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Verfahren zur Herstellung von bituminösen ueberzügen auf Straßendecken
unter Verwendung einer Schlämme.
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Es ist bekannt, im Straßenbau Schlämmen zu verwenden, um glattgefahrene
oder sonst in ihrer Oberflächenbeschaffenheit ungünstige oder auch neue, hohlraumreiche
Straßendecken abzudichten und ihnen eine verkehrssichere, rauhe Oberfläche zu verleihen.
Diese bekannten Schlämmen bestehen aus Wasser, Sand, Gesteinsmehl und bituminöser
Bindemittel. Das Bindemittel ist im Wasser emulgiert. Grundsätzlich können bei den
bekannten Schlimmen zwei Arten unterschieden werden, nämlich die Seifenschlämmen
und die Xonschlnmmen. Die Seifenschlämmen sind hergestellt unter Verwendung anionischer
Bitumenemulsionen, bei denen als Emulgatoren Seifen verwendet werden. Die Tonschlämmen
sind hergestell aus Bitumenemulsionen, die als Emulgatoren Bentonit oder andere
geeignete Tone enthalten. Ein Sonderfall ist die sogenannte Oberbach-Schlämme. Oberbach
empfiehlt, emulgatorfreie oder zumindest emulgatorarme Schlämmen zu verwenden, die
nur ein Minimum an Ton enthalten.
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Damit die fertige Schlämme, die im wesentlichen aus Feinmineral, emulgiertem
Bitumen und genügend Wasser besteht, sieh nicht bis zur Verarbeitung oder während
der Verarbeitung absetzt, d.h. damit die schlämme eine gentigende Tragfähigkeit
besitzt, wird den bekannten Schlämmen in der Regel als sogenannter
Füller
bis zu 50% Gesteinsmehl zugesetzt. Die Schlämmen stellen dagn einen zügigen Brei
dar, der mittels Maschine, Besen oder Gummisch@@bber auf die Straße aufgebracht
werden kann, Der Abbindevorgang dieser bekannten Schlämmen verläuft folgendermaßen:
Nach dem Aufbringen auf die Straße in dünnen Schichten beginnt das Wasser bei trockenen
Wetter zu verdunsten. Ist ein wesentlioher Teil des Wassers verdunstet, ao kommen
die einzelnen Emulsionströpfchen des bituminösen Bindemittels miteinander in Berührung,
d.h. die Emulsion beginnt zu brechen. Nach völligem Austrocknen beginnt dann das
ausgeschiedene, bituminöse Bindemittel auch an den nunmehr trockenen Oberflächen
der Mineralkörnohen zu haften. Außerdem findet infolge des auftretenden Entquellungsdruckes
eine Verdichtung des fast trockenen Schlämmeüberzuges statt, die noch durch Walzen,
ins besonere mit Vielradwalzen oder durch den Verkehrsdruck gummibereifter Bahrzeuge
gefördert werden kann. Dadurch wird die gesamte Masse miteinander verkittet und/verklebt.
Der gesamte Abbindevorgang beruht also lediglich auf dem Auftrocknen.
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Die bekannten Schlämmen haben folgende Nachteile: Der Schlämmeüberzug
benötigt mindestens 12 Stunden bis zum Auftrocknen, bei hoher Luftfeuchtigkeit kann
sich diese Zeit auf Tage verlängern. Bei den Witterungsverhältnissen in Deutschland
stellt alao das Schlämmeverfahren in seiner bekannten Art ein riskanter Verfahren
dar. Ist der Schlämmeüberzug einmal aufgetrocknet, so besteht immerhin noch die
Gefahr, daß er bei späterer Feuchtigkeitseinwirkung wieder reemulgiert, wenn die
Emulgatormenge nur etwas zu groß gewählt ist. Bei genügend kleinen Emulgatormengen
tritt zwar keine Reemulgierung ein, jedoch geht die Abriebfestigkeit bei feuchter
Atmosphäre und bei Regen gans erheblich zurück. Ein weiterer Nachteil der klassischen
Schlämme besteht in der Gefahr des Glattwerdens.
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Infolge des hohen Itilleranteiles der Schlämme versinken die Sandkörnchen
in einen bituiinös.n Kitt, so daß der Schlämmeüberzug nach kurzer Zeit der Benutsung
und nach Verlust der
gröberen Sandkörnchen durch Abrieb eine wenig
rauhe, oft glitschige, Oberfläche bildet.
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In neuerer Zeit versuchte man, diesea Schlämmeverfahren dadurch zu
verbessern, daß man zur Seifenschlämme unmittelbar vor dem Aufbringen Zement oder
Kalkhydrat fügte. Dabei wurde durch Bildung von Kalkseifen das Brechen der bituminösen
Emulsion beschleunigt. Durch die vorübergehende Bildung basischer K X seifen entstand
aus dem früheren Emulgator auch gleichzeitig ein Haftmittel. Auch wurde die Bildung
durchgehender Bindemittelfilme, die das ganze Mineralgeräst miteinander verkleben
und verkitten, durch die Zugabe von Zement zu Seifenschlämmen verzögert.
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Derartige Schlämmen besitzen auch, wie Abriebversuche ergeben haben,
schon verhältnismäßig kurze Zeit nach dem Aufbringen keine genügende AbriNfestigkeit
mehr, weil die Haftwirkung der basischen Kalkseifen schon nach vier bis acht Wochen
stark zurückgegangen ist.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden: Um zu vermeiden, daß die
Schlämmen sich während der Verarbeitung entmischen, mußten bisher stabil eingestellte
Seifenemulsionen oder Tonemulsionen verwendet werden, die aber erst beim völligen
AuStrocknen brachen, so daß auch erst nach dem völligen Trocken das gesamte System
zum Verkitten und Verkleben gelangte. Dadurch war die Verwendung solcher Schlämmen
in einem feuchten Klima mit erheblichen Risiken verbunden, und der
trockene Schlämmeüberzug wies nur geringe Abriebfestigkeit, insbesondere im feuchten
Zustand, auf. Die Zugabe von Zement oder Kalkhydrat unmittelbar vor der Verarbeitung
bringt nur eine geringe und unzureichende Verbesserung.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von bituminösen
Uberzügen auf Straßendecken, wobei ein Schlämme system verwendet wird, das innerhalb
einer Stunde oder noch wesentlich kürzerer Zeit nach dem Aufbringen soweit abbindet,
daß
auch bei einsetzendem Regen die Schlämme nicht mehr abgewaschen oder ausgewaschen
werden kann, und der Schlämmeüberzug durch Kraftwagen befahren werden kann, ohne
daß er beschätdigt wird. Dies wird erfindungsgemäß durch Verwendung einer Schlämme
erreicht, in der das Bindemittel in Form einer stabilen, anionisohlen oder kationischen
Emulsion enthalten ist, wobei dieser Schlämme unmittelbar vor dem Aufbringen auf
die Straße als Abbindebeschleuniger eine organische oder anorganische Substanz zugesetzt
wird, durch die der pH-Wert kurze Zeit nach dem Mischen und Aufbringen der Schlämme
auf die Straße auf einen Wert gebracht wird, bei dem die Emulsion vollständig bricht.
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Die Änderung des pH-Wertes durch den Abbindebeschleuniger hat dabei
nicht nur die Wirkung, daß die Emulsion schnell zum Brechen gebracht wird, d. h.
schon lange Zeit vor dem vollständigen Austrocknen bricht, sondern sie hat auch
noch die weitere Wirkung, daß das Haftvermögen des ausgeschiedenen Bitumens am Gestein
verbessert wird, so daß das beim Brechen der Emulsion ausgeschiedene Bindemittel
an den Oberflächen der Mineralteile anhaftende durchgehende Filme bildet, die das
ganze System verkleben. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es bei diesen Schlämmen
nicht mehr nötig ist, einen Füller zu verwenden, so daß auch die durch den Füller
bedingten Nachteile vermieden sind. Unter der kurzen Zeit, innerhalb der nach der
Zugabe des Abbindebeschleunigers der pH-Wert sich soweit geändert hat, daß die Emulsion
bricht, sind Zeiten von wenigen Minuten bis zu höchstens einer Stunde zu verstehen.
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Die Erfindung geht davon aus, daß fast jeder Emulgator einen pH-Wertbereich
hat, in dem er optimal emulgiert, während er in anderen pH-Wert-Bereichen nicht
oder nur schlecht emulgiert.
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Ebenso haben die bekannten Haftmittel pH-Bereiche, in denen sie dem
Bitumen besonders gute Hafteigenschaften verleihen. Der gemuß der Erfindung verwendete
Abbindebeschleuniger muß also je nach der verwendeten Emulsion, insbesondere Je
nach dem verwendeten Emulgator, so gewählt und eingestellt sein, daß der pH-Wert-Bereich,
der vor Zugabe des lbbindebeschleunigers der besten Emulgierung entsprach, verlassen
wird und stattdessen der pH-Wert-Bereich erreicht wird, in welchem der Emulgator
praktisch
unwirksam ist und in welchem optimale Haftung eintrift.
Diese Änderung des pH-Wertes soll in längstens einer Stunde eingetreten sein.
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Eine weitere Verbesserung der Schlämme gemäß der Erfindung kann dadurch
erzielt werden, daß der bituminösen Emulsion oder der fertigen Schlämme Lösungsmittel
für das bituminöse Bindemittel zugesetzt werden. Durch die Zugabe solcher Lösungsmittel
wird das Anhaften des Bitumens an den Mineralteilchen erleichtert und das Verkleben
der einzelnen Körner untereinander beschleunigt. Infolge des durch das Lösungsmittel
ermöglichten Spreitens bilden sich durchgehende, alle Teile miteinander verklebende
Bindemittelfilme. Außerdem bewirkt die Zugabe von Lösungsmittel, daß die Schlämme
nach unten an den Untergrund gut anklebt Als Abbindebeschleuniger kommen Stoffe
in Frage, die entweder durch ihre geringe Lösungsgeschwindigkeit den pH-Wert 90
langsam verändern, daß während des Mischens die Emulsion nicht zum Brechen gebracht
wird oder Stoffe, die infolge einer Hydrolyse oder infolge einer Reduktions-Oxydations-R@aktion
nur eine langsame Änderung des pH-Wertes bewirken. Bei Abbindebeschleunigern, die
sich zu schnell lösen, kann die Lösungsgeschwindigkeit dadurch vermindert werden,
daß die einzelnen Körnchen des Abbindebeschleunigers mit einem schwer löslichen
Uberzug versehen sind.
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Bei anionischen Bitumenemulsionen liegt der pH-Wert bei 10 bis 13.
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Als Abbindebeschleuniger können hier säureabspaltende Komplexsalze
oder die schwer löslichen Salze starker Säuren mit schwachen Basen verwendet werden0
Geeignete Abbindebeschleuniger sind alle Acido-Komplexe, wie z. B. Kryolith oder
andere Komplexsalze des Aluminiumfluorids oder der Flußsäure, z.B.
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Na2SiF6, Ba Si B6 oder Na B F4* Als schwer lösliche Salze starker
Säuren mit schwachen Basen kommt neben Aluminiumfluorid Chrom-III-Chlorid in Betracht.
Ferner kann eine Abbindebeschleunigung erzielt werden durch Zugabe vorseifbarer
Stoffe, wie z.B. nitrilosulfonsaueres Natrium. Eine wirksame Abbindeeschleunigung
wird
auch durch die Zugabe von Natriumdithionit und Wasserstoffsuperoxd erzielt. Dabei
wird das Dithionit durch das Wasserstoffsuperoxyd zu Bisulfat oxydiert, dessen Säure-Ionen
den pH-Wert ernied£rigen. Bei der Wahl der Abbindebeschleuniger ist darauf zu achten,
daß sie so langsam reagieren sollen, daß die Mischbarkeit und Verarbeitbarkeit der
Schlämme für ein bis drei Minuten gewährleistet ist, daß sie aber doch so schnell
reagieren, daß nach spätestens einer Stunde der pH-Wert von 6 bis 7 erreicht ist.
Als Abbindebeschleuniger kommen auch beispielsweise in Frage oxydierbare Stoffe,
deren Oxyde Säuren bilden, wie Schwefel oder Phosphor, schwer lösliche Anhydride
anorganischer Säuren, z. B. Arsen-III-Oxyd oder Molybdän-VI-Oxyd, schwer lösliche
Salze schwacher Basen mit starken Säuren, z. B. wasserfreies CoCl2 oder AlF3 oder
Acidokomplexsalze mit schwach basischem Zentralatom, z. B. Ammoniumolybdato phosphat
$oder $bariumhexafluorosilikat, ferner an anorganischen Stoffen alkalisch verseifbare
Säureanhydride, wie Phthalsäureanhydrid, alkalisch verseifbare Ester organischer
und anorganische Säuren, z. B. Dimethyloxalat oder Propylbromid und viele andere.
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Bei kationischen Bitumenemulsionen liegt der pH-Wert zwischen 1 und
4 und soll durch den Abbindebeschleuniger auf 6 bis 8 erhöht werden. Geeignete Abbindebeschleuniger
sind hier schwer lösliche Salze von schwachen Säuren mit Alkalien oder Erdalkalien,
wie Carbonate, Silikate oder schwer lösliche Doppeloxyde der Erdalkalien und Erden.
Geeignete Redox-Systeme sind Zink und Mangandioxyd oder Zink und Natriumbichromat.
Eine gute Abbindebeschleunigung wird auch erzielt, wenn bei der Herstellung der
Bitumenemulsion Talgfettdiamin und Ameisensäure zugesetzt werden und als Abbindebeschleuniger
dann kurz vor der Verarbeitung gepulvertes Kaliumpermanganat zugegeben wird, das
die Ameisensäure zu Kohlensäure oxydiert, die entweicht. Bei diesem Redox-System
läߢt sich der pH-Wert, da die Säure völlig vernichtet wird, sehr genau steuern.
Hier kommen als Abbindebeschleuniger beispielsweise in Frage: in anorganischen Stoffen
unedle Metalle, wie Lithium, Magnesium
oder Zink, die mit Oxydationsmitteln
kombiniert sein können, ferner Oxyde und Hydroxyde von Erdalkalimetallen oder deren
Mischoxyde mit höherwetigen Kationen, z. B. MgO; CaO; Mg(OH)2; MgA102, ferner die
Salze der zweiwertigen Kationen mit schwachen Säuren, wie z.B. MgC03 oder CaSiO3,
basische Salse, wie z.B. basisches Magnesiumcarbonat oder basisches Bleichlorid
und andere Aln organischen Stoffengepulvertes Hartfettamin, Fettaminsalze schwacher
Säuren, wie z. B. Carbonate, sowie Schiff'sche Basen, z.B. die Kondensationsprodukte
von Fettaminen mit Formaldehyd und andere.
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Wird durch den Äbbindebeschleuniger das Brechen der Emulsion bewirkt,
solange diese noch eine erhebliche Menge Wasser enthält, so hat ei sich als zweckmäßig
erwiesen, zusätzlich noch Kontraktionsmittel zu verwenden, die bewirken, daß nach
dem Brechen der emulsion das Bindemittel in unmittelbare Nachbarschaft der zu verkLebenden
Oberflächen gebracht wird. Als Kontraktionsmittel können daher gemäß der weiteren
Erfindung makromolekulare Stoffe in die Schlämme eingebracht werden, die durch die
pH-Wert-Änderung einen Zustand erhöhter Knäuelung und Kontraktion erfahren. Solche
Kontraktionsmittel stellen Leimlösungen dar, welche bei der pH-Wert-Änderung ausfallen.
und sich zusammenziehen, wodurch ein innerer Druck auf das System ausgeübt wird,
und das Bindemittel an die Gesteinsoberfläche herangebracht wird. Dabei erfolgt
eine Gelbildung, die dem Schlämmeüberzug eine Scheinfestigkeit verleiht, die jedoch
bereits ausreichen kann, um die noch stark wasserhaltige Schlämme befahrbar zu machen.
Dieses Gel verfestigt sich dann mit der Zeit unter Herausquetschen von synaeretischem
Wasser, während gleichzeitig die Verklebung des bituminösen Bindemittels mit den
Gesteinsteilen erfolgt. Geeignete makromolekulare Stoffe sind bei anionischen Schlämmen
makromolekulare Carboxy-f verbindungen, z.B. Carboxymethylzellulose, Alginate oder
Polyacrylsäure, deren Ausfällung durch Zugabe von Alumniaten oder Stannaten verstärkt
werden kann und bei kationischen Schlämmen Polyamine, wie Polyvinylpyridin, methyliertes
Polyäthylenimin sowie Komplexe aus Aluminiumchlorid und Carboxymethylzellulose.
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Diese makromolekularen Stoffe wirken nicht nur 9iB Kontraktionsmittel,
sondern erhöhen gleichzeitig auch die Viskosität der Schlämme, so daß sich auch
der in der Schlämme enthaltende Feinsand nicht absetzt, sondern eine sehr gut tragfähige
homogene Schlämme erzielt wird, die sich auf die Strdaßenoberfläche gut auftragen
läßt.
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Bei kationischen Emulsionen ist es im allgemeinen schwierig, stabile
Schlämmen zu erhalten. Gemäß der weiteren Erfindung gelingt dies dann, in die Emulsion
vielwertige Kationen eingebracht werden, die sich mit einigen ihrer positiven Ladungen
an der Gesteinsoberfläche verankern und durch die freien, positiven Ladungen die
Gesteinsoberfläche blockieren, so daß das Ausfallen der Emulsion an der Gesteinsoberfläche
verhindert wird. Geeignet sind hierzu insbesondere Polyamine sowie Aluminiumchlorid,
Eisenchlorid und andere mehr als zweiwertige Kationen. Da dieser Blockierungseffekt
später aufgehoben werden soll, müssen solche Kationen verwendet werden, die bei
höheren pH-Werten die Gesteinsoberfläche nicht mehr blockieren, z. B. tertiäre Amine
oder Aluminiumchlorid. Besonders zweckmäßig ist es, als Blockierungsmittel dieselben
Stoffe zu verwenden, die :auch als Kontraktionsmittel und Viskositätserhöher wirken.
Besonder geeignet sind Polyvinylpyridin, permethyliertes Polyäthylenimin oder Komplexe
aus Carboxymethylzellulose mit Aluminiumchlorid. Bei Zugabe solcher tertiärer Polyamine
werden tragfähige, stabile Schlämmen erhalten, die nach Erhöhen des pH-Wertes eine
gute Scheinfestigkeit und Kontraktion zeigen. Die Kontraktion ist umso besser, Je
weniger sperrig das Makromolekül gebaut ist. Am besten eignen sich Makromoleküle
mit einer Kettenlänge von mehr als 1000 Kohlenstoffatomen, die weitgehend linear
sind und die zweckmäßig auch einige Fettgruppen enthalten.
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Als Haftmittel können sowohl den anionischen als auch den kationischen
Schlämmen noch Fettmonoamine oder Fettdiamine zugesetzt sein. In anionischen Systemen
wirken die Fettamine zusammen mit Bentonit als guter Emulgator, in kationischen
Schlämmen
wirken die Fettamine zusammen mit Säure als Emulgatoren. Geeignete Lösungsmittel
sind sowohl in anionischen als auch in kationischen Schlämmen Testbenzin oder Toluol.
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Die folgenden Beispiele zeigen die Herstellung und Verwendung der
Schlämmesysteme nach der Erfindung und ergeben noch weitere Merkmale der Erfindung.
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Beispiel 1: Anionische Bentonit-Bitumen-Emulsionsschlämme ohne Kontraktionsmittel.
a) Herstellung der Bitumenemulsion: 200 kg Bitumen B 45 werden mit 1,5 kg Cetylmonoamin
bei 1300 C gemischt, 25 kg Kalzium-Bentonit werden in 275 kg Wasser suspendiert.
Die wässerige Suspension wird auf 600 erwärmt, dann wird die ölige Phase in die
wässerige Phase hineingegossen, und zwar langsam intermittierend, wobei die wässerige
Phase kräftig gerührt wird. Ist die halbe Menge der öligen Phase hinzugefügt, so
werden der Emulsion 0,05 kg Kalkhydrat zugefügt und dann der Rest der öligen Phase
zugesetzt. b) Herstellung der Lösungsmittelemulsion: 20 kg N-Octadecenyl-äthylen-diamin
werden bei Zimmertemperatur in 40 kg Spindelöl gelöst. Dazu werden 120 kg Testbenzin
gegeben.
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In 275 1 Wasser werden dann 20 kg Natriumcalciumbentonit suspendiert
und dazu noch 2 kg Kalkhydrat hinzuggegeten Auch hier wird die ölige Phase unter
kräftigem @mrühren in die wässerige Phase geschüttet. c) Herstellung der Schlämme:
150 kg Quarzsand, Körnung 0,1 - 1 mm, werden mit 35 1 Wasser angefeuchtet. Der feuchte
Sand wird dann mit 52 kg der nach a) hergestellten Bitumenemulsion vermischt. Anschließend
werden dazu 13 kg der nach b) hergestellten Lösungsmittelemulsion gegeben und ebenfalls
gründlich gemischt. Die erhaltene Schlämme hat einen pH-Wert von annähernd 11.
d)
Herstellung des Abbindebeschleunigers: 200 kg Quarzsand, Körnung 0,1 - 1 mm, werden
mit 30 kg Kaliumhexafluorosilikat und 5 kg Kahlkhydrat trocken gemischt und trocken
gehalten. e) Verwendung der Schlämme: Kurz vor dem Aufbringen der Schlämme werden
auf 200 kg der nach c) hergestellten Schlämme 11 kg des nach d) hergestellten Abbindebeschleunigers
zugesetzt und die Schlämme sofort auf die Straßendecke aufgebracht. Der Schlämmeüberzug
zeigte nach einer Stunde einen pH-Wert von annähernd 6. Schon eine leichte Druckeinwirkung
durch Befahren mit leichten Fahrzeugen oder durch Betreten genügte, um den Belag
so zu verdichten, daß er wasserfest und befahrbar wurde. Ohne äußere Druckeinwirkung
wurde der so aufgebrachte Belag Jedoch erst nach etwa 6 Stunden wasserfest und befahrbar.
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Beispiel 2: Anionische Seifenemulsionsschlämme mit Lösungsmittel und
Haftmittel. a) Herstellung der anionischen Seifenemulsion: 280 kg Bitumen B 80 mit
werden mit 50 kg Testbenzin in der Wärme vermischt und auf 400 abgekühlt. Dem werden
10 kg Rohttallöl zugefügt und 4 kg Dodecylamin. Die ölige Phase soll dann eine Temperatur
von ungefähr 400 besitzen. In 160 1 Wasser von 200 C werden 10 kg Kalilauge 40%ig
gelöst. Die wässerige Phase wird nun zuerst langsam und dann schneller unter kräftigem
Rühren in die ölige Phase hineingerührt, wobei nach ungefähr der Zugabe der Hälfte
der wässrigen Phase eine Phasenumkehr eintritt und eine sehr feine "Öl-in-Wasser"-Emulsion
entsteht. b) Herstellung der Schlämme mit Abbindebegehleunigers 200 kg Quarzsand,
Körnung 0, - 1 mm, werden mit 0,3 kg Natriumsilikofluorid innig vermischt. Dazu
werden 70 1 Wasser gegeben. Kurz vor dem AuSbringen aue die Straße werden dazu noch
35 kg der nach a) hergestellten Emulsion gegeben, das Ganze
schnell
und gründlich gemischt und sofort auf die Straße aufgebracht Der pH-Wert, der unmittelbar
nach dem Mischen 12 beträgt, sinkt innerhalb einer Stunde auf 6,6. Der erhaltene
Schlämmeüberzug war nach einer Stunde unempfindlich gegen Regen, jedoch noch nicht
befahrbar.
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Bei makromolekularen Carboxydverbindungen, die bei Erniedrigung des
pH-Wertes in Lösung bleiben, wie z.B. Mischpolymerisaten aus Acrylamid und Acrylsäure,
konte eine Ausfällung dadurch erzielt werden, daß der alkalischen Emulsion Natriumaluminat
oder -stannat zugefügt wurde. Bei Erniedrigung des pH-Wertes auf ca. 7 entstanden
dann die unlöslichen Aluminium- oder Zinnsalze der Carboxysäuren.
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Beispiel 3: Anionische Seifenen=iiionsschlämme mit Kontraktionemittel
und Viskositätserhöher. a) Herstellung der anionischen Seifenemulsion: wie in Beispiel
2. b) Bei Herstellung der Schlämme wurde wie in Beispiel 2 verfahren, Jedoch wurde
das Vasser durch 50 1 ölige Alginat-Lösung ersetzt, und der Quarzsand mit 0,5 kg
Natriumsilikofluorid vorgemischt.
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Auch bei diesem Schlämmeüberzug betrug der pH-Wert anfangs 12 und
nach einer Stunde annähernd 6. Der Belag ist nach einer Stunde nicht nur wasserfest,
sondern auch befahrbar. Es hat sich unter Abscheidung von synaeretischem Wasser
eine Gallerte gebildet, die dem Belag eine vorläufige Festigkeit verleiht.
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Es wurde beobachtet, daß das relativ leicht lösliche Natriumsilikofluorid
in diesem System wesentlich langsamer reagiert als in einer homogenen Lösung von
z.B. Natronlauge. Es dürfte dies darauf zurückzuführensein, daß sich auf den einzelnen
Natriumsilikofluoreid-Kristallen hemmende Fettsäurefilme bilden. ähnliche Ergebnisse
wurden erzielt, wenn an Stelle der Alginat-Leimlösung andere Polycarboxy-Verbindungen
verwendet wurden, wie
z.B, Polyacrylat-Lösungen oder Lösungen von
Carboxymethylzellulose. Besonders günstig ist die Kombination mit Aluminaten und
Stannaten, da dabei die Leime bei der pH-Wert-Anderung sehr feste Kuchen bilden,
was auf hohe Kontraktion schließen läßt.
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Beispiel 4: Kationische Bitumenemulsionsschlämme mit Kontraktionsmittel,
Viskositätserhöher und Blockierungsmittel. a) Herstellung der Bitumenemulsion :
140 kg Bitumen B 80 werden auggeschmolzen und mit 25 kg Testbenzin und 10 kg Myristylamin
vermischt. Die ölige Phase hat dann eine Temperatur von 900 a. In 100 1 Wasser werden
4 kg konzentrierte Salzsäure gelöst und das Ganze auf 600 erwärmt.
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Anschließend wird die ölige Phase in die wässerige Phase hineinemulgiert.
b) Herstellung der Mischemulsion durch Zugabe des Kontraktionsmittels.
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80 kg der nach a) hergestellten Bitumenemulsion werden nach dem Erkalten
mit 130 1 einer öligen Polyvinylpyridinlösung gemischt, wobei die Polyvinylpyridinlösung
1,3 kg Polyvinylpyridin mit einem Molekulargewicht von ca. 10 000 und 1,3 kg konzentrierte
Salzsäure enthält. c) Herstellung der tragfähigen Schlämme: 195 kg Quarzsand, Körnung
0,1 - 2 mm, werden mit 100 kg nach b) hergestellter Mischemulsion gemischt. Die
Schlämme hat einen pH-Wert von 1,5. d) Einbringen des Abbindebeschleunigere: zu
Kurz vor dem Aufbringen auf die Straße werden 300 kg Schlämme 5 kg Kalksteinsand,
Körnung 0,1 - 0,2, zugesetzt. Diese Schlämme muß sehr schnell verarbeitet und innerhalb
weniger Sekunden auf die Straße aufgebracht werden. Man erhält dann einen gleichmäßigen
Schlämmeüberzug, der in einer Stunde abgebunden ist. Um die Neutralisationsreaktion
etwas zu verzögern, kann der Kalksteinsand mit einer schwer löslichen Kruste aus
Kalziumsulfat umgeben werden. Dies erfolgt durch Behandlung des Sandes mit 10% verdünnter
Schwefelsäure, berechnet auf das Gewicht des
Kalksteinsandes. Bei
Verwendung eines so vorpräparierten Ealksteinsandes läßt sich die Schlämme eine
Minute lang mischen und noch drei Minuten lang verarbeiten und auf der Straße ausbreiten
ohne daß ein Brechen eintritt. Bei dieser Schlämme wirkt das Polyvinylpyridin sowohl
als Viskositätserhöher als auch als Kontraktionsmittel, das bei der Erhöhung des
pH-Wertes gallertartig ausfällt, worauf das Gel sich nach einiger Zeit zu einem
festen Kuchen zusammenzieht, so daß die Schlämme schon vor dem Trocknen eine Scheinfestigkeit
erhält, bis beim weiteren Austrocknen das ausgeschiedene Bitumen die Gesteinskörner
verklebt.
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Gleichzeitig wirkt aber das Polyvinylpyridin auch als Blockierung
mittel und verhindert das Ausfällen der Emulsionströpfchen an der Oberfläche der
Quarzkörner bei pH-Werten unter 4.
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Als Abbindebeschleuniger bzw. zur Einstellung des jeweils erwünschen
pH-Wertes eignen sich vor allem die Salze der Alkalien und Erdalkalien mit schwachen
Säuren, insbesondere die Carbonate und Silikate, z. B außer dem bereits erwähnten
Kalziumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Dolomit oder Wasserglasmehl, aber auch schwer
lösliche Doppeloxyde, wie Magnesiumkalziumoxyd oder Magnesiumaluminiumoxyd. Werden
bei leicht löslichen Salzen, wie bereits beschrieben, die Körner mit einer schwer
löslichen Kruste umgeben, so ist darauf zu achten, daß die Kruste nicht zu spröde
ist, und daß andererseits die Löslichkeit der Kruste nicht zui niedrig ist. Gerade
dadurch läßt sich aber die Zeit, bis die Änderung des pH-Wertes der Schlämme erfolgt
ist, sehr genau einstellen und den Jeweils gegebenen Arbeitsbedingungen anpassen.
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Die Verwendung von Erdalkalisalzen hat gegenüber der Verwendung von
Alkalisalzen den Vorteil, daß die Dosierung nicht so genau eingehalten werden muß,
da auch bei einem Überschuß, z.B. an Kalkstein, ein pH-Wert von 8 nicht überschritten
wird.
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Beispiel 5: Kationische Bitumenemulsion und Reduktions-Oxydationssystem
als Abbindebeschleuniger. a) Herstellung der Bitumenemulsion:
112
kg Bitumen B 80 werden aufgeschmolzen und mit 20 kg Testbenzin und 4 kg N-Oktadecyl-l,3-Diamino-Propan
gemischt.
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Die ölige Phase hat eine Temperatur von 1000C. In 132 kg Leitungswasser
von 700C werden 0,66 kg Eisessig gelöst. Dann wird die ölige Phase langsam in die
wässrige Phase einfließen gelassen, wobei letztere kräftig geruhrt wird. Es entsteht
eine kationische Bitumenemulsion mit einem pH-Wert von 8. b) Herstellung der Leimlösung:
In 100 1 Leitungswasser werden 6 kg konzentrierte Salzsäure gelöst. Zu der Lösung
werden 2 kg eines permethylierten Polyäthylenimins mit einem Molgewicht von etwa
20 000 hinzugeführt. c) Herstellung der Mischemulsion: 80 kg der nach a) hergestellten
Bitumengrundemulsion werden mit 10 1 3,50/obiger Salzsäure gemischt, anschließend
werden 130 kg der nach b) hergestellten Leimlösung zugesetzt. d) Herstellung der
Schlämme: 250 kg Quarzsand, Körnung 0,1 - 2 mm, werden mit 100 kg Mischemulsion
gemischt. Es entsteht eine zügige, tragfähige und homogene Schlämme mit dem pH-Wert
2. e) Zugabe des Abbindebeschleunigers und Verwendung der Schlämme: Unmittelbar
vor dem Aufbringen der nach d) hergestellten Schlämme werden zu 350 kg Schlämme
Q,7 kg Zinkpulver und anschliessend 1 kg Braunsteinpulver hinzugefügt, kurz gemischt
und die Schlämme auf die Straße aufgebracht. Die Schlämme läßt sich dabei gut verteilen.
Im Laufe einer Stunde steigt der pH-Wert auf 6,5 an. Nach Ablauf einer Stunde ist
der Schlämmeübersug regenunempfindlich, was durch eine Berieselungsprobe festgestellt
wurde, und befahrbar. Die Schlämme scheidet Synaeresewasser aus. Schon vor dem vollständigen
Austrocknen haften die ausgeschiedenen Bitumenteilchen fest an den Sandkörnern,
und die ganze Masse ist fest verkittet.
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An Stelle des Redox-Systems Zink-Mangandioxyd können auch andere,
Redox-Syateme, z. B. Zinkpulver und Natriumbichromat verwendet
werden.
Gut bewährt hat sich auch bei einer kationischen Bitumenemulsion, die Talgfettdiamin
und Ameisensäure enthält, die Verwendung von Kaliumpermanganat als Abbindebeschleuniger.
Dabei wird durch das Kaliumpermanganat die amerisensäure zu Kohlensäure oxydiert,
dieentweicht. Bei Anwendung derartiger Redox-Systeme läßt sich der anfängliche und
der endgültige pH-Wert sehr genau einstellen, so daß in jedem Falle der pH-Wert
erreicht werden kann, der für das Brechen der Emulsion und für das Wirksamwerden
der Haftmittel und der Kontraktionsmittel am günstigsten ist.
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Die Zeit bis zum Eintreten der pH-Wert-Änderung kann nicht nur durch
die KorngDße der verwendeten Stoffe, insbesondere der Metalle, sondern auch durch
die Wahl der Oxydationsmittel beeinflußt werden. Dabei kann auch das Wasser als
Oxydationsmittel wirksam sein, z,B. bei der Reaktion Aluminium + Spuren von Quecksilber-II-Ohlorid
+ Wasser oder Magnesium + Wasser.
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Dabei können aus dem Oxydationemittal selbst wieder neutralisierende
Stoffe entstehen, z. B. entstehen aus Natrium-Dichromat Natriumhydrozyd und Chromhydroxyd,
die beide basisch sind, also den pH-Wert erhöhen.
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Die Geschwindigkeit der pH-Wert-Änderung kann ferner beeinflußt werden
durch die Zugabe kleiner Mengen an Katalysatoren. So reagiert beispielsweise Aluminium
mit Natriumchlorat praktisch überhaupt nicht, dieses System ist jedoch als Abbindebeschleuniger
verwendbar, wenn als Katalysator Spuren von Quecksilber-II-Ohlorid zugesetzt werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung hat gegenüber der Anwendung bekannter
Schlämmen eine Anzahl sehr wesentlicher Vorteile.
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Der Hauptvorteil liegt natürlich in dem raschen Wasserfeetwerden und
Verkehrsfestwerden der ueberzüge so daß die während der Arbeit notwendigen Straßensperren
schon nach kurzer Zeit wieder aufgehoben und die Straße für den Fahrverkehr wieder
freigegeben werden kann. Ein weitorer sehr wesentlicher Vorteil ist die Unabhängigkeit
von der Witterung. Es ist nicht, wie bei
praktisch allen bekannten
Schlämmen, notwendig, zum Aufbringen der Schlämme warmes, trockenes Wetter abzuwarten,
vielmehr lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Schlämmen selbst bei
leichtem Regen und auch in den Wintermonaten bei Außentemperaturen von wenig über
Null Grad aufbringen. Eine bei niedriger Temperatur im Januar aufgebrachte Schlämme
erwies sich bereits nach zwei Stunden als befahrbar.
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Ein weiterer Vorteil der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
ueberzüge liegt in der hohen Abriebfestigkeit.
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Es wurde die Abriebfestigkeit verschiedener mit bekannten Schlämmen
und mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeiteter Schlämmen mittels eines
zu diesem Zweck entwickelten Gerätes, bei dem eine Bürste auf einer Probeplatte
hin und her bewegt wird, getestet. Bei 1000 Schüben ergab sich bei einem mit einer
üblichen Seifenschlämme hergestellten und durchgetrockneten Uberzug in trockenem
Zustand ein Abrieb von 1 g. Nach 24-stündiger Wassereinwirkung war der in feuchtem
Zustand gemessene Abrieb nicht mehr meßbar, da die Masse so weich war, daß sie von
der Bürste weggeschoben wurde. Eine Seifenschlämme, Ider in bekannter Weise zur
Verbesserung der Abriebfestigkeit Zement zugesetzt wurde, wies bei ebenfalls feuchtem
Zustand nach 24-stündiger Wasserlagerung einen Abrieb von immer noch 1,3 g auf.
Nach weiterer 6-wöchiger Bewitterung stieg der Abrieb bei nasser Oberfläche auf
9,3 g. Bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schlämme dagegen
war der Abrieb nach dem Abbinden bei feuchter Oberfläche kleiner als 0,1 g. Nach
sechs Wochen langer Bewitterung betrug der Abrieb im trockenen Zustand immer noch
weniger als 0,1 g, im feuchten Zustand betrug er 2,1 g. Diese Versuche zeigen, daß
die Abriebfestigkeit wesentlich höher ist als bei Verwendung bekannter Schlämmen.
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Der Zusatz von Lösungsmitteln erleichtert nicht nur die Bildung durchgehender
Klebefilme, sondern fördert auch die feste Verbindung des Überzuges mit dem Untergrund,
insbesondere sogar bei Gegenwart dünner Staubschichten, die bisher stets
entfernt
werden mußten und bewirkt auch eine gewisse Regenerierung der alten Straßendecke.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten ueberzüge sind nicht nur
unmittelbar nach dem Abbinden genügend rauh und griffig, d. h. sie weisen sogenannte
Sandpapierrauhigkeit auf, sondern behalten diese Eigenschaft auch bei längerer Benutzung.
Bei Testversuchen wurde festgestellt, daß die Ubersüge auch nach einem Jahr noch
rauh und griffig waren. Dies dürfte seinen Grund vor allem darin haben, daß die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten überzüge keinen Füller enthalten,
der durch den Viskositätserhöher ersetzt ist. Aus dem Fehlen des Füllers ergibt
sich der weitere Vorteil, daß ein größerer Hohlraumanteil zur Verfügung steht zur
Aufnahme des Bindemittels, so daß die Schlämme im Vergleich zu den bekannten Schlämmen
mehr bituminöses Bindemittel enthalten kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß die
Straßendecke zu fett wird und Bindemittel ausschwitzt. Dieser höhere Gehalt an plastischen
Bindemitteln verleiht den Schlämmeüberzügen aber auch eine große Beweglickkeit und
damit die Fähigkeit, geringe Bewegungen der Unterschicht rissefrei zu überstehen.
Der höhere Bindemittelanteil ist auch deshalb als Vorteil anzusehen, als erfahrungsgemäß
gerade die Oberfläche der Straße zum Ausmagern neigt. Dabei besteht auch keine Gefahr,
daß durch den höheren Bindemittelgehalt der oberzug mit der Zeit glatt und glitschig
wird, da dies durch die alleinige Verwendung von Feinsand ohne Füller vermieden
wird.
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Der verwendete Feinsand soll, um diese vorteilhaften Eigenschaften
voll zu erhalten, nach Möglichkeit stets aus einem zäh-harten Gestein bestehen.
An Stelle des in den Beispielen verwendeten Quarzsandes eignen sich auch Blußsand,
Sande aus gebrochener Moräne oder aus gebrochenem Granit.
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Die Verwendung von Füller ist beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht
notwendig, es kann aber im Bedarfsfall auch Pliller zugesetzt werden, beispielsweise
falls der verwendet. Sand solchen
Füller in Form von Gesteinsmehl
als Verunreinigung enthält.
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Versuche mit Schlämmen nach dem aufgeführten Beispiel bei denen 10%
des Sandes durch Quarzmehl ersetzt worden waren, zeigten keine Verbesserung hinsichtlich
der Verarbeitbarkeit der Schlämme und im Verhalten des fertigen überzuges. Es konnte
dagegen festgestellt werden, daß schon bei dieser relativ geringen Füllermenge das
Ankleben am Untergrund etwas verschlechtert und die Abbindezeit ein wenig verlängert
wurde.
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Patentansprüche :