DE19638743A1

DE19638743A1 - Zuschlagstoff für Verkehrsflächen

Info

Publication number: DE19638743A1
Application number: DE19638743A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Kaemereit
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1996-09-10
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2016-09-11
Also published as: ATE202813T1; EP0925406B1; PL332090A1; AU4450897A; DE19638743C2; EP0925406A1; CZ81299A3; DE59703969D1; WO1998011301A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Zuschlagstoff für Oberflächen von Verkehrsflächen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Zuschlagstoffs und ein Verfahren zu seinem Einbau in eine Verkehrsfläche.

Es gibt zahlreiche Zuschlagstoffe für den Straßenbau, die einen Wirkstoff enthalten, der die Eisbildung hemmt. Als Wirkstoff kommen vorwiegend Salze wie etwa NaCl zum Einsatz. Bewährt hat sich ein solcher Zuschlagstoff, der in Form eines Füllers, also eines sehr feinkörnigen Materials in einem Mischwerk dem Mischgut für eine bitumengebundene Deckschicht zugesetzt wird. Um ein unzulässig schnelles Auswaschen des Wirkstoffs und unerwünschte Nässebildung bei hoher Luftfeuchtigkeit zu verhindern, wird der Wirkstoff mit einem Hydrophobierungsmittel vermischt. Verfahren zur Herstellung entsprechender Feinkorngemische als eisbildungshemmende Füller sind beispielsweise aus den Patentdokumenten EP 0 422 753 A1, DE 34 04 271 A1 und DE 41 29 621 A1 bekannt.

Darüber hinaus ist aus der DE 42 30 545 C1 ein Verfahren zur Herstellung eines synthetischen salzhaltigen Brechsandes oder Splitts bekannt, der ebenfalls als eisbildungshemmender Zuschlagstoff für den Bau von Verkehrsflächen vorgesehen ist. Gebildet wird dieses Material, indem eine Mörtelmischung aus

20-70 Masseteilen eines hydrophobierten Salzes (Korngröße unter 0,5 mm),
5-30 Masseteilen mineralischer Feststoffe (z. B. Sand mit Korngröße unter 1 mm),
10-40 Masseteilen Zement und
5-25 Masseteilen Wasser

hergestellt, ausgehärtet und anschließend auf die gewünschte Korngröße gebrochen wird. Dieser Zuschlagstoff ist ebenso wie der zuvor genannte Füller für eine Verarbeitung im Mischwerk vorgesehen.

Ferner ist es aus der DE 38 08 250 C2 bekannt, ein Gemisch aus 80-90 Gew.-Teilen Alkali- oder Erdalkalichloriden und 5-15 Gew.-Teilen eines Kunststoffs aus der Gruppe der Olefin-Polymerisate und Olefin-Copolymerisate bei einer Temperatur von 150-190 °C herzustellen, wobei die Salzpartikel möglichst vollständig mit dem geschmolzenen Kunststoff benetzt werden sollen. Danach wird das Gemisch auf ca. 10°C heruntergekühlt und mit einem Zusatz von Talkum, Zement- oder Polyarethanmehl in einer Menge von 1-5 Gew.-Teilen versetzt, um die Rieselfähigkeit des Materials zu erhalten. Anschließend wird dieses Material einer Zerkleinerung durch Mahlen unterzogen, so daß danach mindestens 80 Gew.-% der gemahlenen Mischung eine Korngröße unter 0,09 mm aufweisen. Über die anfängliche Korngröße der eingesetzten Alkali- und Erdalkalichloride sowie über den Mengenanteil der Korngröße bis zu 0,003 mm nach dem Mahlen werden keine Angaben gemacht.

Üblicherweise ist die Deckschicht eines Straßenbelags mehrere Zentimeter dick. Im Verlauf der Lebensdauer der Deckschicht wird lediglich ein kleiner Teil ihrer Schichtdicke durch Verschleiß abgetragen, so daß von dem insgesamt in die Deckschicht eingemischten Zuschlagstoff mit eisbildungshemmender Wirkung lediglich ein entsprechend kleiner Teil überhaupt seine beabsichtigte Wirkung entfalten kann. Umgekehrt gesagt bedeutet dies, daß der Großteil dieses Zuschlagstoffs niemals in den Bereich der äußeren Oberflächenschicht gelangt also abgekapselt wird und somit völlig unwirksam bleibt.

Eine grundsätzliche Möglichkeit, diesem aus wirtschaftlicher Sicht unbefriedigenden Zustand abzuhelfen, wird in der WO 94/23130 eröffnet. In dieser Schrift wird eine Schutzschicht aus einer körnigen mineralischen Komponente und einem Bindemittel für die Oberflächen von Verkehrsflächen beschrieben, wobei die mineralische Komponente ein die Eisbildung hemmendes Material enthält, das zumindest teilweise in Form eines Füllers, also sehr feinteilig vorliegt. Im übrigen kann die mineralische Komponente als Brechsand und/oder Splitt vorliegen. Der Anteil des eisbildungshemmenden Materials an der mineralischen Komponente soll vorzugsweise mindestens 30 Masse-% betragen. Da Schutzschichten, die im Heiß-, Warm- oder Kalteinbau aufgebracht werden können, eine sehr viel geringere Schichtdicke aufweisen als eine normale Deckschicht, gelingt es auf diese Weise, die bezüglich der Eisbildungshemmung wirksame Substanz auf einen sehr viel kleineren Volumenanteil im oberflächennahen Bereich zu konzentrieren, als dies früher der Fall war. Somit konnte bezogen auf die Größe der Oberfläche einer Verkehrsfläche eine erhebliche Einsparung im Verbrauch der wirksamen Substanz erzielt werden.

Diese Art der Oberflächenbehandlung führt jedoch nicht in allen Fällen zu befriedigenden Ergebnissen. Um die Wirkung hinsichtlich der Eisbildungshemmung zu fördern, sollte eine möglichst große Menge der wirksamen Substanz in die Schutzschicht, also in die oberflächennahe Schicht eingearbeitet werden. Mischt man zu diesem Zweck beispielsweise eine entsprechend große Menge eines salzhaltigen Füllers in eine Bitumenemulsion oder in heißes flüssiges Bitumen zur Bildung einer Suspension, die durch Aufspritzen aufgebracht werden soll, so wird die Viskosität der Suspension so groß, daß sie nicht mehr verarbeitungsfähig ist. Ein nachträgliches Einwalzen des salzhaltigen Füllers in die bereits aufgespritzte Bitumenemulsion oder das flüssige Bitumen läßt sich wegen der extremen Staubförmigkeit des Füllers verarbeitungstechnisch praktisch nicht beherrschen. Letzteres gilt auch für den Neubau von Verkehrsflächen, bei denen es wünschenswert wäre, den eisbildungshemmenden Zuschlagstoff möglichst in der obersten Zone der Deckschicht konzentrieren zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen feinkörnigen Zuschlagstoff mit eisbildungshemmender Wirkung für den Bau von Verkehrsflächen vorzuschlagen, der günstig herstellbar und leicht verarbeitbar ist, wobei eine Konzentration dieses Zuschlagstoffs möglichst im oberflächennahen Bereich der Deckschicht möglich sein soll. Der Anteil der für die Eisbildungshemmung wirksamen Substanz soll möglichst hoch sein können. Ferner sollen ein Verfahren zur Herstellung dieses Zuschlagstoffs und ein Verfahren zu dessen Einbau in Verkehrsflächen angegeben werden.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Zuschlagstoff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. In den Unteransprüchen 2 bis 6 sind vorteilhafte Weiterbildungen dieses Zuschlagstoffs angegeben. Ein erfindungsgemäßes Herstellverfahren weist die Merkmale des Patentanspruchs 7 auf und ist durch die Merkmale der Unteransprüche 8 bis 16 weiter ausgestaltbar. In den Ansprüchen 17 bis 20 ist ein Verfahren zum Einbau des Zuschlagstoffs mit vorteilhaften Weiterbildungen angegeben.

Die Erfindung sieht vor, den Zuschlagstoff in Form eines feinkörnigen Materials mit einer maximalen Korngröße unter 0,5 mm, auszubilden. Vorzugsweise hat der Zuschlagstoff zu mindestens 85 Gew.-% eine Korngröße unter 0,2 mm. Wesentlicher Bestandteil der einzelnen Körner ist ein die Eisbildung hemmender Wirkstoff vorzugsweise ein Salz wie etwa NaCl, KCl oder MgCl₂, wobei wegen der wirtschaftlich günstigen Bezugsmöglichkeiten NaCl (z. B. als Rückstandssalz einer anderweitigen Produktion) besonders bevorzugt wird. Der Wirkstoff besteht aus Primärkörnern mit einer maximalen Primärkorngröße von unter 0,2 mm, vorzugsweise unter 0,09 mm, deren Oberfläche mit Bitumen behandelt ist, so daß insbesondere die kleinsten Primärkörner untereinander zu größeren Sekundärkörnern agglomeriert oder an größere Primärkörner angeklebt sind. Der Feinanteil im ursprünglichen Gemisch der Primärkörner mit einer Korngröße von unter 0,003 mm ist auf diese Weise weitestgehend gebunden, so daß das erfindungsgemäße Material praktisch nicht mehr staubt. Durch die Bitumenbehandlung wird der erfindungsgemäße Zuschlagstoff bereits gut gegen Feuchtigkeitsaufnahme und eine unerwünscht schnelle Auswaschung geschützt. Um in-dieser Hinsicht noch bessere Eigenschaften zu gewährleisten, kann es zweckmäßig sein, den Wirkstoffs noch gesondert zu hydrophobieren, d. h. die Primärkörner werden vor der Behandlung mit Bitumen mit einem Hydrophobierungsmittel vermischt. Der Anteil des Bitumens am fertigen Zuschlagstoff liegt üblicherweise im Bereich von 1-6 Masse-%, vorzugsweise im Bereich von 3-5 Masse-%. Neben den beiden Hauptkomponenten, dem eisbildungshemmenden Wirkstoff und dem Bitumen, kann der Zuschlagstoff im Bedarfsfall noch weitere Komponenten enthalten, z. B. Kalksteinmehl.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Zuschlagstoffs kann auf sehr einfache Weise erfolgen. Der feinteilige Wirkstoff, vorzugsweise gemahlenes hydrophobiertes NaCl, sowie die gegebenenfalls gewünschten weiteren Komponenten, die eine Primärkorngröße von weniger als 0,2 mm, vorzugsweise von weniger als 0,09 mm aufweisen, werden in einen Zwangsmischer (z. B. Pflugscharmischer) gegeben. Anschließend wird während des Mischens eine Menge von 1-6 Masse-% (bezogen auf das fertige Gemisch) Bitumen in flüssiger Form in den Mischer gegeben und durch weiteres Mischen gleichmäßig verteilt. Die Bitumenzugabe kann in einem einzigen Schritt oder auch in mehreren Teilmengen nacheinander erfolgen. Wenn das Bitumen in Form einer Emulsion zugegeben wird, kann das Mischen kalt, also bei Umgebungstemperatur erfolgen. Wenn aber normales Bitumen als Bindemittel eingesetzt wird, werden die Wände des Mischers beheizt, um ein Ankleben des Gemisches zu vermeiden, und wird das Bitumen mit einer Temperatur im Bereich von etwa 180-250°C, vorzugsweise 220-230°C, zugesetzt. Durch die Bitumenzugabe agglomerieren insbesondere die kleinsten Primärkörner des Gemisches untereinander bzw. kleben mit größeren Primärkörnern zusammen und bilden auf diese Weise größere Sekundärkörner. Dadurch wird der Feinanteil mit einer maximalen Korngröße unter 0,003 mm praktisch vollständig gebunden. Das Mischen wird mindestens so lange durchgeführt, bis das Bitumen gleichmäßig im Gemisch verteilt ist, und beendet, bevor die sich bildenden Agglomerate eine Sekundärkorngröße von 0,5 mm, vorzugsweise 0,3 mm, überschreiten. Danach wird das erzeugte Gemisch aus dem Mischer entfernt und in Transportbehältnisse für die Weiterverarbeitung im Verkehrsflächenbau abgefüllt. Das so erzeugte Produktist ausgezeichnet rieselfähig und wird keiner Zerkleinerung (z. B. durch Mahlen) mehr unterzogen. Im Gegensatz zu der aus der DE 38 08 250 C2 bekannten Herstellung eines Zuschlagstoffs braucht das Gemisch bei Einsatz von heißem Bitumen als Bindemittel auch nicht einmal auf eine niedrige Temperatur abgekühlt zu werden, bevor es abgepackt werden kann, da es überraschenderweise auch im warmen Zustand rieselfähig bleibt. Bei heißem Bitumen wird die zugesetzte Bitumenmenge vorzugsweise im Bereich von 3-5 Masse-% eingestellt. Die Mischzeit kann im allgemeinen auf einen Zeitraum von 1,5-8 min, vorzugsweise 3-5 min, beschränkt werden. Sollten sich unter ungünstigen Bedingungen geringe Anteile an unerwünscht großen Sekundärkörnern gebildet haben, können diese bei Bedarf abgesiebt werden. Dies tritt aber im Regelfall nicht ein.

Ausführungsbeispiel

Es wurde eine Menge von 75 kg NaCl mit einer maximalen Korngröße unter 0,09 mm, das zuvor mit einem Anticaking-Mittel versetzt worden war, in einen Pflugscharmischer gegeben, dessen Wände auf etwa 160°C erwärmt waren. Anschließend wurde eine Menge von 3,3 kg Bitumen mit einer Temperatur von ca. 220°C in den Mischer gegeben und intensiv durchmischt. Nach 4 min Mischzeit wurde das erhaltene Gemisch, das eine gleichmäßige grau-braune Färbung aufwies, aus dem Mischer in einen offenen Behälter entleert. Dabei zeigte sich praktisch keine Staubentwicklung, während das unbehandelte NaCl zuvor beim Befüllen des Mischers erheblich staubte. Das abgefüllte Produkt wies auch nach mehrtägiger Lagerung noch eine ausgezeichnete Rieselfähigkeit auf. Seine maximale Korngröße lag deutlich unter 0,2 mm.

Die Weiterverarbeitung des erfindungsgemäßen Zuschlagstoffs, also sein Einbau in bitumengebundene Verkehrsflächen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Es empfiehlt sich, den Zuschlagstoff in der jeweils gewünschten Menge, vorzugsweise 100 bis 1000 g/m², insbesondere 300-500 g/m², auf die warm oder kalt aufgebrachte oberste Schicht der Verkehrsfläche, deren Bitumenanteil noch nicht erstarrt ist, aufzutragen, wobei die einzelnen Körner des Zuschlagstoffs mit einer erhöhten Geschwindigkeit auf dieser obersten Schicht aufprallen sollten, um möglichst oberflächendeckend in die offenen Hohlräume der obersten Schicht eindringen zu können, so daß die Hohlräume weitgehend erhalten bleiben. Der Zuschlagstoff, der sich sehr gut pneumatisch fördern läßt, kann also beispielsweise auf die Oberfläche der Deckschicht aufgeblasen werden, so daß die Aufprallgeschwindigkeit der Wirkstoffpartikel größer ist als bei einem freien Fall, wenn der Zuschlagstoff lediglich aufgestreut würde. Anschließend wird die Verkehrsfläche überwalzt, so daß der Zuschlagstoff auch bis zu einer gewissen Tiefe in den Deckschichtbelag eingelagert wird. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Materials ist grundsätzlich möglich beim Neubau von Verkehrsflächen wie auch bei der Oberflächenbehandlung durch Auftragung von Schutzschichten, und zwar sowohl beim Warmeinbau als auch beim Kalteinbau.

Die Oberflächen der auf diese Weise hergestellten Verkehrsflächen weisen über sehr lange Zeiträume eine ausgezeichnete eisbildungshemmende Wirkung auf. Gegenüber der Verarbeitung herkömmlicher eisbildungshemmender Zuschlagstoffe ergeben sich durch die Erfindung beträchtliche Materialeinsparungen.

Claims

1. Zuschlagstoff für Oberflächen von Verkehrsflächen, bestehend aus einem körnigen Material, dessen wesentlicher Bestandteil ein die Eisbildung hemmender Wirkstoff ist, wobei der Wirkstoff in Form feinteiliger Primärkörner enthalten und durch ein Bindemittel gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärkörner des Wirkstoffs eine maximale Korngröße unter 0,2 mm aufweisen und an ihren Oberflächen mit Bitumen in der Weise behandelt sind, daß zumindest der Feinanteil des Wirkstoffs mit einer Korngröße unter 0,003 mm vollständig oder nahezu vollständig durch das Bitumen zu agglomerierten Sekundärkörnern gebunden ist, wobei das Größtkorn des Zuschlagstoffs kleiner als 0,5 mm ist.

2. Zuschlagstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärkörner mit einem Hydrophobierungsmittel behandelt sind.

3. Zuschlagstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Primärkörner höchstens 0, 09 mm beträgt.

4. Zuschlagstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 85 Masse-% des Zuschlagstoffs eine Korngröße unter 0,2 mm aufweisen.

5. Zuschlagstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkstoff im wesentlichen aus einem Salz, insbesondere aus NaCl, besteht.

6. Zuschlagstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Bitumen im Bereich von 1-6 Masse-%, insbesondere im Bereich von 3-5 Masse-%, liegt.

7. Verfahren zur Herstellung eines Zuschlagstoffs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein zerkleinerter Wirkstoff mit einer Korngröße unter 0,2 mm, insbesondere unter 0,09 mm, in einem Zwangsmischer mit (bezogen auf das Gemisch) 1-6 Masse-% Bitumen gemischt und das Bitumen gleichmäßig verteilt wird,
- daß das Mischen beendet wird, bevor die stattfindende Agglomeration der Primärkörner des Wirkstoffs zu Sekundärkörnern mit einer Korngröße über 0,5 mm führt, und
- daß der Zuschlagstoff nach Verlassen des Mischers keiner Zerkleinerung mehr unterzogen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirkstoff ein gemahlenes Salz, insbesondere gemahlenes NaCl eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bitumen mit einer Temperatur im Bereich von 180 - 250 °C zugesetzt wird und die Wände des Zwangsmischers beheizt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Bereich von 220-230°C eingestellt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zugesetzten Bitumens auf 3-5 Masse-% eingestellt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen beendet wird, bevor die Sekundärkorngröße 0,3 mm überschreitet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischzeit auf 1,5-8 min, insbesondere 3-5 min, eingestellt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bitumen als wäßrige Emulsion zugegeben wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bitumen in mehreren Teilmengen während des Mischens zugegeben wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zerkleinerte Wirkstoff vor dem Einsatz mit einem Hydrophobierungsmittel behandelt wird.

17. Verfahren zum Einbau eines Zuschlagstoffs nach Anspruch 1 in eine bitumengebundene Verkehrsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoff in der jeweils gewünschten Menge gleichmäßig auf eine in an sich bekannter Weise warm oder kalt aufgebrachte oberste Schicht der Verkehrsfläche, deren Bitumenanteil noch nicht erstarrt ist, aufgetragen wird, wobei das Auftragen mit einer über der Geschwindigkeit des freien Falls der Körnchen des Zuschlagstoffs liegenden Geschwindigkeit erfolgt und daß die Verkehrsfläche danach gewalzt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoff pneumatisch gefördert und auf die oberste Schicht der Verkehrsfläche vertikal aufgeblasen wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgetragene Menge des Zuschlagstoffs im Bereich von 100 bis 1000 g/m², insbesondere 300 bis 500 g/m², liegt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Schicht im Zuge der Auftragung einer Schutzschicht auf eine bestehende Verkehrsfläche aufgebracht wird.