DE2551929A1

DE2551929A1 - Strassenbelagmasse, verfahren zu deren herstellung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2551929A1
Application number: DE19752551929
Authority: DE
Inventors: David C Bean; Gerhard J A Kennepohl; Alan Logan
Original assignee: Gulf Oil Canada Ltd
Current assignee: Gulf Canada Ltd
Priority date: 1974-12-05
Filing date: 1975-11-19
Publication date: 1976-06-16
Also published as: IT1051349B; JPS5942703B2; AU8650775A; JPS5182311A; FR2293525A1; CA1025155A; FR2293525B1; GB1528384A; DE2551929C2; AU499040B2

Description

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GULF OIL CANAD'A 1IMITED, Toronto, Ontario/ Kanacja

Straßenbelagmasse, Verfahren zu deren Herstellung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die-Erfindung.betrifft flüssige (fluide) Massen aus geschmolzenem Schwefel und Bitumen. Ferner betrifft die Erfindung Massen aus teilchenförmigen! Zuschlagmaterial, das mit diesen Massen aus flüssigem Schwefel und Bitumen überzogen ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der letztgenannten Massen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von mit besonderen Gemischen aus geschmolzenem Schwefel und Bitumen überzogenem Zuschlagmaterial. Dieses überzogene ZuBchlagmaterial kann beispielsweise zur Herstellung von Straßen od^r zur Erneuerung von "Straßendecken ausgebreitet* und--verdichtet werdeji. .

Es ist üblich, Zuschlagmaterial, z.B. Sand, "Kies, Splitt oder Gemische dieser-Stoffe, mit heißem, flüssigem Bitumen zu überziehen, das überzogene Material als gleichmäßige Schicht in noch heißem Zustand auf ein Straßenbett oder eine bereits gebaute Straße auszubreiten und die gleichmäßige Schicht mit schweren Straßenwalzen'zu einer glatten Sträßenoberflache oder einem

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ORIGINAL INSPECTED

Unterbau auszuwalzen. Naoh diesem allgemeinen Prinzip wurden, tausende von Kilometern Straßen in Nordamerika und.den übrigen Teilen der Welt gebaut od.er unterhalten. Zur>, Durchführung 'dieser Arbeiten wurden aufwendige Ausrüstungen geschaffen. Für-dieses Verfahren ist es wichtig, daß Bitumen in Straßenbauqualität -in ausreichendem Maße und zu wirtschaftlichen Bedingungen zur Verfügung steht.'Dafe Bitumen wird mit. dem Zuschalgsmaterial in Mengen von etwa 5 bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf das Zuschlagsmaterial, vermischt. Da jedoch eine weltweite Knappheit von Erdölprodukten eingetreten ist und nach den schweren Erdö'lfraktionen, wie Brenn- und Heizöl eine steigende Nachfrage besteht, ist es angezeigt,' nach Möglichkeiten zu suchen, die Menge an aus Erdöl erhältlichem Bitumen für den Straßenbau zu strecken.

Es ist bekannt, daß für verschiedene Zwecke' Schwefel mit Bitumen in weiten Mengenverhältnissen vermischt werden kann. Jedoch treten bei der Verwendung derartiger Gemische zum Straßenbau zahlreiche Schwierigkeiten auf. Trotz des offensichtlichen Bedürfnisses wurden bisher keine mit Schwefel und Bitumen gebundenen Massen zur Verfügung gestellt, die den Anforderungen der Straßenbau- und Straßenbelagindustrie genügen. Beispielsweise ist aus der CA-PS 755 999 eine Straßenbelagmasse aus einem teilchenförmigen Zuschlagmaterial bekannt, dessen Hohlräume zwischen den Feststoffteilchen vollständig mit einem Schwefel/ Bitumen-Gemisch,das mindestens 50$ (bis zu 80$) Schwefel enthält, gefüllt sind, wobei der Schwefel im Gemisch als eine diskontinuierliche, getrennte Phase vorhanden ist. In einer anderen' Druckschrift, die in der vorgenannten Patentschrift- zitiert wird, sind verschiedene, andere . Schwef el/Bitumen-Straßenbaiimassen beschrieben, die sich aber bei der Straßenbau- und· Straßenbelag-Industrie nicht durchgesetzt haben. In diesen bekannten Massen·

sind Schwefel/Bitumen-Reaktionsprodukte und §chwefel/3xtumen

Gemische enthalten, bei denen der Schwefel vor dem Vermischen mit dem Bitumen mit einer oder mehreren komplexen Verbindungen vorplastifiziert ist. Ferner sind Massen beschrieben, bei denen ' der .Schwefelgehalt so gering ist, daß kein spürbarer Bitumen- · · ersatz oder Bitu.menstreckung eintritt. ;·■·

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Es wurde nun erfindungsgemäß festgestellt, daß Gemische aus Schwefel und Bitumen mit etwa 25 bis 60 Gewichtsteilen Schwefel pro .75 bis 40 Gewichtsteile Bitumen bei entsprechender Mischung dieser Bestandteile untereinander und anschließender Mischung mit teilchenförmigen Zuschlagstoffen entsprechender Größe eine Straßenbelagmasse ergeben, die beispielsweise als Unterbau oder als^Oberflächenbelag für befestigte Flächen, wie Straßen, Lande- und Startbahnen von Flughäfen und Parkflächen ergeben,- wobei übliche Asphaltierungsvorrichtungen verwendet werden können.

Die Teil- und Trozentangaben beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, jeweils auf das Gewicht.

Erfindungsgemäß wird somit eine flüssige (fluide) Masse aus geschmolzenem Schwefel und Bitumen zur Verfügung gestellt, die sich zum Überziehen von teilchenförmigen, festen Zuschlagstoffen eignet und ein Bindemittel für diese darstellt. Die erfindungsgemäße Masse enthält' eine flüssige Bitumenphase mit einer Temperatur im Bereich von 121 bis 154⁰C Etwa 25 bis Gewichtsprozent der Masse bestehen aus Schwefel, der zum Teil homogen mit der Bitumenphase vereinigt ist, während deir^ Rest in der Bitumenphase in Form von flüssigen Schwefeltröpfchen mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 50 u dispergiert ist.

Die erfindungsgemäße Straßenbelagmasse umfaßt ein zur Herstellung 'von Unterbauten oder von Oberflachenschiclrben von befestigten' Flächen geeignetes teilchenförmiges Zuschlagmaterial von bestimmter Teilchengröße, deren Teilchen bei ferner Temperaturvon-höchstens 154⁰G mit .einem Bindemittel von einer Temperatur im Bereich von 121 bis 154⁰C, vorzugsweise ϊ'32-bis" 146°G-, überzogen worden sind, wobei dieses Bindemittel 75 bis 40 Gewichtsteile flüssiges Bitumen pro 25 bis 60 Gewichtsteile Schwefel enthält, wovon ein Teil des Schwefels mit dem Bitumen homogen vereinigt ist und der Rest in Form von flüssigen Schwefeltröpfchen mit einem Durchmesser im Bereich von "1 bis 50 u, vorzugsweise 1 .bis 10 u, dispjergiert ist. .

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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Masse aus überzogenem, teilchenförmigem Zuschlagsmaterial ist dadurch, gekennzeichnet, daß man

1) einen dosi'erten Strom von flüssigem Bitumen mit einer Temperatur von 121 bis 177°C, vorzugsweise 135 bis 149°C, mit einem dosierten Strom von geschmolzenem Schwefel mit einer Temperatur von 121 bis 154⁰C, vorzugsweise 132 bis 146⁰C, zu einem Mischstrom mit einem Schwefelgehalt von· 25 bis 60 Gewichtsteilen pro 75 bis 40 Gewichtsteile Bitumen und einer Temperatur von 121 bis 154 C, vorzugsweise 132 bis 146 C vermengt,

2) den Mischstrom zur gründlichen Dispersion des Schwefels im Bitumen vermischt, wobei das Bitumen einen Teil des Schwefels löst und sich mit diesem homogen vereinigt und der Rest des Schwefels im Bitumen als getrennte Phase von Tröpfchen mit.einer · Größe im Bereich von 1 bis 50 μ, vorzugsweise 1 bis 10 μ, emulgiert wird,

3) den erhaltenen Bindemittelst'rom innerhalb eines Zeitraums von weniger als 1 Stunde, vorzugsweise weniger als 15 Minuten und insbesondere möglichst sofort, mit teilchenförmigem Zuschlagmaterial mit einer Temperatur von höchstens -1 54°C 'vermischt,

4) das erhaltene Gemisch rührt, um das Zuschlagmateria*!, gleichmäßig mit dem Mischstrom zu überziehen, und

5) das überzogene Zuschlagmaterial entlädt und zur Verwendungsstelle transportiert, bevor es auf eine Temperatur abkühlt, unterhalb derer es nicht.verdichtet werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Straßenbelagmasse aus überzogenem, teilchenförmigem⁴ Zuschlagmaterial ist.gekennzeichnet durch ' -

1) eine Pumpeinrichtung zur kontinuierlichen' Zufuhr-eines dosierten Stroms an geschmolzenem Schwefel,

2) eine Pumpeinrichtung zur kontinuierlichen Zufuhr eines dosierten Stroms an flüssigem Bitumen,

3) eine Mischeinrichtung zum kontinuierlichem Vermengen der genannten Ströme in einem Verhältnis von 25 bis 60 Gewichtsteilen Schwefel ]Dro 75 bis 40 Gewichtsteile Bitumen und zum gründlichen Vermischen dieser Ströme, um den flüssigen Schwefel,, der sich nicht homogen mit dem Bitumen im vermengten S.trom ver-

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einigt, zu Tröpfchen mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 50 μ zu emulgieren,

4-) eine Temperaturregeleinrichtung, mit der der Strom an geschmolzenem Schwefel auf einer'Temperatur von 121 bis 154 C, der Strom an flüssigem Bitumen auf einer TempeV·--^!;ur von-121 bis 177⁰O und dor Mlsohatrom auf einer Temperatur von 121 "bia 154⁰O gehalten wird,

5) eine Mischeinrichtung zum Vermischen des dosierten Mischstroms mit einer dosierten Menge eines teilchenförmigen Zuschlagsmaterials mit einer Temperatur von höchstens 154 C und zum gleichmäßigen Überziehen dieser Teilchen mit dem Mischstrom und

6) eine Entlade- und Transporteinrichtung, mit der das beschichtete Zuschlagmater'ial vor dem Abkühlen auf eine Temperatur, bei der es nicht mehr .verdichtet werden kann, an den Anwendungsort gebracht wird. .

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels für teilchenförmiges Zuschlagmaterial, d.h. zur Herstellung von flüssigem (fluidem) schwefelhaltigem Bitumen, dient eine Torrichtung, die die Merkmale 1) bis 4) der vorgenannten Vorrichtung zur Herstellung einer Straßenbelagmasse aufweist.

Das Mengenverhältnis von Schwefel zu Bitumen in den erfindungsgemäßen Hassen ist offensichtlich sehr wichtig, da der Schwefel •nicht nur zur Streckung des Bitumens in den Massen dient und da bei den üblicherweise im Verhältnis zum Zuschlagmaterial benötigten Bitumenanteil vermindert (aus diesem Grund fcann es vom wirtschaftlichen Standpunkt aus erwünscht sein, einen möglichst hohen Schwefelanteil· zu verwenden), sondern auch die phy.sikalischen Eigenschaften des Bitumens, mit dem er vermischt wird, beeinflußt. Aus diesem Grund stellen die Mengenverhältnisse im Zusammenhang mit den anderen Merkmalen der Erfindung eine kritische Größe dar. So sind Schwefelanteile, die deutlich unter etwa 25 Gewichtsprozent bezogen auf das Bindemittel, liegen,unzureichend, da in diesem Fall die Menge des in Form von flüssigen Tropfchen vorliegenden Schwefels im Bindemittel nicht ausreicht, um* die erfindungsgemäßen Vorteile zxx, erzielen. Ebenso sind - · 609825/0855

Schv/ef elanteile, die deutlich über etwa 60 ,Gewichtsprozent, · bezogen auf das Bindemittel, liegen,ungeeignet, da. Schwefelmengen, die über diesen Anteil hinausgehen, zum Verschmelzen bzw.-Zusammenfließen neigen anstatt als feine flüssige Schwefeltröpfchen dispergiert zu bleiben. Durch höhere Schwefelanteile kann auch eine Phaβoninversion hervorgerufen warden, so daß eine Diaporeion von Bitumen in Schwefel anstelle einer Dispersion von Schwefel in Bitumen entsteht, wodurch die erwarteten Bindeeigenschaften des Bindemittels vollkommen umgestürzt werden. Unter Berücksichtigung der gegenwärtigen Kosten der Bestandteile und der optimal erreichbaren physikalischen Eigenschaften des Straßenbelags oder anderer zu bindender Massen liegen die bevorzugten Mengenverhältnisse von Schwefel und Bitumen bei 35 bis 50 Gewichtsteilen Schwefel pro 65 bis 50 Gewichtsteile Bitumen. Typische physikalische Eigenschaften von Gemischen aus .einem typischen Bitumen zur Straßenbelagherstellung mit einer Penetration (PEK) von 85-100· und bestimmten Anteilen an geschmolzenem Schefel sind -in folgender Tabelle aufgeführt:

Bestandteile Zusammensetzung (Gewichtsprozent)

85-100 Pen-Bitumen 100 70 .60.*. 55 . 50 .'" " ^Ί,40 Schwefel 0 30 40 45 . 50 " - 60

spezifisches Gewicht 1,0268 1,1*828 1,2320 1,2854 1,3442 1,4337 15,6^GC \ ■ ■ _

•Erweichungspunkt, ⁰G 44,4 41,7 42,2 42,8 43,9 /56,7 (ASTM D36) : ■

Penetration, 25°C 92 181 183 168 70 ' 100-g, 5 see ' . ,

(ASTM D5) ...·"■ · '

Duktilität, 25°C .· 150+.· 29 " 25 47 · 104

(ASTM D92) ν

Flammpunkt, GOO, ⁰G 293,3 173,9 168,3 165,6 Ί60,0 162,8 (ASTM D92) \ ^ .fc-

Brechpunkt nach Fraas, -16 -12 - -13 -H -

⁰G, (IP 80) - ■ ..."

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■ ■ — 7 —

. ι

Im Hinblick auf die Temperaturen ist festzustellen, daß viele Reaktionen zwischen Schwefel und Bitumen möglich sind, die u.a. von der Temperatur, bei der der Schwefel und das Bitumen miteinander in Berührung kommen, abhängen. Bei Temperaturen unter etwa 149⁰C treten keine chemischen Reaktionen zwischen Schwefel und Bitumen auf, bei denen bedenkliche Schwe-felwasserstoffmengen entwickelt werden. Um die Gefahr der Entwicklung von Schwefelwasserstoff beχ den erfindungsgemäßen Massen, und bei deren Verwendung beim Straßenbau zu vermeiden, ist es daher wesentlich, die Temperatur der Gemische aus Schwefel und Bitumen unter etwa 154°C und-die Temperatur des mit den Schwefel/Bitumen-Bindemittelgemischen überzogenen Zuschlagmaterials ebenfalls auf unter etwa 154 G zu beschränken. Diese Temperaturbeschränkungen sind nicht nur für die Vermeidung der Schwefelwasserstoffbildung, sondern auch zur Einsparung von Brennstoff und für die praktische Durchführung der Verdichtung von überzogenem Zuschlagsmaterial, das auf einer Straße oder einem anderen Untergrund verteilt word'en ist, von Bedeutung» Bei üblichen Asphaltierungsanlagen wird das mit Bitumen zu überziehende ,Zuschlagmaterial im allgemeinen auf Temperaturen um 177 C erhitzt, um das Material heiß genug zu machen, daß das; als Überzug aufzubringende Bitumen so lange weich bleibt, bis das Material auf eine Straße oder eine andere Unterlage verteilt und verdichtet ist. Erfindungsgemäß darf aus den vorerwähnten Gründen das Zuschlagmaterial "nicht über 154⁰C erwärmt werden,· was im Hinblick •auf die großen Mengen an Zuschlagmaterial, die erwärmt werden müssen, eine beträchtliche Brennstoff'ersparnis bedeutet. Obgleich die Verteilung und Verdichtung des überzogenen Zuschlagmaterials im Vergleich zu herkömmlichen, mit Bitumen überzogenen Zuschlagsmater.ialien, beispielsweise um 11 bis 28⁰C niedriger, durchge-' führt werden kann,- läßt sieh das' erfihdungsgemäß-e, mit Schwefel/ Bitumen überzogene Zuschlagmaterial leicht auf herkömmliche Weise in im Straßenbau üblichen Asphaltierungsanlagen verwenden, da das Schwefel/Bitumen-Bindemittel bei„diesen niedrigeren Temperaturen flüssig (fluid) bleibt und das überzogene Zuschlagmaterial bei diesen Temperaturen verteilt und verdichtet werden kann, ohne daß Änderungen an den Straßenbauanlagen notwendig sind.

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Das erfindungsgemäß verwendete Bindemittelgemisch aus ge- schmolzenem Schwefel und Bitumen ist ein erfindungswesent- ' licher Bestandteil, der in möglichst kurzer Zeit hergestellt und auf das Zuschlagmaterial aufgebracht werden soll. ^Zwischen dem Beginn des Vermengungsvorgangs von geschmolzenem Schwefel und Bitumen und der Aufbringung des Gemisches auf das Zuschlagmaterial sollen nicht mehr als etwa 1 Stunde, vorzugsweise weniger als 15 Minuten verstreichen. Besonders bevorzugt ist eine Zeitdauer von weniger als 5 Minuten und insbesondere von weniger als 1 Minute. Gemäß der bevorzugtesten Ausführungsform der Erfindung wird der geschmolzene Schwefel und das flüssige Bitumen in den vorgenannten Mengenverhältnissen bei de-n vorgenannten Temperaturen in' einigen Sekunden vermengt und. gründlich vermischt, wodurch (a) eine praktisch momentane Reaktion zwischen dem Bitumen und^einem beträchtlichen Teil des Schwefels im angegebenen Temperaturbereich und (b) die Dispersion de's restlichen, geschmolzenen Schwefels als Flüssigkeitströpfchen mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 50 μ eintritt. Darauf wird innerhalb weniger Sekunden das erhaltene Gemisch als Überzug auf das Zuschlagmaterial bei Temperaturen, die nicht über der bereits angegebenen Maximaltemperatur von etwa 154°C liegen, aufgebracht. Das erhaltene überzogene Zuschlagmaterial kann anschließend innerhalb des Zeitraums, in dem.das überzogene Zuschiagmaterial auf die minimale Verdichtungstemperatur abkühlt, an der Verwendungsstelle verteilt und verdichtet werden.

Ferner ist es erfindungswesentlich, daß der. Schwefel und das Bitumen im geschmolzenen Zustand und in den angegebenen Mengen-Verhältnissen⁷ gründlich vermischt werden, so daß der Schwefel, schnell, in feiner Verteilung und gleichmäßig im Bitumen dispergiert wird, wodurch ein großer Teil des Schwefels rasch im Bitumen in Lösung geht und'mit diesem reagiert und die gleichmäßige, innige Emulgierung des restlichen Schwefels in' der Bitumenmatrix erreicht wird. Der Mischvorgang muß stark genug sein, um eine Unterteilung des flüssigen Schwefels in Tröpfchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 1 bis 5CTii, vorzugsweise 1 bis 10u zu gewährleisten.

. ■■■' ■" ■ ι ' * ".-

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Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren -vollkommen kontinuierlich durchgeführt, wobei die Ströme der einzelnen Bestandteile während der verschiedenen Stufen vom Anfang bis zurj Ende kontinuierlich gestaltet werden. Es ist jedoch möglich und häufig zweckmäßig oder notwendig, das Verfahren im Chargenbetrieb durchzuführen, wobei eino diskontinuierliche oder halbkontinuierliche Arbeitsweise in anderen Stufen und/oder eine zwischen den.Stufen erfolgende Anhäufung von Bestandteilen unter Bildung von Chargen notwendig ist. In der Endstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das überzogene Zuschlagmaterial im allgemeinen an seine Anwendungsstelle gebracht, die viele Kilometer vom Herstellungsort entfernt sein kann. Dazu können Lastwagen verwendet werden, von denen auf jedem eine angehäufte Charge geladen ist, die von einer Stufe stammt, in der das Zuschlagmaterial kontinuierlich überzogen wird. In ähnlicher Weise kann der Vorgang des ÜberZiehens in einem chargenmäßigen Vermischen bestehen, wobei beispielsweise ein cliargenweise «arbeitender schwerer Mischer (pug mill) verwendet wird, in den eine Charge Zuschlagmaterial aus einem Vorrat eingewogen wird und in den -ferner eine dosierte Menge an Schwefel/Bitumen-Bindemittel gegeben wird. Der Bindemittelzusatz kann entweder ganz oder teilweise in Form einen kontinuierlichen Stroms aus einer kontinuierlich oder diskontinuierlich.arbeitenden Schwefel/Bitumen-Hi-oehstufe abgelassen werden. Wegen der relativ viskosen Natur der Bestandteile und der "benötigten starken Rührbewegung um die .Schwefeltröpfchen im Bitumen zu emulgieren, ist es sehr erwünscht, daß das Vermengen und/oder Vermischen von Schwefel und Bitumen unter gleichzeitiger kontinuierlicher Zugabe dieser zwei Bestandteile zum Mischvorgang und unter gleichzeitiger konti- · nuierlicher Entnahme des erhaltenen Schwefel/Bitumen-Gemisches durchgeführt wird, wobei sich ein Minimum der Bestandteile .während der Mischstufe anreichert. Dadurch wird das Ausmaß an Rückmischung, die auftreten kann, auf ein Minimum gesenkt und die Bildung eines gleichmäßigen Bindemittels erleichtert.

In den erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden zum Pumpen von flüssigem Asphalt übliche Pumpeinrichtungen verwendet.

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Diese eignen sich auch für das 'erfindungsgemäße Pumpen des geschmolzenen Schwefels. Die Temperaturregeleinrichtung, die dazu dient, die Ströme an Schwefel und Bitumen in den erforderlichen Temperaturbereichen zu halten, umfaßt beispielsweise thermostatisch kontrollierte elektrische Heizelemente, .eine thermostatisch kontrollierte Dampfb©heiigung oder αίη thermostatisch kontrolliertes Rohrsystem mit zirkulierendem heißem Öl, um den Hitzeverlust der Materialien auszugleichen, den diese beim Übergang von der Lagerung zum Vermischen erleiden. Die Einrichtungen zum Vermengen und Vermischen umfassen übliche, großtechnische Homogenisatoren, Mischer, Kolloidmühlen' oder andere Mischer, die in der Lage *sind, die zur Dispersion von'geschsiolzenem Schwefel in flüssigem Bitumen erforderlichen hohen Scherkräfte in flüssigem Bitumen zu erzeugen und' bei den dazu erforderlichen, erhöhten Temperaturen zu arbeiten. Bevorzugt werden derartige Einrichtungen, bei denen kontinuierliche Ströme von geschmolzenem Schwefel und Bitumen rasch vermengt und vermischt werden, während sie gleichzeitig eine kleindiniensionierte I.Iischzone durchlaufen, wobei kein Umlauf oder eine Rückmischung des erhaltenen Schwefel/Bitumen-Bindemittels eintritt. Die Mischeinrichtung zum Vermischen des dosierten Bindemittels mit do- . sierten oder abgemessenen Mengen von Zuschlagmaterial, das dabei mit dem Bindemittel überzogen werden soll, kann beispielsweise aus einem chargenweise oder kontinuierlich arbeitenden schweren Mischer bestehen. Ferner kann dafür einer- der kürzlich zum gleichzeitigen kontinuierlichen Trocknen von dosiertem Zuschlagmaterial 'und Überziehen des Zuschlagmaterials mit Bitumen-Bindemittel zur Bildung von Straßenbelaggemischen entwickelten Mischer vom Tjap einer Trockentrommel verwendet werden. Diese Mischeinrichtung wird vorzugsweise in unmittelbarer Fähe.der Schv/efel/Bitumen-Mischeinrichtung angeordnet, so daß das Schwefel/ Bitumen-Bindemittel bald nach seiner Bildung, vorzugsweise unmittelbar danach, als Überzug auf das Zuschlagmateriai aufgebracht werden kann.

Ein Laborvergleich der "Marshall Mix Design"-Eigenschaften von Straßenbelaggemischen mit einem 50:50-Schwefel/Bitumen-Bindemittel mit Gemischen, die "hur Bitumen (Penetration 135 bis 100) . _ . 609825/0855

-¹¹ - * ' ^r

als Bindemittel enthalten, zeigt, daß rait Schwefel/Bitumen-Bindemitteln Gemische mit wesentlich "besserer Stabilität erhalten werden. Typische Marshall-Daten für Proben mit 100^ ' 85-100-Pen-Bitumen-Bindemittel.(AG) und 5O:5O-Schwefel/Bitucien (85-100 Pen)-Bindemittel (SA) sind in der folgenden Tabelle unter dem Spalten AC und-SA zusammengestellt.

• Marshall - Testdaten

	Lufthohlräume	)	SA	VMA*	AC	)	1	SA	Fließen	Inch)	Stabilität	AC	SA
		. 7,3'		18,8		1	8,1	(0,01	SA	(Ib)	1-811	3934
indemittel	AC	5,6	18,6	1	7,4	AG	• 10	1833	4351.
6,0	4,8	■ 4,5	18,4	1	7,3	I 9,5	8,5	1398	4362
6,5	3,4	4,0	18,5	1	7,7	i 10	8,5	1224	4224
7,0	2,1	1,4	19,2		6,2	■ 11	8,5	1011	4209
T₉ 5	1,0		; η	9,5
8,0	0,6	^! 15 ■

* Hohlräume Mineralzuschlag (Voids'Mineral Aggregate) \

Der für den optimalen Prozentsatz ah Luftho^lräumen erforderliche höhere Bindemittelgehalt ist eine Folge des höheren spezifischen Gewichts des Bindemittels mit·-einem Gehalt an elementarem Schwefel, der ein spezifisches Gewicht von etwa 1,96 aufweist. Zusätzliche Marshall-Daten, die sowohl im Laborversuch nls auch im Außenversuch erhalten wurden, bestätigen die folgenden Be-, obachtungen, die sich an erfindungsgemäß hergestellten Straßenbelaggemischen machen lassen: .

1. Die Marshall-Stabilitäten von erfindungsgemäß hergestellten Probestücken sind beträchtlich höher als diö von Probestücken, die nur mit Bitumen als Bindemittel"hergestellt sind.

2. Die Marshall-Stabilitäten von Probestücken nehmen innerhalb

des erfindungsgemäß angegebenen Bereichs mit steigendem Schwefelgehalt zu. ' ·■ .· · . .

3. Trotz der hohen Marshall-Stajbilitäten von Probestücken mit einem Gehalt an Schwefel/Bitumen-Bindemittel ergibt sich kein

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signifikanter Verlust an Fließeigenschaft en bei der Tes,ttemperatur von 6O⁰C. Die in der vorstehenden Tabelle aufgeführten FlieBeigenschaften liegen im üblicherweise akzeptierten Bereich. · . ■ '

4. Zuschlagsmaterialien geringer Qualität, beispielsweise Blassand von geringer Eckigkeit und Zuschlagmaterial von geringer Gradation, kann wirksam stabilisiert werden.

5. Die Marshall-Stabilitäten nach dem Einweichen von Probestücken sind die gleichen wie von nicht eingeweichten Probestücken, was ein Anzeichen für die durch das Schwefel/Bitumen-Bindemittel erreichte hohe Wasserfestigkeit ist. ^:

6. Straßenbau-Bitumensorten von unterschiedlichen Penetrationsgraden können zur Herstellung von guten Schwefel/Bitumen-Bindemitteln verwendet werden. ' -

Zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Marshall-Daten hat sich gezeigt, daß Stra.ßenbelaggemische mit "einem Gehalt an dem erfindungsgemäßen Schwefel/Bitumen-Bindemitteln sich beispielsweise in bezug auf ihre Reaktion auf niedrige Temperaturen nicht signifikant (d.h. innerhalb de'r Fehlergrenzen der Versuchsdurchführung) Von herkömmlichen. Straßenbelaggemischen, die nur Bitumen als Binder enthalten, unterscheiden. Das Schwefel/Bitumen-Bindemittel hat also auf die Reaktion des Gemisches auf niedrige Temperaturen keinen nachteiligen Einfluß.. Ebenso hat eine Untersuchung der Ermüdungseigenschaften keine nachteiligen.Wirkungen ergeben, die.auf die Verwendung von Schwefel^Bitumen-Bindemitteln. in Straßenbelagmassen anstelle von Bitumen als..einzigem. Bindemittel zurückzuführen sind. Zur Bestimmung der Eigenschaften b,e;j. niedrigen Temperaturen" und der Ermüdungseigenschaften vgl. R.C.G. Haas "Designing Asphalt Pavements to Minimize Low "Temperature Shrinkage Cracking", Asphalt Institute Report RR73-1, Januar 1973, und Morris und Haas "Characterization of Bituminous .Mixtures for'Permanent Deformation Predictions'¹, ASTM-STP Publication Nr. 561, 1974. Außerdem ergab sich nach längerem · "' Einweichen in Wasser für einen Schwefel/Bitumen (50:50)-Überzug

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am Zuschlagmaterial im Vergleich zu einem 100-prozentigem Bitumen-Überzug am gleichen Zuschlagmaterial eine erhöhte Festigkeit des Überzugs (Bindemittelhaut) vom Zuschlagmaterial. Diese Verdrängung der Bindemittelhaut wird auch als "Stripping" bezeichnet.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Bei. spiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung einer Asphalt-Straßenbelagmasse unter Verwendung einer transportablen Mischvorrichtung in Verbindung mit einer weiteren fest installierten Mischvorrichtung sowie' die Anwendung dieser Masse als Oberflächenbelag · auf einen vorher hergestellten Unterbau einer Einfahrt zu einem Steinbruch, die von schwer mit Steinmaterial beladenen Fahrzeugen benutzt wird. Die transportable Vorrichtung bestand aus einem mobilen -Lagerbehälter für geschmolzenen. Schwefel und Bitumen, Pumpeinrichtungen zur kontinuierlichen Zufuhr von dosierten Strömen von geschmolzenem Schwefel und Bitumen aus den Lagerbehältern, einer Temperaturregeleinrichtung , niit der diese Ströme im gewünschten Temperaturbereich gehalten wurden, und den Vermengungs- und Vermischungseinrichtungen. Alle Zu- und Ableitungen waren isoliert und mit elektrischen Heizwiderständen ausgerüstet, mit denen die Heizung und Temperaturkontrolle für die Vorrichtung und das zu befördernde Material gewährleistet wurde. Die fes't installierte Mischvorrichtung umfaßte einen Teil einer bereits bestehenden, üblichen Bitumen- Zuschlagmaterial-Mischanlage sowie Wiegeeinrichtungen zum Wiegen der Chargen von gebrochenem Steinmateria'l und Sand, eine getrennte ^Tv7ie ge einrichtung zum Wiegen der Bitumenchargen und einen dhargenweise arbeitenden schweren Mischer mit einer üblichen gegendrehenden -Doppelwelle, der zum Mischen von Chargen mit 1360 kg Zuschlagmaterial und . ' Bitumen in einer kontrollierten Mischdauer in der Lage ist. Die gemischten Chargen aus Bitumen und Zuschlagmaterial konnten direkt von dem Mischer durch Gefälle in die Transportwagen entleert werden* Zur Herstellung der Straßenbelagmasse wurden die Pumpeinrichtungen für Schwefel 'und Bitumen, die Vermengungs- und

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Vernisclaungseinrichtungen sowie die Verbindungsleitungen mit den elektrischen Heizelementen geheizt, 'bis die Anlage eine Temperatur von etwa 149⁰C aufwies. Anschließend wurden die mobilen Schwefel- und Bitumen-Lagertanks über gut isolierte, flexible Schläuche mit einem nominalen Durchmesser von 6,5 cm mit getrennten Doppel-"Roto-K±ng" (Handelsbezeichnung)-positiven-Verdrängerpumpen.(Modell IQ 32) verbunden, deren-Drehzahl mechanisch verstellbar war und die durch dreiphasige Elektromotoren von 2,25 -KW angetrieben wurden. Es konnten Drehzahlen.von 38 bis 190 U/min und Pumpleistungen von 11,3 bis 163 Liter pro Hinute erreicht werden. Geschmolzener Schwefel und Bitumen wurden in den gewünschten Mengenverhältnissen mit Hilfe dieser Pumpen über getrennte', kurze isolierte Leitungen zu einer Sternschaltung (Y-Verbindung) geleitet, wo die Ströme an geschmolzenem Schwefel und Bitumen fusionierten und durch eine kurze Verbindungsleitung Yori β cm Durchmesser zum Einlaß eines Grifford-Wood-Durchlaufmischers (LIode 11 PL 5) mit* einer nominalen Größe von 1 3 cm flössen. Dieser Mischer war direkt an einen mit 3500 U/min arbeitenden 15 10,7-Kotor gekoppelt und .enthielt eine einzelne hoehtourige Turbine mit 8 Löchern von 31 mm Durchmesser im Turbinengehäuse und einen Abstand von 0,008 bis 0,012 mm zwischen Gehäuse und. Rotor. Beim Durchlaufen durch diesen Mischer reagierte die über 20 Gewichtsprozent hinausgehende Schwefelmenge, bezogen auf das Gemisch aus Schwefel und Bitumen,' nicht mit dem Bitumen und löste 'sich auch nicht d^rarin, sondern wurde in Form von.flüssigen Schwefeltröpfchen von weniger als 10.μ Durchmesser im Bitumen emulgiert oder dispergiert, wobei der durchschnittliche Durchmesser zwischen 1 und weniger als 10 μ lag.-Der Schwgfelanteil bis zu 20 Gewichtsprozent des Gemisches reagierte mit dem Bitumen oder löste sich darin. Von dem Mischer wurde das Sohwefel/Bitumen-Ge mis cn. über eine -isolierte·, flexible Leitung in ein Wiegegefäß befördert, in dem die gewünschten Mengen angesammelt und gewogen wurden und von dort zu gewogenen Mengen an Zuschlagmaterial' im schweren Mischer entlee-rt wurden. Das in den schweren Mischer eingespeiste Zuschlagmaterial war folgendermaßen zusammengesetzt: 35 Gewichtsprozent gebrochenes 10 mm-Steinmaterial, d.h. alle. Teile sind kleiner als 12 mm und über 90$ werden an. einem-Sieb ITr. 4 der Lochweite 4,76 mm zurückgehalten; 4,9$ gebrochenes, -

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abgesiebtes Steinmaterial, d.h. 98$ passieren ein Sieb' der Lochv/eite 4,76 mm und 90$ werden an einem Sieb der lichten Maschenv/eite 0,074 mm zurückgehalten; und 16$ Sand, von dem 99$ ein Sieb der lichten Maschenweite 1,19 mm passieren und 9Sfo von einem Sieb der lichten Maschenweite 0,074 zurückgehalten werden. Dieses Zuschlagmaterial wurde durch^ Durchlaufen einer öXjgefeuerten Trockentrommel getrocknet. Von hier aus wurde das ■ erhitzte Maferial in über dem schweren Mischer angeordnete Lager-Einfülltrichter gebracht und von dort aus in abgewogenen · Chargen in den gewünschten Mengenverhältnissen in den schweren Mischer gegeben. Zuschlagmaterial mit einer Temperatur im -Bereich von 143 bis 149⁰C und Schwefel/Bitumen-Gemisch mit einer Temperatur im Bereich von 143 bis 146⁰C wurden nach dem Abwiegen in den gewünschten Mengenverhältnissen im Mischer für einen kontrollierten Zeitraum vermischt, um einen Überzug des Schwefel/Bitumen-Gemischs (Bindemittelhaut) auf dem Zuschlagmaterial zu erzeugen. Anschließend wurde das Material vom Mischer in Lastwagen geladen und zu herkömmlichen Asphaltierungsmaschin.en in der Nähe der Straßenbaustelle gebracht. Dort wurde das überzogene Zuschlagmaterial in einer Stärke von 5 cm auf einen befestigten Unterbau verteilt und mit· einer Doppelwalze auf übliche Weise gewalzt. Es ergaben sich keine Schwierigkeiten beim Aufbringen, Walzen und Verdichten dieses Oberflächenbelags. In,diesem Beispiel wurde ein 85-100-Pen"-Bitumen für St-raßenbauzwecke verwendet.. .

Ein derartiges· Bitumen zeigt folgende typische Eigenschaften: ' Gewicht, API,- .1 5,6⁰C: 6,5

Spezifisches Gewicht, 15,6⁰C: 1,0254

Viskosität, Poise, 6O⁰C,- ASTM D21 71 :1770 " .

Viskosität, es, 135⁰C, ASTM D217O:362,2 Flammpunkt, COC, ⁰C, ASTM D92:31*5,6⁰C

Erweichungspunkt, ⁰C, ASTM D36:51,1⁰C

Penetration, 25⁰C, 100g, 5 sec/ ASTM D5:89 Duktilität, 25⁰C, cm, ASTM D113ti50+

LöBlich in Trichloräthyleh, ASTM D2042:99,9$

Als Schwefel wurde handelsüblicher, elementarer Schwefel, der als Nebenprodukt bei der- Erdölraffination anfällt, verarbeitet.

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β·

In diesem Beispiel betrug das Mischungsverhältnis von Schwefel und Bitumen 50:50. Durch übliche Marshall Mix Design-Tests unter Verwendung des vorgenannten Zuschlagmaterials und des genannten 85-100-Pen-Bitumens als einzigem Bindemittel wurde , im Laborversuch festgestellt, daß man. bei diesem Bindemittel box oinom Gohalt von 5,87« zu Straßenbelagmasoen mit optimalen Ergebnissen gelangt. Da Schwefel ein beträchtlich höheres spezifisches Gewicht als Bitumen aufweist und infolgedessen .Gemische aus* Schwefel und Bitumen ebenfalls .ein höheres spezifisches> Gewicht als Bitumen aufweisen, ist es natürlich, daß der optimale Gewichtsanteil des Schwef.el/Bitumen-Gemisches, das als Bindemittel in der- Straßenbelagmasse verwendet wird, höher ist als bei Verwendung von Bitumen als einzigem Bindemittel, da im wesentlichen gleiche Volumina Bindemittel erforderlich sind, um gleiche Gewichtsmengen an Zuschlagmaterial vollkommen mit gleich dicken Überzügen' zu versehen. Wie durch Marshall-Tests festgestellt wurde, beträgt der optimale Gewichtsanteil an 50:50 Schwefel/ Bitumen-Bindemittel für das vorgenannte Zuschlagsmaterial 7,0 bis 8,0p. In diesem Beispiel wurde dieses Bindemittel .in einer Menge von 7>77° in der Straßenbelagmasse verwendet« Um sicherzustellen, daß das Schwefel/Bitumen-Bindemittel dispergierte, flüssige Schwefeltröpfchen enthielt., deren Durchmesser ausschließlich unter 10 μ lag, wurden willkürlich Bindemittelproben,· so wie sie dem Zuschlagsmaterial zugesetzt wurden, entnommen und optisch unter einem Mikroskop untersucht. Von besonderer Be-.deutung bei den Ergebnissen der Marshall-Tests war die' Tatsache, daß die Stabilitätsbestimmungen an Testproben zeigten, daß bei optimalen Verhältnissen von Bitumen zu Zuschlagsmaterial eine Marshall-Stabilität erreicht wurde, die geringfügig unter 2000 lag, während·bei optimalen Verhältnissen von Schwefel/Bitumen zu Zuschlagmaterial-eine Marshall-Stabilität von mehr als 3000 erreicht wurde, was einen Anstieg von über 50$ bedeutet. Außerdem war die Schwefelz/Bitumen-Straßenbelagmasse trotz ihrer größeren Marshall-Stabilität, die ein Anzeichfen für größere Festigkeit in der fertigen Straßendecke nach dem 'Walzen und Härten de.r Straßenbelagmasse ist, nicht schwerer zu verdichten, solange die · Straßenbelagmasse noch heiß war. Dies ist auf die Anwesenheit der fein yerteil'ten flüssigen Schwefeltröpfchen im Bindemittel

60982 5/085 5 ^:

fr

zurückzuführen. Ferner konnte die heiße Straßc-jelagmasco mit einem Gehalt an Schwefel/Bitumen-Bindemittel im Vergleich zu . normalen Bitumen-Bindemittelgemischen auf niedrigere Temperaturen abkühlen," bevor sie zu hart zum wirksamen Walzen und Verdichten wurde.

Beispiel. .2 .,

Die in Beispiel 1 beschriebene transportable I'.Iischanlage zum Pumpen und Mischen von geschmolzenem Schwefel und·' Bitumen -würde mit einem Lastwagen zu einer Straßenbaustelle gebracht, die etwa 3860 km von der* in Beispiel 1 genannten Baustelle entfernt war. Hier wurde sie zusammen mit einer transportablen, kontinuierlich arbeitenden Mischvorrichtung zum IJischen von Bitumen und Zuschlagmaterial (Modell "Pioneer"der Firma Portec, Inc.) für die Herstellung eines Straßenunterbaus und einer Straßenoberfläche verwendet. Aufgrund der wesentlich lauteren V7interbedingungen, denen diese Straße ausgesetzt war, wurde ein weicheres Straßenbaubitumen entsprechend der Specification AG 275 des Alberta Department of Highways and Transport, anstelle des im Beispiel 1 verwendeten 85-100-Pen-Bitumens verwendet. Dieses Bitumen wies folgende typische Eigenschaften auf:
Gewicht, APIj 15,6⁰C: 8,2

Spezifisches Gewicht, 1 5,6⁰G: 1,0129 '

Viskosität, ^oise, 60⁰C, ASTM D2171:313 Viskosität,es, 135°C, ASTM- D2170:1 65,9 Flammpunkt, GOC, ⁰C, ASTM D92:273,9°C ■ . Erweichungspunkt, ⁰G, ASTH D36:32,8°G Penetration, 25°C, 100 g, 5 sec, ASTM D5:317 ■ ·. Duktilität, 25°C, cm, -ASTM D113:68
Löslich in Trichloräthylen, ASTM D2042:99,8# "

Lq diesem Fall wurde als Zuschlagmaterxal gesiebter Brechkies verwendet. Die Siebanalyse dieses Materials<ergab/ daß. im wesentlichen das gesamte Material ein Sieb der lochöffnung 15,8 mm passierte und nur etwa 5^cß> oder weniger ein Sieb der lichten Maschenweite 0,074 mm passierten. Die Ergebnisse der Marshall-Tests zeigten, „daß das optimale Verhältnis des Standard AG 275-

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Bitumen-Bindemittels zur Verwendung mit diesem Zuschlagmaterial bei 6^c/-> lag. Die Marshall-Stabilität eines solchen Gemisches beträgt etwa 2450 Ib. Bei Verwendung eines 40:60-Schwefel/ Bitumen-Bindemittels in einer optimalen Menge von 7 Gewichtsprozent - unter Berücksichtigung des höheren spezifischen Gewichtes dos Bindemittels - ergab siqh eine Marshall-Stabilität von etwa 365.Q l>b, was einen Anstieg von etwa 49$ bedeutet. Bei Verwendung eines 50:50 Schwefel/Bitumen-Bindemittels liegt der optimale Anteil bei 8 Gewichtsprozent, wobei sich eine Marshall-Stabilität von etwa 6650 Ib ergibt, was einem Anstieg von etwa 170^ entspricht. Die in diesem Beispiel erwähnten Arbeiten stellte-n einen Teil eines Straßenbauvorhabens, dar, bei dem eine im allgemeinen 15 cm starke Asphaltbetonschicht auf einen in "full depth"-Bauweise■hergestellten Unterbau aufgebracht werden sollte. Ein 609 ϊ-Ieter langer Abschnitt dieser Straße wurde unter Verwendung eines Schwefel/Bitumen-Bindemittels anstelle von Bitumen allein gebaut. Bei einem Teil dieses Testabschnitts wurde ein 40:60-rJclr.vefel/Bitumen-Bindemittelgemisch in einer Menge_ von 7 Gewichtsprozent ,bezogen auf das Gemisch, verwendet,. wobei die Schicht..teilwei'se 10 cm, teilweise 15 cm und teilweise 20 cm stark war. Die Abschnitte von *]5 und 20 cm Stärke wurden auf 2 χ aufgebracht, wobei die erste Teilschicht 10 cm stark und die zweite Teilachicht 5 bzw. 10 era stark war. Die beiden anderen Straßenabschnitte wurden mit einer 15 cm starken, auf 2 χ hergestellten Schicht unter Verwendung eines 5O:5O-Schwefel/Bitumen-Bindemittels beschichtet," wobei irr. Zuschlag .teilweise 7 Gewichtsprozent Bindemittel und

teilweise die Optimale Menge von Qfo Bindemittel enthalten war.

Das heiße Schwefel/Bitumeh-Bindemittelgemisch wurde in einer lienge von 182 000 kg/Std. hergestellt, wobei der Schwefel/Bittfmen-Mischer -direkt mit den Sprühdosen der 'Mischa'nlag'e verbunden war und d.ie Einspeisegeschwindigkeit des Bindemittels mit Hilfe der vorgeeichten Dosierpumpen des Schwefel/Bitumen-Geir.isches manuell kontrolliert und auf die Zufuhrgeschwindigkeit · des Zuschlagmaterials eingestellt wurde. Die Temperaturen von Bindemittelbestandteilen, Bindemittelgemisch und Zuschlagmaterial ■ wurden entsprechend den in Beispiel 1 angegebenen Parametern reguliert und, eingestellt. Das aus der Mischanlage· kontinuierlich ' entleerte heiße Gemisch wurde mit Lastwagen an die Baustelle

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transportiert. Der Bindemittelgehalt des heißen Gemisches wurde regelmäßig während des ganzen Arbeitsgangs unter Verwendung einer. "Trawler T¹Tuclear Asphalt Content Gauge" überwacht. Der 3a.u dieser Abschnitte wurde unter Verwendung von üblichen Straßenbauvorrichtungen durchgeführt. Zwischen den aneinander liegenden Abschnitten verschiedener Stärken wurden Übergangsstücke von 15 Meter Länge vorgesehen. Die restliche länge' wurde unter Anwendung von Verfahren, wie sie für den Bau der erforderlichen 15 cm starken (full depth) harten Straßenoberfläche üblich sind. .Die Testabschnitte unter Verwendung des Schwefel/Bitumen-Bindemittels im Gemisch des Zuschlagmaterials wurden unter Verwendung der gl-eichen Anlage, wie sie zum Bau der restlichen Straße verwendet wuyden, geglättet und verdichtet. Es. traten .Iceine Probleme auf, die auf den Ersatz des normalen Bitumens im Gemisch durch das Schwefel/Bitumen-Bindemittel zurückzuführen waren. Die unterschiedlichen Stärken bei dem mit dem Schwef el/Bitumen-Bindeinittelgemisch. hergestellten Straßenbelag dienten zur Peststellung, inwieweit die verschieden starken Schichten hinsichtlich ihrer Beständigkeit mit normalem Bitumen als Bindemittel hergestellten Straßenbelägen überlegen sind. Dabei wurden die einzelnen Straßenbelagmassen auf einen im wesentlichen gleichmäßigen Unterbau aufgebracht .

B e _ki s ρ i e 1 3 *^

Dieses Beispiel erläutert· die Erneuerung einer Asphaltbeton-Autobahn, von der ein Abschnitt von 16 km wegen seines schlechten · Zustands einer_% neuen Oberfläche bedurfte. Bei einem 1640 Meter langen Testabschnitt war auf'der halben Länge ein neuer Überzug von 5 cm Stärke und auf dem Rest der Strecke ein' Überzug von 10 cm Stärke erforderlich. Die 10 cm starke Schicht wurde auf 2 χ in einer Stärke von jeweils 5 cm aufgebracht. Die im vorstehenden Beispiel verwendeten Anlagen zum Mischen von Schwefel/Bitumen und, Zuschlagmaterial sowie zur Herstellung des Straßenbelags^ und zum Walzen verwendeten Anlagen wurden etwa 56 km zu einer Stelle transportiert-, an-der ein'geeigneter Brechkies nahe an der'Baustelle zur Verfügung stand. Die Siebanalyse des Zuschlagmaterials ergab, daß mehr als-95$ ein Sieb der lichten Maschenweite 15»8 mm

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und nur etwa 2',Ό ein Sieb der lichten I.iaschenweite 0,074 mm passierten. Die rarshall-Testdaten für dieses Zuschlagsmaterial mit dem im vorhergehenden Beispiel verwendeten AC 275-Bituinen ergaben ein optimales Verhältnis von »Standard Bitumen-Bindemittel zur Verwendung mit · diesem Zuschlagmaterial von 6/ό, wobei, sich eine ilarshall-Stabilität für dieses Gemisch von etwa 2100 'Ib ergab. Bei Verwendung eines 40:60-Schwefel/Bitumen-Bindemittels lag. der optimale Anteil bei 7 Gewichtsprozent, wobei sich eine !■.^:arnhall-Stabilität von etwa 2700 Ib ergab..,Bei Verwendung .eines 50:50 Schwefel/Bitumen-Bindemittels.lag der optimale Anteil bei 8 Gewichtsprozent, wobei sich eine Marshall-Stahilität von 4100 Ibergab, was einen Anstieg von etwa 95$ bedeutet. Mit den Einrichtungen zum Vermengen und Vermischen von Asphalt und-'Schwefel zusammen mit den Mischeinrichtungen zum Vermischen von. Zuschlag-Material und Bindemittel, gemäß dem vorstehenden'Beispiel, wurden etwa 1760 Tonnen eines mit Schwefel/Bitumen gebundenen Zuschlagmaterials hergestellt, das 7>° 4*0:60-Schwefel/Bitumen-Bindemittel enthielt. Die Temperaturen von Bindemittelbestandteilen, Bindemit.telgemisch und Zuschlagmaterial wurden gemäß Beispiel 1 reguliert und eingestellt. Das von der Mischanlage kontinuierlich entleerte heiße Gemisch wurde mit Lastwagen zur Baustelle transportiert. Wie im vorhergehenden Beispiel wurde die Zusammensetzung des Bindemittels regelmäßig überwacht. Das heiße Gemisch wurde, wie vorstehend angegeben, in Schichten von 5 bzw. 10 cm Stärke . auf die nördliche Fahrbahn der Autobahn aufgebracht. Die daneben .liegende südliche Fahrbahn wurde entsprechend mit einem herkömmlichen heißen Gemisch aus Bitumen und Zuschlagmaterial, mit ■einem Gehalt an 6$ Bitumen "beschichtet. Dabei wurde die gleiche kontinuierlich arbeitende Zuschlagmaterial-Mischanlage und die gleichen Straßenbauvorrichtungen und Walzen verwendet.-Beim Glätten und Walzen der heißen Gemische ergaben sich keine signifikanten Unterschiede zwischen Bitumen und Schwefel/Bitumen-Gemischen. Diese Reparaturarbeit zeigt, daß das Verhalten von mit*· Bitumen gebundenen und mit Schwefel/Bitumen gebundenen heißen Gemischen bei üblichen Straßenbauverfahren gleichwertig ist. Durch diese Straßenreparatur wird sich vermutlich die höhere Beständigkeit von mit Schwefel/Bitumen gebundenen Straßenbeiägen zeigen.

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Beispiel 4

Dieses Beispiel erläutert "die Herstellung eines 50:50-Schwefel/ Bitumen-Bind ermittele mit einem Gehalt an 85-100-Pen-Bitumen in einer chargenweise arbeitenden Kolloidmühle. Es wurde eine Sppcnbach-LTühle (Modell QV-6-B) verwendet, die zur Homogenisation von etwa 15 liter pro Charge in der Lage ist. Sine Probe von 2000 g flüssigem Asphalt wurde auf 149°C erhitzt und in die Mühle gegossen. Der Zwischenraum in der Kolloidmühle während des Betriebs war maximal 1,8 mm. Allmählich wurden bei fortge-' setzter Drehbewegung der I.-ühle 2000 g geschmolzener Schwefel mit einer Temperatur von 149°C zugegeben. Fach beendeter Zugabe waren etwa 20>ά der gesamten Schwefelmenge homogen mit dem Bitumen entweder durch chemische Reaktion und/oder durch Lösung vereinigt, während der Rest von 80⁽/ί als flüssige Schv/efeltröpfchen in der Bitumenphase dispergiert war. Die erhaltene Dispersion wurde aus der Mühle entfernt und eine Probe*davon unter dem Mikroskop untersucht. Die Teilchengröße der in der'Asphaltphase dispergieren, geschmolzenen Schwefeltröpfchen lag im wesentlichen im Bereich unter 1Ou, die DurchsclmittsgröBe lag bei einem Durchmesser von 4 bis 5 >*·. Sin Teil der Charge wurde be* einer Temperatur von 135 bis 149°C leicht.gerührt. Sine Probe von 175. g des Rests wurde sofort als Bindemittel auf eine Probe von 2325 g eines gesiebten, auf.etwa 149°C erhitzten, gebrochenen Steinmaterials in einem erhitzten I.TiscIigefäß gegeben und mit 'einem starken Eührer vermischt, um einen Bindemittelüberzug auf dem Zuschlagsmaterial zu bilden. Nach der Ausbildung einer gleichmäßigen Bindemittelhaut wurde das heiße Gemisch in der -V/eise verdichtet, wie es zur Herstellung eines Probestücks für den Marshall Hix Design-Test üblich ist. Weitere Probestücke'wurden-auf ähnliche Weise sofort hergestellt. Die durchschnittliche Marshall-Stab-ilität der Probestücke liegt bei etwa 4400 Ib. Eine Probe des Bindemittelteils, der bei 155 bis 149⁰Q -etwa 1 Stunde leicht' gerührt worden war, wurde unter einem Mikroskop untersucht. Die durchschnittliche Teilchengröße der geschmolzenen Schwefeltröpfchen war gegenüber dem Zustand des Materials vor einer Stunde angewachsen, was anzeigt,-.daß eine Agglomeration der Schwefeltröpfchen, eingetreten war. Viele der Tröpfchen hatten einen

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Durchmesser von etwa 50 p. erreicht. Eine Koagulation und ein Λonotsen des Schwefels konnte bei weiterer Aufbewahrung des !-■inderaittels in flüssiger Phase erwartet werden, sowie ein Air.vachsen der flüssigen Schwefeltröpfclien auf über 50 μ. 175 g .Proben dieses Teils der Charge wurden unmittelbar darauf gemäß den vorstehenden Angaben mit erhitztem Zuschlagmaterial zur Herstellung von I.'iarshall-Probe stücken vermischt. Die Marshall-Stabilität der Probestücke wurde bestimmt. Die durchschnittliche "."arsLall-Stabilität betrug etwa 4500 Ib, was (a) eine gute Beibehaltung der physikalischen Eigenschaften des Bindemittels bei ochwefeltröpfchen bis zu einem Durchmesser von 50 μ und (b) eine Dispersionsst_abilität in der flüssigen Phase bis zu 1" Stunde zeigt. ITach Ablauf von 3 Stunden waren die. '!Coagulations- und Absetzerscheinungen so stark, daß das Material als Bindemittel für Asphaltbeton ungeeignet war.

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Claims

■' Patentansprü ehe Vorrichtung zur Herstellung einer flüssigen (fluiden) Schv/efel/Bitumen-Masse, gekennzeichnet durch

1) eine Pumpeinrichtung zur kontinuierlichen Zufuhr eines dosierten Stroms an geschmolzenem Schwefel, .. ·

2) eine Pumpeinfichtung zur kontinuierlichen Zufuhr eines dosierte^ Stroms an flüssigem Bitumen,

3) eine Mischeinrichtung zum kontinuierlichen Vermengen der genannten Ströme in einem Verhältnis von 25 bis 60 Gewichtsteilen Schwefel pro 75 bis 60 Gewichtsteile Bitumen und,zum gründlichen Vermischen dieser Ströme, um den flüssigen Schwefel, der sich nicht homogen "mit dem Bitumen im Mischstrom vereinigt, "zu Tröpfchen mit einem Durchmesser im -Bereich von 1 bis 50 ^u zu emulgieren und

4) ,eine Temperaturregeleinrichtung,mit der der Strom an geschmolzenem Schwefel auf einer Temperatur von 121 bis 154⁰G, der Strom an flüssigem Bitumen auf einer Temperatur von 121 bis.177°C und der Mischstrom auf einer Temperatur von 121 bis 154 C gehalten wird.

. t

2. Vorrichtung zur Herstellung einer Straßenbelagmasse aus überzogenem Zuschlagmaterial, gekennzeichne, t d U^- r c h
1) eine Pumpeinrichtung zur kontinuierlichen Zufuhr eines do-

■ sierten Stroms an geschmolzenem Schwefel 2).eine Pumpeinrichtung zur kontinuierlichen Zufuhr eines dosierten Stroms an flüssigem Bitumen,

3) eine Mischeinrichtung'-zum kontinuierlichen Vermengen' der genannten Ströme in einem Verhältnis von 25 bis 60 -Gewichtsteile Schwefel pro 75 bis 40 Gewichtsteile Bitumen und zum gründlichen Vermischen dieser Ströme, um den flüssigen Schwefel, der sich nicht homogen mit dem Bitumen im Mischstrom vereinigt, zu Tröpfchen mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 50 u zu emulgieren,

. 4) eine Temperaturregeleinrichtung, mit der der Strom an' geschmolzenem Schwefel auf einer,Temperatur von 121 bis 154°C> der

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Strom an flüssigem Bitumen auf einer Temperatur von 121 Ms 177 C und der Hischstrom auf einer Temperatur von 121 bis 1.54 C gehalten wird, . '-

5) eine Mischeinrichtung zum Vermischen des dosierten Mischstroms mit einem teilchenförmigen Zuschlagmaterial mit einer Temperatur von höchstens 154°C und zur Ausbildung eines gleichmäßigen Überzugs des Mischstroms auf diesen Teilchen und 6\ eine Entlade- und Transporteinrichtung, ► mit der das. überzogene Zuschlagmaterial vor dem Abkühlen auf eine Temperatur, 'bei der es nicht mehr verdichtet werden kann, an den Anwendungsort gebracht wird.

3. "Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung zum Vermischen des' _' dosierten Mischstroms und des dosierten Zuschlagmaterials die Teilchen innerhalb eines Zeitraums von weniger als 1 Stunde, gemessen ab dem Zeitpunkt, zu dem der Schwefel im Bitumen

■ ' r":

emulgiert ist, überzieht. ,

4. Verfahren, zur Herstellung einer Straßenbelagmasse aus überzogenem 'Zuschlagmaterial, dadurch gekenn-

z. e i c h net, daß man ^: · . . · ' -

1) ₄einen dosierten Strom von flüssigem Bitumen mit einer Temperatur von i21 bis 177°C mit einem dosierten Strom von geschmolzenem Schwefel mit einer Temperatur von 121 bis 154-⁰G unter Bildung'eines Mischstroms mit einer Temperatur von 121 bis 154⁰C in einer Menge von. 25 bis 60 G-ewichtsteilen Schwefel pro 75 bis 40 Gewichtsteile .Bitumen vermengt, '. .'···"..

2) den vermengten Strom* zur gründlichen Dispersion des Schwefels im Bitumen vermischt, wobei das Bitumen teilweise den Schwefel löst und sich" auf andere Weise mit ihm homogen vereinigt und der Rest des Schwefels im Bitumen als 'getrennte Phase in Form ' · ·' von Tröpfchen mit einem Durchmesser von 1 bis 50 p. emulgiert 'wird, ' ' . ■

3) den erhaltenen Bindemittelmischstrom innerhalb eines' Zeitraums von weniger als 1 Stunde mit teilchenförmigen! Zuschlagmaterial mit einer Temperatur von höchstens 154°ö zusammenmischt'

/■■'■' · 6Ό9825/085 5 '

4) das erhaltene Gemisch zur Ausbildung eines gleichmäßigen Überzug des Mischstroms auf dem Zuschlagmaterial rührt und

5) das überzogene Zuschlagmaterial entlädt und zum Verwehdungsort befördert, bevor der Überzug sich auf eine Temperatur abgekühlt hat, bei der das .Material zu verdichten ist«

5. Straßenbelagmasse, bestehend aus einem zur Herstellung einer Grund- oder Deckschicht von befestigten Flachen geeignetem Zuschlagmaterial mit entsprechender Teilchengröße, wobei die Teilchen bei einer Temperatur von höchstens 154°0 mit einem Bindemittel von" einer Temperatur von 121 bis 154,0, das 75 bis 40 Gewichtsteile flüssiges Bitumen pro 25 bis 60 Gewichtsteile Schwefel enthält, überzogen worden sind, wobei ein Teil'des Schwefels homogen mit dem Bitumen vereinigt ist und der Rest darin in Form von flüssigen Schwefeltröpfchen mit einem Durch- · messer im Bereich von 1 bis 50 u dispergiert ist.

6. Flüssige Masse aus geschmolzenem Schwefel und Bitumen, die als Bindemittel zum Überziehen eines festen, teilchenförmigen Zuschlagmaterials geeignet ist,g ekenn, zeichnet durch eine flüssige 'Bitumenphase mit einer Temperatur von 121 bis 154°0, die 25 bis 60 Gewichtsprozent Schwefel enthält, wobei der Schwefel teilweise mit der Bitumenphase homogen vereinigt ist und teilweise in Form von flüssigen Schwefeltröpfchen mit einem· Durchmesser im Bereich von 1 bis 50 u in'· der Bitumen-.phase dispergiert ist.

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