DE2322443A1 - Mischung auf bitumenbasis mit einem nur schwach wasserempfindlichen fuellstoff - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtech.-Ing. 3. Jcchcm

Frankfurt am Main St&ufenstr. 36

SOCIETE GENERALE DES CIMENTS

PORTLAND DE L¹ESCAUT 2322443

B 7640 Antoing / Belgien

Mischung auf Bitumenbasis mit einem

nur schwach wasserempfindlichen Füllstoff.

Die Erfindung betrifft eine Mischung auf Bitumenbasis mit einem nur schwach wasserempfindlichen Füllstoff. Derartige Mischungen werden beim Straßenbau gebraucht.

Es ist bekannt, daß die Füllstoffe, welche bei den bezeichneten Mischungen Verwendung finden, bestimmten Vorschriften, insbesondere hinsichtlich ihrer Feinheit und ihrer Fähigkeit, Bitumen zu absorbieren* entsprechen müssen. In der Mischung mit Bitumen dürfen die Füllstoffe außerdem nur eine geringe Wasserempfindlichkeit haben, um sich nicht bei Gegenwart von Wasser aus der Mischung herauszulösen.

Wenn man Mischungen auf Bitumenbasis untersucht, die siliziumhaltige Minerale als Füllstoffe enthalten, stellt man fest, daß diese Mischungen oft zu wasserempfindlich sind, selbst wenn der Füllstoff den gestellten Bedingungen hinsichtlich der Fähigkeit, Bitumen zu absorbieren, genügt. Dies ist insbesondere der Fall bei Materialien, welche das Silizium zum Teil in Form von Opal und/oder Chalzedon sowie zum Teil in Form von Quarz und daneben ein wenig SiOp in Form von Silikaten enthalten. Materialien, die das Silizium fast ausschließlich in Form von Quarz oder Silikaten enthalten, haben im allgemeinen eine zu schwache Fähigkeit, Bitumen

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zu absorbieren.

Als natürliche Minerale, die Silizium zum Teil in Form von Opal und/oder in Form von Chalzedon enthalten, sind beispielsweise solche Materialien zu nennen wie Sande aus dem Cenoman oder ein Sandstein desselben geologischen Alters, die Sande aus dem Alb, dem Oxford oder dem Argon, die Siliziumtuffe lind die Tuffe aus dem Landenium sowie die spongolitisehen Ablagerungen. Diese Materialien eignen sich oft nur deshalb nicht als Füllstoffe für Bitumen, weil das Gemisch zu wasserempfindlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete, wasserunempfindliche Mischung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen und diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Füllstoff ein'aus natürlichen Mineralen bestehendes Material dient, welches wenigstens 50% Silizium, zu einem Teil in Form von Opal und/oder Chalzedon, enthält, welcher einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 100 und 800⁰C unterzogen worden ist.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung liegt das Silizium zu 20 - 80% in Form von Opal und/oder Chalzedon vor.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das als Füllstoff dienende, Silizium enthaltende Material vor der Wärmebehandlung auf das für die Verwendung als Füllstoff erforderliche Maß zerkleinert. In einer andereren bevorzugten Ausführungsform unterzieht man das Mineral der Wärmebehandlung in einem grob zerstoßenen Zustand und sondert daraus in irgendeinem geeigneten granulometrxschen Trennverfahren, z.B. in einer Entstaubungs- oder Siebanlage, den feinen Anteil ab, der dann noch auf den für den Füllstoff geforderten Feinheitsgrad gemahlen wird, während der grobe Anteil des Minerals, eventuell nach nochmaliger Verkleinerung,

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erneut einer Wärmebehandlung unterzogen oder anderen Ver- · Wendungen zugeführt wird. ι

Wenn das Mineral neben dem Silizium eine beachtliche Menge Erdalkali-Carbonate enthält, darf bei der Wärmebehandlung diejenige Temperatur nicht überschritten werden, bei welcher sich das Carbonat zersetzt, d.h. die Wärmebehandlung muß bei einer Temperatur unterhalb von 500⁰C stattfinden, denn das Vorhandensein von freiem Sauerstoff im Füller ergäbe eine Bitumenmischung mit geringer Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasser und anderen Mängeln, wie z.B; einer Aufblähung des Füllstoffs oder unerwünschten Eigenschaften des Bitumens. ^:

In den nachstehenden Ausführungen ist die Empfindlichkeit der Mischung gegenüber Wasser nach den 1967 durch den "Rijkswaterstaat" erlassenen holländischen Bestimmungen ermittelt worden. Diese Vorschriften fordern die Bestimmung der Empfindlichkeit gegenüber Wasser nach einem Test, der vorsieht, daß ein wässriges Gemisch aus Füllstoff und Asphaltbitumen, durch ein Lösungsmittel verflüssigt, während einer bestimmten Zeitspanne mit einer bestimmten Geschwindigkeit bei einer Temperatur von 60⁰C bewegt wird und dann festgestellt wird, welche Menge des Füllstoffs sich im Wasser gelöst hat. Damit ein bestimmter Füllstoff als geeignet klassifiziert wird, darf die genannte Menge 105» der beim Test eingesetzten Menge nicht überschreiten.

Die Wasserempfindlichkeit einer Mischung aus Bitumen und Füllstoff hängt nicht allein von dem letzteren, sondern auch von den Eigenschaften, also der Provenienz des Bitumens ab. Die holländischen Vorschriften begnügen sich damit zu bestimmen, daß für den Test der Mischung aus Bitumen und Füllstoff auf Wasserempfindlichkeit der Bitumen mittel Kerosin so verflüssigt wird, daß sich eine bestimmte Viskosität ergibt, es bestehen jedoch keine Vorschriften be-

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treffend die Art und Herkunft des Bitumens. Nun hat man jedoch festgestellt, daß die Wasserempfindlichkeit von Mischungen mit demselben Füllstoff, aber Bitumen verschiedener Provenienzen in starkem Maße unterschiedlich sein kann. So hat man z.B. gefunden, daß bei einer bestimmten Charge Bitumen aus Venezuela die Wasserempfindlichkext der Mischung 2% betrug, während unter denselben Bedingungen eine Bitumencharge aus dem Mittleren Orient mehr als 20% erreichte.

Um Füller der besten Qualität zu erhalten, wurden für die nachstehend beschriebenen Versuche Bitumen aus dem Mittleren Orient benutzt, weil davon auszugehen ist, daß, wenn die Wasserunempfindlxchkext dieser Mischungen gut ist, sie nur noch besser sein kann, wenn andere Bitumen, welche die Wasserempfindlichkeit der Mischung weniger beeinträchtigen, ver-v wendet werden.

Es wurden bei den Versuchen folgende siliziumhaltige natürliche Materialien benutzt:

Nr.	Material	Gehalt	an SiOp	insgesamt	Sand aus dem Cenoman	92%	Quarz	Opal und/der Chalzedon
		davon	idem	80%	5% -	80%
	Sand aus dem Alb	81%	20%	55%
1	idem	84%	10%	65%
2	Sand aus dem Oxford	90%	15*	65%
3	Sand aus dem Argon	90%	15%	70%
4	Spongolitische Ablagerungen (Kieselschwemme)	83%	10%	75%
5	Sandstein aus dem Cenoman	95%	5%	75%
6	Tuffe aus dem Landenium	85%	80%	14%
7	Siliziumtuffe	80%	35%	45%
8	35%	40%
9
10

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■ - 5 -

Wenn nachstehend nicht anders vermerkt, sind diese Materialien soweit zermahlen worden, daß beim Sieben mit einem Sieb, dessen Maschenöffnungen 74 Micron betrugen, auf dem Sieb nur ein Rest zurückblieb, dessen prozentualer Anteil bei den nachstehenden Beispielen unter der Rubrik: "Feinheit¹¹ angegeben ist.

Beispiel 1 ,

Es wurden die Materialien 2, 3 und 9 nach dem Mahlen 30 min. lang bei einer Temperatur von 500⁰C erhitzt. Zum Vergleich wurde die Wasserempfindlichkeit vor und nach der Wärmebehandlung ermittelt.

Wasserempfindlichkeit Material Feinheit vor und nach der Wärmebehandlung

2	15%	34	1
3	9,6%	25	0
9	8,3%	31	1 -2

Wie die vorstehende Tabelle zeigt, hat die Wärmebehandlung tatsächlich eine überraschende Wirkung im Hinblick auf die Verbesserung der Wasserempfindlichkeit einer Mischung aus Bitumen und Füller und macht das für den letzteren benutzte Material erst zu diesem Zweck geeignet.

Beispiel 2

Proben von verschiedenen siliziumhaltigen natürlichen Materialien wurden 30 min. lang auf 110, 500 und 750⁰C erhitzt und dann die Wasserempfindlichkeit von damit gebildeten Bitumenmischungen festgestellt.

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Wasserempfindlichkeit nach Wärmebehandlung

bei ;

Material	Feinheit	11O°C	5000C	; 750°c
1	11%	45	43	; ο
C	18%	34	1	-
3	17%	28	0
4	10%	10	O
5	7%	36	12	7
6	14%	41	2	—
7	12%	39	2	'-' —
8	18%	39	15	* ■ 3

Aus den vorstehenden Versuchen ergibt sich, daß die verschiedenen siliziumhaltigen Materialien in unterschiedlicher Weise auf die Wärmebehandlung reagieren. Für die meisten Materialien genügt eine Wärmebehandlung bei 500⁰C, um sie.als Füller für Bitumen geeignet zu machen, für einige ist allerdings auch eine höhere Temperatur erforderlich. Auf der Gegenseite ergibt sich bei anderen Materialien bereits eine geeignete Wasserunempfindlichkeit nach, einer Wärmebehandlung, deren Temperatur nur wenig über der Trocknungstemperatur von 100 C liegt.

Beispiel 3

Proben der Materialien 9 und 10 wurden bei steigenden Temperaturen jeweils 30 min· erhitzt und jeweils die Wasserempfindlichkeit gemessen.

Wasserempfindlichkeit nach Wärmebehandlung

bei

Material Feinheit 110⁰C 150⁰C 275°C 500⁰C ⁰^⁰

9 9% 31 - 15 1-2 2 2-3

10 8% 24 8 4 1 - 1 -

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Es ist festzustellen, daß bei dem Material 9 eine Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 275 und 50O⁰C genügt, um die Wasscrempfindlichkeit einer Mischung mit Bitumen unter die Grenze von 10% zu drücken, während bei dem Material 10 diese Grenze bereits nach einer Erwärmung auf 150⁰C erreicht und unterschritten wird. Bei diesen beiden Materialien hat man im übrigen den Eindruck, daß nach Erwärmung auf Temperaturen von über 500⁰C die Wasserempfindlichkeit der Mischung mit Bitumen bei steigender Temperatur wieder eine steigende Tendenz hat. Es hat deshalb den Anschein, daß es für die Wärmebehandlung eine optimale Temperatur gibt, die von Material zu Material verschieden ist.

Beispiel 4

Es wurden Versuche unternommen, um den Einfluß des Feinheitsgrads des siliziumhaltxgen Materials auf die Auswirkung der Wärmebehandlung festzustellen. Pur diese Versuche wurde das Material 10 in einem derart zerstoßenen Zustand benutzt, daß es Korngrößen jeder Peinheit unterhalb von 4,75 mm enthielt. Dieses grob zerstoßene Material oder bestimmte granülometrische Fraktionen davon wurden einer Wärmebehandlung unterzogen. Danach wurde ein Teil des groben Materials soweit zerkleinert, daß auf einem Sieb mit Öffnungsweite 74 Micron ein Rest in der Größenordnung von 8 - 10%" blieb. Von eimern anderen Teil des grob zerstoßenen Materials, welches der Wärmebehandlung unterzogen worden war, wurden die feinen Fraktionen abgetrennt, die dann ihrerseits auf denselben Feinheitsgrad zerkleinert wurden, wie angegeben. Es wurde dann die Wasserempfindlichkeit der beiden zerkleinerten Proben untersucht.

a) Es wurde Material 10 grob zerstossen, einem Luftstrom von 110⁰C ausgesetzt, und ein Teil des so behandelten Materials durchlief einen Zyklon, um den Staub abzusaugen. Die Untersuchung der Wasserempfindlichkeit führte zu folgendem Ergebnis:

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¹ \

Material Feinheit Wasserempfindlichkeit

grob zerstossen 8% 24

Staub 8% 7 j

b) Es wurde das Material 10 in grob zerstossenem Zustand über einen industriellen Trockner geschickt, und zwar im Gleichstrom mit einem Gas, dessen Temperatur am Ausgang 180⁰C betrug. Es wurde dann der feinere Anteil eines Teils des aus dem Trockenofen kommenden Materials durch Sieben mit .einer Öffnungsweise von 1 mm abgesondert. Zwei Proben des feineren und des groben Materials wurden dann, wie oben beschrieben, auf den erforderlichen Feinheitsgrad gebracht und danach die Wasserempfindlichkeit der Mischungen von Bitumen mit den beiden Proben festgestellt· ^;

Material ' Feinheit Wasserempfindlichkeit

grob zerstossen 9% 20

gesiebt 9% 6

c) Es wurde grob zerstossenes Material 10 in mehrere nach Korngrößen getrennte Fraktionen unterteilt .und ^jocie Fraktion eine Stunde lang einer Temperatur von 275°C ausgesetzt.. Danach wurden die Fraktionen so fein zerkleineret» daß auf einem Sieb mit der Öffnungsweise 74 Mikron ein Rest von 9% zurückblieb. ■ - ■ ' ·

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Korngrößenfraktionen Wasserempfindlichkeit

4,75 bis 2,00 mm 11

2,00 bis 0,85 mm 9

0,85 bis 0,42 mm 7

0,42 bis 0,15 mm 4

Das letzte Beispiel zeigt, daß es vorteilhaft ist, die natürlichen, siliziumhaltigen Materialien fein zu zerkleinern, bevor sie der Wärmebehandlung unterworfen werden. Die im Beispiel 3 geschilderten Versuche hatten gezeigt, daß es genügte, das Material 10 in einem soweit zerkleinerten Zustand, daß auf einem Sieb mit der Öffnungsweite 70 Mikron ein Rest von 8% blieb, 30 min. lang auf 275°C zu erwärmen, um die Wasserempfindlichkeit der Mischung auf 4% herabzudrücken. Nun ist aus der vorstehenden Tabelle ersichtlich, daß die Temperatur von 275°C eine Stunde aufrechterhalten werden muß, um dasselbe Resultat bei einer Fraktion der Korngröße 0,42 - 0,15 mm desselben Materials zu erhalten.

Die vorherige Zerkleinerung Stuf den endgültigen :Peinheitsgrad gestattet also, die Temperatur der Wärmebehandlung des Füllstoffs zu senken, um, die Wasserempfindlichkeit der Mischung aus Bitumen und Füllstoff auf oinen Wert unterhalb der gesetzten Grenze von 10% herabzudrücken. Nach Beispiel 3 ergab eine Wärmebehandlung von 30 min. auf 150⁰C des Materials 10 in einem soweit zerkleinerten Zustand, daß auf einem Sieb mit der Öffnungsweite 74 Mikron ein Rest von 8% blieb, eine Wasserempfindlichkeit der Mischung von 8%, während nach Beispiel 4c) eine Erwärmung von einer Stunde auf 275°C nötig ist, um im Hinblick auf die Wasserempfindlichkeit der Mischung ein vergleichbares Ergebnis zu erhalten, wenn das Material 10 bei der Wärmebehandlung in Korngrößen der Fraktionen von 2 - 0,85 und von 0,85 bis 0,42 mm vorliegt und wenn das Zermahlen auf den endgültigen Peinheitsgrad des Füllers erst nach der

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- 10 Wärmebehandlung stattfindet. · 2322443

Wenn das Mahlen des Füllstoffs auf die geforderte Feinheit nicht vor der Wärmebehandlung möglich oder sogar unerwünscht ist, z.B. wegen der Staubbildung bei der Wärmebehandlung, erhält man auch bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen der Wärmebehandlung gute Resultate, indem man nach der Wärmebehandlung von dem zerstossenen Material, oder einer Fraktion desselben die feinen Bestandteile durch ein geeignetes granulometrisches Verfahren abtrennt, z.B. in einer Entstaubungs oder Siebanlage. Die abgetrennten feineren Bestandteile werden dann anschließend auf den für den Füller geforderten Feinheitsgrad gemahlen, und die groben Bestandteile können einer neuen Wärmebehandlung zugeführt werden, nachdem sie eventuell zuvor nochmals über eine Zerkleinerungsanlage geschickt worden sind, wenn sie nicht überhaupt einer anderen Verwendung zugeführt werden.

Patentansprüche

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Claims (5)

1. Mischung auf Bitumenbasis mit einem nur schwach wasserempfindlichen Füllstoff, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff ein aus natürlichen Maineralen bestehendes Material dient, welches wenigstens 50% Silizium, zu einem Teil in Form von Onal und/oder Chalzedon enthält, welcher einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 100 und 800⁰C unterzogen worden ist.

2. Mischung nach Anspruch 1, d a d ur c h gekennzeichnet, daß als Füllstoff ein Silizium enthaltendes, aus natürlichen Mineralen bestehendes Material dient, welches vor der Wärmebehandlung auf das für die Verwendung als Füllstoff erforderliche Maß zerkleinert worden ist·

3. Mischung nach Anspruch 1, d a'd ur c. h gekennzeichnet, daß als Füllstoff ein Silizium enthaltendes, aus natürlichen Mineralen bestehendes Material dient, bei dem nach der Wärmebehandlung der feinere Teil durch ein nach Korngröße trennendes Verfahren abgetrennt und auf das für die Verwendung als Füllstoff erforderliche Maß zerkleinert worden ist.

4. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff ein aus natürlichen Mineralen bestehendes Material dient, welches außer Silizium eine bestimmte Menge Erdalkali-Carbonate enthält und einer Wärmebehandlung mit einer Temperatur von weniger als 500⁰C unterzogen worden ist.

5. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizium in Form von Opal und/oder Chalzedon vorliegt.

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ORIGINAL INSPECTED.

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