DE19511441A1 - Monofiler Kurzschnitt auf Basis von Polyethylenterephthalat als stabilisierender Zusatz zu Asphalt im Straßenbau - Google Patents

Description

Bei Asphalt im Straßenbau sind vielfache Zusätze in Form von Fasern geläufig.

So nennt die französische Patentschrift 26 76 436-A1 den Zusatz von Polyacrylnitrilfaser von 10-50 mm Länge, 25-100 µ Durchmesser zur Verzögerung der Rißbildung.

Die deutsche Patentschrift 39 30 599-A nennt den Zusatz von Verstärkungsfasern, normalerweise Polyacrylnitril.

Bekannt ist der Zusatz von Stahlfasern in Kombination mit Fasern auf Basis von Acrylnitril zur Reduktion der Spurrillenausbildung bei bituminösen Straßenbelägen (La Construction, 08.11.91, Belgien). Bekannt ist das Produkt ®Arbocel als Stabilisator für bituminöses Mischgut auf Faserstoffbasis. Der Zusatz bei Splittmastixasphalt beträgt beispielsweise bevorzugt 0,3 Gew.-%.

In dem US-Patent 4,663,370 wird der Einsatz organischer Stapelfasern beschrieben, z. B. von Polyolefin-Fasern und Polyester-Fasern. Diese Fasern werden dem Material zugesetzt, das bei der Reparatur bituminöser Straßenbelage als neue Verschleißschicht aufgebracht wird. Dies erfolgt, um Spurrillen und Risse auszufüllen und auszugleichen. Erfindungsgemäß wird ein derartiger Fasereinsatz von 0,25-10 Gewichts-% kombiniert mit bis zu 10 Gewichts-% geradkettiger, ungesättigter Fettsäure, die bis 30 Gewichts-% Harz enthält - dieses als Plastifizierungshilfe -, mit bis zu 10 Gewichts-% eines üblichen anorganischen Zusatzes, wie z. B. Sand und mit einem Anteil feinverteiltem, hochdichtem Polyester oder Polyolefin zur Haftungsverbesserung. Letzte Komponente soll einen Teilchendurchmesser nicht über 200 µ und eine Länge nicht über 1,5 mm haben. Mit dieser Rezeptur soll die Spurrillenausbildung bei erhöhter Temperatur und Auswaschprozesse unter Kontrolle gehalten werden.

Bei der Herstellung bituminöser Straßenbeläge ist bekannt, daß der Zusatz eines Faserstoffes das im Asphalt vorhandene Bitumen unmittelbar nach dem Mischvorgang, während des Transportes und während des Einbaus am Ablaufen hindern kann: Spezielle Faserstoffe geben die Sicherheit, daß die gesamte für das Gebrauchsverhalten erforderliche Bindemittelmenge homogen verteilt bleibt. Ein Ablaufen des Bitumens kann zu Schäden an der fertigen Befestigung, bis hin zu vollständiger Zerstörung während der Gebrauchsdauer führen.

Ein weiterer Gesichtspunkt findet hier Berücksichtigung:
Die Schonung von Primärrohstoffen besitzt grundsätzlich hohe Bedeutung. Läßt sich eine vergleichbare Lösung durch den Einsatz von Sekundärrohstoffen erzielen, ist dies gegenüber dem Einsatz eines Primärrohstoffes zu bevorzugen.

Speziell sei daran erinnert, daß für einen Wertstoff, dessen Ausgangsmaterialien Reststoffe auf Basis monofiler Polyesterfilamente sind, ein zweckmäßiger Einsatz zu finden ist. Derartige Polyesterfilamente werden beispielsweise bei Papiermaschinen im Bereich der Blattbildung und im Bereich der Trockenpartie eingesetzt, ebenso für sehr verschiedene Produktfiltrationen. Preßvorgänge und Transportvorgänge. Reststoffe fallen an bei der Herstellung dieser Filamente, bei der Gewebeherstellung, bei der Gewebefixierung, bei der Konfektionierung und schließlich als Produkt nach bestimmungsgemäßem Gebrauch.

Weitgehend sauberes Produkt kann durch Umschmelzen und zusätzliche Behandlungsschritte erneut in die Chemiefaserherstellung einmünden für spezielle Artikel. Dies ist jedoch keine Lösung für die gesamte am Markt verfügbare Menge und für das Produkt nach bestimmungsgemäßem Gebrauch. Hier bleiben als Lösungen lediglich die Deponierung und die Verbrennung unter Nutzung der thermischen Energie. Andererseits ist die Anzahl der Firmen, die an der Herstellung derartiger Produkte beteiligt sind und die Anzahl der Verwender durchaus überschaubar, so daß eine gezielte Sammlung derartiger Reststoffe möglich ist.

Nachfolgend wird gezeigt, daß sich diese verschiedenen Themenfelder unter Schaffung eines neuen Produktes mit einer günstigen Eigenschaftskombination zweckmäßig miteinander verbinden lassen:

Das erfindungsgemäße Produkt hat faserigen Charakter. Der zugrundeliegende Reststoff sind Monofilamente aus Polyethylenterephthalat in Monofilform, in Form von Geweben, Gestricken, Spiralen, Spiraltüchern. Es wird sowohl Produkt aus den verschiedenen Stufen der Herstellung als auch Produkt nach bestimmungsgemäßem Gebrauch als Rohstoff eingesetzt. Der Anteil anderer Polymersysteme liegt bei weniger als 5%, gleiches gilt auch für eine eventuell vorhandene chemische Modifizierung. Das Material ist weitgehend orientiert und weitgehend aus kristallisiert. Die Basiseigenschaften entsprechen denen hochorientierter, kristalliner Faserprodukte auf Basis von Polyethylenterephthalat. Erwähnenswert ist der hohe Schmelzpunkt von ca. 258°C, die allgemein günstige Witterungs- und Chemikalienbeständigkeit, die geringe Wasseraufnahme von größenordnungsmäßig 0,1%. Das Material ist geruchfrei.

Wesentlich ist die "Faserlängenverteilung". Sie wird hier nicht durch Bestimmung der Länge in mm bestimmt, sondern durch einen Siebvorgang entsprechend dem Entwurf des "Merkblattes für die Lieferung und Prüfung von stabilisierten Stoffen im Asphaltstraßenbau" in Anlehnung an die TP Min-StB Teil 6.3.2. In einem sorgfältig durchgeführten Zerkleinerungsverfahren wird im Bereich von 0,25-0,4 mm etwa 70% Siebdurchgang erreicht bzw. in einem Bereich von 0,25-0,7 mm Korngröße bis zu 90%. Es genügt also nicht, die anfallenden Reststoffe in allgemein bekannter Form grob zu zerkleinern. Die faserigen Elemente sind bedingt durch das Durchmesser-Länge-Verhältnis im Bereich 1 : 10 bis 1 : 50 steif. Die Oberfläche ist durch den Zerkleinerungsvorgang bedingt rauh und uneben. Dies führt zu besonders leichter Einmischung in bituminöse Massen. Ein Verklumpen und Verschlingen der einzelnen Elemente wird verhindert.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Herstellung des erfindungsgemäßen Produktes beschreiben. Schließlich wird auch seine Eignung als stabilisierender Zusatz zu Asphalt im Straßenbau, speziell als Zusatz zu Splittmastixasphalt dargestellt.

Die bekannte Zerkleinerung monofiler Reststoffe auf Basis von Polyethylenterephthalat in Form von Monofilsträngen, Kettresten, Geweberesten, Spiralen, Spiraltuchresten, Gewebestücken und von Produkt nach bestimmungsmäßigem Gebrauch mit Hilfe einer Schneidmühle ist nicht ausreichend: Es treten Überlängen auf. Die Längenverteilung ist extrem breit. Es tritt bei dem Versuch, den Überlängenanteil zu reduzieren ein steigender Staubanteil auf. Die Reduktion der maximalen Linearabmessung durch Einsatz immer feinerer Siebe führt zu einem Anstieg des Staubanteils, zu einer starken Reduktion des Durchsatzes und schließlich zum Risiko von Überhitzungen und damit Verschmelzungen des Materials. Überlängen lassen sich dabei nicht völlig ausschließen. Ein Produkt, so wie oben beschrieben, wird nicht erhalten.

Um das erfindungsgemäße Produkt zu erhalten, erfolgt zunächst eine Grobzerkleinerung der oben aufgezählten Produkte mit einer Schneidmühle auf mittlere Abmessungen von maximal 5-10 cm Länge. Dieses Zwischenprodukt wird anschließend einem Schneidgranulator vorgelegt. Gegenüber einer Schneidmühle sind die Anzahl der rotierenden Messer und die Rotationsgeschwindigkeit erhöht. Es wird ein spezielles Sieb eingesetzt mit z. B. ovalen Löchern der Circa-Abmessungen 0,4 × 0,6 mm. Hier wird eine Zerkleinerung zu dem erfindungsgemäßen Produkt erreicht, ohne daß es zu einer Überhitzung des Materials kommt. Die Feineinstellung erfolgt durch visuelle Beurteilung des Materials, durch Beurteilung unter einer Lupe mit 5- bis 10- facher Vergrößerung und durch den Siebvorgang wie oben beschrieben.

Die nachfolgend beschriebenen Untersuchungen beziehen sich auf dieses erfindungsgemäße Produkt:
Im Ablauftest mit einem Splittmastixasphalt 0/8 mm wurde bei einem Bindemittelgehalt von 7,0 Masse-% Bitumen 80 und einer Zugabemenge von 0,7% des obigen Produktes ein Gehalt an nicht stabilisiertem Bindemittel von 0,1 Masse-% im Labor gemessen. Dazu wird 1 kg Splittmastixasphalt im Becherglas 1 h bei 170°C gelagert und nach Umstülpen die Menge des an der Wandung des Becherglases anhaftenden Bodensatzes ermittelt und als nicht stabilisiertes Bindemittel definiert.

Bei Zusatz eines konventionellen Faserstoffes liegt der Gehalt an nicht stabilisiertem Bindemittel in gleicher Größenordnung.

Wird der Bindemittelgehalt an Bitumen 80 im Bereich von 6,6-7,4 Masse-% variiert, bleibt der Gehalt an nicht stabilisiertem Bindemittel im Bereich von 0,1- 0,2%. Der Zusatz des oben definierten Produktes ist also in bezug auf die genaue Einhaltung der Rezeptur unkritisch. Neben der leichten Mischbarkeit und Verteilung, begründet aus Steifigkeit und Geometrie der einzelnen faserigen Elemente sowie der Korngrößenverteilung; ist dies eine weitere positive Eigenschaft des oben definierten Produktes.

Um eine Aussage zur Verdichtbarkeit des so hergestellten Asphaltes zu erhalten, wurde der Verdichtungslauf von Marshall-Probekörpern in Abhängigkeit von der Anzahl der Schläge mit einem Marshall-Verdichtungsgerät aufgezeichnet. In bekannter Weise erfolgte eine entsprechende Darstellung für die bis zu 100 Schläge. Der Kurvenverlauf am Ende des Verdichtungsvorganges bei Einsatz des obigen Produktes zeigt eine geringere Steigerungsrate gegenüber dem Kurvenverlauf bei Einsatz einer konventionellen Faser. Dies bedeutet, daß sich hier die Endverformung schneller einstellt.

Darüber hinaus entspricht der Verdichtungsverlauf mit 7,0 Masse-% Bindemittelgehalt dem Verdichtungsverlauf bei Einsatz eines konventionellen Faserstoffes mit 7,4 Masse-% Bindemittelgehalt. Dies bedeutet, daß der Bindemittelgehalt im Asphalt - hier der Gehalt an Bitumen 80 - reduziert werden kann bei Einsatz des erfindungsgemäßen Produktes. Der Anteil der relativ teuersten Einzelkomponente kann also reduziert werden. Dies ist ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Produktes.

Eine entsprechende Umrechnung zeigt, daß der Hohlraumgehalt bei Einsatz des hier vorgestellten Produktes im Bereich 2,9-3,8% liegt und damit die Anforderung gemäß ZTVbit-StB 84/90 erfüllt. Dort wird ein Hohlraumgehalt von 2-4% gefordert. Der Gehalt an stabilisierendem Zusatz und an Bindemittel liegen bei den verschiedenen Rezepturen ebenfalls innerhalb der Anforderungen gemäß ZTVbit-StB 84/90. Hier bestätigt sich wieder, daß ein vergleichbarer Hohlraumgehalt mit einem reduzierten Bindemittelgehalt erreichbar ist im Vergleich zu einem konventionellen Faserstoff. Die Ursache wird darin liegen, daß das hier vorgestellte Produkt aufgrund seiner chemischen Natur keinerlei Bindemittel durch einen Quellenvorgang aufnimmt.

Zur Beurteilung der Wärmestandfestigkeit wird der Verlauf der Verformungskurve in Abhängigkeit von der Lastwechselzahl und die Verformung nach 10 000 Lastwechseln zugrundegelegt. Prüflinge waren Marshall- Probekörper, die dynamischen Druck-Schwell-Versuchen bei erhöhter Temperatur unterworfen wurden.

Nach anfangs relativ starker Verformung, beispielsweise beim Bindemittelgehalt von 6,6 Masse-%, ist die Zunahme der Verformung gegen Versuchsende nur noch gering. Auch hier wiederum ist deutlich, daß die Möglichkeit besteht, mit einem insgesamt geringeren Anteil von Bindemittel zu arbeiten als bei Einsatz von konventionellen Faserstoffen.

Bekannt ist jedoch die hohe Beständigkeit von Polyethylenterephtalat besonders im Kombination mit hoher Kristallinität und hoher Orientierung. Bekannt ist die lange Lebensdauer von Hochpolymer-Dachbahnen auf bituminöser Basis mit Vliesstoffen auf Polyesterbasis als Träger. Daraus kann gefolgert werden, daß die Eigenschaften des hier vorgestellten Produktes im Straßenbelag während der Nutzungsdauer nicht verändert werden. Dieses Produkt wird wahrscheinlich bei einem späteren Recyclen des Straßenbelages noch einmal den gleichen Nutzeffekt haben.

Claims (2)

1. Fasermaterial als Zusatz zu Splittmastixasphalt im Straßenbau zur Stabilisierung des Bindemittels während Transport Lagerung und Einbau, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei diesem Fasermaterial um ein hochmolekulares Produkt bestehend aus mindestens 95% Polyethylenterephthalat handelt, daß der Durchmesser der einzelnen Fasern 0,1 mm beträgt, daß das Längen- zu Durchmesser-Verhältnis im Mittel 5 übersteigt und daß die Korngrößenverteilung, gemessen als Siebdurchgang gemäß dem Entwurf des "Merkblattes für die Lieferung und Prüfung von stabilisierenden Stoffen im Asphaltstraßenbau" in Anlehnung an die TP Min-StB Teil 6.3.2, einen Anteil von mindestens 90% für die Fraktionen 0,71 mm ergibt und mindestens 70% für die Fraktionen 0,4 mm, und daß dieses Produkt aus Reststoffen auf Basis von Polyethylenterephthalat-Monofilamenten durch Zerkleinerung hergestellt wird.

2. Fasermaterial als Zusatz zu Splittmastixasphalt im Straßenbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebdurchgang für die Fraktionen 0,71 mm mindestens 95% beträgt und für die Fraktionen 0,4 mm mindestens 80%.