittel A. Im übrigen haben beide Produkte die gleichen Eigenschaften. (Ein
Straight-run-Bitumen mit einer Penetration von 200 mm/10 hat gewöhnlich einen Penetrationsindex
von etwa Null.) Zwei Straßendeckenmaterialien A und B wurden hergestellt, indem
Splitt bei 160°C mit 6 Gewichtsprozent des Bindemittels (bezogen auf den Splitt)
umhüllt wurde.
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Das Straßendeckenmaterial A wurde aus dem Bindemittel A und einem
Gemisch aus Porphyrdiorit und kalkhaltigem Füller (Kreide) als Splitt hergestellt.
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Das Straßendeckenmaterial B wurde aus dem Bindemittel B und dem gleichen
Splitt hergestellt. Die Körnung des Splitts war wie folgt abgestuft :
| Gewichtsprozent |
| Teilchengröße |
| vom Gesamtsplitt |
| vom Gesamtsplitt |
| 5 bis 10 30 |
| 2 bis 5 mm 35 |
| 0, 5 bis 2 20 |
| 0, 2 bis 0,5 mm ................... 6 |
| 0, 08 bis 0,2 mm .................... 2 |
| unter 0, 08 mm ................ 7 |
Die Ergebnisse der Prüfungen der Straßendeckenmaterialien A und B sind in Tabelle
3 angegeben.
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(Zum Vergleich zeigt Tabelle 3 die Ergebnisse für ein Straßendeckenmaterial)
>X «, das aus einem Bitumen hergestellt war, das die gleiche Penetration wie
die Bindemittel A und B hatte und durch direkte Vakuumdestillation eines Mittelost-Rohöls
erhalten worden war.)
Tabelle 3
| Bindemittel StraBendecken- |
| material |
| A I B I X |
| Druckfestigkeit nach D u r i e z |
| naß, kg/cm2 24 26 34 |
| trocken, kg/cm2 24 29 32 |
| Verhältnis von Druckfestigkeit naß zu Druckfestigkeit |
| trocken 1, 009 0, 9 0, 97 |
| Marshall-Stabilitat, 720 650 500 |
| Mesnager-Test, kg .................................. 450 425
600 |
(Der Marshall-Stabilitätstest ist im Handbach der American Society for Test Methods
unter D 1559-58T beschrieben. Bezüglich Duriez-Test und Mesnager-Test, vgl. J. Arrhambide
und M. Duirez, Liants routiers et eurobés - Matériaux de Protection-Plfttre-Aglom6r6s-Bois,
Paris, S. 150 und 172.) Niedrigere Prüfwerte bei den Duriez-und Mesnager-Tests sind
ein Zeichen für höhere Elastizität, und ein höherer Wert beim Marshall-Test ist
ein Zeichen für höhere mechanische Festigkeit. Ein höheres Verhältnis der Druckfestigkeit
naß zur Druckfestigkeit trocken läßt eine bessere Beziehung zwischen Naß-und Trockeneigenschaften
erkennen.
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Der Spannungs-Dehnungs-Modul eines elastischen Mediums läßt sich
aus der Kenntnis der Schallgeschwindigkeit im Medium ableiten. Die Schallgeschwindigkeiten
in den Bindemitteln A und X wurden (nach einer Resonanzmethode) bei-10°C gemessen.
Es ist wahrscheinlich ungenau, ein Bitumen einfach als ein elastisches Medium anzusehen,
aber die aus den Schallgeschwindigkeiten abgeleiteten Spannungs-Dehnungs-Module
sind folgende : Dyn/cm2 Bindemittel X.................. 2, 3. 10 Bindemittel A ......................
1,3 # 1011 Dies bedeutet, daß bei gegebener Deformierung die.
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Spannung im Bindemittel A etwa halb so groß ist wie im Bindemittel
X. Für das Bindemittel X wurde ein Spannungs-Dehnungs-Modul von 1, 3 10 +11°C, d.
h. bei einer um 21°C höheren Temperatur ermittelt.
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Die Bindemittel A und B wurden geprüft, indem ein Prüfkörper nach
D u r i e z bis zum Bruchpunkt zusammengepreßt wurde, worauf man ihn 5 Minuten liegenließ.
Diese Behandlung wurde bis zum Zerfall wiederholt. Das Bindemittel A hielt vier
Behandlungen, das Bindemittel B sechs Behandlungen aus.
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Die Prüfungen nach Mesnager und D u r i e z werden beide an geraden,
zylinderförmigen Walzen des Straßendeckenmaterials (d. h. Bindemittel + Splitt)
durchgeführt. Die Walze hat folgende Abmessungen : Radius 4 cm, Länge 9 bis 10 cm.
Bei beiden Prüfungen werden die Walzen zwischen parallelen ebenen Platten, die sich
mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/Sek. nähern, zerdrückt. Die Belastung wird ständig
registriert und der Höchstwert als Prüfergebnis festgehalten.
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Beim Duriez-Test wird die Walze axial zerdrückt, d. h., die Platten
stehen senkrecht zur Achse. Beim Mesnager-Test wird die Walze radial zerdrückt,
d. h., die Platten verlaufen parallel zur Achse der Walze.
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Unmittelbar vor der Prüfung hält man die Walze eine Woche bei 18°C
in Luft von 50°/0 relativer Feuchtigkeit. Als Alternative zum vorstehend beschriebenen
» Trockentesta wird ein Duriez-» Naßtesta an einer Walze durchgeführt, die 1 Woche
in Wasser von 18°C gelegen hat. Beim Duriez-NaBtest werden gewöhnlich etwas niedrigere
Ergebnisse als beim Duriez-Trockentest erhalten. Die Ergebnisse des Naßtests geteilt
durch die Ergebnisse des Trockentests ergeben das Verhältnis von Druckfestigkeit
naß zu Druckfestigkeit trocken.
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(Das eigentliche Zerdrücken erfolgt stets an der Luft bei 18°C.)
Aus der französischen Patentschrift 827 642 und der USA.-Patentschrift 2 215 074
sind Bindemittel für den Straßenbau bekannt, die im wesentlichen aus einem oxydierten
lösenden Teer und einem Öl mit hohem Viskositätsindex bestehen. Die oxydierten lösenden
Teere der Entgegenhaltungen, die als naphthenische Teere definiert sind, sind jedoch
nicht mit dem oxydierten Bitumen des vorliegenden Vorschlages identisch. Darüber
hinaus wird in dem vorliegenden Vorschlag als zweite Komponente vorzugsweise ein
aromatenhaltiges (51 verwendet, während nach den Entgegenhaltungen das Öl mit hohem
Viskositätsindex ein nichtaromatisches Öl ist. Aus keiner der Entgegenhaltungen
ist jedenfalls zu entnehmen, daß gerade erfindungsgemäße Gemische aus oxydierten
Bitumen und speziellen, vorzugsweise aromatenhaltigem Öl hesonders gute Verwendung
im Straßenbau finden, weil sie hohe Penetration, gleichzeitig einen hohen Penetrationsindex
und einen niedrigen Spannungs-Dehnungs-Modul haben, der Straßenbaumassen, die die
erfindungsgemäßen Gemische enthalten, sehr beständig gegen deformierende Kräfte
macht.