DE2118064A1 - Verfahren zum Verlegen eines modi fizierten Asphaltbelages - Google Patents

Verfahren zum Verlegen eines modi fizierten Asphaltbelages

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DE2118064A1 DE19712118064 DE2118064A DE2118064A1 DE 2118064 A1 DE2118064 A1 DE 2118064A1 DE 19712118064 DE19712118064 DE 19712118064 DE 2118064 A DE2118064 A DE 2118064A DE 2118064 A1 DE2118064 A1 DE 2118064A1
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Friedrich Wilhelm Gusfeldt Karl Heinz 2000 Hamburg Stever
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Shell Internationale Research Maat schappij N V , Den Haag (Niederlande)
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Description

SHELI IFTERNATIONAIE RESEARCH MAATSCHAPPIJ N#Ve Carel van Bylandtlaan 30, Den Haag / Niederlande
betreffend:
"Verfahren zum Verlegen eines modifizierten Asphaltbelages"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verlegen eines Asphaltbelages, bei welchem eine Epoxyharzmasse verwendet wird. Das Verfahren kann angewandt werden zum Belegen von Straßen, Fußwegen, Rollfeldern, Brücken, Viadukten, Unterführungen u.dgl.
Bekanntlich können zum Aufbringen einer rutschfesten und lösungsmittelbeständigen Deckschicht auf vorhandene Oberflächen von Straßen, Brücken und Rollfeldern härtbare Epoxyharzmassen verwendet werden. Die Epoxyharzmassen (die ein Epoxyharz, ein Härtemittel und vorzugsweise Streckmittel, wie ein Bitumen, Fraktionen von aromatischen Mineralölen oder Phenole enthalten) werden dabei auf die vorhandenen Oberflächen, die eich bei Umgebungstemperatur befinden, aufgebracht und bilden dort eine zusammenhängende Deckschicht. Zwecks Erzeugung der Rutschfestigkeit verwendet man.
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ein mineralisches Aggregat (z.B. Splitt), das mit der Harzmasse vermischt werden kann, bevor diese aufgebracht wird oder das man über die Überzugsschicht verteilt, bevor diese hart geworden ist. Der hohe Gestehungspreis von Epoxyharzmassen verhinderte jedoch, daß sich ihre Anwendung als zusammenhängende Deckschichten über weite Bereiche in größerem Umfang einführte; sie wurden hauptsächlich verwendet auf Flächen von beschränktem Umfang, wie Brückenbeläge und zusätzliche Deckschichten an besonders gefährlichen Straßenabschnitten, wie an oder in der Nähe von Bushaltestellen, Straßenkreuzungen, in der Nähe von Verkehrslichtern, in Kreisverkehr oder in scharfen Kurven und an abschüssigen Böschungen. Außerdem können, je nach der verwendeten Masse und der Art der Unterlage, Unterschiede im Ausdehnungs- und Biegsamkeitskoeffizienten gegenüber den darunterliegenden Asphältschichten dazu führen, daß bei extremen Temperaturunterschieden oder außerordentlicher Verkehrsbelastung die Adhäsion verlorengeht.
Erfindungsgemäß werden diese Nachteile vermieden, indem man eine Asphaltschicht imprägniert mit einer härtbaren Epoxyharzmasse, anstatt sie, wie bisher, mit einer solchen Masse zu überdecken.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verlegen eines modifizierten Asphaltbelages besteht aus folgenden Schritten: (a) Man versprüht auf eine Unterlage eine Schicht aus heißem Asphalt, der sich aus Bitumen und grobkörnigen Zuschlagstoffen zusammensetzt und verdichtet diese Schicht gegebenenfalls durch Walzen oder Stampfen, so daß sie ein Porenvolumen von 5 bis 10 % aufweist^ hierauf (b) füllt man mindestens einen Teil der Poren in dieser bei mindestens 650C gehaltenen Schicht durch Tränken mit einer flüssigen Epoxyharz-
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masse, die neben Epoxyharz ein. Härtemittel und gegebenenfalls ein StreckÖl und/oder einen Härtungsbeschleuniger enthält; zum Schluß läßt man (c) die Epoxyharzmasse aushärten.
Bei den bekannten Verfahren zum Aufbringen einer Deckschicht aus Epoxyharz verhindern die hohe Viskosität der Epoxyharzmassen oder des Zuschlaggehaltes (Mineralgerüstes) eine ausreichende Füllung der öffnungen in der darunterliegenden Schicht, die bei Umgebungstemperatur ist. Dagegen dringt beim vorliegenden Verfahren die Epoxyharzmasse, die bei der hohen Temperatur eine niedrige Viskosität hat, in die Poren des Asphalts bis zu einer Tiefe von vorzugsweise 1 bis 2,5 cm ein und blockiert nach dem Härten die Poren recht wirksam. Die so erhältliche Schicht ist im wesentlichen undurchdringlich für Wasser und hat eine bessere Stabilität gegenüber Frostschäden als die nichtbehandelte Asphaltschicht. Ein weiterer Vorteil besteht in einer verbesserten Abriebfestigkeit.
Die Menge an erfindungsgemäß zu verwendender Epoxyharz-
masse liegt gewöhnlich bei bis zu 2 kg/m , z.B. bei P P
0,5 bis 2 kg/m , wobei Mengen von 0,5 bis 1,5 kg/m bevorzugt sind. Die maximale Menge an Epoxyharzmasse hängt ab von dem Gehalt der Asphaltschicht an Poren und kann leicht bestimmt werden, wenn man das Imprägniermittel langsam in Portionen auf eine kleine Fläche der heißen Asphaltschicht ausgießt, wobei man es zugleich verwischt, bis die Oberfläche etwa 2 min nach dem Vergießen der letzten Portion feucht bleibt. Ein Oberfluten dieses Sättigkeitspunktes ist überflüssig und sollte vermieden werden. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren die Epoxyharzmasse in der verwendeten kleinen Menge keine zusammenhängende Deckschicht
— 4. _
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bildet, kann nicht erwartet werden, daß die Lösungsmittelbeständigkeit ebenso hoch ist als bei den üblichen Verfahren, bei denen eine zusammenhängende Deckschicht aus Epoxyharz aufgebracht wird.
Nach dem Aufbringen der Epoxyharzmasse, z.B. durch Versprühen oder durch Vergießen und Glätten, wird die Masse innerhalb weniger Minuten völlig in den Poren absorbiert.
Als Mineralgerüst wird ein feinkörniger Zuschlag, wie Sand, aufgesprüht, nachdem die Epoxyharzmasse aufgebracht ist; die zusammengesetzte Asphaltschicht kann dann gegebenenfalls noch kompakter gemacht werden.
Die Oberfläche von Asphaltstraßen setzt sich gewöhnlich aus zwei Schichten zusammen, nämlich einer Unterlage und darüber einer Verschleißbahn, die üblicherweise eine Dicke von 10 bis 25 mm hat. Die Verschleiß- oder Abnutzungsbahn wird gewöhnlich verlegt, wenn die Unterlage wesentlich, oft auf Umgebungstemperatur, abgekühlt ist. Wird die Epoxyharzmasse nun auf die heiße Verschleißbahn aufgebracht, so wird ihr Eindringen in die kältere Unterlage verzögert durch ihre höhere Viskosität bei der niedrigeren Temperatur.
Erfindungsgemäß können Epoxyharzmassen verwendet werden, die bei Umgebungstemperatur eine lange Lagerfähigkeit, z.B. 6 Stunden oder länger, aufweisen, und die bei erhöhter Temperatur im Asphalt innerhalb kurzer Zeit, z.B. innerhalb 10 bis 20 min, so weit aushärten, daß der Belag für Wasser undurchdringlich wird. Die lange Lagerfähigkeit erleichtert das Umgehen mit der Masse am Arbeitsplatz und aufgrund der kurzen Härtezeit kann man auch unter ungünstigen Wetterbedingungen, z.B. bei bevorstehendem Regen, arbeiten.
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Die erfindungsgemäß verwendete Epoxyharzmasse ist eine Flüssigkeit mit einer Viskosität, aufgrund deren sie in die Poren der Asphaltschicht bei Temperaturen von 65 bis 1OO°C bis zu einer Tiefe von etwa 10 bis 25 mm eindringen kann. Zweckmäßigerweise liegt die Viskosität bei 1500 bis 1800 Centistokes bei 200G; diese Werte . entsprechen 200 bis 250 Centistokes bei 400G oder (extrapoliert) 10 bis 20 Centistokes bei 90°C, wobei alle Werte für frisch bereitete Gemische gelten. Die am meisten bevorzugte Impragnierungstemperatur ist 900C und für eine rasche Imprägnierung ist eine Viskosität von 10 bis 20 Centistokes ratsam; allerdings kann die Viskosität bei 900C. wegen des raschen Aushärtens bei höherer Temperatur experimentell nicht bestimmt werden, so daß sie aus den Viskositätswerten für niedrigere Temperaturen extra_poliert werden muß.
Das Epoxyharz kann definiert werden als ein Polyepoxid mit durchschnittlich mehr als einer Epoxygruppe je Molekül. Bevorzugte Polyepoxide sind flüssige Polyglycidylether von mehrwertigen Phenolen, wie 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan mit einem Epoxyäquivalentgewicht von 170 bis 300. Andere flüssige Polyepoxide sind Polyglycidyläther von mehrwertigen Alkoholen und Diglycidylester von Tetrahydrophthalsäure oder Hexahydrophthalsäure. Die Polyepoxide können kleine Mengen, d.h. weniger als 20 Gew.-% an flüssigen Monoepoxiden, wie Phenylglycidyläther, Butylglycidyläther, 2-Äthylhexylglycidyläther und Glycidylester von gesättigten Monocarboxylsäuren, bei welchen die Carboxylgruppen an einem tertiären oder quaternären Kohlenstoffatom sitzen, enthalten.
Die Epoxyharzmasse enthält zum Aushärten ein Härtemittel, · unter denen als Beispiele genannt seien: Polyamine, wie Äthylendiamin, Diäthylentriamin, N-Aminoäthylpiperazin; lösliche Addukte von Epoxiden und aliphatischen Polyaminen;
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Polyamide und Aminoalkylimidazoline, hergestellt durch. Umsetzen von polymeren ungesättigten Fettsäuren und aliphatischen Polyaminen; Gemische aus aliphatischen Polyaminen und Monocarbonsäuren, wie Naphthensäuren und polymerisierte ungesättigte Fettsäuren. Um das Aushärten zu beschleunigen, kann ein Beschleuniger zugefügt werden, z.B. ein phenolischer Beschleuniger, wie Phenol, ein Cresol, ein Xylenol, Nbnylphenol, Dodecylphenol oder Dinonylphenol. Vorzugsweise enthält die Epoxyharzmasse ein Strecköl, z.B. eine bei niedriger Temperatur siedende, hoch aromatische Erdölfraktion. Geeignete Strecköle sind die niedrig siedenden aromatischen öle, die man erhält durch Extraktion von Schmierölfraktionen mit einem polaren Lösungsmittel, wie Schwefeldioxid, Phenol, Cresylsäure, Furfurol oder SuIfolan. Die Anwendung des doppelten Lösungsmittelverfahrens unter Verwendung von gegenseitig nicht-mischbaren Lösungsmitteln, wie Cresylsäuren und Propan ergibt ebenfalls geeignete hocharomatische Extrakte. Bevorzugt sind insbesondere Edeleanu- und Furfurol-Extrakte von Schwerölfraktionen und -destillaten.
Andere geeignete Strecköle sind leichtes katalytisch gekracktes Eückführungsöl, Furfurolextrakte von schwerem katalytisch gekracktem Eückf lußöl oder Kerosinextrakte mit etwa 74- Gew.-% an aromatischen Verbindungen.
Die Epoxyharzmasse enthält vorzugsweise 30 bis 35 Gew.-% flüssiges Epoxyharz, 10 bis 20 Gew.-% Härtemittel und bis zu 15 Gew.-% Phenole, wobei das Strecköl den Eest auf 100 % bildet.
Die Epoxyharzmasse wird vorzugsweise kurz vor Gebrauch hergestellt aus einem Zweikomponentensystem, dessen eine Komponente
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das Epoxyharz und gegebenenfalls das Strecköl und dessen andere Komponente das Härtemittel und gegebenenfalls den Beschleuniger und weiteres Strecköl enthalten.
Die Beispiele erläutern die Erfindung näher. Beispiel 1_
Auf eine Asphaltunterlage von normaler Zusammensetzung (Zuschlag von mittlerer Körnung 0/25 nun; als Binder ein Straßenbitumen, Eindringtiefe 98 dmm/25°C, Erweichungspunkt (Ring und Kugel) 46°C) wurde bei 115° C eine Lauffläche aus Asphaltbeton aufgebracht. Der Asphaltbeton enthielt einen Zuschlag (Splitt, Sand und Füllmittel) mit einer Teilchengröße von 0/8 mm und 5»9 Gew.-% (= 13,1 Vol.%) Petroleumbitumen mit einem Eindringungswert von 98 dmm/25°C und einem Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 46°G.
Nach zweimaligem Verdichten mit der Walze betrug die Oberflächentemperatur 90 bis 95°0 und das Porenvolumen 6,4 Vol.%.
Es wurden zwei Epoxymassen mit folgender Zusammensetzung (in Gew.-%) und folgenden Eigenschaften verwendet:
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- 8 Komponenten I II
Polyepoxid · 33,2 33,2
(Polyglycidyläther von 2,2-bis(4-Hydroxy-
phenyljpropan mit einer Viskosität von
100 bis 150 Poise bei 25°C und einem Epoxy-
äquivalentgewicht von 190)
Aminoamid von trimerer Säure 15»2 15,2
Nonylphenol - 10,4
Strecköl 51,6 41,2
(i\irfurolextrakt aus einem schweren Spindelöldestillat, Viskosität 35
Centistokes bei 500O)
Viskosität bei 200G (Centistokes) 1 600 1 520 " " 400C ( ' " ) 230 195 " " 900C ( ■ " ) 14 12
Lagerbeständigkeit bei 115°C in Minuten 12 6,5
Auf verschiedene Stellen der Lauf- und Verschleißfläche (die eine Oberflächentemperatur zwischen 85 und 900C hatte) wurden 2 kg/m Epoxymassen vergossen und mit Gummiwischern geglättet. Die Massen waren innerhalb weniger Minuten vollständig in die Lauffläche eingedrungen, so daß die Oberfläche trocken erschien.
Borkerne aus den behandelten Stellen und aus unbehandelten Stellen der gleichen Asphaltlauffläche wurden in dem "Peiner Friction Tester" auf Abriebbeständigkeit getestet. Dieser Tester enthält ein um eine horizontale Achse umlaufendes Ead mit Eeifen aus weichem Gummi, das durch einen Elektromotor mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 50 km/h angetrieben wird. Das Prüfstück ist auf einem Stativ
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angeordnet, das um eine vertikale Achse rotieren kann und steht in Verbindung mit der Lauffläche des Rades; man läßt es unter Belastung umlaufen, wobei die vertikale Achse des Stativs sich 3»75 cm außerhalb der Symmetrieebene des Eades befindet. Die Belastung des Bades beträgt 70 kg. Die Oberfläche des Probestückes wird durch Aufsprühen von Wasser feucht gehalten. Eine einstündige Erprobung unter diesen Bedingungen entspricht 212 000 Beanspruchungen unter Reibung.
Die Versuchszeit betrug 1 h, was 318 t/cm entspricht. Der spezifische Abrieb ist dann der Gewichtsverlust der Probestücke, umgerechnet auf die Oberflächeneinheit und auf die Belastung in Tonnen, der Einfachheit halber multipliziert mit ΙΟ-7.
Spezifische Belastung (g/cm2/t χ 105)
Probestück, imprägniert mit Masse I Probestück, imprägniert mit Masse II Vergleichsstück (nicht imprägniert)
3 ,11
3 ,39
3 ,65
Beispiel
Auf die gleiche Straßenfläche wie in Beispiel 1 wurden 1»5 kg/m der folgenden Masse bei 7^ bis 800C aufgebrac wobei die Bedingungen dem Beispiel 1 entsprachen;
- 10 -
1 0 98 k 5 / 0· 1 8 2
- ίο -
Komponente Gew.-%
Polyepoxid (wie in Beispiel 1) 33,2
Naphthensäure (Säurezahl 83 mg XOH/g) 10,0
Diäthylentriamin 3,6
Amin, erzeugt aus dimerer Fettsäure 7,2
Eresol 9,6
Strecköl (wie in Beispiel 1) 36,4
Die Lagerfähigkeit am Verbrauchsort betrug 4 min bei 1150C. -
Probestücke aus den behandelten Bereichen wurden gemäß Beispiel 1 im Reibungstester untersucht und zeigten einen spezifischen Abrieb von 3,21 g/cm /t-1(K.
Beispiel 3
Das Beispiel zeigt die Fähigkeit zum Verstopfen der Poren.
Eine heiße Asphaltschicht von 4,5 cm Dicke wurde bei 85°C
2
mit 1,2 kg/m der Hasse II aus Beispiel 1 imprägniert.
Porenvolumen in % unbe- imprägniert
handelt
Ganzes Probestück, Dicke 4,5 cm 5,3 4,3 Deckschicht, Dicke 1,0 cm 5,1 3,ß
Beispiel
Es wurde die Abriebbeständigkeit einer normalen Asphaltdeck-
- 11 -
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schiebt 0/8 mm vor und nach Imprägnieren mit 0,6 kg/m der Masse II aus Beispiel 1 bei 800C bestimmt. Hierzu wurde ein Laboratoriumsgerät zur Bestimmung der Abriebbeständigkeit verwendet, bei welchem ein Rad mit Gummireifen über die Innenseite einer zylindrischen Wand (Durchmesser 4,3 m), in welcher die zu untersuchenden Streifen angeordnet sind, rotiert.
Es wurde der Gewichtsverlust der Streifen in g notiert, wobei, wie in der Tabelle angegeben, teils trocken, teils feucht gearbeitet wurde.
Anzahl der Umläufe Gewichtsverlust in g
5000 unbehandelt trocken 11 behandelt
50 000
50 000
50 000 -		 feucht
trocken
feucht		 191
51
65		 8
150 000 tr.-f.-tr. 307 152
34
61
insgesamt i e 1 5 24?
B e i s ν
Pas Beispiel zeigt, daß die erfindungsgemäß behandelten Asphaltbitumenschichten nicht wie die unbehandelten Schichten plastische Deformation, sondern elastische Deformation zeigen.
Ein Stahlstab von 52,5 kg Gewicht, Vorderfläche 5 cm , wird
- 12 -
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■»ο.
in Vertikalstellung auf ein bei 40 C gehaltenes Probestück aufgebracht. Die Tiefe, bis zu der der Stab nach verschiedenen Zeitabschnitten bis zu 4 h eingesunken ist, wird notiert. Ein stetig ansteigendes Einsinken innerhalb der Versuchsperiode zeigt eine plastische Deformation des Probestücks, während eine in den angegebenen Zeitabschnitten konstant bleibende Einsinktiefe für elastische Deformation charakteristisch ist.
Probestück A: Normale Deckschicht - Asphalt 0/8,
komprimiert zu einer Porosität von 5,6 Vol.%; unbehandeltj
Probestück B: wie A, jedoch behandelt mit 1 kg/m der
Masse II aus Beispiel 1.
A
B		 Eindrucktiefe 1 5 10 in mm 1
0		 60 1
0		 120 180 240 ,8
,8
0
7		 1,1
0,7		 1,2
0,7		 50 ,5
,7		 ,6
,8		 1,7
0,8		 1
0
Zeit in Minuten 1,
o,		 1,5
0,7
Muster
Muster
PATENTAN&PEÜCHE :
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Claims (1)

  1. DR. ING. F. WUBSTHOFF θ MÜNCHEN 9O
    DIPL. ING. G. PULS SCHWEIGERSTHASSE 8
    DK.E.V. PECHMANN " „LKrox
    DR. ING. D. BEHRENS
    PATENTANWÄLTE </ | | O f] K /
    psomotpatkkt
    1A-39 371 - 13 ~
    Patentansprüche
    Verfahren zum Verlegen eines modifizierten Asphalt« belages, gekennzeichnet durch folgende Ein« zelstufen: (a) auf eine Grundsohioht wird,gegebenenfalls unter Verdichten durch Walzen oder Stampfen, eine heiße Asphaltschicht, bestehend aus Bitumen and Zuschlag (Mineralgerüst), aufgebracht, so daß man eine Auflage mit einem Porenvolumen von 5 bis 10 $> erhält; (b) mindestens ein Teil der Poren in der Auflage wird bei einer Temperatur von 650C oder mehr gefüllt duroh Tränken mit einer flüssi« gen Epoxyharzmasse, die sich aus Epoxyharz und Härtemittel sowie gegebenenfalls einem Streckmittel und/oder einem Härtungsbeschleuniger zusammensetzt, worauf man (c) die Epoxyharzmasse aushärten läßt«
    2e Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η « zeichnet , daß man naoh Durchführung der Stufe (b) und vor Beginn der Stufe (c) auf der Schicht einen feinkörnigen Zuschlag verteilt«
    3« Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge« kennzeichnet , daß man vor Durchführung der Stufe (o) die Imprägnierte Asphaltsohioht verdichtet*
    4» Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch g β k e η η « zeichnet , daß die Grundschicht eine Asphaltbahn iste
    109845/0182
    5o Verfahren, naeh einem der Anspruch· 1 bis 4» dadurch gekennseiehnet , daß man in Stufe (b) ein
    Epoxyharz verwendet, das mehr als 80 Gewv# eines flüssigen Polyglyoidylathers von 2,2«bis(4*»Hydroxyphenyl)propan mit
    einem Spoxyäquivalentgewieht von 170 bis 300 enthält*
    6«, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß man als Härtemittel eine Aminoverfeindimg verwendet»
    To Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 69 dadurch gekennzeichnet , daS ssan als Härtangebeschleuniger eine phsnolisehs Verbindung verwendet«
    S18 Verfahren na@h @£m©sj der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß oaan als Streek81 der
    Sp©xyharsiisass@ eine niedrig siedende, hooharomatieohe Srdölfraktion
    9® Verfalirea nach ©inera der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekeaasaiehaet , äa@ ssan eine Epoxyharzmasse
    aas 30 "bis 35 &ewe-?i flüssigem Epoxyharz, 10 bis 20 Gew
    Härtemittel ρ 0 bis 15 Sew®«»% PhenelYerbindang und einem
    Str©©köl als Eest auf 100 # verwendet^
    10e Verfahren nach einem der lEsprlishe 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , da® w&n eine Epoxyharzsasse
    verwendet, 'die"bei 209C eine Viskosität von 1 500 bis
    1 800 Gentietökes hat«
    109845/0182
DE19712118064 1970-04-16 1971-04-14 Verfahren zum Verlegen eines modi fizierten Asphaltbelages Pending DE2118064A1 (de)

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