DE1794005A1 - Verfahren zur Herstellung von bitumenhaltigen harten Formkoerpermassen,insbesondere fuer Bauefensente - Google Patents

Description

DR. ELISABETH JUNG, DR. VOLKER VOSSIUS, DIPL.-ING. GERHARD COLDEWEY PATENTANWÄLTE *| 7 9 A O O MDNCHEN 23 · SIEGE88T RASSE 28 . TELEFON 34(087 . TELEQRAMM.ADHE8SE: IN VENT/MDNCHEN

P 6193

k 21. August 1968

SHELL INTERNATIONALE HBSEAROH MAATSCHAPPIJ N.V. Den Haag, Niederlande

" Verfahren zur Herstellung von bitumenhaltigen harten iOrmkörpermassen, insbesondere für Bauelemente "

Priorität: 23· August 1967, Grossbritannien Anmelde-Nr.: 38 761/ 67

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von harten Pormkörpermassen aus körnigem Material und einem bituminösen Bindemittel.

Die Möglichkeit, in der Bauindustrie Bauelemente bzw. -teile auf der Basis eines körnigen Materials mit einem Bitumenbindemittel zu verwenden, wird durch die Tatsache weitgehend eingeschränkt, dass das in solchen Bauelementen enthaltene bituminöse Bindemittel bei länger dauernder statischer Belastung in der Regel dazu neigt, zu flieesen. Um diese unerwünschte Fliessneigung zu vermeiden, wäre es bei der Verwendung von Bitumina als Bindemittel für der-

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artige Bauelemente erforderlich, ein sehr härtet bituminöses Bindemittel zu verwenden, was jedoch bu ernstlichen Schwierigkeiten beim Mischen der Komponenten und beim Verdichten des Gemisches fuhren würde. Die sohlechte Be- bzw. Verarbeitbarkeit derartiger, hartes Bitumen enthaltender Gemische verhindert ihre Verwendung als Baustoff.

Es wurde nun gefunden, dass derartige Schwierigkeiten während der Verarbeitung nicht auftreten, wenn man dae harte bituminöse Bindemittel während der Herstellung der Bauelemente in situ aus Asphalt en en und einem öl erzeugt* Zu diesem Zweck wird das körnige Material alt einem öl und mit Asphaltenen gemischt, worauf das Gemisch verdichtet wird. Bei diesem Verfahren bietet die Verarbeitung keine Probleme. Als öl kann man eine Flüssigkeit mit hinreichend niedriger Viskosität wählen, so dass alle Teilchen des körnigen Materials während des Mischvorganges benetzt werden, wobei man gleichzeitig den Vorteil erzielt, dass man beim Verdichten des Gemisches aufgruud der Schmierwirkung des Öls ein Gemisch mit niedrigem Hofclraumgehalt erhält. Die Asphaltene werden insbesondere während des Verdicht ens von der ölphase absorbiert, wobei eich ein sehr hartes Bitumenbindemittel bildet*

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von harten Formkörperaaesen aus körnigem Material und bituminösem Bindemittel, insbesondere für Bauelemente,

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das dadurch gekennzeichnet ist, dass das körnige Material mit einem öl und mit Asphaltenen gemischt und dieses Gemisch anschlieseend verdichtet wird.

Als Hauptvorteile des Verfahrene der Erfindung können zusammenfassend genannt werden t

1. Bas Verfahren der Erfindung ermöglicht es, den Gemischen eine sehr grosse Menge an Asphaltenen einzuverleiben, wodurch man ein ausserordentllch hartes bituminöses Bindemittel erhält, das sioh, wenn es als solches verwendet würde, nicht be- bzw* verarbeiten Hesse.

2. Aufgrund der Verwendung eines Öls mit hinreichend niedriger Viskosität kann sowohl das Mischen als auch die Verdichtung bei relativ niedrigen Temperaturen durchgeführt werden.

3. Das Aushärten des bituminösen Bindemittels hängt nicht von der Anwesenheit von Sauerstoff oder einer möglichen Porosität des Gemisches ab, da die Härtung von innen * heraus erfolgt. Bas als Bindemittel dienende Bitumen bildet sich aus dem öl und den Asphaltenen während der Verdichtung.

Als körniges Material für die Herstellung der harten Formkörpermas β en bzw. Bauelemente nach dem erflndungsgemässen

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Verfahren wird vorzugsweise ein ^Äineralaggregat verwendet» Dieees Material kann grob in folgende zwei Kategorien unterteilt werden:

a) Mineralaggregat; dae durch ein Sieb mit einer Höhten Maschenweite von 0,074 mm fällt und als "Füllstoff bezeichnet wird, und

b) ein Mineralaggregat, das von einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm zurückgehalten wird und häufig einfach als "Aggregat" bezeichnet wird«

Der Einfachheit halber werden in dieser Beschreibung und den Ansprüchen nachstehend die Ausdrucke "Füllstoff und "Aggregat" verwendet, wobei unter diesen AuBdrtioken Mineralaggregate zu verstehen sind; die in der vorstehend angegebenen Weise durch die Teilehengrösse gekennzeichnet sind,

Beispiele geeigneter Füllstoffe sind unter anderem Steinstaub, wie Mergel- und Kalksteinpulver» sowie Zement, Asbestfaserpulver und Flugasche₀

Beispiele geeigneter Aggregate sind u_oa_e Sand» wie Quetschsand, Flußsand, Dünensand, Waldsand; Bergsand, Spritzsand oder ein natürlicher Silikat- bzw. Quaresandj ferner Kies oder Liplit₉ wie gebrochener Klee, Porphyrs Yvoir_? Basalt» Kalkstein oder MoränenkieSo Vorzugsweise werden als körniges Material Gemische aus Füllstoff und Aggregat verwendet, ZoB₀ Gemische, die 5 bis 50 Füllstoff und 95 - 50 Gew,# Aggregat enthalten.»

109831/Π956 BAD OFoOlNAl.

Sie zur Herstellung von harten Formkörpermassen bzw. Bauelementen nach dem erfindungsgemässen Verfahren erforderlichen Asphaltene können aus Erdölrüokständen abgetrennt werden. Die Abtrennung kann in der Regel dadurch bewirkt werden, dass man einen Asphaltenβ enthaltenden Rückstand mit einem niedrigmolekularen aliphatischen Kohlenwasserstoff, insbesondere mit Pentan, in Berührung bringt. Dabei wird eine Phase mit einem hohen Gehalt von n-Heptanasphaltenen (unlöslich in n-Heptan) ausgefällt, ™ nach deren Abtrennung eine ölphase mit geringem Gehalt an n-Heptanasphaltenen zurüokbleibt* Sie Abtrennung der ausgefällten Asphaltene wird vorzugsweise mit Hilfe eines oder mehrerer HydroZyklone durchgeführt. Duron sorgfältige und fachgemässe Auswahl der Behandlungstemperatur und des GewichtβVerhältnisses von Fentan zu dem von Asphaltenen zu befreienden Rückstand kann der Rückstand auf einfaohe Weise in ein Asphaltenkonzentrat mit einem Gehalt von mehr als 40 Gew.^ n-Heptanasphaltenen und ein von Asphaltenen |

befreites Ol aufgetrennt werden, dessen Gehalt an n-Heptanasphaltenen unter 0,5 Gew.56 liegt. Bas dabei erhaltene Asphaltenkonzentrat kann, so wie es ist, zur Herstellung der fraglichen Bauelemente verwendet werden. Ausserdem kann das bei der Asphaltenabtrennung anfallende Ol nach dem Abdestlllieren flüchtiger Bestandteile gewünsohtenfalls als flüssige Komponente zur Herstellung von harten Bauelementen bzw. Formkörpermassen nach dem Verfahren der Erfindung verwendet werden. Als Öle, die beim Verfahren der Erfindung verwendet werden sollen, wählt man vor-

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zugeweise Kohlenwasserstofföle, wie Erdölfraktionen, insbesondere die vorstehend erwähnten von Asphaltenen befreiten Rückstandsöle. Bevorzugt sind Öle Kit ein«» Anfangssiedepunkt von über 250 ⁰C und einer Viskosität von weniger als 10 OOO öS bei 100 ⁰O.

Die Mengenverhältnisse, in denen körniges Material, öl und Asphaltene in Gemischen vorhanden sind, aus denen nach ™ dem erfindungsgemässen Verfahren Bauelemente durch Verdichten hergestellt werden sollen, können Innerhalb «reiter Grenzen schwanken. Vorzugsweise werden Gemische verwendet, die 80 - 97 Gew.* körniges Material und 20 - 3 Gew** öl + Asphalt ene enthalten, insbesondere Gemische, die 90 - 95 Gew.56 körniges Material und 10-5 Gew.* öl + Aephaltene enthalten.

» Bas öl und die Asphaltene werden vorzugsweise in einem

Verhältnis von 20 bis 80 Gew.* Ul zu 80 bis 20 Gew.*

Asphaltene, insbesondere in einem Verhältnis von 30 bis 55 Gew.* Ul zu 70 bis 45 Gew.* Asphaltene verwendet.

Das Mischen des körnigen Materials mit dem öl und den Asphaltenen wird vorzugsweise in zwei Stufen durchgeführt, das heisst, dass zuerst das körnige Material alt de» öl gemischt wird, worauf man die Asphaltene diesem Gemisch zusetzt. Sowohl das Mischen dee körnigen Materials mit dem öl und den Asphaltenen als auoh das Verdichten des so- erhaltenen Gemisches werden vorzugsweise bei erhöhter

34s/ 0 9 5 6 Bm OBHäJNM,

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Temperatur durchgeführt. Geeignete Temperaturen liegen zwischen 80 und 200 ⁰O₅. insbesondere zwischen 100 und 170 ⁰Cc

Die Gemische aus körnigem Material? öl und Asphaltenen werden vorzugsweise so weit verdichtet, dass man harte Massen erhält, deren Hohlraumgehalt zwiechen 1 und 10 Volumen~#_s vorzugsweise nur zwischen 1 und 5 Volumen-^ liegte

Fallweise kann es zweckmässig seit:- die harten Massen Bauelemente nach dem Verdichten eine gewisse Zeit einer zusätzlichen Wärmebehandlung zu unterworfene Die Temperatur? bei der diese Wärmebehandlung durchgeführt wird_s kann der beim Verdichten angewendeten Temperatur entsprechen= Sie kann jedoch auch höher liegen*

Das Verfahren der Erfindung ist besonders geeignet zur Herstellung von Forrakörpern_r die als Bauelemente;. z.B. Ziegel_r Blöcke_r Platten, Fliesen bzw_c Dachziegel oder Rohre, verwendet werden können^

Die Beispiele erläutern die Erfindung*

Verwendete Auagangsmaterialien ι

1o Körniges Material: Mineralaggregat A: 80 Gew_o# Sand + 20 Gewo<£ Füllstoff;
Mineralaggregat B: 80 Gew^ Sand + 10 Gew,% Füllstoff.

2 ο Öl und Asphalteneo

das verwendete öl als auch die Asphaltene stammen aus einem BU eitstände öl, das durch Ausfällen der Asphaltene »it Pentan und Abtrennen des ausgefällten Aephaltenkonaentrats <nit Hilfe von HydroZyklonen aufgetrennt wurde. ?'.a Auegengsmaterial dient ein Rüoketandsöl, dee als A.^!ici.eta*co bei der atmosphärischen Destillation eines südamerikanischen Hohb'ls anfällt.

Das von Asphalteneu befreite öl besitet eine Viskosität von 450 cS bei 100 ⁰C und enthält 0,1 Gew.^ n-Heptanasphaltene. Das Asphaltenkonzentrat ist ein Pulver mit einem Gehalt von 75 Gew.£ n-Heptanaephaltenen.

Es werden Testkörper hergestellt, indem »an zunächst das Mineralaggregat mit dem öl misoht, dann das Asphaltenkonzentrat zumischt und sohllessllch das so erhaltene Gemisch verdichtet* Sowohl das Mischen als auch das Verdichten wird bei einer Temperatur von 170 °0 durchgeführt. Das Gemisch wird durch Beaufschlagen alt einem statischen Druck von 1 000 kp/cm verdichtet. Die festkörper sind Zylinder mit einem Durchmesser von 5 ca und einer Länge von 15 cm.

Es wird der Hohlrauagehalt bzw. die Porosität der hergestellten festkörper und des darin enthaltenen Mineralaggregate bestimmt. Die Druckfestigkeit der festkörper wird bei 60 ⁰C und einer Verfonminesgeechwindlgkeit von 0,06 pro Minute gemessen.

,,w ,,«^109β31/0956 «DOBKHHAL

dem Mineialaggregat A, dem öl und dem Asphaltenko».'*; antrat v/erde:.·* fünf Testkörper mit verschieden hohem Binaeiu1.4tel.geha.lt hergestellt, wobei jedoch die Zusammensetzung des Bind«mittels (Verhältnis von öl zu AsphaltenfeOVi./;errbrat \ t 1} Vtraatant gehalten wird.

Die Zusammensetzung der Testkörper und die Ergebniese der durchgeführten Messungen sind in der Tabelle I zusammen» gestellt«

Tabelle I

Gew.-Teile Binde mittel pro 100 Gew.-Teile Mineralaggregat A	Hohlraumgehalt, Vol.*	Mineral aggregat A	Druckfestigkeit	Bruch dehnung
6 6,5 8 8,5 10,5	Test körper	16,4 15,8 18,1 18,1 22,0	Bruchfestig keit, 2 kp/cm	0,027 0,022 0,037 0,032 0,076
3,9 2,0 1,7 0,6 1,5	22,6 50,7 43,4 41,8 24,4

Aue den Werten der Tabelle I ist zu ersehen, dass die Dichte des Mineralgerüstee in Abhängigkeit vom Bindemlttelgehalt durch einen Optimalwert läuft, bei dem die höchste Druckfestigkeit erreicht wird. Der Bindemlttelgehalt beträgt dabei 6,5-7 Gewlohteteile pro 100 Gewiohtsteile Mlneral-

Wiiao GAS 0 98 31/0956 bad

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Unter Verwendung dee Mineralaggregate Λ, dee Öle und des gleichen Isphaltenfconaent.rata werden Tier weitere Teeikörper hergestellt, btt welchen dt,* Biadtmittslgehalt mit 6,5 Oewichteteilea pro 100 Gewichteteile Kineralaggregat A konstant gehalten, die Zueaasaeneetaung dee Bindemittels jedooh variiert wird. Die Zueaameneeteung der TestkSrper und die Ergebnisse der durchgeführten Messungen sind in der Tabelle II wiedergegeben·

Tabelle II

Bindemittel- Bueanjmeneetaung, Gew.*	Asphalten- konsentrat	Hohlraumgehalt, Völ.5t	Mineral aggregat	I.M - · i ,·. t ÄPuckfeatigkeit ■ i -, *	Bruch·· detmung
öl	50 45 40 35	Teet- körper	15,8 1.6,1 15,5 15,5	Jruohfeetlg-	0,022 0,023 0,021 0,023
50 55 60 65	2,0 2,4 1,6 1,6	ϊ K 5Ot7 35,7 30,7 25,5

Aue den Werten dieser Tabelle ist zu ersehen, dass die Druokfestlgkeit der festkörper mit des Aephaltengehalt des Bindemittels sunimmt.

Unter Verwendung der Mineralaggregate A bsv« B werden

12 Teetkörper hergestellt, wobei jeveile da» gleiche

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Bindemittelgehalt (8 Gewichteteile pro 100 Gewiohteteile *Line:-?aXaggreg&.-b Ä bzw. B) angewendet, die Zusammensetzung "13s iiud.iniibals iedoch variiert wird. Die Zusammensetzung xt"' «!sefcköL'pec· uud die Ergebnisse der daran durchgeführten sind in der Tabelle III zusammengestellt·

Tabelle III

Bindemit tel zusam mensetzung. Gew.#	Asphal- ten- kon- zentrai	mi/	Mine- ral- aggre- gat	Druckfestig keit	Bruch deh nung	mit	Mineralaggregat	Mine- ral- aggre- gat	B	Bruch deh nung
Öl	40	r Mineralaggregat A	18,7	Bruch festig keit,ρ kp/cm	0,022	Hohlraum gehalt , Vol. 1>	18,0	Druckfestig keit	0,032
60	50	Hohlraum gehalt t Vol.jt	18,0	13,6	0,037	Test- kör- per	18,3	Bruch festig keit,« kp/cm	0,025
50	60	Test kör per	17,8	43,4	0,022	1,5	18,6	21,2	0,024
40	70	2,3	17,5	26,5	0,031	2,1	21,4	16,6	0,022
30	80	1,7	18,5	101	0,026	2,7	18,5	25,6	0,025
20	100	1,7	24,6	124	0,015	6,2	23,2	26,3	0,022
0	1.5	7,5	3,1	76,2
2,9	9,1	18,2
10,7

Aus den-Werten der Tabelle III ist klar zu ersehen, dass die höchste Druckfestigkeit mit einem Bindemittel erzielt wird, das aus 20 Gewiohtsteilen öl und 80 Gewiohtsteilen Asphaltenkonzentrat besteht. Ein Mineralaggregat, das aus 80 Gewichte teilen Sand und 20 Gewichtsteilen PUIl-

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Stoff besteht, ergibt Teetkörper mit einer höheren Druckfestigkeit als ein Mineralaggregat, das aus 90 Gewichtetei-ier. Sand ν.ηά 10 Gewichtsteilen Füllstoff besteht.

Civ'c Vergleich werden einige Druckfestigkeitswerte ver- BL-lx&d.enev Typen von Baustellen gemessen. Die Bewertung wird genau wie bei den nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Testkörpem durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Vergleichsversuche sind in der Tabelle IV aufgeführt .

Tabelle IV

Druckfestigkeit verschiedener Sorten von

Bausteinen

Testkörperdurchmesser 5 cm, Länge 5 bzw. 10 om

Sorte	Testkörper,5 cm lang	Bruch deh nung	Testkörper,1o om lang	Bruch deh nung
ν Pflaster ) Mauerziegel, Stein) hart j Mauerziegel, ' weich Kalk-Sand-Baustein Tuff	Bruch festig keit, ρ kp/cm	0,041 0,053 0,034 0,029 0,012	Bruoh- feetig- keit, ρ kp/om	0,047 0,031 0,022 0,019 0,008
504 403 109 139 26	420 249 112 112 30

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Aus dem Vergleich der in der vorstehenden Tatelle IV aufgeführten Werte mit den in der Tabelle III zusammengestellten Versuchsergebnissen ergibt sich, dass die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten harten PorateörpermaBsen bzw. Testkörper eine Druckfestigkeit besitzen, die derjenigen von Kalk-Sand-Bausteinen und derjenigen von weichen Ziegelsteinen entspricht.

Patentansprüche :

109831/0956 BADORK₃₁NAl.

Claims (1)

1. -H- 179AÖ05

   Patentansprüche

   1. Verfahren zur Herstellung von harten Formkörpermaseen aue körnigem Material und bituminösem Bindemittel, insbesondere für Bauelemente, dadurch gekennzeichnet, dass das körnige Material mit einem Ul und mit Asphaltenen gemischt und dieses Gemisch anschliessend verdichtet wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als körniges Material ein Mineralaggregat verwendet wird.

   3* Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daaβ als körniges Material ein Gemisch aus 5 bis 50 Gew.* Füllstoff und 95 bis 50 Gew.* Aggregat verwendet wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass ein Ul mit einem Anfangeeiedepunkt von über 250 ⁰C und einer Viskosität von weniger als 10 000 cS bei 100 ⁰C verwendet wird.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als öl ein Kohlenwasserstofföl, insbesondere eine Erdölfraktion, verwendet wird.

   > ^9831/095 6 8AD ORIGINAL

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass als Asphaltenkomponente ein Konzentrat mit einem Gehalt Ton mehr als 40 Gew.# n-Heptanasphaltenen verwendet wird.

   7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kohlenwasserstofföl und/oder Aephaltene verwendet werden, die durch Asphaltenabtrennung aus einem ErdSlrückstand mit Hilfe eines niedrigmolekularen aliphatischen Kohlenwasserstoffe, insbesondere Pentan, als Pällungsmlttel für die Asphaltene und unter Anwendung eines oder mehrerer Hydroayklone zum Abtrennen der ausgefällten Aephaltene erhalten worden sind·

   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, daduroh gekennzeichnet, dass Gemische hergestellt werden, die vor dem Verdichten 80 bis 97 Gew.£ gekörntes Material und 20 bis 3 Gew.# öl + Asphaltene enthalten.

   9* Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Gemische hergestellt werden, die vor dem Verdichten 90 bis 95 Gew.£ körniges Material und 10 bis 5 Gew.^ öl + Asphaltene enthalten.

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   SAD ORIGINAL

   -16- 1734005

   10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10» daduroh gekennzeichnet, dass man das Ul und die Aephaltene in einem Verhältnis von 20 "bis 80 Gew.?* Öl zu 80 bis 20 Gew.# Asphaltene verwendet.

   11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -10, daduroh

   * gekennzeichnet, dass man das Öl und die Asphaltene in einem Verhältnis von 30 bis 55 Gew.56 öl zu 70 feie 45 Gew.# Asphaltene verwendet.

   12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurah gekennzeichnet, dass sowohl das Mischen der Bestandteile als auch die Verdichtung des Gemisches bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird.

   13* Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurah gekennzeichnet, dass das Mischen der Komponenten uad das Verdichten des Gemisches bei einer Temperatur zwischen 80 und 200 ⁰C durchgeführt werden.

   Η. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis I3, daduroh gekennzeichnet, dass das Mischen der Komponenten und das Verdichten des Gemisches bei einer Temperatur zwischen 100 und 170 ⁰O durchgeführt werden.

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   : 4 V"

   15» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis H₉ daduich gekennzeichnet, dass das Gemisch bis su einem Hohlraumgehalt von 1 bis 10 Volumen-^ verdichtet wird.

   16φ Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, daduioh gekennzeichnet, dasβ das Gemisch bis zu einem Hohlraumgehalt von 1 bis 5 Volumen-56 verdichtet wird·

   17· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die harte Formkörpermasse nach dem Verdichten eine gewisse Zeit einer Wärmebehandlung bei einar Temperatur unterworfen wird, die gleich hoch oder höher ist als diejenige Temperatur, bei der die Verdichtung durchgeführt wurde.

   18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, daduich gekennzeichnet, dass als Bauelemente zu verwendende Formkörper, insbesondere Ziegel, Blöcke, Platten, Fliesen bzw. Bachziegel oder Bohre, hergestellt werden.

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   JAt-D^r-,- BADOFUQiNAL