DE2101639A1 - Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Materials - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Materials

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Materials und eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens. Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders zur Herstellung von geschäumten Materialien zum Überziehen und/oder Verbinden von Aggregaten oder anderen festen, teilchenförmigen Materialien geeignet und nachfolgend wird die Erfindung in Bezug auf bituminöse Aggregatbinder beschrieben, jedoch ist selbstverständlich die Erfindung nicht hierauf beschränkt und hat auch andere Anwendungsgebiete. Beispielsweise kann das gemäss der Erfindung hergestellte Schaummaterial auch auf Papier, Karton (Wellpappe oder andere) oder

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Oberflächen von relativ grossem Oberflächenbereich zur Bildung von Überzügen über diesen Oberflächen aufgetragen werden. Aus s er dem sind die Grundsätze der Erfindung auch zur Erzielung der Schäumung von thermoplastischen, organischen Materialien, wie heissen Schmelzen, Harzen und Wachsen und anderen Materialien, die nicht zur Klasse der Bitumen gehören, anwendbar. Serartige Materialien sind durch eine relativ viskose Struktur im Schmelzzustand gekennzeichnet, was Schwierigkeiten bei ihrer An-

I Wendung ergibt, die vermieden werden können, wenn sie in den geschäumten Zustand, wie erfindungsgemäss beschrieben, überführt werden.

Geschäumte Bitumenbinder wurden bisher zum überziehen von Aggregaten zwecks Bodenstabilisierung bei Strassenbauarbeiten verwendet und das überziehen kann entweder als Mischung in der Fabrik oder in situ erfolgen. Es ist sehr schwierig, reines Bitumen mit festem, ' teilchenförmigen! Material zu vermischen, ausgenommen unter sehr speziellen Bedingungen, und daraus ergibt es sich, dass, je stärker die viskosen Eigenschaften durch Überführung in ein Schaummaterial modifiziert werden, desto leichter die Mischung mit den festen Materialien

W erfolgt.

In der US-Patentschrift 2 917 395 ist die Ausbildung eines geschäumten Bitumenbinders durch Eindüsen von Dampf unter Überatmosphärendruck in eine Mischkammer, die das Bitumen enthält, vorgeschlagen und der Schaum wird bei der Freigabe des Dampf-BLtumengemisches durch eine Düse gebildet. Dieses Verfahren hat jedoch keine technische Bedeutung auf Grund der relativ schlechten und unbeständigen Qualität des gebildeten Schaumes. Geschäumte Bitumen sind zum Überziehen und Verbinden von Aggregaten gut geeignet, selbst wenn sie kalt und feucht

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sind, falls sie auf ein Volumen von dem mindestens 1Ofachen und allgemeien 15-bis 20- und sogar 5Ofachen oder mehr des Volumens des Bitumens, woraus sie gebildet sind, expandiert sind. Bei niedrigeren Volumen wird die Fähigkeit zum Vermischen mit den Aggregaten zunehmend schlechter. Bei dem bekannten Dampfschäumungsverfahren wird ein Verhältnis Schaum/Bitumen von 2 : 1 erhalten und in der Praxis kommt es kaum vor, dass das Verhältnis oberhalb 4:1 ansteigt, wenn dieses Verfahren angewandt wird.

Aus Überlegungen der Praxis ist es äusserst schwierig, wenn nicht unmöglich, Dampf mit Bitumen oder irgendeinem anderen relativ viskosen Material in einem solchen volumetrisehen Verhältnis zu vermischen, dass der vorstehend angegebene, günstige Expansionsgrad erhalten wird. Um beispielsweise ein Volumenverhältnis von Schaum zu Bitumen von 17 ^: 1 bei einer typischen Arbeitstemperatur von 138° C zu erhalten, sind vier Volumen Dampf auf jedes Volumen Bitumen bei einem Mischdruck von 4 ata erforderlich und deren Einverleibung ist in der allgemein zur Verfügung stehenden Zeit und bei den bisher angewandten Ausrüstungen in der Praxis kaum möglich.

Ein weiterer Nachteil der Dampf schäumung besteht darin, dass dabei das Wasser leicht zugänglich sein muss und eine Dampferzeugungsvorrichtung vorhanden sein muss. Ein weiterer Nachteil besteht in der auftretenden Schwierigkeit der Erzielung einer geeigneten Kontrolle des Schäumungsarbeitsganges, um das gewünschte Verhältnis Schaum/Bitumen wählen zu können.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung von geschäumten Materialien, insbesondere geschäumten Bindern, wie Bitumen, welches einen Schaum mit einem relativ hohen Volumen im Vergleich zu demjenigen des Materials, woraus es gebildet wurde, geeignet ist.

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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines Schaumes, der leicht mit einem festen, teilchenförmigen Material vermischt werden kann, selbst wenn dieses im kalten und feuchten Zustand vorliegt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in einem Schaumbildungsverfahren, bei dem eine relativ genaue Kontrolle des Verhältnisses von Schaum zu Grundmaterial möglich ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Auftragung von Überzügen auf nicht-teilchenförmige Materialien und/oder zum Imprägnieren von nicht-teilchenförmigen Materialien, beispielsweise Teppichrückseiten, Papier, Karton, Metallplatten und Strukturbauteile. Bei diesen Anwendungen kann der Überzug oder die Imprägnierung zu verschiedenen Zwecken dienen, beispielsweise zum Schutz gegen Feuchtigkeit, Licht, Korrosion oder Abrieb, oder als Gleitmittel, Verzierung oder Klebstoff dienen. Auch andere Verwendungszwecke sind selbstverständlich möglich.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Durchführung der vorstehend angegebenen Verfahren.

Grundsätzlich besteht das erfindungsgemässe Verfahren darin, dass ein flüssiges Schäumungsmittel innerhalb eines heissen Grundmaterials dispergiert wird, wobei das flüssige Mittel verdampft und die Expansion des Grundmaterials verursacht. Dieses Verfahren ist zur Ausbildung eines stark-expandierten Schaumes im kontinuierlichen Verfahren geeignet und es kann eine grosse Masse des Grundmaterials in den Schaum mit hoher Geschwindigkeit und als geregelter Strom von hoher Geschwindigkeit überführt werden. Das vorstehende Verfahren kann mit relativ billigen Schäumungsmitteln und Schaumerzeugungsausrü-

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stungen durchgeführt werden und das Verfahren ist auf Materialien anwendbar, die von sich aus schwierig zu verschäumen sind. Das Verfahren ist auch bei relativ hohen Temperaturen ausführbar und da sich die Schäumung aus der Verdampfung des flüssigen Mittels zum Unterschied von einer chemischen Umsetzung, wie bei zahlreichen bekannten Schäumungsverfahren, ergibt, kann die Anwendung von schädlichen Chemikalien vermieden werden.

Bitumen stellt ein Material dar, welches besonders schwierig zu verschäumen ist, und trotzdem ist es auf Grund des erfindungsgemässen Verfahrens möglich, einen hochexpandierten Bitumenschaum unter Anwendung von Wasser als Schäumungsmittel herzustellen.

Die Hauptanwendung der Erfindung liegt auf dem Gebiet der Schäumung von viskosen, flüssigen Materialien, die sich allgemein als Flüssigkeiten mit einer Viskosität von 10 cp oder höher bei der Abgabetemperatur definierten lassen, bestimmt mit einem Brookfield-Viskosimeter mit der Spindel Nr. 1 und einer Drehgeschwindigkeit von 20 Umdrehungen/Minute. Unter bestimmten Umständen ist es jedoch auch möglich, die Erfindung zufriedenstellend und vorteilhaft auf Flüssigkeiten anzuwenden, die ausserhalb dieser allgemeinen Definition liegen.

In der folgenden Beschreibung werden im einzelnen diese wesentlichen Merkmale und weitere zusätzliche Merkmale der Erfindung abgehandelt. Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen, worin diese.. Merkmale in bevorzugter Aus führ ungs form dargestellt sind. Selbstverständlich sind die wesentlichen und zusätzlichen Merkmale der Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen dieser Merkmale, wie sie in den Zeichnungen gezeigt sind, begrenzt.

In den Zeichnungen zeigen:

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Fig. 1 eine halbschematische Ansicht einer zur Anwendung beim erfindungsgemässen Verfahren geeigneten Düse;

Fig. 2 eine modifizierte Form der in Fig. 1 gezeigten Düse;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer zur Anwendung beim erfindungsgemässen Verfahren geeigneten Düse, bei der kein unter Druck stehendes Dispersionsmittel verwendet wird;

Fig. 4 einen Querschnitt entlang Linie IV-IV der

Fig. 3i

Fig. 5 eine schema ti sehe Ansicht eines Teiles eines Systems unter Einschluss einer Düse, wie in Fig. 3 gezeigt;

Fig. 6 eine halbschematische Ansicht einer weiteren zur Anwendung bei dem System gemäss Fig. 5 geeigneten Düse;

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Vormischvorrichtung, die zur Anwendung mit den Düsen gemäss Fig. 3 oder Fig. 6 geeignet ist;

Fig. 8 eine schema tische Ansicht einer alternativen Vormi schvorri chtung;

Fig. 9 eine schematische Ansicht einer weiteren Vormi schvorri chtung;

Fig. 10 eine schematische Ansicht eines Teiles einer Schaltung unter Einschluss einer Vormi schvorri chtung gemäss den Fig. 7 bis 9 und einer Düse gemäss Fig. 3 oder

Fig. 11 eine schematische Ansicht einer beispielshaften Schaltung, bei der Gegenstand gemäss Fig. 10 einen Teil bilden kann;

Fig. 12 eine schematische Ansicht einer Anordnung

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unter Verwendung eines Sprühbügels und

Fig. 13 eine schematische Ansicht einer weiteren Vormisehvorrichtung mit einem beweglichen Element.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann nach einigen unterschiedlichen Ausführungsformen durchgeführt werden, jedoch wurde festgestellt, dass beste Ergebnisse erhalten werden, wenn die folgenden Stufen enthalten sind:

1. Kontinuierliches ELndüsen einer flüchtigen Flüssigkeit in einen Strom des zu schäumenden, flüssigen Grundmaterials, worin die flüchtige Flüssigkeit praktisch unlöslich ist und die Menge dieser Flüssigkeit nicht weniger als die theoretische Menge ist, welche die gewünschte Expansion beim Schäumen ergibt. Die Eindüsung erfolgt kontinuierlich in dem Sinne, dass sie während des Zeitraumes der Schaumbildung fortgesetzt wird, ganz gleich wie lang dieser ist.

2, Ausreichende Wärme wird an das zu schäumende Material vor der Freigabe aus dem Schaumbildungssystem übermittelt, um dessen Temperatur auf einen Wert zu erhöhen, der eine ausreichende Wärme zur Verdampfung einer ausreichenden Menge des flüchtigen Mittels zu liefern, so dass die für die gewünschte Expansion beim Schäumen erforderliche Menge an Dampf gebildet wird, wobei der Druck (üblicherweise Atmosphärendruck) ausserhalb des Schaumfreigabe-Mundstückes der eingesetzten Vorrichtung zu berücksichtigen ist. Bevorzugt ist bei dieser Temperatur auch das Grundmaterial fIiessfähig.

3- Dispersion der unlöslichen, flüchtigen Flüssigkeit in geregeltem Ausmass in dem zu schäumenden Material; dieser Dispersionsgrad muss ausreichend fein sein, um eine sehr rasche und praktisch vollständige Verdampfung zu ergeben, wenn die Materialien das Freigabemund-

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stück verlassen und/oder unmittelbar vorher, darf jedoch nicht so fein sein, dass eine vorzeitige Freigabe eines übermässigen Anteiles der flüchtigen Flüssigkeit als freier Dampf innerhalb der Schaumbildungsausrüstung oder bei der Freigabe erfolgt.

4. Es wird ein ausreichender Druck innerhalb der ßchaumerzeugungsvorrichtung angewandt, um die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit der zu schäumenden Materialien, die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit und des Musters im freigesetzten Schaum zu ergeben und ausserdem kann der Druck eingestellt worden, um die Verdampfung der flüchtigen Flüssigkeit vor der Freigabe zu verringern.

Hinsichtlich der vorstehenden Stufe 2 kann selbstverständlich das Erhitzen auch eine Erhitzung eines normalerweise festen oder plastischen Materials zu dessen Überführung in den flüssigen Zustand umfassen. Selbstverständlich muss das Material bei einer geeigneten Temperatur, um den flüssigen Zustand beizubehalten, gehalten werden und dieser Temperaturbereich wird so gewählt, dass eine ausreichende Wärme zur Verdampfung des flüchtigen Mittels zur Verfügung steht. Auf jeden Fall wird es im allgemeinen bevorzugt, dass die Temperatur des Grundmaterials mindestens 1° C (2° F) höher als der Siedepunkt des flüchtigen Mittels ist, wenn dieses beim Druck der Entladungszone vorliegt. Die maximale Temperatur wird durch einige Faktoren, einschliesslich der Zersetzungstemperatur des Grundmaterials, beschränkt und kann infolgedessen innerhalb eines ziemlich weiten Bereiches variieren, jedoch lassen sich etwa 315° C als typische, maximale Temperatur betrachten.

Gemäss einem speziellen Beispiel der Erfindung wird flüssiges Wasser innig mit heiεεem Bitumen unter Über-

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atmosphärendruck vermischt und das Gemisch dann in eine Umgebung von niedrigerem Druck, üblicherweise Atmosphärendruck, und auf das oder die zu behandelnden Materialien freigegeben. Der Wärmegehalt des Bitumen-Wasser-Gemisches ist bei der Freigabe so, dass eine rasche Verdampfung des Wassers mit entsprechender Schaumbildung verursacht wird und das zwischen der Mischkammer und der Entladungszone bestehende Druckdifferential kann so gewählt werden, dass das geeignete Entladungsausmass oder die geeignete Entladungsgeschwindigkeit erhalten wird.

Bevorzugt ist das Wasser innerhalb des heissen Bitumen fein-dispergiert, da die Feinheit der Dispersion proportional zu der Geschwindigkeit sein dürfte, womit die Verdampfung erfolgt, und infolgedessen entsprechend der Geschwindigkeit, mit der der Schaum bei der Abgabe des Bitumen-Wasser-Gemisches aus der Mischkammer gebildet wird. Aus den vorstehend angegebenen Gründen darf jedoch die Dispersion nicht zu fein sein. Es wurde festgestellt, dass bei jedem Schaumbildungssystem und jedem Satz von Arbeitsbedingungen, insbesondere Verweilzeit, Temperatur und Druck, ein optimaler Dispersionsgrad vorliegt, der die besten Ergebnisse erbringt.

Im allgemeinen ist es günstig, den geschäumten Bitumen auf das zu überziehende Aggregat unmittelbar bei der Schäumung aufzubringen und es ist möglich, dieses Anfordernis mit dem erfindungsgemässen Verfahren zu erfüllen, indem eine derartig feine Dispersion des Wasser angewandt wird, dass praktisch eine augenblickliche Schaumbildung bei der Freigabe des Gemisches aus der Mischkammer erfolgt. Andererseits wurde festgestellt, dass, wenn die Dispersion des Wassers für das System und die Arbeitsbedingungen zu fein werden, ein wesentli-

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cz.ee oder vollständiges Abtreiben des dampfes beobachtet lira und fies dürfte auf eine vorzeitige Verdampfung des Wassers innerhalb der Sehauiaerzeugungsvorrichtung oder bei der Freigabe ζurückzqführen sein. In ,jedem Fall ist nur eine geringe oder keine Schaumbildung üblicherweise das Ergebnis.

Hilfsmittel können in der i" α er. zusammen mit dem Wasser eingeführt werden, um hex der Erzielung einer geeigneten Vermischung und/oder Dispersion des Wassers innerhalb des Bitumens s »int er stütz en. Der Einfachheit halber werden nachfolgend diese Mittel als Dispersionsmittel bezeichnet und in einer Ausbildungsform wird ein derartiges Mittel durch ein unter Druck stehendes Gas oder Dampf gebildet. Beispielsweise sind unter Druck stehender Wasserdampf, komprimierte Luft, Stickstoff und Abgase mögliche Dispergiermittel und Faktoren, wie-Korrosion und Toxizität sind bei der Wahl der geeigneten Dispergiermittel in Betracht zu ziehen. Das Dispergiermittel kann heiss oder kalt sein, was von der Zusammensetzung und den Bedingungen abhängig ist, bei denen das Verfahren ausgeführt wird.

Allgemein besteht die Hauptrolle des Dispergiermittels darin, dass das Wasser in feine Tröpfchen von geeigneter Grosse aufgebrochen wird und diese Tröpfchen innerhalb des Bitumens dispergiert werden. Zusätzlich ergibt jedoch üblicherweise das Dispergiermittel auch eine Richtungsregelung und eine Mom entert ei lung für den anschliessend gebildeten Schaum, so dass dessen Auftragung auf die zu überziehende Oberfläche oder Gegenstände erleichtert wird.

Falls Wasserdampf als Dispergiermittel verwendet wird, zeigte es sich, dass bei Einbringung praktisch gleicher Gewichte an Wasserdampf und Wasser in den Bitumen zu-

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friedenstellende Ergebnisse erhalten werden. Ein für die Praxis brauchbarer Schaum wurde bei Gewichtsverhältnissen von Wasser zu Bitumen innerhalb des Bereiches von 1 : 5 bis 1 ί 150 erhalten und es ist zu erwarten, dass brauchbare Schäume auch bei Gewichtsverhältnissen aus serhalb des Bereiches erhalten werden. Ein Verhältnis von 1 i 100, auf das Gewicht bezogen, ergab ein Volumenverhältnis von Schaum zu Bitumen von 16 : 1, das zur Anwendung als Aggregatbinder besonders geeignet ist. Die spezielle Anwendung des Schaumes und von dessen Bestandteilen sind Faktoren, die bei der Wahl eines geeigneten Verhältnissen der flüchtigen Flüssigkeit zu dem Grundmaterial in Betracht zu ziehen sind und dieses Verhältnis liegt im Bereich von 1:1 bis 1 ι 2000.

Das Wasser zur Durchführung dieses Verfahrens kann in einem Kühler odei^ einer ähnlichen Vorrichtung, die in der Dampfleitung liegt, gebildet werden, so dass ein geeignetes Volumen an Wasser kontinuierlich von der Grunddampfleitung abgezogen wird. Bevorzugt ν erden, jedoch Wasser und Wasserdampf von unabhängigen Zufuhrquellen zugeführt.

Bei dem Verfahren mit einem unter Druck stehenden Dispergiermittel kann eine Mischdüse gemäss Fig. 1 angewandt werden, die ähnlich zu den bei dem bekannten Dampfschäumungsverfahren für Bitumen verwendeten Düsen ist, wobei in diesem Fall sowohl der Wasserdampf als auch das Wasser günstigerweise durch einen gemeinsamen Durchgang eingeführt werden, der als Dampfdurchgang beim bekannten Verfahren dient· Eine derartige Düse kann eine Mischkammer 2 enthalten, worin die Ströme vom Bitumen 3 und Wasser-Wasserdampf 4- in praktisch der gleichen Bichtung strömen und sich benachbart einem Freigabemundstück 5

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treffen und vermischen und das erhaltene Gemisch durch dieses Mundstück 5 unter Bildung des Schaumes läuft. Es ist anzunehmen, dass die abschliessende Dispersion des Wassers innerhalb des Bitumens 3 in dem Mundstück 5 erfolgt, so dass der geeignete Schaum bei der Freigabe des Gemisches aus der Düse gebildet wird. Üblicherweise ist die Endfläche 6 der Mischkammer 2, durch die das Mundstück 5 gebildet wird, von praktisch frusto-konischer Form.

) Bevorzugt wird jedoch eine modifizierte Düse, wie

in Hg. 2 gezeigt, angewandt, welche eine Mischkammer 7 und Bitumen- und Wasserdurchgänge 8 bzw. 9 enthält, die in diese Kammer in Richtungen, die quer zueinander stehen, eintreten. Das Dispergiermittel tritt vorzugsweise in die Mischkammer 7 durch den Wasserdurchgang 9 ein, kann jedoch auch gewünschtenfalls durch einen eigenen Durchgang eintreten. Bei einer Ausbildungsform ist die Mischkammer 7 praktisch zylindrisch und hat praktisch frusto-konische, gegenüberstehende Endoberflächen 11 und 12, die allgemein in der gleichen Eichtung laufen. Ein Freigabemundstück 13 ist vorzugsweise axial durch

. die Endoberfläche 11 gebildet und der Wasser-Wasserdampf-Durchgang 9 kann in die Kammer 7 durch die andere Endoberfläche 12 praktisch übereinstimmend mit dem Freigabemundstück 13 eintreten. Der Bitumendurchgang 8 tritt in die Kammer 7 durch deren Seitenwand 14 ein, so dass beim Gebrauch die Ströme von Bitumen und Wasser-Wasserdampf sich in einer Zone benachbart zum Freigabemundstück 13 treffen. Die geeignete Dispersion wird dann während des Durchgangs der Fliessmittel durch das Freigabemundstück beendet.

Bei den Düsen der vorstehend beschriebenen, bevor-

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zugten Art wird ein relativ langer Bitumendurchgang, der in Berührung mit dem Wasser-Wasserdampf-Durchgang steht, vermieden, wie es der Fall bei den Düsen gemäss Fig. 1 ist, und infolgedessen tritt weniger Gefahr einer Verstopfung ein, wenn das Wasser und/oder das Dispergiermittel kalt sind.

Gemäss einem Alternativverfahren zur Herstellung von Schaum gemäss der Erfindung wird Wasser oder ein anderes Schaumbildungsmittel allein in den Bitumen oder das andere Grundmaterial eingeführt. Die gewünschte Dispersion kann durch eine Vorrichtung mit einer solchen Gestalt und/oder Mundstücksanordnung erreicht werden, dass die gewünschte Scherwirkung und Mischwirkung des Wasser innerhalb der Kammer bewirkt wird, die zu dem Freigabemundstück führt. Selbstverständlich ist es erforderlich, dass das Wasser unter einem geeigneten Leitungsdruck zugeführt wird.

Eine Mischvorrichtung zur Anwendung bei dem vorstehenden Verfahren kann eine Düse 15 gemäss den Fig. 3 und 4 enthalten, die eine praktisch zylindrische Mischkammer 16, ein praktisch axiales Freigabemundstück 17* das durch ein Ende in der Mischkammer 16 gebildet ist, und einen Materialzuführdurchgang 18, der durch die Seitenwand der Kammer 16 in praktisch tangentialer Richtung eintritt, aufweist. Vorzugsweise tritt der Zuführdurchgang 18 in die Kammer 16 praktisch in der Mitte von deren axialer Länge ein und die Endoberfläche 19 der Kammer 16, durch die das Freigabemundstück 17 gebildet wird, ist frusto-konisch. Das Freigabemundstück 17 kann einen relativ grossen Durchmesser, beispielsweise 6,3 bis 12,7 ™i haben, obwohl auch Grössen ausserhalb dieses Bereiches geeignet sind, und derartige Mundstücke haben den Vorteil, dass Blockierungen auf einen Minimum gehalten

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werden. Beim Gebrauch ν;erden Ströme von Bitumen und Wasser zusammen in den Zufuhrdurchgang 18 eingeführt und das gründliche Mischen dieser Materialien erfolgt inn der Mischkammer 16 auf Grund der Stellung des Zufuhrdurchganges 18 und der Kammer 16 und eine geeignete Regelung der Strömungsgeschwindigkeiten.

Ein Teil eines beispielshaiten Systems unter Einbau einer Düse 15 ist schematised in Fig. 5 gezeigt. Bitumen wird zu der Dü^e 15 durch die Leitung 20 und das Ventil 21 geführt} weiches auch betätigt werden kann, um den Bitumen zu der Nebenleitung 22 abzuzweigen. Wasser wird zu der Düse 15 durch die Leitung 23 über ein Messventil 24 geführt. Das Messventil 24 wird so betätigt, dass die Geschwindigkeit der Einführung des Wassers in dem Bitumenstrom geregelt wird, und das Nebenventil 21 wird so betätigt, dass eine Zurückführung eines Teils des Bitumens oder der gesamten Bitumenströmung zurückgeführt wird, falls die Düse 15 arbeitsunfähig ist.

Bei einem typischen Versuch unter Anwendung der vorstehenden Anordnung wurde Bitumen entsprechend dem Australischen Standard A10 - 1967» Klasse RSC^mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1 bis 1 1/2 Liter Je Minute zur Vermischung mit einem Vasserstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,01 bis 0,OJ Liter je Minute eingeführt. Die Bitumentemperatür wurde allgemein innerhalb des Bereiches von 166 bis 177° C gehalten und das Wasser war bei Bäumtenrperatur. Das Verhältnis Wasser zu Bitumen lag deshalb praktisch im Bereich von 1 : 50 bis 1 : 100 und ein zufriedenstellender Schaum wurde mit etwa dem 18fachen Volumen des Bitumens gebildet, woraus er erhalten wurde.

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Gemäss einer weiteren Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ohne Anwendung eines unter Druck stehenden Dispergiermittels kann die Mischvorrichtungsdüse die in Fig. 6 gezeigte Gestalt mit einer langgestreckten, praktisch zylindrischen Mischkammer 26 mit frustokonischer Endfläche 27 und einem Freigabemundstück 28, wie bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben, besitzen. Der Zufuhrdurchgang 29 tritt jedoch bevorzugt in die Mischkammer 26 axial durch das Ende,das demjenigen mit dem Freigabemundstück 28 gegenübersteht, ein und geeignete Platten y\ sind innerhalb der Kammer 26 vorhanden, um eine Quirlbewegung an das von dem Zufuhrdurchgang 29 zu dem Freigabemundstück 28 laufende Material zu erteilen. Bei dieser Anordnung wird im allgemeinen ein gesprühtes Material mit vollem Kegel gebildet.

Bei einem Versuch unter praktisch den gleichen Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform ergab die vorstehende Vorrichtung ein Volumenverhältnis von Schaum zu Bitumen von etwa 20 : 1 und die Schaumbildung erfolgte praktisch stärker augenblicklich, als bei der erstbeschriebenen Ausführungsform bei Anwendung mit diesem speziellen Verfahren.

Eine noch stärkere Steuerung und Flexibilität bei der Anwendung von Wasser oder anderen flüchtigen Flüssigkeiten kann erzielt werden, wenn vor den vorstehend beschriebenen Düsen 15 eine Vormischeinrichtung angebracht ist, die eine Kammer mit statischen.oder bewegten Elementen aufweist, die ein geregeltes Ausmass der vorherigen Dispersion vor dem Eintritt des Biturnen-Wasser-Gemisches in die Düse ausführen. Tatsächlich sind einige derartiger Vormischvorrichtungen zur Durchführung der vollen Dispergierwirkung geeignet, so dass nichts weiter als eine grundsätzliche Freigabedüse oder -mundstück be-

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nötigt wird. Derartige Vormischeinrichtungen erleichtern auch die Anwendung von Schaumsprühbügeln, die in ihrer einfachsten Form aus geraden, gekrümmten oder gitterförmigen Längen von Rohren, die mit Freigabelöchern in geeigneten Abständen durchbrochen sind, bestehen und in die das heisse Bitumen oder das andere Material plus dem dispergierten Wasser aus einer oder mehreren Vormischvorrichtungen zugeführt wird. Derartige Sprühbügel sind von besonderem Wert zum überziehen von bewegten Bahnen mit geschäumtem Bitumen oder heissen Schmelzen oder anderen Materialien für derartige Zwecke, wie Oberflächenappretur, Verbindung, Korrosionsschutz und Wasserbeständigkeit und sie sind zur Auftragung von Bitumen auf Boden oder andere Strassenbaumaterialien anstelle der bisher verwendeten Systeme mit mehrfachen Düsen sehr geeignet.

Im allgemeinen enthalten die statischen Vormischvorrichtungen mindestens eine Kammer oder einen Durchgang, der Drehungen, Einengungen, Prallscheiben oder Packungsmaterialien enthält, wobei die Einzelgestaltungen üblicherweise am besten unter Berücksichtigung der Variablen, wie Arbeitstemperatur, Art der zu schäumenden

" Materialien und deren kritische, physikalische Eigenschaften, wie Viskosität, Strömungsgeschwindigkeiten und Volumen, der gewünschten Art der Freigabedüse oder des Sprühbügels und der Menge und Art der eingesetzten, schaumbildenden Flüssigkeit bestimmt wird. Ein Beispiel für eine Vormischvorrichtung 32 ist in schematischer Form in den Fig. 7 bis 9 gezeigt und in diesen Fällen ist die Vorrichtung 32 vom statischen Typ.

In Fig. 7 ist eine Vormischvorrichtung 32 gezeigt, die eine spiralförmige Packung 33, die aus einem ,Metallnetz besteht, und querstehende Endwände 34 und 35 eben-

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falls aus einem Metallnetz und an den jeweiligen Enden der Packung 33 angebracht, enthält. Bevorzugt hat jede Wicklung der spiralförmigen Packung 33 praktisch den gleichen Abstand und die äusseren Wicklungen passen dicht an die umgebende Leitungswand 36 an. Die äussere Drehung kann an der Wand 36 durch Anklammern oder andere geeignete Massnahmen befestigt sein.

Gemäss der Fig. 8 enthält die Vorrichtung 32 ein gezogenes oder schneckenförmiges Element 37» das vorzugsweise aus Metall gefertigt ist, das einpassend innerhalb eines zylindrischen Leitungsabschnittes 38 angebracht ist. Bevorzugt haben die Wicklungen des Elementes 37 praktisch den gleichen Abstand.

In Fig. 9 ist eine Vormischvorrichtung 32 mit einer Mehrzahl von Raschig-Ringen 39 innerhalb eines Leitungsabschnittes 41 gezeigt, welche durch Querwände 42 mit Abständen, die aus Metalldraht oder einer anderen durchbrocheneri Struktur sind, gehalten werden, um den Durchgang der Flüssigkeit zu ermöglichen. Diese spezielle Anordnung erwies sich als besonders erfolgreich in der Praxis zu solchem Ausmass, dass gute Schäume ohne Anwendung einer Düse erhalten werden konnten, obwohl eine einfache Düse oder ein Mundstück üblicherweise günstig ist, um die Eegelung der Richtung, Geschwindigkeit und des Raummusters des abgegebenen Schaumes zu erleichtern. Tatsächlich kann in bestimmten Umständen durch die Anwendung einer Düse mit hoher Scherwirkung innerhalb einer Vormischvorrichtung gemäss der Fig. 9 die Entwicklung des Schaumes gestört werden und/oder die Wasserteilchen zu einem übermässig feinen Zustand verkleinert werden.

Der Zweck der Packung in jeder Vorrichtung 32 besteht im Aufbrechen des Wasserstromes oder einer anderen Schaumbildungsflüssigkeit zu Tröpfchen der gewünschten

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Grosse durch die Scherwirkung auf Grund der Turbulenz oder Änderung der Richtung der strömenden Flüssigkeit oder des Durchganges der Flüssigkeit durch eingeengte Kanäle, wobei gleichzeitig die dispergierte Flüssigkeit einheitlich innerhalb des Bitumens oder des anderen Grundmaterials gemischt wird. Günstigerweise wird dies ohne eine übermässige Verweilzeit bewirkt, die eine signifikante Ausbildung einer freien Dampfphase ergeben könnte. Selbstverständlich kann dieses Prinzip auch bei anderen Gestaltungen der statischen Vorrichtungen 32 hinsichtlich des Verfahrens der Prallwirkung, Packung oder sonstigen Ausbildung von Einengungen und Richtungsänderungen für die Flüssigkeitsströme verwendet werden und die gegebenen Beispiele sind lediglich erläuternd und nicht begrenzend.

Festes, körnchenförmiges oder teilchenförmiges Material jeder geeigneten Form kann als Packung in der Vorinischvorrichtung 32 verwendet werden und im folgenden werden Beispiele für einige Materialien gegeben, die hierzu verwendbar sind: Sand, Perlen, teilchenförmige Stoffe, Stangen, Kugeln, rohrförmige Abschnitte und Blöcke aus Metall, Glas, Keramik und anderen festen Materialien sowie Raschig-Ringe.

Vorzugsweise sind in einem System unter Einschluss einer Vormischvorrichtung 32 Einrichtungen zur Eindüsung des Schäumungsmittels in die Vormischvorrichtung 32 durch eineooder mähere Mundstücke vorhanden, deren Abmessungen so eingestellt sind, dass sie für die Vormischvorrichtung 32 und die weiteren Gebrauchsbedingungen geeignet sind. Diese Eindüsvorrichtungen können einfache Mundstücke aufweisen oder Düsen enthalten, die eine erhöhte Scherwirkung ergeben.

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Ein Beispiel für eine Eindüsanordnung ist in Fig. gezeigt, die einen Teil einer Schaltung ähnlich der in Fig· 5 gezeigten darstellt. Die Bitumen- und Nebenleitung 20 und 22 sind durch das Ventil 21 verbunden und die Wasserleitung 23 ist mit der Beschickungsleitung zu der Düse 15 durch eine Eindüsvorrichtung 44 verbunden. Die Vormischvorrichtung 3? ist zwischen der Düse 15 und der Eindüsvorrichtung 44 angebracht und bevorzugt sind Vorrichtung 32 und Düse 15 e&g zueinander gelegen, so dass Kühlungsprobleme oder Schwierigkeiten hinsichtlich der Dampf abscheidung und vorzeitigen Schaumstoffbildung und Verzögerung auf ein Minimum kommen, welche andererseits höhere Arbeitsdrücke notwendig machen wurden, um die Verdampfung zu beschränken. Dennoch können Umstände auftreten, wo es günstig ist, das Freigabemundstück oder · die Freigabemundstücke bei einem einzigen Schaumerzeugungssystem um einen beträchtlichen Abstand von der Eindüsvorrichtung 44 und/oder der Vormischvorrichtung 32, falls diese eingesetzt wird, zu trennen und die Betriebsbedingungen können leicht eingeregelt werden, um ein zufriedenstellendes Verhalten unter diesen Umständen zu erzielen.

Die Eindüsvorrichtung 44 hat vorzugsweise ein verhältnismässig kleines Auslassmundstück 45, wofür beispielsweise im Fall einer Wasserleitung mit 6,3 mm Durchmesser sich ein Eindüsiaundstück von 0,045 cm als geeignet erwies, und ist eng an der Düse 15, wenn auch hiervon durch die Vormischvorrichtung 32 getrennt, angebracht. Wie vorstehend bereits angegeben, gibt es jedoch Fälle, bei denen es notwendig oder günstig ist, wenn die ELndÜB-vorrichtung 44 von der Vormischvorrichtung 32 und/öder der Düse 15 durch ein Verbindungsrohr getrennt ist.

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Eine vollständige Schaltung, wovon Fig. 10 einen Teil bilden kann, ist schematisch in Fig. 11 dargestellt. Die Bitumenleitung 22 ist mit einem Behälter 46 durch eine geeignete Pumpe 48 verbunden, welche vorzugsweise durch einen Antrieb mit variierbarer Geschwindigkeit betätigt wird. Ein Druckmessgerät 47 ist ebenfalls in der Bitumenleitung 22 enthalten. Die Wasserleitung 25 kann ebenfalls eine Pumpe 49 enthalten und ist vorzugsweise mit der Eindüsvorrichtung 44 und dem vorstehenden Abmessventil 24 und einem Rückschlagventil 51 verbunden.

In Fig. 12 ist in schematischer Form ein Teil eines ähnlichen Systemes wie in Fig. 10 gezeigt, bei dem jedoch ein Sprühbügel 52 anstelle der Düse 15 eingesetzt ist. Der Bügel 52 hat eine Mehrzahl von Öffnungen oder Mündungen.53» von denen j'ede als Freigabemundstück dient und gemäss Fig. 12 ist der Bügel 52 so angebracht, dass ein Überzug 54 auf einem Bahnbauteil 55» beispielsweise einem Teppich, aufgebracht wird. Ein erhitztes Abstreifblatt 56 kann zur Glättung und Ausbreitung des aufgetragenen Überzuges 5^ dienen. Es zeigte sich, dass eine Vormischvorrichtung 32, wie in Fig. 9 gezeigt, besonders zufriedenstellend zur Anwendung mit den ßprühbügeln 52 ist.

Die bisher beschriebenen Vormischvorrichtungen 32 waren solche vom statischen Typ, jedoch können, wie bereits angegeben, derartige Vorrichtungen auch ein bewegliches Element enthalten. In Fig. 15 ist schematisch eine äusserst erfolgreiche Vormischvorrichtung 32 gezeigt, die einen drehbaren Propeller JJ zwischen der Eindüsvorrichtung 44 und der Düse 15 hat. In der Praxis wurde diese Propellervorrichtung 32 mit einem Elektromotor von 2200 Umdrehungen/Minute verbunden, wobei ein äusserst gut geschäumter Bitumen bei Anwendung in Verbin-

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dung mit den verschiedenen Düsen 15 erhalten wurde. Es ist sogar möglich, eine derartige Vorrichtung 32 ohne eine Freigabe- oder Schaumbildungsdüse zu verwenden, obwohl eineeinfaches Mundstück im allgemeinen zur Richtungskontrolle des Schaumes notwendig ist und erforderlichenfalls andere Steuerungen angewandt werden können.

Selbstverständlich sind auch andere geeignete, bewegliche Elemente in den Vorrichtungen 32 möglich. Beispielsweise kann die Vorrichtung ein nicht-drehbares, mechanisches Element enthalten, oder die Vorrichtung kann in Form eines Hochfrequenz-Vibrationsgenerators vorliegen.

Obwohl sie im allgemeinen teuerer als statische Vormischvorrichtungen sind, können mit Vorteil Vormischvorrichtungen mit beweglichen Elementen in den Fällen verwendet werden, wo ein niedriger Widerstand günstig ist oder wo einfache Massnahmen zur Änderung der Dispersionswirkung zur Anpassung an unterschiedliche Materialien oder andere Betriebsbedingungen notwendig sind. Diese Änderung der Dispergierwirkung kann mittels eines Antriebes mit variierbarer Geschwindigkeit für das bewegliche Element erzielt werden.

Die Bedeutung, dass jede Schaumbildungsvorrichtung an sämtliche Betriebsbedingungen einschliesslich der Viskosität des zu schäumenden Produktes angepasst werden kann, wurde bereits vorstehend erwähnt. Zur weiteren Erläuterung unter spezieller Bezugnahme auf die Viskosität wurde eine Bitumenprobe mit einer Penetration 90 mit einer Viskosität von 140 cp bei 160° C mit zunehmenden Anteilen eines schweren Schwarzöles mit einer Saybolt-Universalzahl von 210 Sekunden bei 99° C verflüssigt. Diese Proben wurden bei 160° C verschäumt, indem 1 % Wasser durch eine Wassereindüsvorrichtung gemäss Fig. 10

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eingedüst wurde, in einer Vorrichtung mit Raschig-Ringen gemäss Fig. 9 vorgemischt wurde und bei unterschiedlichen Versuchen sowohl durch Düsen mit niedriger Scherwirkung als auch Düsen mit tangentialem Eintritt freigegeben wurde. Es war signifikant, dass festgestellt wurde, dass beide Arten von Düsen ausgezeichnete Schäume aus dem nicht nicht mit Fliessmittel versetzten Bitumen nicht nur hinsichtlich der volumetrisehen Expansion (typischerweise 19 J 1)» sondern auch hinsichtlich der augenblicklichen Ausbildung dieses Schaumes ergaben. Wenn jedoch die Viskosität durch das Fliessmittel gesenkt wurde, versagte die einfache Düse mit niedriger Scherwirkung bei der Herstellung eines augenblicklichen Schaumes bei einer Probe, deren Viskosität auf 26 cp bei 160° C verringert war. Wenn eine Düse mit hoher Scherwirkung und tangentialem Eintritt, beispielsweise gemäss den Fig. 3 und 4-, verwendet wurde, ergab sich eine augenblickliche Schaumbildung und diese Eigenschaft wurde beibehalten bis herab zu einer Abschlussviskosität bei diesen Versuchen von 12 cp bei 160° C. Die Erklärung hierfür dürfte sein, dass die Scherwirkung bei Wasser zu Tröpfchen von geeigneter Grosse teilweise von der Viskosität des zu schäumenden Materials abhängig ist und diese Wirkung weniger schwer wird, wenn die Viskosität bei der Arbeitstemperatur erniedrigt ist. Es kann weiterhin Fälle geben, wo man ein geschäumtes Material an einer Anzahl von Stellen freigeben will, ohne dass Schaumerzeugungseinheiten an jeder derartigen Stelle vorhanden sind. Die Anwendung eines Schaumsprühbügels (Fig. 12), wie sie hier beschrieben wurde, befriedigt zahlreiche, derartige Situationen. Weitere Fälle können auftreten, wo man geschäumte Materialien oder latente Schäume zu einem oder mehreren Freigabemundstücken freizugeben wünscht, die in schwierig zugänglichen Stellen

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oder in beträchtlichen Abständen von der Stelle liegen, wo das Wasser eingedüst und/oder mit dem Grundmaterial vermischt wird. In einer neuen Entwicklung gegenüber der bisherigen Praxis wurde gefunden, dass dies durch eine geeignete Wahl der Einrichtung und der im Rahmen der Erfindung beschriebenen Verfahren möglich ist und es werden Massnahmen angewandt, um eine übermässige Abkühlung der Materialien zu verhindern.

Beispielsweise wurde mit einer Eindüsvorrichtung gemäss Fig. iO in Verbindung mit einer Vormischvorrichtung 32 mit Raschig-Ringen gemäss Fig. 9 ein ausgezeichneter Bitumenschaum aus dem offenen Ende eines Rohres von 7 m Länge mit 12,7 mm Durchmesser erhalten, das mit dem Auslass der Vormischvorrichtung 32 verbunden war. Dieses Rohr wurde mittels eines elektrischen Bandes erhitzt, um den Wärmeverlust zu verringern, wobei die Bitumentemperatur bei einem Versuch 175° C am Einlass zu dem Schaumerzeugungssystem und 14-5° C a*& Freigabeende des geheizten Rohres war. Bei einem Wassereindüsverhältnis von 1 : 75 wurde ein Schaumverhältnis von 17,2 : 1 mit R9O-Bitumen erhalten. Dieses System arbeitete auch mit verengten Freigabemundstücken und bei verschiedenen Rückdrücken zufriedenstellend.

Irotzdem ist zu berücksichtigen, dass bei Systemen wie diesem etwas zusätzliche Scherwirkung gewöhnlich auftritt oder diese gewünschtenfalls durch Anwendung von Packungen, Biegungen, Prallscheiben, Verengungen, Rohre mit enger Bohrung oder Spiralen erhalten werden kann. Das Ausmass dieser Scherung bestimmt das Ausmass der Dispersion, die vor dem Eintritt des zu schäumenden Materialgemisches und der Schaumbildungsflüssigkeit in diesem Teil des Systemes erhalten wird. Sämtliche derartigen

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Faktoren werden durch das erfindungsgemässe Verfahren einer leichten Steuerung zugänglich. Beispielsweise kann diese bei gepackten Vormischvorrichtungen durch einfache Zugabe oder Wegnahme von Raschig-Ringen oder anderen Packungsmaterialien bewirkt werden oder es kann der Mundstücksdurchmesser des Wassereindüssystemes variiert werden.

Auch in derartigen, verlängerten Systemen ist es möglich, die üblicherweise bevorzugte Praxis des Vorerhitzens des zu schäumenden Materials mit der gesamten zur Bildung des gewünschten Schaumvolumens notwendigen Wärme vor der ELndüsung von Wasser zu variieren. Dies kann erzielt werden, indem ein Teil dieser Wärme entlang des Systems nach der Eindüsung des Wassers zugeführt wird, insbesondere da bestimmte Einrichtungen zum Erhitzen üblicherweise gemacht werden, um die Abkühlung der Leitung auf einem Minimum zu halten.

Eine praktische Anwendung derartiger Systeme ist die Zuführung eines hochviskosen Schmiermittels als Schaumstoff für bestimmte Arten von Maschinen»

Nach einem weiteren Verfahren kann das Wasser als umgekehrte Emulsion von Wasser, dispergiert im Bitumen, öl, Teer oder anderen, mit dem Grundmaterial und dessen beabsichtigter Verwendung verträglichen Flüssigkeiten eingeführt werden. Diese Emulsion kann in das heisse Bitumengrundmaterial durch irgendeine geeignete Mischkammer eingeführt werden und dann durch das Freigabemundstück ausgedüst werden. Dieses spezielle Verfahren hat den Vorteil der Vereinfachung der Misch- und Dispergieranordnung, da das Wasser bereits in Tröpfchen von geeignet gesteuerter Grosse bei der Herstellung der Emulsion aufgebrochen wurde und es infolgedessen dann lediglich notwendig ist, ein einfaches Vermischen der Emulsion und des Bitumens sicher-

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zustellen, was auf Grund der Anwendung einer umgekehrten Emulsion sehr leicht auftritt. Es kann jedoch auch, vorausgesetzt, dass eine ausreichende Dispergierwirkung erhalten wird, eine nicht-umgekehrte Emulsion verwendet werden, d. h. eine Emulsion, bei der das Wasser die kontinuierliche Phase bildet, und in diesem Verfahren kann die dispergierte Phase einen Zusatz oder einen Konditionierer für das Grundmaterial enthalten.

Obwohl sehr grobe, umgekehrte Emulsionen verwendet werden können, haben sie nur einen begrenzten Vorteil zur Vereinfachung der Dispersionsanfordernisse an das Schaumbildungssystem und die brauchbarsten Emulsionen sind solche, bei denen die dispergierten Teilchen eine Grosse entsprechend einem Kugeldurchmesser im Bereich von 0,1.bis 500 Mikron besitzen. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch auch auf umgekehrte Emulsionen mit Teilchengrössen ausserhalb des vorstehenden Bereiches anwendbar.

Bei Versuchen ergab es sich, dass durch die Anwendung einer umgekehrten Emulsion es möglich wird, dass der Schaum einfach durch Vermischen der Emulsion und des heissen Bitumens in einem offenen Gefäss gebildet wird. Der Mischarbeitsgang kann durch irgendein geeignetes Rühren oder durch Bewegungseinrichtungen ausgeführt werden und es zeigte sich eine augenblickliche und glatte Bildung von Schaum unter Bedingungen, bei der der Zusatz von Wasser allein bei der Bildung des Schaumes versagte.

Zur Erläuterung der Vorteile bei Anwendung von umgekehrten Emulsionen wurden zwei Emulsionen unter Anwendung eines naphthenischen MineralSchmieröles mit einer Viskosität von 100 Sekunden bei 38° C gemäss dem Saybolt-,Universalversuch hergestellt. Die Emulsion Hr.1 enthielt 7 Gew.% dieses Öls mit einem Emulgatorsystem aus

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Ο,β % Kaliumnaphthenat und 1,45 % Natriumerdölsulfonaten auf Reinbasis. Die Emulgierung mit Wasser wurde durch einen handelsüblichen Homogenisator vom hochdruckbeschränkten Mundstückstyp bewirkt und ein Teilchendurchmesser von 2 bis $ Mikron erhalten.

Die Emulsion Nr. 2 hatte weit gröbere Teilchen und wurde aus 55 Gew.% des gleichen Schmieröles wie bei Emulsion Nr. 1 mit2 % Glycerin-monooleat als Emulgator hergestellt. Die Emulgierang wurde durch Hochgeschwindigkeitsrühren bewirkt und eine Dispersion mit Teilchen von 15 bis 20 Mikron Grosse erhalten.

Mit zahlreichen Kombinationen von Düsen mit und ohne Vormischvorrichtungen ergab die Emulsion Nr. 2 hohe Schaumexpansionsverhältnisse, d. h. in der Grössenordnung von 20 : 1 bei Anwendung in einem Zusatz verhältnis entsprechend 1 Teil Wasser zu 100 Teilen Bitumen von relativ hoher Temperatur, typischerweise 160° C.

Bei einem weiteren Versuch mit dieser Emulsion unter Anwendung eines Schaumbildungssystems, das zur Ausbildung eines hochexpandierten Schaumverhältnisses von 20 : 1 bei einer Betriebstemperatur von 163° C geeignet war, fiel das Verhältnis auf 2,2 : 1, wenn die Temperatur auf 116° C erniedrigt wurde. Wenn jedoch die Teilchengrösse dieser Emulsion etwas verringert wurde, indem sie durch einen Hochdruck-Homogenisator geführt wurde, so dass eine durchschnittliche Teilchengrösse von 10 bis 12 Mikron erhalten wurde, wurde das Schaumverhältnis von 2,2 auf 5,1 · 1 erhöht.

Bei gleichen Versuchen mit der fein-dispergierten Emulsion Nr. 1 wurde das Umgekehrte festgestellt, da bei zwei gleichen Versuchen mit dem auf 116 und 169° C erhitzten Bitumen die jeweiligen Schaumexpansionen 10 : 1

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"bzw. 2:1 "betrugen. In diesem Fall'ist anzunehmen, dass die sehr feine Wasserdispersion vorzeitig "bei der höheren Temperatur verdampfte, während sie in einem weit zufriedenstellenderem Verhältnis "bei der niedrigeren Temperatur im Rahmen des untersuchten Systems verdampfte. Dies bestätigt, dass es notwendig ist, eine Dispersionsvorrichtung oder ein Verfahren für die Schäumungsflüssigkeit anzuwenden, die den optimalen Dispersionsgrad ergibt und die mit den übrigen Bedingungen des Systems und den Arbeitsbedingungen übereinstimmt.

Es ergibt sich aus dem vorstehenden, dass eine zufriedenstellende Schäumung gemäss der Erfindung ohne Anwendung einer Dispergierwirkung oder Mischdüsen erzielt werden kann, insbesondere wenn Vormischvorrichtungen mit statischen oder bewegten Elementen verwendet werden. Ein Schaumsprühbügel mit ebenen Auslasslöchern, der mit einer Vormischvorrichtung verbunden ist, stellt ein weiteres Beispiel für die Ausführung der Erfindung ohne Anwendung einer Dispergier- oder Mischdüse dar. Weiterhin ist es möglich, den Schaum aus geeignet hergestellten, umgekehrten Emulsionen zu bilden, ohne dass eine Dispergier- oder Mischdüse notwendig ist.

Weiterhin sind zwei unterschiedliche Arten von Düsen im Rahmen der Erfindung verwendbar. Eine Art dieser Düse übernimmt einen signifikanten Teil der Dispergierwirkung und der andere Teil ist üblicherweise von einfachem Innenaufbau und wird hauptsächlich zur Steuerung der Richtung, der Form und/oder Geschwindigkeit des abgegebenen Schaumes verwendet.

Obwohl bei den bisher beschriebenen Verfahren als flüssiges Schäumungsmittel Wasser aufgeführt wurde,ist selbstverständlich, dass auch andere flüchtige Flüssigkeiten oder wässrige Gemische derselben wirksam verwen-

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det werden können. Das flüssige Schäumungsmittel kann entsprechend dem zu schäumenden Grundmaterial variieren und eine Anzahl unterschiedlicher Mittel sind in Jedem Fall geeignet. Im allgemeinen sollte das flüssige Schäumungsmittel die folgenden Anfordernisse zur Erzielung "bester Ergebnisse erfüllen:

1· Siedepunkt wesentlich unterhalb der gewünschten Arbeitstemperatur des Grundmaterials, beispielsweise Bitumen, wobei die Temperatur so gewählt wird, dass eine geeignete Arbeitsviskosität erreicht wird und eine wirksame Auftragung des gebildeten Schaumes auf das zu behandelnde Material sichergestellt wird.

2. Fähigkeit zur Ausbildung eines relativ hohen Verhältnisses an Dampf gegenüber der ursprünglichen Flüssigkeit beim Erhitzen oberhalb des Siedepunktes, wozu ein relativ niedriges Molekulargewicht erforderlich ist, wie bei Wasser.

3. Praktische Unmischbarkeit mit dem Grundmaterial.

Beispiele für Mittel, die die drei vorstehend aufgeführten Erfordernisse für bituminöse Grundmaterialien erfüllen, sind Wasser, niedrige Alkohole, Methanol, Äthanol und n- und iso-Propanol.

In den meisten Fällen stellt Wasser das bevorzugte flüssige Schäumungsmittel dar, da es die Vorteile von niedrigen Kosten und Sicherheit mit äusserst geeigneten physikalischen Eigenschaften verbindet. In diesem Zusammenhang hat es ein niedriges Molekulargewicht, so dass nur eine minimale Menge verwendet werden muss, um das gewünschte Schaumvolumen zu bilden. Es hat auch relativ hohe, spezifische und latente Wärmeinhalte und bei Versuchen ergab es sich, dass diese Merkmale die Vermeidung einer vorzeitigen Verdampfung bei Wasser leichter machen im Vergleich zu anderen Schäumungsmitteln, wie Methanol

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oder Äthanol, insbesondere wenn bei Temperaturen oberhalb von etwa 150° C gearbeitet wird. Weiterhin wird die Schaumbildung durch die niedrige Löslichkeit von Wasser in·zahlreichen Materialien gefördert, die man zu verschäumen wünscht, wie Bitumen.

Es ist auch möglich, lösliche oder dispergierbare Zusätze in das flüssige Schaumungsmittel einzuverleiben, um die gewünschten Eigenschaften des Schaumes oder der hierdurch gebildeten Überzüge zu erhalten. Beispielsweise können diese Zusätze aus oberflächenaktiven Materialien von der Art sein, dass die Haftung des Grundmaterials, beispielsweise Bitumen, an dem Boden oder den Aggregatteilchen gefördert wird.

Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung liegt darin, dass die angegebenen Grundsätze, Verfahren und Vorrichtungen erfolgreich zur Schäumung einer grossen Vielzahl von Materialien neben Bitumen verwendet werden können und diese Schäume in zahlreichen Fällen zum Binden, Überziehen oder Imprägnieren von teilchenförmigen, festen oder porösen Materialien wertvoll sind.

Beispielsweise können ausgezeichnete Schäume unter Anwendung von Wasser als Schäumungsmittel aus Wachsmassen, die üblicherweise als "Heiss-Schmelzen" bezeichnet werden, erhalten werden. Diese sind durch relativ hohe Schmelzpunkte und Viskositäten nach dem Schmelzen gekennzeichnet und ihr hohe Schmelzviskosität macht sie schwierig zu verarbeiten und sie auf Materialien als Überzüge oder für andere Zwecke aufzutragen oder anzuwenden. Beispielsweise ist ein bekanntes Verfahren zum Auftragen von "Heiss-Schmelzen" auf bewegte Materialbahnen, wie Karton, durch die Anwendung von Gardinen-Überzugsmaschinen gekennzeichnet, die zahlreiche Nachteile einschliesslich hoher Kosten, Kompliziertheit und Begrenzungen hinsichtlich der Breite

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des zu behandelnden Materials besitzen und bei einigen Zusammensetzungen ist es schwierig oder unmöglich, zufriedenstellende "Gardinen" auszubilden. Für zahlreiche Zwecke zeigt sich-eine einfache Schaumbildungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Erzielung zufriedenstellender Ergebnisse mit relativ niedrigen Ausrüstungskosten * nd mit stark verbesserter Eignung zur Anpassung an die Breite des Materials als hervorragend geeignet

Um die Eignung der Erfindung zur Bildung von ausgezeichneten Schäumen aus "Heiss-Schmelzen" von verschiedenen Zusammensetzungen aufzuzeigen, wurden die folgenden beiden Ansätze bei Versuchen verwendet, deren Einzelheiten nachfolgend angegeben sind:

Heiss-Schmelze A.

Diese wurde gemischt aus einem raffinierten Paraffinwachs mit einem Schmelzpunkt von 66° C (ASTM) und einem mikrokristallinen Wachs mit den folgenden Eigenschaften:

Viskosität bei 99° C 15 es

Nadel eindringung bei 25° C 28

Schmelzpunkt ° C (⁰P) 73 (165)

Die bei diesem Ansatz verwendeten Zusätze waren ein Copolymeres von hohem Molekulargewicht aus Äthylen und Vinylacetat plus Polyäthylen.

Das Material hatte die folgenden Eigenschaften: Viskosität bei 121° C 526 es

Viskosität bei 149° C 280 es

Nadeleindringung bei 25° C 8 Erweichungspunkt (B & B) 88° C.

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Hei ss-Schmelze B.

Diese wurde gemischt aus dem vorstehenden mikrokristallinen Wachs plus einem synthetischen Wachs, einem Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat und disproportioniertem Kolophonium.

Das Material hatte die folgenden Eigenschaften: Viskosität bei 121° C . 4-50 es Viskosität bei 14$° C 227 es

Nadeleindringung bei 25° C 28 Erweichungspunkt (E & B) ?3° C

Ausgezeichnete Schäume wurden aus diesen beiden Heiss-Schmelzen unter Anwendung von Wasser als Schäümungsmittel erhalten, insbesondere wurden volumetrische Expansionsverhältnisse bis zu 20 ι 1 bei augenblicklicher Herstellung nach der Freigabe aus den Freigabemundstükken erhalten. Die vielseitige Anwendbarkeit des Grundkonzeptes zeigte sich, indem sowohl das Verfahren mit Wasser unter Zusatz von Wasserdampf aira Schäumen von Bitumen als auch das Verfahren mit der Vormischkammer, die mit Raschig-Eingen gepackt ist, mit vorhergehendem einfachend Wassereindiismundstück, wie sie vorstehend beschrieben wurden, angewandt wurden. Die letztere Kombination wurde mit den verschiedenen, bereits angegebenen Freigabedüsen angewandt, ergab jedoch auch hohe Schaumverhältnisse augenblicklich bei der Freigabe ohne Anwendung einer Düse. Dies ist von Bedeutung, um das hohe Ausmas s der Steuerung über die Wärmeübertragung auf das dispergierte Wasser zu zeigen, die erzielt wird, da der in diesem Fall angewandte Innendruck lediglich der war, der zur Aufrechterhaltung der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit durch einen unbegrenzten Auslass ohne irgendeinen Bestandteil, um eine vorzeitige Verdampfung zu ver-

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hindern, "bestand. Jedoch sind bei zahlreichen, praktischen Gelegenheiten einige Formen von Entladungsdüsen mit einem "beschränkten Mundstück "bevorzugt, um die gewünschte Geschwindigkeit und Raumverteilung des Schaumstromes sicherzustellen.

Bei Versuchen zeigte es sich, dass die aus "Heiss-Schmelzen" gebildeten Schäume wirksam zum überziehen von Bahnmaterialien sowie von teilchenförmigen Feststoffen der unterschiedlichsten Arten sind. Der Schäumungszustand erlaubt es, dass diese Materialien unter Bedingungen aufgetragen werden, wo ansonsten ihre hohe Viskosität im ungeschäumten Zustand die Auftragung sehr schwierig oder unmöglich machen würde und begünstigt eine ausgezeichnete Benetzungswirkung, wo dies gewünscht wird.

Als weiteres Beispiel für die Anwendung der Erfindung auf die unterschiedlichsten Materialien wurde ein Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 2000 zu einem äusserst brauchbaren Schaum bei einer Anzahl unterschiedlicher Versuche expandiert.

Ein weiteres Beispiel für die Eignung der Erfindung zur Herstellung von Schäumen aus einer Vielzahl von Materialien und mit unterschiedlichen Anwendungszwecken betrifft die Schäumung von hochviskosen Schmiermitteln. Diese Schmiermittel sind aus Bitumen und/oder anderen hochviskosen Materialien gefertigt und enthalten üblicherweise belastungstragende Zusätze. Sie werden im weiten Umfang zum Schmieren von grossen, stark-belasteten, sich langsam bewegenden Rädern, Lagern, Nocken und Kabeln verwendet, beispielsweise zum Laufen von Tragleitungen und anderen Bergbau- und Erdbewegungsausrüstungen oder dgl.

Typische viskose Schmiermittel der vorstehenden Art « lassen sich leicht in hochexpandierte Schäume durch die

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erfindungsgemässen Massnahmen überführen.

In der bisherigen Praxis ergibt die Anwendung von hochviskosen Schmiermitteln ziemliche Schwierigkeiten. Die Anwendung wird gewöhnlich durch Anwendung von Pumpeinheiten mit sehr hohem Druck, durch Auftragung von Hand, durch Erhitzen auf relativ hohe Temperaturen oder durch Verdünnung mit Lösungsmitteln durchgeführt. Die Nachteile jedes dieser Verfahren sind bekannt.

Durch die Anwendung geschäumter Schmiermittel kann die Notwendigkeit von Lösungsmitteln, die kostspielig sind,und die das Material auf der arbeitenden Oberfläche in einem unerwünschten dünnen Zustand während der Abdampfung halten, vermieden werden. Auch die Notwendigkeit zur Anwendung von Hochdruckpumpen kann vermieden werden, da die geschäumten Materialien nur einen sehr geringen Druck zur Freisetzung benötigen. Ausserdem erleichtert der expandierte Zustand des geschäumten Schmiermittels eine gleichmässige und wirtschaftliche Auftragung auf grosse und/oder komplizierte Oberflächen von jeder Form.

Nachdem vorstehend das Grundprinzip der Erfindung im allgemeinen erläutert wurde, werden nun verschiedene Beispiele zum Beleg der praktischen Vorteile der Erfindung und zur Angabe von Einzelheiten von typischen Bedingungen gegeben, unter denen das erfindungsgemässe Verfahren ausgeführt werden kann.

Beispiel 1

Bei diesem Versuch wurde gesättigter Dampf zu der vorstehend beschriebenen üblichen Düse zugeführt, die mit einem Behälter von erhitztem Bitumen, das bei einer Temperatur von 160 + 7° C gehalten wurde, verbunden war. Das Bitumen hatte eine Penetration von 90 und war durch

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Verblasen eines Erdölrückstandöles hergestellt worden und entsprach dem Australischen Standard A1O - 1967 Klasse R9O.

Vorrichtungen zur Einführung von heissem Wasser aus dem Dampf generator in die Dampfleitung an einer geeigneten Stelle waren vorhanden.

Die Bedingungen der Versu e und die Art der gebildeten Schäume sind in der folgendem Tabelle I zusammengefasst.

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tabelle I

Betriebsvariablen Dampf Wasser und

allein Dampf

Dampf

Druck an der Düse, atü (psig) 2,1 2_S1

(30) (30)

Temperatur auf Grund Dampf- 134 134

tabellen,°C (⁶F) (274) (274)

Strömungsgeschwindigkeit, 41 41

Liter/Minute bei STP

Strömungsgeschwindigkeit 32 32

Gramm/Minute Wasser

Eindüstemperatur, °0 (⁰F) - 134

(274)

Strömungsgeschwindigkeit ohne 35

Gramm/Minut e Bitumen

Strömungsgeschwindigkeit 2^00 2500

Gramm/Minut e

Volumetrisch.es Verhältnis

Wasserdampf zu Bitumen bei

2,1 atü 5,5 : 1 5,5 :

Gewicht und volumetrische Verhältnisse von Wasser zu Bitumen - 1 :

Schaum

Zeit zur Füllung eines Gefässes 35 3 1/2 von 2700 ml, Sekunden

Gewicht von 2700 ml Schaum, g 14-50 161 Volumen je g Bitumen, ml 1,9 16,8

Temperatur des Schaumes im Gefäss,

⁰C (⁰F) 140 137

(285) (277)

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Es ergibt sich aus diesem Beispiel, dass ein sehr schlechtes Volumenverhältnis von Schaum zu Bitumen erhalten wurde, falls Dampf allein verwendet wurde. Die Eigenschaften des Schaumes waren so, dass es nicht möglich war, ihn wirksam mit dem Boden zu vermischen. Andererseits wurde ein sehr hohes Volumenverhältnis erhalten, wenn Wasser als grundsätzliches Schäumungsmittel verwendet wurde. Dieser Schaum wurde augenblicklich bei der Freigabe aus der Düse entwickelt und war typisch für Schäume, die sich leicht mit dem Boden vermischen lassen.

Um ein Volumenverhältnis von Schaum zu Grundmaterial innerhalb des günstigen Bereiches von 1J? ^: 1 bis 20 : Ί zu erhalten, bezogen auf eine Temperatur von etw 120° C muss es ermöglich werden,das Schäumungsmittel und den Bitumen in einem günstigen, volumetrisehen Verhältnis zu vermischen. Im Fall von Wasser und Bitumen wurde das Minimalverhältnis in der Grössenordnung von etwa 1 Volumen Wasser auf 100 Volumen Bitumen gefunden und es ist festzustellen, dass das bei dem vorstehenden Versuch angewandte Verhältnis von Wasser zu Bitumen eng das günstige theoretische Verhältnis zur Herstellung eines wirksamen Schaumes erreicht.

Beispiel 2

Bei diesem Versuch wurde die gleiche Ausrüstung und die gleichen Materialien wie in Beispiel 1 verwendet, jedoch wurden höhere Wasser- und Wasserdampfströmungsverhältnisse bezüglich Bitumen angewandt.

Weiterhin wurde die Fähigkeit der Schäume zum Vermischen mit dem Boden als Anzeichen für ihre Eignung für den technischen Gebrauch bewertet. Zu diesem Zweck

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wurde wahllos eine Bodenprobe aus einer grossen Sammlung von Bodenmaterialien der Arten, wie sie beim Strassenbau für die untere Grundlage verwendet werden, und Stabilisierung erfordern.

Der Boden hat die folgenden Eigenschaften:

Beschreibung Sand

Organisches Gehalt % 0,24-

Modifizierte A.A.S.H.O.-Kompaktion*

Optimaler Feuchtigkeitsgehalt % 12 Maximale Trockendichte,

(0,45 kg/28 1) 112

.Bewertung	14-	25	36	52	100	200
Siebgrösse	100	95	86	69	31	8
% Durchgang

Vor der Anwendung wurde der Boden auf einen Feuchtig*- keitsgehalt von 10 % auf Trockenbasis eingestellt, wobei dies den optimalen Bereich für die Schaumbehandlung bei diesem speziellen Material darstellt.

Das Mischen erfolgte in einem Mischtrog von 24· m* (10 quart) mit einem senkrechten Rührflügel von geeigneter Gestalt. Diese Ausrüstung entsprach den grosstechnischen Mischvorrichtungen.

Zum Zweck der visuellen Beurteilung der Mischwirksamkeit wurde eine Bewertungsskala verwendet, die zum Verhalten der Bodengemische nach der Verfestigung und Alterung dient. Diese Bewertungsskala ist folgende:

Feuchtigkeits-Dichte-Beziehung von Boden-Zement-Gemischen (American Association of State Highway Officials (A.A.S.H.O.) T 134--6T, entspricht ASTM D 588-57)

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Bewertung Beschreibung der gemischten Materialien

1 Keine Mischung, der gesamte Bitumen in grossen Klumpen

3 Teilweise Mischung, etwa 70 % Bitumen in kleinen Kugeln

5 Teilweise Mischung, etwa 50 % Bitumen in kleinen Kugeln oder Teilchen

7 Etwa 10 bis 20 % Bitumen als freie Teilchen, jedoch sonst gut gemischt

9 Etwa 5 % Bitumen als freie Teilchen, sonst gut gemischt

10 Vollständig gemischt und kein Anzeichen von freiem Bitumen

Gemäss dieser Bewertungεskala entspricht eine wirtschaftliche Bitumenausnützung und eine gute Qualität der Gemische den Bewertungen von 7 his 10. Bewertungen von 5 oder weniger zeigen Gemische mit unzufriedenstellenden Eigenschaften und/oder unwirtschaftliche Ausnützung der angewandten Bitumenmenge an. Gemische mit einer Bewertung von 5 können eine zufriedenstellende Bodenstabilisierung zeigen, vorausgesetzt, dass eine ausreichend hohe Dosierung von Bitumen angewandt wurde, jedoch sind die wirtschaftlichen Vorteile bei diesem Verfahren schlecht im Vergleich zu Gemischen mit den Bewertungen 7 oder höher.

In Tabelle II sind die Versuchsbedingungen und erhaltenen Ergebnisse aufgeführt und es zeigt sich, dass bei Anwendung von hohen Wasserdampfverhältnissen bezüglich Bitumen in Abwesenheit von Wasser die Mangel des Schaumvolumenverhältnisses, wie sie bereits in Beispiel 1 auftraten, nicht beseitigt werden. Andererseits ergab sich wiederum bei Anwendung von Wasser ein ausgezeichneter Schaum mit einem hohen Volumenverhältnis. Im letzteren Fall zeigt sich kein grosser Vorteil bei einem

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merklichen überschuss an Wasser über die theoretisch für das erhältliche Schaumvolumen benötigte Menge.

Beim Vermischen mit den Bodenproben wurde die erforderliche Mischqualität bei den ohne Wasserζzügeführten Versuchen nicht erhalten, während Schäume mit hohem Volumenverhältnis augenblicklich bei Wassereindüsung erhalten wurden und sehr zufriedenstellende Gemische ergaben und eine wirksame Ausnützung der angewandten Menge an Bitumen gewährleisteten.

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Tabelle II

Arbeitsvariablen

Dampf

Druck an der Düse, atü (psig)

Temperatur auf Grund Dampfrabllen, ⁰C (⁰F)

Temperatur von Wasserdampf oder Wasser und Wasserdampf an einer Stelle 12,7 nim vom Diisenauslass in Abwesenheit einer Bitumenströmung, o_c (8_F)

Strömungsgeschwindigkeit, l/Min· bei S.T.P.

Strömungsgeschwindigkeit, g/Min.

Wasser

Eindüstemperatur, ⁰G (⁰F)

Strömungsgeschwindigkeit, g/Min.

Dampf allein	Wasser + Wasserdampf
2,1 (30)	2,1 (30)
134 (274)	134 (274)
82 (180)	82 (180)
25O	250
200.	200
—	134 (274)

ohne

140

Bitumen
Strömungsgeschwindigkeit, g/Min.

Gewichtsverhältnis Wasserdampf zu Bitumen

Volumetrisches Verhältnis von Wasserdampf zu Bitumen bei 2,1 atü

Gewicht und volumetrisches Verhältnis von Wasser zu Bitumen

Schaum

Zeit zum Füllen eines Gefässes von 27OO ml, Sekunde

Gewicht von 2700 ml Schaum, g Volumen $e g Bitumen, ml Temperatur des Schaumes im Gefäss, ⁰C (OF)

2500	,5	25OO	12,5
1 : 12		1 :	: 1
33 : 1		33
g			17,9
—	1 :

30 1370

2,0

138 (280)

3 1/2

153 17,7

121 (250)

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	Tabelle II	Dampf allein	2101639	8
	(Fortsetzung)			3,5
	•
Arbeitsvariablen		Wasser + Wasserdampf
Bodenpcemisch		•
Aussehen		Viel frei- Bitumen gut es Bitu- gemischt men
Bewertung		5
Bitumengehalt, %	Beispiel 3	3,5

Dieser Versuch dient zum Vergleich der Wirkung des Ersatzes von Wasserdampf durch, komprimierte Luft unter allgemein gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2. In diesem Fall wurde Luft mit 2,1 atü und Raumtemperatur an die Düse anstelle von Wasserdampf angewandt und Vorrichtungen zur Einleitung einer geregelten Wassermenge von Bäumtemperatur in den Luftstrom waren vorhanden.

Es wurde festgestellt, dass die beschriebene, übliche Düse mit verfestigtem Bitumen' bei Anwendung von kalten Gasen und Wasser verstopft wird, so dass infolgedessen die angegebenen, modifizierten Düsen bei diesem Versuch verwendet wurden. Bei der modifizierten Düse ist der relativ lange Bitumendurchgang, wie er in der ersteren Düse angewandt wird, vermieden, wodurch die Möglichkeit zur Abkühlung des Bitumens verringert wird.

Die angewandten Bedingungen und die erhaltenen Ergebnisse bei diesem Versuch sind in der nachfolgenden Tabelle III zusammengefasst. Es zeigt sich erneut, dass

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bei der Anwendung eines komprimierten Gases allein eine schlechte Schaumbildung auftrat, ebenso wie im Fall von Wasserdampf. Dies bestätigt die Ansicht, dass es in der Praxis nicht möglich ist, in den Bitumen das Volumen an Gas oder Dampf, welches für hohe Schaumverhältnisse benötigt wird, einzumischen, dies jedoch erfindungsgemäss möglich ist.

Wenn andererseits Wasser als hauptsächliches Schäumungsmittel verwendet wurde, wurden ausgezeichnete hohe Volumenverhältnisse der Schäume erhalten und ein sehr
zufriedenstellendes Bodengeinisch erhalten im Vergleich zu den schlechten Schäumen aus Luft allein oder aus Wasserdampf allein gemäss Beispiel 2.

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	Tabelle	III	Wasser und komprimierte Luft
Betriebsvariable		Kompri mierte Luft allein	2,1 (50) 26 (78)
Luft Druck an der Düse, atü Temperatur an der Düse,	(psig) 0C (0F)	2,1 (50) 26 (78)

Temperatur von Luft oder Luft und Wasser an einer Stelle 12,7 mm vom Düsenauslass in Abwesenheit einer Bitumenströmung, °C (⁰F)

Strömungsverhältnis, l/Min, bei S.T.F.

21
(70)

210

18 (65)

210

Wasser

Eindüstemperatur, ⁰C (⁰F) Strömungsgeschwindigkeit, g/Min. ohne Bitumen

Strömungsgeschwindigkeit, g/Min.

Volumetrisches Verhältnis Luft zu Bitumen bei 2,1 atü

Gewicht und volumetrisches Verhältnis von Wasser au Bitumen

Schaum

Zeit zum Füllen eines Gefässes von 2700 ml, Sek.

Gewicht von 2700 ml Schraum, g Volumen je g Bitumen, ml

Temperatur des Schaumes im Gefäss, ° C(⁰F)

18 (65)

120

2500	2500
28	28
-	1 : 20,8
40 1900	5 1/2 151 20,6
141 (285)	124 (255)

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	Tabelle III	Kompri mierte Luft allein	Beispiel 4	Wasser und komprimierte Luft
	(Fortsetzung)
Betri eb sv^riabl e	Weitge hend frei v. Bitumen teilchen		Zufrieden stellende Dispersion des Bitu mens
BodenKemisch	4	7
Aussehen	5,5	5,8
Bewertung
Bitumengehalt, %

Dieses Beispiel dient zum Beleg der Vorteile bei der Bodenstabilisierung, die erhalten werden, wenn ein hochexpandierter Bitumenschaum der erfindungsgemäss möglichen Art verwendet wird. Die Vergleiche erfolgten mit unbehandeltem Boden und Boden, der gemäss dem Stand der Technik unter Verwendung von gesättigtem Dampf zur Bildung des Schaumes behandelt worden war.

Die beim letzteren Verfahren zur Herstellung eines Schaumes unter Anwendung von gesättigtem Dampf allein verwendete Ausrüstung war die gleiche wie in Beispiel 2.

Die zur Erzeugung von Schaum gemäss der Erfindung verwendete Vorrichtung war eine Kombination der bereits beschriebenen Vorrichtungen. Diese bestand zunächst aus einem Mundstück mit einem Durchmesser von 0,045 cm (18/1000 inch) zum Eindüsen von Wasser in den heissen Bitumenstrom, einer anschliessenden Vormischvorrichtung mit Easchig-Ringen und schliesslich einer einfachen Frei-

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gabedüse ohne innere Schereinrichtungen mit einem lippenförmigen Austrittsschlitz· Das Verhältnis von Wasser zu Bitumenbbetrug 1 : 100 und die Bitumentemperatur lag bei 166° C.

Das System unter Anwendung von gesättigtem Dampf allein gab eine schlechte Schaumexpansion von 2 Volumen je Einheitsgewicht Bitumen; jedoch schien die Dampfströmung eine wesentliche Zerstäubung zu verursachen, die beim Vermischen des Bitumens mit dem Boden unterstützte.

Das System unter Anwendung von Wasser als Schäumungsmedium ergab eine Expansion von 18 Volumen Schaum je Einheitsgewicht Bitumen.

Strassenbelagbitumen mit einer Penetration von 90 entsprechend dem Australischen Standard A10 - 196? wurde bei diesen Versuchen verwendet.

Der verwendete Boden bestand aus einer Kompositionsprobe von früheren Stromsand-Abscheidungen und bestand hauptsächlich aus sauberem, freinem Sand mit einer maximalen Grosse von 5 rom bis 2,5 mm, der einheitlich mit einem Anteil eines überschweren Lehms oder Tons zur Verbesserung der Haftung des Materials für Strassenherstellungszwecke vermischt war.

Eine typische Siebanalyse war: . Britisch Standard-Sieb-Nr.:

3/8 3/16 7 14 25 36 52 100 200 % Durchgang:

100 99 93 75 39 25 17 10 5

Der Plastizitätsindex des Bodens betrug 5 und entsprechend dem Unified Soil Classifiaction System (Corps of Engineers, U.S. Army, Technical Memorandum No. 3-357» Band 1 und 3» März 1953) wird er mit SP-SC ' als Feldidentifizierung klassifiziert.

Der modifizierte, optimale A.A.S.H.O.-Feuchtigkeits-

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gehalt des uribehandelten Bodens betrug 8 %.

Der bestimmte "Verpuf fungspunkt¹¹ des- Bodens betrug etwa 6 % Feuchtigkeit und die Schaumvermisehung wurde bei 6,3/6 Feuchtigkeit durchgeführt. Sie Kontaktierung mit 2,8 % Asphalt B9O wurde bei 6,5 % Feuchtigkeitsgehalt ausgeführt.

Zum Zweck dieser Versuche wurden 4800 g Boden mit bekanntem Feuchtigkeitsgehalt in den Mischer gegeben und mit einem Flügel mit konstanter Geschwindigkeit von etwa ^O Umdrehungen/Minute gerührt und ausreichend Wasser zugesetzt, um den Feuchtigkeitsgehalt des Bodens auf den "Verpuffungspunkt" zu bringen. Der letztere Punkt ist die Stelle, wo der Boden sein grösstes Volumen je Einheit sgewicht hat und die sich als optimal für die Schaumdispersion erwies und betrug in diesem Fall 6,3 % Feuchtigkeit. Nach gründlichem Vermischen wurden 2,8 % Asphalt nach dem Schäumen in den Boden bei Raumtemperatur unter fortgesetztem Vermischen eingeführt.

Asphalt und Bodengemisch wurden visuell auf vollständige Einmischung des Asphaltüberzuges in wirksamer Weise beobachtet und mit der in Beispiel 2 angegebenen Bewertungsskala bewertet. Die mit gesättigtem Dampf hergestellte Probe hatte eine schlechte Bewertung von 5 auf dieser Skala, während diejenige unter Anwendung von Wasser als Schäumungsmittel mit 8 bewertet wurde.

Der behandelte Boden wurde dann in Kunststoffbeutel überbracht, welche verschlossen und Übernacht vor der Kompaktierung der Probestücke am folgenden Tage gelagert wurden.

Zur Kompaktierung wurden die behandelten Böden zunächst auf den Optimalen Feuchtigkeitsgehalte (OMC) gebracht, was denjenigen Feuchtigkeitsgehalt darstellt, bei dem die maximale Trockendichte bei *r Kompaktierung

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erzielt wird.Die Kontaktierung der Materialien erfolgte bei "OMC" und Räumtemperatur (18 "bis 24° C) unter Anwendung eines Californien Kneading Compactors mit einem "Fuss"-Brück von 24,6 kg/cm . Die allgemeinen Verfahren zur Kontaktierung waren diejenigen, wie sie in Californien Division of Highways, Test Method Number 301F, Part 11, 1964, beschrieben-sind.

Vier Probestücke wurden hergestellt und deren Höhe, Gewicht und Dichte bei dieser Stufe berechnet. Die Probestücke für die meisten Versuche erfordern Abmessungen von 10,1 cm Durchmesser und 6,35 cm Höhe.

Die in den jeweiligen Formen enthaltenen Probestücke wurden dann in einen bei 60+2⁰C gehaltenen Ofen während 3 Tagen zur Verringerung der Feuchtigkeit auf einen Gleichgewichtswert gegeben, der auf Grund der Erfahrung parallel zu den Anwendungen im Freien zu betrachten war.

Jedes der gehärteten Probestücke wurde einer Vielzahl von Untersuchungen unterzogen, die hauptsächlich auf den Standard-Verfahren der Californian Division of Highways und/oder ASTM beruhten. Diese Versuche sind nachfolgend aufgeführt:

(I) Modifizierter Widerstandswert - vor und nach dem Einweichversuch.

Der modifizierte Widerstandswert wird mit einem ausgehärteten Probestück bei Eaumtemperatur unter Anwendung des Standard-Verfahrens Method Ko. 301 (Teil V) der Californian Highways bestimmt.

Nach Beendigung des Versuches wird das Probestück in die Form zurückgesetzt, gewogen und dann in Wasser von 21° C während eines Zeitraums von 4 Tagen eingetaucht. Nach dem Rückwiegen wird der Widerstandswert erneut bestimmt.

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(II) Relativer Stabilitätswert - vor und nach dem Feuchtigkeitsdampf-Anfälligkeitsversuch (MVS).

Der relative Stabilitätswert wurde mit einem gehärteten Probestück bei 60° C unter Anwendung des Standard-Verfahrens nach Method No. 304E (Part 111 1966) der Californian Highways oder ASTM DI560 bestimmt.

Ein weiteres Probestück wird der Feuchtigkeitsdampf-Anfälligkeitsuntersuchung unter Anwendung der in Method No. 3O7D der Californian Highways beschriebenen Verfahren unterworfen und anschliessend die Menge des absorbierten Wassers bestimmt, wodurch die relative Stabilität erhalten wird.

(III) Festigkeitsversuche - Kohäsiometerwert und unbegrenzte Pressfestigkeit.

Der Kohäsiometerwert entsprechend dem Californian Test Verfahren No. 506B oder ASTM DI56O wird mit einem gehärteten Probestück bei 60° C und auch mit einem Probestück, das vorhergehend dem MVS-Test unterworfen wurde, bestimmt.

Die unbegrenzte Pressfestigkeit wird durch Anwendung einer Belastung mit einem Betrag von 0,12 cm/Min, mit einem gehärteten Probestück und einem Probestück, das vorhergehend 4 Tage lang dem Einweichtest unterworfen wurde, bestimmt.

(IV) Vass erabsorption

Der Betrag der Quellung eines gehärteten Probestückes wird nach dem Californischen Verfahren Nr. 30f?B bestimmt und die Durchlässigkeit aufgezeichnet. Die bei dem MVS-Versuch und dem Einweichversuch absorbierte Feuchtigkeit wurde aufgezeichnet.

(V) Marshall-Versuch

Ausser dem Hveem-Test wurde die Marshall-Stabilität eines Probestückes entweder im trockenen Zustand oder

1 0 9 3 3 ¹ / 2 1 2 1

nach 4tägiger Wasser eintauchung bestimmt. Die Marshall-Stabilität wurde hier mit einem mittels des Califorrrian Kneading Compactors kompaktierten und dann einer 3"tägigen Härtung bei 60° C unterworfenen Probestückes bestimmt. Das tatsächliche Verfahren bei der Untersuchung des Probestückes entspricht dem ASTM-Testverfahren D1559-65·

Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle IV zusammengefasst.

Aus den Ergebnissen zeigt es sich, dass die Anwendung eines hochexpandierten Schaumes, der lediglich mit Wasser gemäss dem System des Vormischens und Aufsprühens gebildet ist, Bodengemische mit weit verbesserten Eigenschaften gegenüber denjenigen ergibt, wie sie bei dem bisherigen Verfahren mit gesättigtem Dampf erhalten wurden, auch wenn bereits dieses eine merkliche Verbesserung gegenüber unbehandeltem Boden zeigt. Die folgenden, einzelnen Vergleiche erfolgten zwischen den beiden Bitumenbehandlungen.

Dichte: Die durchschnittliche Trockendichte von vier Probestücken nahm von 127 Einheiten für den unbehandelten Boden auf 128 Einheiten bei dem Dampfverfahren und auf 1$0 Einheiten für das Wasserverfahren zu. Diese Ergebnisse zeigen die Vorteile des verbesserten überziehens mit dem besseren Schaum.

Modifizierte Widerstandswerte: In dem relativ trockenen, gehärteten Zustand zeigten sämtliche Probestücke gute Figuren, x^ährend nach 4- Tagen Einweichung im Wasser der unbehandelte Boden bei der Entfernung aus der Form zusammenbrach. Es zeigt sich weiterhin, eine signifikante Verbesserung bei dem Verfahren mit Wasser.

Modifizierte, relative Stabilität: Sehr gute Figuren wurden im gehärteten Zustand erhalten, wobei erneut das Verfahren mit Wasser signifikant besser war.

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Nach dem MVS-Versuch ergab sich eine bemerkenswerte Beibehaltung der Festigkeit bei dem Verfahren mit Wasser, während die unbehandelte Probe und die mit gesättigtem Dampf geschäumte Probe andererseits eine grosse prozentuelle Abnahme zeigte.

Quellversuch: Bei dem Verfahren mit Wasser wurde ein besonders niedriges Ergebnis erhalten, während bei den anderen beiden Versuchen höhexⁱe Werte erhalten wurden und nur einen gerizigan Unterschied zeigten, was die Unwirksamkeit der Aspnalt-Dispersion und der Feinstoff-Abdeckung mit gesättigtem Dampf belegt.

Kohäsiometerwert: Hier zeigt erneut das Verfahren mit Wasser überlegene Ergebnisse im gehärteten Zustand und auch eine besonders hohe prozentuelle Beibehaltung nach dem MVS-Versuch.

Unbegrenzte Pressfestigkeit: Es wurden entsprechende Ergebnisse erhalten.

Durchlässigkeit: Bei dem Verfahren mit Wasser
wurde eine weit niedrigere Durchlässigkeit als bei den anderen beiden Verfahren erhalten, was erneut die Vorteile eine verbesserten Dispersion belegt.

BAD ORIGINAL 109831/2121

{Tabelle IV

Versuch

Durchschnittliches neues Gewicht, 3 Test Briketts(g) Durchschnittliche neue Höhe, 3 Test Briketts,

cm (inch)

Durchschnittliche neue Dichte, 3 Tes* Briketts (0,45 kg/28 1)

Durchschnittliches Gewicht bei der Härtung zum Feuchtigkeitsgleichgewicht 3 Tage bei 60° C Durchschnittlicher Feuchtigkeitsgehalt nach der Härtung, %

Kein Bitumen

6,4 (2,52)

Verfahren mit gesättigtem Dampf

Verfahren mit Wasser

1118

6,3 (2,49)

128

1072

2,3

5,14 6,27

3,08, 4,05 95»

1146

6,38 (2,51)

130

1098

2,1

5,10 5,18

3,38, 4,0 96,83

CD CJ CO

V/iderstandswerte vor und nach dem Einweichversuch (Raumtemperatur) Stabilometer pH bei 1000 lbs 5» *

Stabilometer pH bei 2000 lbs 7, *

Entfernung, Drehungen 5,68, *

R-Wert 90, *

Relative Stabilitätswerte vor und nach dem MVS-Test bei 60° C Stabilometer pH bei 1000 lbs 6,12

Stabilometer pH bei 2000 lbs 8,

Stabilometer pH bei 3000 lbs 13,

Stabilometer pH bei 4000 lbs 18,

Stabilometer pH bei 5000 lbs 25,

5, 17

7, 28

39

14, 52

23, 66

5,

6, 8,

11,

15,

Versuch

Tabelle IY (Portsetzung) Kein Bitumen

Verfahren mit gesättigtem Dampf

Entfernung - Drehungen Relative Stabilität 5,C8, 4,06
4U, 18

3,55, 4
51, 20

° Wasserabsorptionswerte

oo Quellung, cm (inches) co

->. Durchlässigkeit, ml

!^ Absorbierte Feuchtigkeit beim Einweichversuch, g

to η it ti ti OL

Absorbierte Feuchtigkeit beim MVS-Versuch, g 0,048

(0,019)

500

81
7,6

,3_n (0,01?)

450

58
5,4

60
5,6

Verfahren mit Wasser

3,10, 2,85 64,

Festip:kei tsversuche	kg/cm (psi)	277, ·*	509,	48	709,	387
Kohä si om et erwert		268, *	648,	64	816,	144
Unbegrenzte Pressfestigkeit,

0,007 (0,003)

210

27 2,4

19 1,7

Marshall-Testwerte

Maximale Belastung (korrigiert), kg (lbs)

Strömungswert, cm (inches) Feuchtigkeitsgehalt, % 2010
(4425)

,13_N
(0,064)

2270 (5000)

0,160 (0,063)

1,6

2760 (6080)

0.127. (0,050)

1,3

* Probestück brach nach dem Einweichversuch zusammen ** Dem MVS-Versuch unterworfenes Probestück brach zusammen

Beispiel 5

In diesem Beispiel ist aie Anwendung einer umgekehrten Emulsion zur Ausbildung eines Bitunienschaumes von hoher Qualität in einer sehr einfachen Dispergiereinrichtung belegt. Die verwendete Emulsion wurde bereits früher beschrieben und wurde durch Emulgierung von Wasser mit 55 Gew.% eines leichten Schmieröles unter Anwendung von 2 % Glycerin-monooleat als Emulgator unter Anwendung einer Hochgeschwindigkeits-Rühreinrichtung ohne zusätzliche Homogenisierung hergestellt. Die Grosse der Wasserteilchen betrug hauptsächlich 15 bis 20 Mikron.

Die Emulsion wurde durch ein Mundstück mit einem Durchmesser von 76/1000 cm (3O/IOOO inches) in die Bitumenleitung unmittelbar stromabwärts der Preigabedüse der vorstehend beschriebenen Art eingedüst, wobei der Bitumen in eine zylindrische Kammer tangential eintritt. Keine Vormischvorrichtung wurde zwischen der Entladungsdüse und dem Emulsioneindüsmundstück eingebaut.

Die Arbeitsbedingungen und die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle bei einem Versuch unter Anwendung eines Bitumens entsprechend dem Australischen Standard A10 - 1967 Klasse E90 aufgeführt.

Tabelle V

Arbeitsbedingungen und Ergebnisse Emulsionstemperatur, ° C (⁰E¹) 19 (66)

Emulsionsströmungsgeschwindigkeit, g/Min. 70 Bitumentemperatur, ° C (⁰F) I63 (325)

Bitumenströmungsgeschwindigkeit, g/Min. 2800 Gewicht und Volumenverhältnis von

Wasser zu Bitumen 1 : 93

Schaumvolumen «je g Bitumen, ml 20,0

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Dieser Schaum hatte einen Halbzeitswert von 2,5 Minuten im Gefäss von 2700 ml, welcher gleich zu demjenigen ist, der erhalten wird, wenn Schäume mit ähnlicher Expansion aus dem gleichen Bitumen unter Anwendung von Wasser oder Wasser in Verbindung mit Wasserdampf gemäss der Erfindung erhalten wurde. Auch dieses System zeigte die günstigen Eigenschaften der augenoxicklichen Schaumbildung bei der Freigabe aus dar Düse.

Beispiel 6

Bei diesem Beispiel wurde eine mechanische Dispergiervorrichtung mit einem Hochgeschwindigkeitspropeller in der Bitumenzufuhrleitung zwischen der Wassereindüseinrichtung und der Probefreigabedüse, wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 13 beschrieben, zur Herstellung eines Schaumes aus einem Bitumen entsprechend dem Australischen Standard A1O - 1967 Klasse R9O verwendet. Die verwendete Düse zeigte keine weitere Schereinrichtung ausser einem lippenförmigen Mundstück von 12,7 Bim Länge und einer maximalen Breite von 0,338 cm. Diese Düse gab 17*2 1 (4 imperial gallons) je Minute des typischen Bitumen E90 bei 177° C und 0,8 atü frei, die axial vom Eintritt zum Mundstück flössen

In der folgenden Tabelle ist das Verhalten des Systems zusammengefasst.

BAD ORIGINAL

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Tabelle VI Betriebsbedingungen und Ergebnisse

Bitumentemperatur, ⁰C (⁰F) 175

Bitumenströmungsgeschwindigkeit, g/Min. 2800

Wassertemperatur, ⁰C (⁰F) 14 (57)

Wasserströmungsgeschwindigkeit, g/Min. 29

Verhältnis Wasser zu Bitumen

(Gewicht oder Volumen) 1 ϊ 97

Druck während des Betriebes, atü (psi) 0,8 (12)
Schaumvolumen je g Bitumen, ml 15»2

Die Schaumbildung bei der Freigabe erfolgte in günstigerweise augenblicklich.

Beispiel ?

In diesem Beispiel ist gezeigt, wie ein nicht-bitumenartiges Material in einen hochexpandierten Schaum gemäss der Erfindung überführt werden kann und es ist die Bedeutung eines derartigen Schaumes bei einer Industrie-Anwendung von völlig unterschiedlicher Art gegenüber der bisher bekannten Behandlung des teilchenförmigen Materials angegeben. In diesem Beispiel ist auch die Eignung der erfindungsgemässen Schaumbildungsverfahren zur Freigabe des Schaumes aus einem Sprühbügel gezeigt, der in diesem Fall aus einem Rohr mit geeignet angebrachten Auslasslöchern zum Unterschied von der Anwendung von Freigabedüsen bestand.

Für die Zwecke des Versuches bestand die Schaumerzeugungs- und Freigebungseinheit aus dem vorstehend beschriebenen Wassereindüsmundstück mit anschliessender Tormischvorrichtung mit Raschig-Eingen. Bei jedem Versuch

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mit dieser Kombination und ohne irgendeine abschliessende Freigabedüse wurde die vorstehend angegebene "Heiss-Schmelze B" in einer Menge von 2900 g/Min, bei 154° C eingepumpt, Wasser mit 14-° C in einem Verhältnis von 1 : 100 eingedüst und eine Schaumexpansion von 18,7 : 1 erhalten.

Bei dem anschliessenden Versuch wurde diese Schaumerzeugungseinrichtung direkt mit einem horizontalen Schaumsprühbügel durch ein Kniestück verbunden. Der Sprühbügel bestand aus einem Eohr von 50,8 cm Länge und 12,7 ™a Durchmesser, das am anderen Ende geschlossen war und hatte an der Unterseite fünf im gleichen Abstand angebrachte Freigabelöcher mit einem Durchmesser von 9/64 bis 11/64 in Abhängigkeit von dem Abstand vom Eintrittsende, wie in Fig. 12 gezeigt.

Die "Heiss-Schmelze B^M wurde zu dem Schaumerzeuger in einer Menge von 2600 g/Min, mit einer Temperatur von 160° C gepumpt und Wasser wurde in einem Verhältnis von 1 : 100 der Heiss-Schmelze eingedüst. Es wurde eine ausgezeichnete Entwicklung und Verteilung des Schaumes trotz der Kühlprobleme, Dampfabscheidung und Schaumverringerung erhalten, die in einem ausgedehnten Freigabesystem auftreten.

Zur Erläuterung der Anwendbarkeit dieses Systems wurde die geschäumte Heiss-Schmelze als Appreturbehandlung für eine Teppichrückseite verwendet. Ein Bogen eines ohne Appretur vorliegenden, getufteten Teppichs aus Acrylfasern, die lose in einer Nesselrückseite eingebettet waren, wurde verwendet. Bei dem normalen Fertigungsverfahren wird Latex oder ein anderes Material auf die Rückseite aufgetragen.

Dieses Material bindet nach der Aushärtung die Fasern fest an der Eückseite und gleichzeitig ergibt es Festig-

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keit, Gewicht und Steifheit für das Material. Heiss-Schmelzen sind für ihre Anwendung zu diesem Zweck bekannt, jedoch wurde ihre Anwendung durch die äussersten Schwierigkeiten bei der Auftragung gehemmt.

Bei diesem Versuch wurde der Teppich mit der Fläche nach abwärts unter dem Schaumsprühbügel mit einer Geschwindigkeit durchgeführt, die eine Auftragung der

Heiss-Schmelze in einer Menge von 0,9 kg je 0,8 m ergab. Auf die Auftragungsvorrichtung folgte ein erhitztes Abstreifblatt, das zur Auftragung der abschliessenden Ausgleichung des aufgetragenen Materials diente (siehe Fig. 12). Es wurde eine gleichmässige Auftragung erhalten und der gewünschte Eindringungsgrad durch die Rückseite erzielt, wodurch die Fasern stark an der Rückseite gebunden wurden und der Teppich eine stark verbesserte Festigkeit und Handhabungsfähigkeit erhielt. Selbstverständlich kann dieses System auch zur Behandlung beliebiger Materialbreiten, wie sie gewünscht werden, erweitert werden.

Beispiel 8

Dieses Beispiel erläutert weiterhin die Eignung der erfindungsgemäss angegebenen Verfahren und Vorrichtungen zur Ausbildung ausgezeichneter Schäume aus stark-differierenden Materialien. In diesem Fall bestand das gewählte Material aus einem Polyäthylen mit folgenden Eigenschaften: Dichte 0,92

Durchschnittliches Molekulargewicht 2000

Schmelzpunkt, ° C(⁰F) 103 - 108

(219 - 226)

Viskosität bei 60° (cp) 180

Nadeleindringung bei 60° C 3-5

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Die Schäumung wurde unter Anwendung der üblichen, mit gesättigtem Wasserdampf oder Wasser in Verbindung mit Dampf oder komprimierten Gasen anwendbaren Düse ausgeführt. Ein typischer Versuch ist in der nachfolgenden Tabelle VII aufgeführt.

Tabelle VII

Polyäthylentemperatur, ⁰C (⁰F) 171

Polyäthylen-Strömungsgeschwindigkeit,

g/Min. 2280

Wassertemperatur, ° C(⁰F)

Verhältnis Wasser : Polyäthylen 1 : 18

Schaumvolumen je g Polyäthylen (ml) 22

Ein guter Schaum wurde augenblicklich bei der Freigabe aus der Düse erhalten. Es wurde eine hohe Expansion erzielt und die Gesamtergebnisse waren ausserst erfolgreich.

Beispiel 9

Durch dieses Beispiel wird die Wirksamkeit belegt, womit das Schaumverhältnis durch die erfindungsgemässen Massnahmen geregelt werden kann. In der nachfolgenden Tabelle VIII sind die Arbeitsbedingungen und die Schaumverhältnisse aufgeführt, die bei einem Systm erhalten wurde, wobei das Verhältnis von Wasser zu Bitumen ohnrj signifikante Änderung der anderen Arbeitsfaktoren variiert wurde. Das vorstehend beschriebene Eindüsmundstück und die Mischvorrichtung mit Raschig-Ringen wurden zusammen mit dem schlitzförmigen Mundstück von niedriger Scherwirkung bei axialer Strömung verwendet.

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	Tabelle VIII	171 (340)	174 (345)	(350)	174
Bitumentemperatur, ο c(oF)	(350)	2800	2800	2800	2800
Bitumenströmungs- ge s chwindi gkei t, g/Min.	2800	14 (56)	14 (56)	14 (56)	13 (55)
Wassereindüsung Temperatur, 0C (0I1)	15 (59)	1:200 1	:300 1	:400	1:500
Verhältnis Wasser/ Asphalt (Gew./Gew.)	1:100 Λ	1,1 (16)	1,05 (15)	(i°f	(1°5
Druck am Einlass des Dispersionssystems, atü ("Dsip;)	1,4 (20)	8,0	6,3	4,1	3,3
Schaumvolunien, ccm/g des Asphalts	18,2

Es ergibt sich, dass die Schaumverhältnisse nur geringfügig unterhalb der theoretisch möglichen in sämtlichen Fällen liegen, was sowohl die Wirksamkeit des Schäuraungsverfahrens als auch den hohen Grad der Regelung über das Ausmass der Schaumexpansion belegt.

Beispiel 10

In diesem Beispiel ist die Schäumung eines starkviskosen Schmiermittels erläutert. Das Schmiermittel war eines vom normalen handelsüblichen Typ, das in der Praxis mit einem Lösungsmittel verdünnt würde, typi&cherweise mit 10 % Trichloräthylen, oder das erhitzt und immer noch im stark-viskosen Zustand abgegeben würde.

Es hatte folgende Zusammensetzung und Eigenschaften:

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Zusammensetzung

Bitumen 93 Gew.%

Bleinaphthenat 6 Gew.%

Chloriertes Paraffinwachs 1 Gew.%

Eigenschaften

Bleigehalt 1,5 Gew.%

Chlorgehalt 0,4- Gew.%

Viskosität bei 99° C 2900 cp

Diese Masse wurde bei 149° C mit 1 % Wasser unter Anwendung des vorstehend beschriebenen feinen Eindüsmundstückes, einer Vormischvorrichtung mit Raschig-Ringen und einer einfachen Düse mit axialer Strömung und sich verjüngendem, schlitzförmigem Mundstück geschäumt. Das Schaumexpansionsverhältnis war 14 : 1 und die Halbzeitdauer 0,7 Minuten, was für Schmierzwecke sehr geeignet ist. Die Haftung des geschäumten Materials an einer hochpolierten Stahloberfläche war ausgezeichnet.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird die Ausbildung von Schaumverhältnissen von geeigneter Grosse für beliebige von zahlreichen Anwendungen ermöglicht und ein relativ hohes Ausmass der Steuerung über die Qualität des gebildeten Schaumes hinsichtlich von dessen Stabilität und Einheitlichkeit erreicht. Vorstehend wurde angegeben, dass ein Volumenverhältnis von Schaum zu Grundmaterial von 20 : 1 eine zufriedenstellende obere Grenze zur Anwendung bei der Überziehung von Aggregaten ist, wobei jedoch selbstverständlich auch höhere Verhältnisse angewandt werden können und tatsächlich bei einigen Anwendungsgebieten günstig sind. Im allgemeinen wurde jedoch gefunden, dass Verhältnisse von höher als 20 : 1 keinen markanten Vorteil besitzen und bisweilen eine verringerte Schaumstabilität zeigen.

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Schaumverhältnisse von 10 : 1 oder mehr werden üblicherweise bei den meisten Anwendungen bevorzugt, jedoch gibt es einige Anwendungsgebiete, beispielsweise beim Überziehen von Materialbögen, wo Schaumverhältnisse bis herab zu 2 : 1 brauchbar sein können. Ein Merkmal der Erfindung liegt darin, dass derartige Schäume mit niedrigem Volumen leicht entwickelt werden können und frei von zerstäubtem Grundmaterial sind und gegebenenfalls auch ohne Freigabe mit hoher Geschwindigkeit, falls dies ungünstig ist. Derartige Schäume mit niedrigem Verhältnis können leicht gebildet werden, indem das Verhältnis von flüchtiger Flüssigkeit zu Grundmaterial verringert wird, beispielsweise im Fall von Wasser, wo dieses auf eine Menge von 1 auf 2000 Volumenteile verringert werden kann.

Ein weiteres wertvolles Merkmal der Erfindung liegt darin, dass es eine Steuerung über die Textur des Schaumes erlaubt, worunter die Blasenabmessungen und die Einheitlichkeit der Blasengrösse verstanden wird. Diese sind von praktischer Bedeutung insofern, als gröbere Schäume im allgemeinen eine kürzere Lebensdauer, wenn die anderen Variablen konstant gehalten werden, haben und dies kann ein Nachteil oder Vorteil entsprechend dem Anwendungszweck sein, dem der Schaum zugeführt wird. .Auch sind feinere Schäume besser zum Eindringen in kleinere Öffnungen geeignet und sie ergeben den höchsten Oberflächenbereich, falls dies zur Erzielung einer maximalen Abdeckung bei einem überzugsanwendungsarbeitsgang wichtig ist.

Die Blasengrösse kann erhöht werden und die Schaumlebensdauer gesenkt werden, wenn ein Überschuss des Schäumungsmittels, beispielsweise Wasser, angewandt wird,oder es kann durch Variierung der Grosse der dispergierten Wassertröpfchen gesteuert werden. Wenn beispielsweise das Verhältnis von Wasser zu Bitumen R90 von 1 : 100 auf

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1 : 50 bei verschiedenen Versuchen erhöht wurde, wurde die Lebensdauer des Schaumes etwa halbiert. Dies wurde von der erforderlichen Zeit zur Füllung eines Behälters von 2700 ml Inhalt erforderlichen Zeit bis zum Zusammensinken auf die Hälfte des Volumens abgeschätzt, wobei typische Zeiten 2,5 bzw. 1,3 Minuten betrugen.

Die vorliegende Erfindung konnte nur nach einer beträchtlichen Versuchsarbeit entwickelt werden, da die Ausbildung von zufriedenstellenden Schäumen von hochexpandierter Art aus heissem Bitumen speziell die Lösung von den für dieses Material speziellen Problemen und deren Anwendung einschliesst. Beispielsweise müssen die Schäume bei hohen Temperaturen gebildet und verwendet werden, typischerweise aus einem auf 163° C erhitzten Bitumen, und bei dieser Temperatur werden verschiedene, physikalische Eigenschaften nachteilig für die Schaumbildung. So wird z. 3. die Viskosität relativ niedrig und praktisch newtonisch; beispielsweise hat ein Material für Strassenbauqualität von einer Penetration von 90 typischerweise eine Viskosität von 4 Stokes bei 135° C.

Es ist weiterhin aus der allgemeinen Schaumbildungstheorie und der Praxis bekannt, dass Paktoren, welche von sich aus kurzlebige Schäume ergeben, auch eine schwierige Schaumbildung verursachen und es wurde gefunden, dass eine sehr kurze Lebensdauer der Schäume ein charakteristisches Merkmal für Schäume ist, die aus Bitumen bei hohen Temperaturen gebildet werden. Dies lässt sich auch durch die Beobachtungen gemäss den Beispielen 2 und 3 belegen, wo ein Behälter von 2700 ml Inhalt gefüllt wurde, indem er eng an dem Düsenaustritt, um eine Abkühlung auf einem Hinimum zu halten, gehalten wurde, wobei die Halbwertszeiten der mit Wasser gebildeten Schäume bei diesen beiden Beispielen 1 Minute bzw. 1 1/2 Minuten betrugen.

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Gleichzeitig ist es wesentlich für zahlreiche Zwecke, dass die im hochexpandierten Zustand gebildeten Schäume augenblicklich beim Austritt aus der Düse entstehen. Dies ist deshalb der Fall, weil der Temperaturabfall sehr scharf wird, wenn der Strahl des Schaums ziemlich weit ' "^ durch die Luft wandert. Ausser der Tatsache, dass die Abkühlung des Wasserdampfes innerhalb der Schaumblasen eine Kontraktion des Schaumes verursacht und dann ein Zusammenbruch erfolgt, wenn die Kondensation eintritt, ist es allgemein notwendig, die Schaumwärme beizubehalten, um die günstigsten Bedingungen zum Vermischen mit einem kalten, teilchenförmigen Material zu erhalten. Tatsächlich kann in einigen Fällen ein geeignetes Mischen nicht erhalten werden, falls der Düsenauslass nicht praktisch in Kontakt mit dem zu behandelnden Material steht.

Eine \*eitere Erläuterung des Vorteiles der augenblicklichen Schaumbildung liegt darin, dass dies eine enge Steuerung der zu behandelnden Fläche erlaubt, beispielsweise wenn die Schäume auf bewegte Materialbögen aufgetragen werden.

Es wurde bereits ausgeführt, dass ein Hauptvorteil der Umwandlung von viskosen Flüssigkeiten in den geschäumten Zustand darin liegt, dass dies eine wirksamere oder bequemere Auftragung derselben auf zahlreiche Arten von Materialien möglich macht, als es durch andere Massnahmen der Fall ist. Dies hängt sowohl von der speziellen Anwendung als auch von dem geschäumten Material ab, bei welcher Viskosität die Anwendung des Schaumesl vorteilhaft wird und im allgemeinen ist, je höher die Viskosität des Materials oder dessen Schmelze ist, desto günstiger dessen Verschäumung. Da gleichzeitig eine relativ niedrige Viskosität für die Ausbildung der Schaumbildung als schwierig

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zu betrachten ist, liegen zwei Gründe für einen Viskositätswert vor, bei dem die Verschäumung sowohl vorteilhaft als auch ratsam wird. Es wurde jedoch bei den vorliegenden Versuchen festgestellt, dass, obwohl bei einer speziellen Art des Materials eine Verringerung der Viskosität unterhalb eines bestimmten Wertes eine fortschreitend schlechtere Verschäumbarkeit ergibt, durch eine Änderung der Art des Materials im weiten Umfang der Viskositätswert geändert werden kann, bei dem entsprechende Effekte auftreten.

Beispielsweise ergab eine Probe von Bitumen R9O mit einer Viskosität von 140 cp bei einer Arbeitstemperatur von 160° C ein Schaumexpandierverhältnis von 19 : 1, wenn 1 % Wasser unter Unterstützung mit Wasserdampf in der vorstehend geschilderten Weise durch eine Düse eingedüst •wurde. Es war möglich, zunächst die Viskosität dieses Materials durch Versetzen mit einem Schweröl als Plussmittel erheblich ohne wesentliche Verringerung dieses hohen Expansionsverhältnisses zu verringern, insbesondere unterhalb der Viskosität, welche normalerweise der weichste Strassenherstellungsbiturnen zeigt, d. h. eine mit einer Penetration von 200 bei 25° C Jedoch ergab eine fortschreitende Verringerung der Viskosität, bestimmt bei der Schäumung s temp era tür von 160 C, eine zunehmende Verringerung des Schaumverhältnisses. Beispielsweise wurde dieses auf 10 : 1 bei einer Viskosität von 23 cp bei 160° C verringert. Auch dies stellt noch einen sehr brauchbaren Schaum dar.

Ähnliche Versuche wurden mit der vorstehend beschriebenen "Heiss-Schmelze A" durch fortschreitende Verringerung ihrer Viskosität durch Zugabe von mikrokristallinem Wachs als Bestandteil durchgeführt. In der ursprünglichen Form ergab diese Heiss-Schmelze, die eine Viskosität in der

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Grössenordnung von 170 ep bei 160° C hatte, typischerweise eine Schaumexpansion von 20 : 1 beim angewandten Verfahren. Dieses Verhältnis fiel jedoch auf 10 : 1 ab, wenn die Viskosität auf 74· cp bei 160° 0 erniedrigt wurde, und es ergibt sich, dass dies mehr als der Jfache Wert der Viskosität des mit Flussmittel versetzten Bitumens ist, welcher eine gleiche Schaumexpansion ergab. Die minimale Viskosität zur Bildung des Schaumes kann nicht durch einen Einzelwert angegeben werden, da sie entsprechend den folgenden Gesichtspunkten variiert:

(a) gewünschtes, minimales Schaumausdehnungsverhältnis

(b) Arbeitstemperatur

(c) Zusammensetzung des zu schäumenden Materials.

Das minimal vertretbare Schaumausdehnungsverhältnis hängt sehr stark von der Art der Anwendung ab, wofür der Schaum verwendet soll. Beispielsweise bei der Bodenstabilisierung und anderen Arbeiten, bei denen eine Vermischung eines stark-viskosen Materials mit einem kalten, feinen teilchenförmigen Material erforderlich ist, ist es allgemein vorteilhaft, einen stark-expandierten Schaum zu verwenden, beispielsweise einen Schaum mit einem 15 bis 20fachen volumetrischen Anstieg, wie er erfindungsgemäss möglich wurde.

Falls das zu schäumende Material eine relativ niedrige Viskosität hat oder das zu behandelnde Material warm oder heiss ist, brauchen die Schäumungsverhältnisse nicht bei den Maximalwerten liegen, was auch der Fall ist, wenn relativ schwere Auftragungen auf grössere-Gegenstände erfolgen.

Falls man die Schaumexpansion auf einen Zwischenwert· für ein Material, das sonst einer hohen Expansion zugang-, lieh ist, einstellen will, kann dies leicht durch die erfindungsgemäss en Regelungen erzielt werden, beispielsweise

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durch Regelung des Verhältnisses von Wasser zu Bitumen, wie es bereits in Beispiel 9 abgehandelt ist.

Ideal sind die Anforderungen zur leichten und praktisch augenblicklichen Herstellung von hochexpandierten Schäumen aus heissem Bitumen unter Verwendung von Wasser als Schäumungsmittel mit ausreichender Steuerung der Schaumqualität und deren Abgabe, wie folgt:

(I) Es erfolgt eine Zufuhr des heissen Bitumens, der mit geregelter Geschwindigkeit in eine geeignete, nachfolgend beschriebene Mischkammer freigegeben wird;

(II) Es erfolgt eine Zufuhr von Wasser, das mit geregelter Geschwindigkeit an eine Stelle innerhalb der vorstehenden Mischkammer oder dieser vorhergehend freigegeben wird, wobei die Menge der Wasserströmung relativ zu Bitumen mindestens gleich der theoretisch notwendigen Minimalmenge zur Erzeugung des gewünschten vo1umetrisehen Verhältnisses von Schaum zu Bitumen bei der gewünschten Temperatur oder eine etwas überschüssige Menge hierüber ist;

(III) Die Temperatur des Bitumens wird so gehalten, dass er eine ausreichende Wärme zur Verdampfung mindestens der theoretischen, vorstehend unter (II) angegebenen Wassermenge enthält und eine Schaumtemperatur mit dem gewünschten Wert ergibt, wobei diese Temperatur wesentlich oberhalb der Kondensat!onstemperatür des Wasserdampfes innerhalb des expandierten Schaumes liegt und insbesondere hoch genug ist, um eine geeignete "Fließfähigkeit während des Vermischens oder überziehens, wozu der Schaum verwendet wird, aufrechterhalten wirdj

(IV) Als Mischkammer wird eine Vorrichtung verwendet, welche eine gesteuerte Dispersion des Wassers innerhalb des Bitumens erzielt, wobei bei dieser Dispersion das Wasser in ausreichend kleine Teilchen zerteilt wird, um BIa-

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sen von zufriedenstellender Grosse bei der Verdampfung zu ergeben, während gleichzeitig rasch die Temperatur des Wassers auf einen Wert erhöht wird, wo eine praktisch augenblickliche Entwicklung der erforderlichen volumetrischen Verhältnisses von Schaum zu Bitumen erreicht wird, wenn die Masse aus dem Auslass des Schäumungssystemes freigegeben wird, wobei jedoch diese Teilchen nicht so fein sind, dass vorzeitig freier Dampf erzeugt wird; und

(V) Die Strömungsgeschwindigkeiten von Bitumen und Wasser und, falls verwendet, Wasserdampf oder Gasträger, werden so eingestellt, dass sich die gewünschte Austrittsgeschwindigkeit des Schaumes ergibt, so dass dessen Auftragung auf die oder in die zu behandelnden Materialien erleichtert wird.

Es wurde vorstehend ausgeführt, dass die Schäumung "während der Freigabe des Gemisches aus Grundmaterial und flüchtigem Mittel durch das Freigabemundstück" erfolgt oder "wenn das Gemisch aus Grundmaterial und flüchtigem Mittel aus dem Freigabemundstück ausströmt". Diese und ähnliche Angaben sind im breiten Sinne aufzufassen, da sich bei den Versuchen nicht genau der exakte Zeitpunkt feststellen Iiess, bei dem das Schäumen beginnt. Es scheint, dass mindestens ein gewisser Betrag der Schäumung in dem Moment der Freigabe aus dem Freigabemundstück erfolgt, jedoch ist es auch möglich, dass eine gewisse Schäumung tatsächlich bereits innerhalb des Mundstückes und sogar innerhalb der Mischkammer oder anderen umgebenden Körpern, beispielsweise Leitungen, erfolgt, bevor die Masse tatsächlich in das Freigabemundstück eintritt.

Die vorstehenden Grundsätze hinsichtlich des Schäumens von Bitumen mit Wasser treffen auch auf das Schäumen von anderen viskosen Materialien zu, in denen Wasser praktisch unlöslich ist und auch die Anwendung von anderen flüchtigen

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Flüssigkeiten ausser Wasser zum Schäumen von Bitumen und anderen viskosen Materialien, worin diese Flüssigkeiten
praktisch unlöslich sind.

Es ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung und den Beispielen, dass es durch die Erfindung möglich wird, jedes der vorstehenden Anfordernisse zu erfüllen und sich dadurch eine bequeme Herstellung eines in der Praxis wertvollen Schaumes ergibt.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Materials durch Dispergieren eines Schäumungsmittels in dem Grundmaterial, das bei einer ausreichend hohen Temperatur zur Verdampfung des Schäumungsmittels liegt und anschliessende Freigabe des Druckes unter Ausbildung eines Schaumes, dadurch gekennzeichnet, dass als Schäumungsmittel eine Flüssigkeit verwendet wird, welche in dem Grundmaterial unlöslich ist.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dispergiermittel zugesetzt wird, um die Flüssigkeit in feine Tröpfchen aufzubrechen.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundmaterial eine bituminöse Substanz, vorzugsweise Asphalt, und als Flüssigkeit Wasser verwendet wird, wobei das Verhältnis von Wasser zu bituminöser Sub-¹ stanz vorzugsweise 1 : 5 bis 1 : 150 beträgt.

   4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass als Dispergiermittel Wasserdampf verwendet! wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn-j zeichnet_t dass die Flüssigkeit in das Grundmaterial in i Form einer Emulsion eingeführt wird. ·

   6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit die kontinuierliche Phase der Emulsion bildet und der Modifizierer für das Grundmaterial

   die dispergierte Phase bildet.

   7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Emulsion eine Wachsemulsion verwendet wird.

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