DE2120094A1 - Consolidation of mineral mixts - as used in roa-building by mixing with water-in-ol emulsions - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von verdichteten Mineralgemischen, insbesondere im Straßenbau.
• Kornabgestufte Mineralgemische werden heute, insbesondere beim Straßenbau in weitem Umfang eingesetzt. Tragschichten aus solchem korngestuftem Material sind heute allgemein verbreitet. Bei ihrer Erstellung und in ihrer Anwen dung treten jedocn gewisse Probleme auf. Mineralgemische 0/35, 0/45 und 0/55 mm müssen nach den Straßenbauvorschriften rund 15 bis 35 Gew.-% Sande einer Korngröß? unter-2 mm enthalten. In trockenem Zustand entmischen sich solche Gemenge beim Transport und beim Einbau, da beim Schütten das gröbere Korn nach außen rollt. Zur Ab hilfe wird den Gemengen Wasser zugesetzt, das abei auf dem Transport wieder verdunsten kann. Dabei ist die Aufnahmefähigkeit der Korngemische für Wasser begrenzt Wichtig ist für die Anwendung die Verdichtung des Gesteinsmaterials in der Tragschieht. Die Verdichtung ist; für die Belastbarkeit der Tragschicht von entscheidender Bedeutung. Es ist bekannt, Tragschichten auf der Basis solcher Mineralgemische durch Zugabe von hydraulischen Bindemitteln wie Mörtelbinder oder Hochofenschlacke zu betonartigen Platten zu verfestigen. Diese starren Tragschichten sind jedoch nicht für jeden Baugrund geeignet und können gerade aufgrund ihrer Starrheit Probleme eigener Art mit sich bringen.
• Weiterhin ist es bekannt, korngestufte Mineralgemische im Heißverfahren mit Bitumen oder Straßenteer zu vermischen. Dabei entstehen zwar Mischungen, die wohl nicht; so starr sind wie z.B. kalkstabilisierte oder mit hydraulischen Bindemitteln gebundene Tragschichten, sie haben aber nur noch eine sehr geringe Flexibilitat.
• Gemeinsam ist diesen Sehichten, daß die Mineralmassen, sei es durch Bitumen bzw. Teer, sei es durch hydraulisehe Bindemittel, vollständig gebunden sind.
• Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, daß die geschilderten Probleme beim Transport und bei der Einarbeitung solcher korngestuften Gesteinmischungen zu beseitigen. Die Erfindung hat sich dabei insbesondere die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Tragschichten im Straßenbau zu schaffen, die hochverdichtet, gleichwohl aber noch in flexibler Bauweise erstellt sind.
• Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Konzeption aus, durch ein geeignetes System eine erhöhte Wassermenge in dem korngestuften Gesteinsmaterial zu hinden. Dieses Wasser soll dabei zugleich in der Art eine Schmiermittels ein besonders dichtes Zusammengleiten des. Gesteins beim Einbau ermöglichen. Es wurde gefunden, daß diese Ziele dann erreicht werden können, wenn man Wasser in-Öl-Emulsionen in das vorgelegte Gesteinsmaterial, das sich aus einem Feinkornanteil unter 2 mm sind einem groberen Gesteinsgut zusam1ensetzt, einbringt. Tnsbe sondere kann man dabei so vorgehen, daß man sich zunächst aus den Feinanteilen und Sand, d.h. aus dem Korr;-anteil unter 2 mm, zusammen mit der Wasser-in-l-Emulsion eine pasteuse Masse erstellt, die dann in das restliche Gesteinsgut eingearbeitet wird. Es kann aber auch die gesamte zu verarbeitende Gesteinsmasse vorgelegt werden.
• Auf diese Weise gelingt es, einerseits eine erhöhte Menge Wasser im Gesteinsgemisch einzubinden, zum den die Wasserverdunstung zu bremsen und schließlich eine Art Gleitmittel im Gesteinsgemisch zu schaffen, das hohe Verdichtungsgrade ermöglicht.
• Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zum Verdichten von korngestuften Gesteinmischungen, insbesondere bei der Herstellung von flexiblen Tragschichten im Straßenbau, wobei das neue Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man die korngestuften Gesteinsmischungen innig mit einer Wasser-in-Öl-Emulsion vermengt und in dieser Form verdichtet. Vorzugsweise wird dabei so gearbeitet, daß man den Sandanteil (Korngrößer kleiner als 2 mm) innig mit einer Wasser-inbl--Emulsion (im folgenden als W/O-Emulsion bezeic-et) zu einer pasteusen Masse aufarbeitet und diese mit der: Rest des korngestuften Gesteins vermischt.
• In einer weiteren' Ausführungsform der Erfindung wird die gesamte Mineralmasse, d,h. Splitte, Sande und Feinstanteile, die ggfs. erdfeucht sein können, vorgelegt, und dann die Ölphase zugefügt, die mit der Feuchtigkeit des Grundmaterials eine partielle WjO-Emulsion bildet. Bei Zvgabe von weiterem Wasser wird das Wasser unter teilweiser bzw. überwiegender Bildung von W/O-Emulsionen vom Feinanteil der Nineralmasse aufgenommen. Auf diese Weise wird die zunächst stufenweise hergestellte Struktur in einem Mischvorgang gebildet.
• Die hier gestellte Aufgabe, das Korngut des korngestuften Gesteins zu verdichten ohne gleichzeitig ein gebundenes Gesteinsgut herzustellen, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst. Bei dem Verfahren der Erfindung wird im Gegensatz zu den bekannten Verfahren kein echtes Bindemittel zugefügt, die W/O-Emulsion ist nur c- ein Hilfsstoff, der den Transport, Einbau und die Verdichtung des korngetuften Gesteins fördert. Der ifilfsstoj4f besitzt aber keinen Bindemittelcharakter i.n der verdichteten Gesteinsschicht. Die nach den Verfahren der Erfindung aufgearbeiteten Gesteingemische nehmen eine Zwischenstellung zwischen den ungebundenen und den gebundenen Tragschichten ein.
• Es hat sich gezeigt, daß man diese speziellen Ziele der Erfindung durch die Auswahl einer ganz bestimmten Ölphase in der W/O-Emulsion besonders einfach erreichen kann. Erfindungsgemäß sind dementsprechend die W/O-Emulsionen aus wenigstens drei Komponenten aufgebaut, nämlich aus: a) einem dünnflüssigen 1, das die Fließfähigkeit der oelphase und damit die rasche und hcmogene Verteilung im Gestein sicherstellt. Als dünnflüssiges 01 t sich insbesondere das handelsübliche Teeröl geeignet erwiesen. Neben oder anstelle eines solchen Teeröls können auch vorzugsweise aromatische Kohlenwasserstofffraktionen eingesetzt werden. Geeignet sind insbesondere Komponenten des Siedebereichs von etwa 2000 C bis 4000 C, wobei beispielsweise auch Benzol Waschöle des Bereichs von etwa 2000 C bis 3000 C mitverwendet werden können. Teeröle werden bevorzugt, da sie Phenolverbindungen enthalten, die mit dem Kalk des Nineralgesteins reagieren können. Bei den aromatischen Kohlenwasserstofffraktionen werden Lösungsmittelextrakbe aus Erdöldestillaten bevorzugt eingesetzt.
• Gelöst in diesem dünnflüssigen Öl ist eine zweite Komponente: b) die insbesondere Teer ist. Bevorzugt wird dabei dünnflüssiger Straßenteer nach DIN 1995 eingesetzt.
• Straßenteere mit einer Auslaufzeit von 10/17 (Auslaufzeit in Sekunden aus dem Straßenteer-Viskosimeter mit einer 10-mm-Düse) sind besonders geeignet. Neben oder anstelle eines solchen Teeres kann aber auch ähnliches Material, beispielsweise Fettpech, Harzsäuren wie Tallölharze und Wurzelharze und andere aus großtechnischen Verfahren anfallende Destillatrückstände wie Naphthensäuregemische verwendet werden.
• Zur sicheren Benetzung des Minerals und insbesondere zur zuverlässigen Stabilisierung der W/O-Emulsionen enthält die Ölphase schließlich eine dritte Komponente c) nämlich einen Wasser-in-l-Smulgator. Als W/O-Emulgatoren haben sich besonders Seifen von einwertigen oder rnehrwertigen Carbonsäuren mit einem ausreichend großen lipophilen Rest bewährt. Eine besonders bavorzugte Klasse von Emulgatoren sind Aminseifen von komplexen Carbonsäuren, wobei als Komponente für die zur Verfügungstellung der komplexen Carbonsäuren vorzugsweise Fettpeche dienen. Diese Fettpeche werden mit Polyaminen umgesetzt. Ein besonders bevorzugtes Polyamin ist ein er als drei Aminogruppen enthaltendes Produkt. Geeignet sind beispielsweise Polyalkylen, Polyamine mit vier bis zehn, insbesondere mit sechs Aminogruppen, so zum Beispiel das Pentaäthylenhexamin. Andere geeignete W/O-Emulgatoren sind Aluminium-, Magnesium- oder Kalziumseifen ein oder mehrwertiger Carbonsäuren, insbesondere auch entsprechende Fettpechseifen.
• Auf der Basis solcher Ölphasen können in einfacher Weise große Mengen wasserenthaltende, verhältnismäßig stabile W/O-Emulsionen hergestellt werden. Es ist beispielsweise möglich, W/O-Emulsionen mit neun Teilen Wasser auf einen Teil. Ölphase zu bilden und mit dem Feinsandanteil zu Vermischen. Die richtige Emulsionsbeschaffenheit ist erreicht, wenn die Brechsandpaste durch Wasserzusatz steifer statt flüsiger wird und überschüssige Wassermengen sich klar und ohne Trübung durch mineralische Feinstteile abtrennen. Die Ölphase ist im wesentlichen zusammenhängend und zeigt keine inhomogenen Abscheidung gen. Dieser Zustand kann nach Augenschein geprüft werden und ist als Zeichen anzusehen, daß eineBenetzung der Mineralteile mit der ölphase in Gegenwart hoher Wassermengen befriedigencl gelungen ist;. Als Produkt liegt dann ene bindige, leicht klebrige Paste vor, die mit den anderen Korngrößen des kornabgestuften Gas eines vermischt werden kann und darin als eine Art Schmiermittel wirkt. Gleichzeitig wird eine verhältnismäßig große Wassermenge im Gestein festgehalten, wodurch die geschilderten Entmischungsprobleme zurückgedrängt werden. Die Schmierwirkung des Gemisches aus Feinstsandantelle und W/O-Emulsion führt dazu, daß durch im Straßenbau übliche Walzenbearbeitung Verdichtungsgrade von etwa 90-92 % (Volumenprozeiit) erreicht werden Gleichwohl bleibt der flexible Charakter einer solchen Tragschicht erhalten. Die Tragschichten gemäß der Erfindung bieten auch einen erhöhten Schutz gegen aufsteigendes Wasser, das bei Temperaturen unter 0° C zu Frostaufbrüchen führen könnte.
• Die Herstellung der pastenartigen Masse al den Feinanteilen (kleiner als 2mm Korn) und der W/O-Emulsion erfolgt zweckmäßigerweise derart, daß man zunächst den Gesteinsanteil mit der Ölphase innig vermischt. Hierzu kann das Gestein auch vorher mit einer geringen Wassermenge angefeuchtet sein. Man kann dabei so vorgehen, daß zunächts ein Anteil des dünnflüssigen Öls und das darin gelöste zahflüssigere organische Material mit dem Gestein vermischt werden und daß dan anschließend der in einer weiteren Menge des dünnflüssigen Öls gelöste Emulgator in das Stoffgemisch eingebracht werden. Diese Schritte können aber auch abgewandelt werden nach Belieben. Bevorzugt ist lediglich, daß in dieser ersten Phase des Vermischens das möglichst gleichmäßige Aufzic-Ijen der lpIiase auf die Gesteinsoberfläche siCr;f.' gestellt lst. Ist dieser Zustand erreicht, dann kann bedenkenlos das Wasser eingegeben und eingemischt werden.
• Dieses Vermischen kann in konventionellen Mischanlagen, beispielsweise in Wirbelmischern oder den im Straßenbau verwendeten Miscllvorrichtungen durchgeführt werden. Es entsteht die geschilderte pasteuse Masse, die bei weiterem Wasserzusatz steifer wird, bzw. klares Wasser aus der Pastenphase austreten läßt, wenn die Aufnahmefähigkeit der W/O-Emulsion für Wasser, die z.B. bei max.
• etwa 9 Gew.-Teilen Wasser auf 1 Gew.-Teil Ölphase liegt, überschritten wird. Die gebildete Paste wird dann in konventioneller weise mit den andere Gesteinkomponenten zusammengemischt.
• Das Verhältnis von Feinsand der Korngröße unter 2 mm zur Ölphase liegt erfindungsgemäß im Bereich von 3:1 bis 10:1, insbesondere bei 4:1 bis 8:1, jeweils als Gewichtsteil berechnet. Die Ölphase ihrerseits enthält vorzugs -weise die Komponenten a), d.h. das dünnflüssige O1, b), d.h. den Teer, das Fettpech oder die anderen entsprechenden Materialien sowie die Komponente c), d.h.
• den Emulgator, in den folgenden Mengenverhältnissen a : b im Bereich von 4 : 1 bis 0,5 = 1 Gewichtsteilen und c: a + b in Mengen von 0,1 : 1 bis 0,5 : 1 Gewichtsteilen.
• 1000 Gewichtsteile des erfindungsgemäß aufgearbeiteten Mineralgemisches können in einer Ausführungsform der Erfindung etwa 1,5 bis 15 Ges chtsteile, bevorzugt etwa 2 bis 4 Gewichtsteile, Teer-Teeröl-Pettpech-Gemisch enthalten. Die Gewichtsverhältnisse von Teeröl zu Teer können im Bereich von etwa 1 : 0,2 bis 1,5, insbesondere 1 : 0,4 bis 1, liegen. Das Verhältnis der grenzflächen.
• aktiven Substanzen zum Tecröl kann beispielsweise etwa 0,4 bis 0,8 Gewichtsteile der grenzflächenaktiven Substanz auf etwa 20 - 80 Gewichtsteile Teeröl ausmachen.
• Die Emulgatoren können in einer Ausführungsform der Erwindung in Mengen von etwa 2 bis 5 , bezogen auf die Emulsionsmenge vorliegen.
• Das Verfahren der Erfindung ist von der Art des Mineralmaterials unabhängig.
• Mit Hilfe dieser W/O-Emulsionen kann die im allgemeinen sehr niedrige Aufnahmefähigkeit des Mineralgemisches fUr Wasser auf 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, gesteigert werden.
• Beispiel 1 300,0 Gewichtsteile eines mit 15,0 Gewichtsteilen Wasser angefeuchteten Basaltbrechsandes 0/2 min werden mit 1,0 Gewichtsteil Weißfeinkalhydrat und mit 10 Gewichtsteilen einer Mischung aus: 25,0 Gewichtsteilen Teer 10717 65,6 Gewichtsteilen Teeröl (Fluxöl E) 9,0 Gewlchtsteilen Fettpech (Destillationsrückstand von Kokosfettsäuren 0,4 Gewichtsteilen Pentaäthylenhexamin versetzt und bis zur Gleichmäßigkeit vermischt. Nach weiterer Zumischung von 85,0 Gewichtsteilen Wasser entsteht ein steifer Brei, der auf dem Rütteltisch nicht auseinanderfließt.
• Beispiel 2 700,0 Gewichtsteile Mineralmasse 0/35 mm 300,0 Gewichtsteile Kornanteile 0/2 mm 20,0 Gew:ichtsteile Teer 10/17 20,0 Gewichtsteile Teeröl (Benzol-Wasehöl, Siedebereich: 200 bis 3000 c) 12,0 Gewichtsteile Fettpech (Destillationsrückstand von Kokosfettsäure) 0,4 Gewichtsteile Pentaäthylenhexamin wurden bis zur Gleichmäßigkeit vermischt. Nach weiterer Zumischung von 200,0 Gewichtsteilen Wasser entsteht ein Schüttgut, das auf dem Rütteltisch nicht in die Einzelbestandteile zerfällt.

Claims (9)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zum Verdichten von korngestuften Gesteinsmischungen, insbesindere bei der Herstellung von flexiblen Tragschichten im Straßenbau, dadurch gekennzeichnet, daß man die korngestuften Gesteinsmischungen innig mit einer Wasser-in-Öl-Emulsion vermengt und in dieser Form verdichtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Feinsandanteil (Korngröße kleiner als 2 mm) innig mit der Wasser-in-Öl-Emulsion zu einer pasteusen Masse aufarbeitet und diese mit dem Rest des korngestuften Gesteins vermengt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine W/O-Emulsion einsetzt, die a) ein dünnflüssiges Öl, vorzugsweise Teeröl und/oder aromatische Kohlenwasserstoffraktionen zweckmäßig des Siedebereichs von etwa 2000 C bis 400 C b) Teer, vorzugsweise einen dünnflüssigen Strabenteer nach DIN 1995, bzw. Fettpech; Tallölharze und/oder Wurzelharze sowie c) einen W/O-Emulgator als Ölphase enthält.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als W/O-Emulgator Aminseifen von komplexen Carbonsäuren, vorzugsweise aus Fettpechen und Polyaminen oder Aluminium-, Magnesium- oder Kalziumseifen ein- oder mehrwertiger Carbonsäuren eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Ansprüciien 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß W/O-Emulsionen mit bis zu 9 Gewichtsteilen Wasser auch ein Gewichtsteil Ölphase mit dem Gestein wermischt werden.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gewichtsverhältnisse von Feinanteil (Krongröße kleincr als 2 nnm zu Ölphase im Bereich von 3 : 1 bis 10 : 1 eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ölphase eingesetzt wird, die die Komponenten a) (dünnflüssiges U1), b) (Teer, Fettpech usw.) und c) (Emulgator) in den folgenden Mengeverhältnissen enthält: a : b im Bereich von 4 : 1 bis 0,5 : 1 Gewichtsteilen sowie c : a + b im Bereich von 0,1 bis 0,5 : 1 Gewichtsteilen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man Emulsionen mit; einem Gehalt von etwa 2 bis 5 Gew.-% Emulgator einsetzt.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gestein gegebenenfalls nach einer schwachen Anfeuchtung mit der Ölphase innig vermicht und dann gegebenenfalls weiteres Wasser in das Gemisch unter Bildung eines steifen Breis einmischt und diesen weiter verarbeitet.

lo. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das vorzugsweise vorher angefeuchtete Gestein mit einer vorgebildeten Wasser-in-Öl-Emulsion versetzt.