DE2701540C3 - Verwendung von Aminderivaten zur Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften von Bitumen und bituminösen Massen - Google Patents

Verwendung von Aminderivaten zur Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften von Bitumen und bituminösen Massen

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Description

Unter Bitumen versteht man die bei der schonenden Aufarbeitung von Erdölen gewonnenen halbfesten bis springharten schmelzbaren, hochmolekularen Kohlenwasserstoffgemische und die in Schwefelkohlenstoff löslichen Anteile der Naturasphalte (Römpp "Chemilexikon", 5. Auflage, S. 541).
Diese sich an der Herstellung und Gewinnung des Bitumens orientierende Defibration sagt nichts über den inneren Aufbau des Bitumens aus. Dies ist insofern auch verständlich, als je nach Art der Gewinnung des Bitumens, sei es aus Destillationsrückständen aus der schonenden Aufbereitung von Erdöl, sei es aus petrochemisch behandelten Mineralölprodukten, Bitumen erhalten werden, deren innerer Aufbau verfahrensabhängig ist. Bitumen ist ein kolloiddisperses System.
Vereinfacht dargestellt, besteht es aus einer äußeren öligen Phase, in welche Micellen oder Micellenverbände eingebettet sind, die im wesentlichen aus Asphaltenen bestehen, an denen Erdölharze adsorptiv angelagert sind. Bei der schonenden Aufarbeitung von Erdöl entstehen Destillationsrückstände, bei denen das Bitumen in einem - kolloidchemisch gesehen - relativ wenig gestörten Zustand vorliegt. Werden Destillationsrückstände petrochemisch verarbeitet, also beispielsweise dem Blasprozeß zugeführt, entstehen über Dehydrierungs- und Polymerisationsreaktionen (Radikalmechanismen) Bitumen, deren kolloidchemischer Aufbau mehr oder weniger gestört ist. Derartige Bitumen können zu Entmischungen (Ölausscheidungen) und beschleunigter Alterung neigen, welche beispielsweise durch die im Bitumen enthaltenen katalytisch wirkenden Komponenten und Radikalbildner bedingt ist. Dennoch entsprechen all diese verschiedenen Bitumensorten fast immer der Norm und werden als solche z.B. im Straßenbau, im Hoch- und Tiefbau und bei vielen anderen Zwecken, eingesetzt.
Die kolloidale Struktur des Bitumens bestimmt aber seine anwendungstechnischen Eigenschaften. Man geht dabei von der Vorstellung aus, dass die Micellen bzw. die Micellenverbände gerüstartige Strukturen ausbilden. Art, Größe und Eigenschaften dieser Strukturen werden von vielen Parametern bestimmt, wie z.B. den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Öl- und Harzphasen, der Temperatur, der mechanischen Beanspruchung und der Zeit.
Das elastische Verhalten von Bitumen wird im wesentlichen von der Fähigkeit bestimmt, dass sich diese Strukturen nach mechanischer Beanspruchung schnell zurückbilden können. Eine mehr oder weniger weitgehende Störung dieses Gerüstes fördert das plastische Verhalten des Bitumens. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Ausbildung des micellaren Gerüstes im Bitumen nicht nur von der Zusammensetzung des Bitumens, sondern auch von der jeweiligen Temperatur des Bitumens abhängt. Wird Bitumen erwärmt, verringern sich mit steigender Temperatur die elastischen Eigenschaften des Bitumens infolge des Abbaus des tragenden Micellargerüstes unter Ausbildung von Strukturen niedrigen Ordnungsgrades, so dass bei höheren Temperaturen ein Solzustand erreicht ist, bei der das Viskositätsverhalten des Bitumens einer Newtonschen Flüssigkeit entspricht. Bei der Abkühlung des Bitumens bildet sich die Gerüststruktur wieder aus, jedoch kann die Ausbildung des micellaren Gerüstes durch Einwirkung mechanischer Kräfte, wie z.B. durch hohe Scherkräfte beeinflusst werden. Durch schnelles Abkühlen können auch bestimmte Momentanzustände des Kolloidsystems eingefroren werden, wobei sich die Einstellung des der Temperatur entsprechenden Gleichgewichtszustandes dann nur noch sehr langsam und kaum messbar vollziehen kann. Mit der Ausbildung gerüstartiger Strukturen nimmt Bitumen mehr und mehr gelartigen Charakter an. Es erhält elastische Eigenschaften, die bei weiterer Abkühlung zunehmend in spröden Zustand übergehen.
Verwendet man Bitumen z.B. im Straßenbau, so ist zunächst erwünscht, dass das heiße Bitumen das Gestein leicht umhüllt und als Folge niedriger Viskosität in Verbindung mit dem Mischgut zu einem Straßenbelag verarbeitet werden kann. Das erkaltete Bitumen im Straßenbelag soll dann bei der Verkehrsbelastung ein überwiegend elastisches, jedoch stark zurückgedrängtes plastisches Verhalten zeigen, Kolloidchemisch bedeutet das, dass das unter Verkehrsbelastung deformierte bzw. zusammengebrochene Gerüst des Bitumens sich möglichst schnell wieder zurückbildet. Gleichzeitig soll die Versprödungsneigung gering sein, da Bitumen auch bei niedrigen Temperaturen den Beanspruchungen des Verkehrs genügen muß. Infolge der Verwendung von Bitumensorten verschiedenster Herkunft und Qualität werden diese Forderungen nicht immer erfüllt. Man beobachtet deshalb häufig bei Straßenbelägen an den Stellen erhöhter Belastung Schäden, die unter anderem auf ungünstige kolloidchemische Verhältnisse zurückzuführen sind (plastische Deformation, Rißbildung).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbrauchseigenschaften des Bitumens zu verbessern. Dabei sollen insbesondere die rheologischen Eigenschaften verbessert und die Alterungsneigung und ihre Auswirkungen vermindert werden. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass man mit ausgewählten Verbindungen die Eigenschaften dieses kolloidalen Systems gezielt beeinflussen kann.
Die Erfindung betrifft deshalb die Verwendung von Verbindungen der allgemeinen Formel zur Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften von Bitumen und bituminösen Massen.
In dieser allgemeinen Formel ist R[hoch]1 Wasserstoff oder ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen. Der aliphatische Kohlenwasserstoffrest kann geradkettig oder verzweigt sein. Besonders bevorzugt sind dabei die niederen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen. R[hoch]1 kann auch eine Carboxyl- oder Aminogruppe sein.
R[hoch]2 ist ein aromatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffrest. Der Ausdruck aromatischer Kohlenwasserstoffrest umfasst dabei sowohl den Benzolrest als auch ein aromatisches höherkondensiertes System, wie z.B. Naphthalin. Die cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffreste enthalten vorzugsweise 5 oder 6 Kohlenwasserstoffatome im Ring. Dieser kann substituiert sein, z.B. durch niedere aliphatische Kohlenwasserstoffreste.
Der Rest R[hoch]3 ist ein zweiwertiger aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. Der Kohlenwasserstoffrest kann geradkettig oder, falls die Kohlenstoffanzahl >= 2 ist, verzweigt sein.
z hat die Bedeutung von 0 oder 1.
R[hoch]4 ist ein substituierter Pyridylrest der allgemeinen Formel oder ein substituierter Piperidylrest der allgemeinen Formel
Die Reste R[hoch]3, R[hoch]5 und R[hoch]6 können an beliebige der Substitution zugängliche Kohlenstoffatome gebunden sein. R[hoch]5 bedeutet Wasserstoff oder Methylrest oder den Rest und R[hoch]6 einen Wasserstoffrest oder einen Aminorest.
Beispiele ausgewählter und besonders bevorzugter Verbindungen sind:
1. Methylhexahydrophthalsäure-(2-amino-6-methylpyridyl)-monoamid
2. 4-n-Butylcyclohexancarbonsäure-(2-amino-4-methylpyridyl)-amid
3. p-tert.-Butylbenzoesäure-[2-(2-pyridyl)-äthylamin]-amid
4. 4-Methylbenzoesäure-2-[2,6-diaminopyridyl)-amid
5. m-Aminobenzoesäure[1-(2-aminopropyl)-piperidyl]-amid
6. 3-Isopropyl-cyclopentancarbonsäure-N-(4-methylpiperidyl)-amid
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen werden dem Bitumen in einer Menge von 0,1 bis 5-Gew.-% vorzugsweise 0,2 bis 3 Gew.-%, zugesetzt. Da die Verbindungen im Bitumen löslich sind, können sie in reiner Form zugemischt werden. Jedoch ist es auch möglich, eine Stammlösung dieser Verbindungen herzustellen und die Lösung dem Bitumen zuzumischen.
Wie bereits angedeutet, greifen diese Verbindungen in das kolloidchemische Verhalten des Bitumens ein. Dabei wird der Peptisierungszustand der Micellen bildenden Asphaltene verändert. Anwendungstechnisch hat dies folgende Konsequenzen:
Bei Bitumen, das eine wirksame Menge der erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen enthält, wird das Viskositätstemperaturverhalten verändert. Durch die Beeinflussung des Micellargerüstes wird eine Homogenisierung und Stabilisierung erreicht. Dieses lässt sich neben rheologischen Messungen unter anderem auch durch Bestimmung der sogenannten Fadenziehlänge (Duktilität) ermitteln. Diese Eigenschaften sind für ein Bindemittel von großer Wichtigkeit.
Verwendet man Bitumen in Verbindung mit Mineralstoffen unterschiedlicher Krönung, z.B. zusammen mit Splitt und Gesteinsmehlen, zum Straßenbau, verringert sich bei der Herstellung des Mischgutes der Mischaufwand. Das Bitumen wird gleichmäßiger verteilt; die Benetzung der Mineraloberfläche und damit die mechanische Adhäsion wird verbessert. Hierbei ist unter dem Begriff der Benetzung die gleichmäßige Bedeckung des Gesteins zu verstehen. Der Begriff ist nicht zu verwechseln mit der Chemisorption am Gestein, welche bestimmte sogenannte Haftmittel bewirken.
Das heiße Mischgut weist verbesserte Einbau- und Verdichtungswilligkeit auf. Bei mastixähnlich aufgebauten Massen wird die Viskositätstemperaturabhängigkeit verringert. Dies bedeutet in der Praxis wesentlich verbesserte Fließ- und Verlaufeigenschaften.
Es ist zwar bekannt, die Verteilung und Benetzung von Füllstoffen in heißem Zustand durch Fluxen von Bitumen zu verbessern. Dies wird jedoch dadurch erkauft, dass man im kalten Zustand eine erhöhte Plastifizierung und teilweise sogar ein Ausschwitzen der Fluxmittel in Kauf nimmt. Diese Nachteile werden bei der erfindungsgemäßen Verwendung vermieden.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung zeigt sich in der kolloidchemischen Stabilisierung von thermisch überbeanspruchten Bitumen. Eine solche Überbeanspruchung kann in vielfacher Weise geschehen. In modernen Mischanlagen wird z.B. auf 160 bis 180°C erhitztes Bitumen auf heißes Gestein aufgesprüht. Das Bitumen liegt somit bei hoher Temperatur mit einer großen Oberfläche in sauerstoffhaltiger Atmosphäre vor. Hierdurch wird die Oxidation, d.h. Alterung, und damit Versprödung wesentlich beschleunigt. Hinzu kommt, dass als Gesteine häufig Silikate oder silikatenthaltene Mineralien verwendet werden, die katalytisch wirksam sind und chemische Reaktionen im Bitumen beschleunigen. Insgesamt wird durch diese Alterungsreaktionen eine die Gebrauchseigenschaften des Bitumens oft herabsetzende unkontrollierbare Verhärtung beobachtet. Dieser Form der Alterung und damit einer unbeabsichtigten Versprödung wirken aber die erfindungsgemäß zu verwendenden Mittel entgegen.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Mittel lassen sich in an sich bekannter Weise aus leicht zugänglichen Rohstoffen herstellen.
In den folgenden Beispielen werden die Eigenschaften von handelsüblichen Bitumensorten mit Produkten verglichen, welche die erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen enthalten. Dabei zeigt sich die überlegene Wirkung der erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen in besonderer Weise.
Die Probenvorbereitung und die Durchführung der rheologischen Messungen
I. Probenvorbereitung
a) Herstellung der Mischungen des zu untersuchenden, eine erfindungsgemäß zu verwendende Verbindung enthaltenden Bitumens
In jeweils etwa 50g verflüssigtes Bitumen werden auf +- 0,01 g genau die erfindungsgemäß zu verwendenden
Produkte eingewogen, mittels Flügelrührer homogen vermischt und anschließend unter weiterem Rühren 10 Minuten lang auf 160°C +- 2°C erhitzt. Gleichzeitig werden Messbecher und Drehkörper des Rotationsviskosimeters auf 145°C +- 1°C, der Thermostat auf + 25,00°C +- 0,01°C vortemperiert.
Nach Einbringen der Bitumenmischung in den Messbecher und langsamem Einführen des Messbechers in den Thermostaten belässt man die Probe zur Einstellung eines Gleichgewichtszustandes 5 Stunden bei einer Temperatur von + 25,00°C.
b) Herstellung der Mastixproben
Die Mastixproben werden nach folgender Rezeptur hergestellt:
49,5 g Bitumen
46,7 g Kalksteinmehl
178,8 g Quarzsand
275,0 g Gesamtmenge
Die Komponenten werden im Wärmeschrank auf die Mischtemperatur von 170 bis 180°C gebracht, das Bitumen in Weißblechdosen von 7 cm Höhe und 6 cm Durchmesser eingefüllt, die entsprechende Menge Produkt eingetragen und mittels Flügelrührer homogen verteilt. Anschließend wird unter kräftigem Rühren das Kalksteinmehl und dann der Quarzsand zugegeben.
Das erhaltene Gemisch wird dann 15 Minuten lang bei 170 bis 180°C möglichst homogen vermischt.
Mit den nach a) oder b) erhaltenen Proben werden nun die rheologischen Messungen (Abkühlungskurven) durchgeführt.
II. Durchführung der rheologischen Messungen
(Hystereseverfahren)
a) Messungen der Bitumenproben
Die Messungen wurden mit einem Rotationsviskosimeter durchgeführt, die vorbereiteten Bitumenproben werden mittels des Drehkörpers stufenweise definiertem Schergefälle D (sec[hoch]-1) unterworfen. Die jedem Schergefälle D zugehörige Schubspannung
kleines Tau (dyn x cm[hoch]-1) ergibt über die Beziehung die Viskosität kleines Eta in (cP). Es wurde eine registrierende Meßeinrichtung verwendet.
Ist das höchste Schergefälle S[tief]max erreicht, wird die Scherbeanspruchung der Probe 240 sec lang aufrechterhalten, der Messwert registriert und anschließend wiederum stufenweise das Schergefälle D reduziert. Man erhält auf diese Weise je eine Kurve für Viskosität bei ansteigendem und absteigendem Schergefälle.
b) Messungen der Mastixproben
Der Drehkörper wird, nachdem er auf Mischtemperatur gebracht worden ist und die gewünschte Schergeschwindigkeit aufweist, in die Mastixprobe eingebracht. Mittels eines 5 mm von der Mitte der Mantelfläche des Drehkörpers entfernt befindlichen Temperaturfühlers wird die der jeweiligen Viskosität entsprechende Temperatur gemessen. Gleichzeitig werden die Viskositätsänderungen gemessen, die sich durch das Abkühlen der heißen Mastixmasse bei einer Umgebungstemperatur von 20°C einstellen.
Beispiel 1
Zur Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften wurde den Proben bei der Zubereitung folgende Verbindung zugemischt.
a) Als Bitumen I wurde ein Bitumen des Typs B 80 einer Penetrationszahl 81 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 44 verwendet. Die Fließkurven wurden bei 25°C ermittelt. Die Messung wurde dabei mit dem Bitumen I zusatzfrei sowie mit dem Bitumen, welches 1,0, 1,5 bzw. 2,0 Gew.-% der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung enthält, durchgeführt. Die sich in Abhängigkeit vom Schergefälle ergebende Schubspannung und die hieraus errechnete Viskosität kann der Tabelle I entnommen werden.
b) Als Bitumen II wurde ein Bitumen des Typs B 65, einer Penetrationszahl 57 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring und Kugelmethode von 51 verwendet. Die Fließkurven wurden bei 25°C ermittelt. Die Messung wurde dabei mit dem Bitumen II zusatzfrei sowie mit dem Bitumen, welches 0,5, 1,0 bzw. 1,5 Gew.-% der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung enthält, durchgeführt. Die sich in Abhängigkeit vom Schergefälle ergebende Schubspannung und die hieraus errechnete Viskosität kann der Tabelle II entnommen werden.
c) Die Mastix-Abkühlungskurve wurde mit dem Bitumen II vom Typ B 65, einer Penetrationszahl 57 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 51 durchgeführt. Es wurde eine Mastixprobe ohne Zusatz bzw. mit 0,8, 1,0 und 1,2 Gew.-% Zusatz der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung gemessen. Die Messwerte sind der Tabelle III zu entnehmen.
Tabelle I
Fortsetzung
Tabelle II
Tabelle III
Fortsetzung
Beispiel 2
Zur Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften wurde den Proben bei der Zubereitung folgende Verbindung zugemischt a) Als Bitumen I wurde ein Bitumen des Typs B 80, einer Penetrationszahl 81 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 44 verwendet. Die Fließkurven wurden bei 25°C ermittelt. Die Messung wurde dabei mit dem Bitumen 1 zusatzfrei sowie mit dem Bitumen, welches 1,0, 1,5 bzw. 2,0 Gew.% der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung enthält, durchgeführt. Die sich in Abhängigkeit vom Schergefälle ergebende Schubspannung und die hieraus errechnete Viskosität kann der Tabelle IV entnommen werden.
b) Als Bitumen II wurde ein Bitumen des Typs B 65, einer Penetrationszahl 57 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 51 verwendet. Die Fließkurven wurden bei 25°C ermittelt. Die Messung wurde dabei mit dem Bitumen II zusatzfrei sowie mit dem Bitumen, welches 1,0, 1,5 bzw. 2,0 Gew.-% der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung enthält, durchgeführt. Die sich in Abhängigkeit vom Schergefälle ergebende Schubspannung und die hieraus errechnete Viskosität kann der Tabelle V entnommen werden.
c) Die Mastix-Abkühlungskurve wurde mit einem Bitumen I vom Typ B 80, einer Penetrationszahl 81 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 44 durchgeführt. Es wurde eine Mastixprobe ohne Zusatz bzw. mit 0,8, 1,0 und 1,2 Gew.% Zusatz der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung gemessen. Die Messwerte sind der Tabelle VI zu entnehmen.
d) Die Mastix-Abkühlungskurve wurde mit einem Bitumen II vom Typ B 65, einer Penetrationszahl 57 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 51 durchgeführt. Es wurde eine Mastixprobe ohne Zusatz bzw. mit 0,8, 1,0 und 1,2 Gew.-% Zusatz der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung gemessen. Die Messwerte sind der Tabelle VII zu entnehmen.
Tabelle IV
Tabelle V
Tabelle VI
Dynamische Viskositäten in [cP]
Tabelle VII
Dynamische Viskositäten in [cP]
Fortsetzung
Beispiel 3
Zur Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften wurde den Proben bei der Zubereitung folgende Verbindung zugemischt a) Als Bitumen I wurde ein Bitumen des Typs B 80, einer Penetrationszahl 81 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 44 verwendet. Die Fließkurven wurden bei 25°C ermittelt. Die Messung wurde dabei mit dem Bitumen I zusatzfrei sowie mit dem Bitumen, welches 1,0, 1,5 bzw. 2,0 Gew.% der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung enthält, durchgeführt. Die sich in Abhängigkeit vom Schergefälle ergebende Schubspannung und die hieraus errechnete Viskosität kann der Tabelle VIII entnommen werden.
b) Als Bitumen II wurde ein Bitumen II des Typs B 65, einer Penetrationszahl 57 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 51 verwendet. Die Fließkurven wurden bei 25°C ermittelt. Die Messung wurde dabei mit dem Bitumen II zusatzfrei sowie mit dem Bitumen, welches 1,0, 1,5 bzw. 2,0 Gew.-% der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung enthält, durchgeführt. Die sich in Abhängigkeit vom Schergefälle ergebende Schubspannung und hieraus errechnete Viskosität kann der Tabelle IX entnommen werden.
c) Die Mastix-Abkühlungskurve wurde mit dem Bitumen vom Typ B 65, einer Penetrationszahl 57 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode von 51 durchgeführt. Es wurde eine Mastixprobe ohne Zusatz bzw. mit 0,8, 1,0 und 1,2 Gew.-% Zusatz der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung gemessen. Die Messwerte sind der Tabelle X zu entnehmen.
Tabelle VIII
Fortsetzung
Tabelle IX
Tabelle X
Dynamische Viskositäten in [cP]
Fortsetzung
Beispiel 4
Zur Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften wurde den Proben bei der Zubereitung folgende Verbindung zugemischt a) Als Bitumen I wurde ein Bitumen des Typs B 80, einer Penetrationszahl 81 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 44 verwendet. Die Fließkurven wurden bei 25°C ermittelt. Die Messung wurde dabei mit dem Bitumen I zusatzfrei sowie mit dem Bitumen, welches 1,0, 1,5 bzw. 2,0 Gew.-% der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung enthält, durchgeführt. Die sich in Abhängigkeit vom Schergefälle ergebende Schubspannung und die hieraus errechnete Viskosität kann der Tabelle XI entnommen werden.
b) Als Bitumen II wurde ein Bitumen des Typs B 65, einer Penetrationszahl 57 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 51 verwendet. Die Fließkurven wurden bei 25°C ermittelt. Die Messung wurde dabei mit dem Bitumen II zusatzfrei sowie mit dem Bitumen, welches 1,0, 1,5 bzw. 2,0 Gew.-% der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung enthält, durchgeführt. Die sich in Abhängigkeit vom Schergefälle ergebende Schubspannung und die hieraus errechnete Viskosität kann der Tabelle XII entnommen werden.
c) Die Mastix-Abkühlungskurve wurde mit dem Bitumen I vom Typ B 80, einer Penetrationszahl 81 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 51 durchgeführt. Es wurde eine Mastixprobe ohne Zusatz bzw. mit 0,8, 1,0 und 1,2 Gew.-% Zusatz der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung gemessen. Die Messwerte sind der Tabelle XIII zu entnehmen.
d) Die Mastix-Abkühlungskurve wurde mit dem Bitumen II vom Typ B 65, einer Penetrationszahl 57 mit einem Erweichungspunkt, bestimmt mit der Ring- und Kugelmethode, von 51 durchgeführt. Es wurde eine Mastixprobe ohne Zusatz bzw. mit 0,8, 1,0 und 1,2 Gew.-% Zusatz der vorgenannten erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung gemessen. Die Messwerte sind der Tabelle XIV zu entnehmen.
Tabelle XI
Tabelle XII
Tabelle XIII
Dynamische Viskositäten in [cP]
Tabelle XIV
Dynamische Viskositäten in [cP]
Fortsetzung
In der nachfolgenden Tabelle XV sind die Anfangs- und Endwerte der Messungen zusammengestellt
Tabelle XV
Vergleich der graphisch korrigierten Anfangs- und Endwerte aus Hysteresemessungen an mit Versuchsprodukten aktivierten Bitumenproben gleicher Vorbehandlung und Prüftemperatur
Fortsetzung
Aus den Messergebnissen ergibt sich folgendes:
Das rheologische Verhalten von Bitumen ist ein Spiegel seiner inneren Eigenschaften. Es wird bestimmt durch den reversiblen Strukturaufbau und -abbau. Alle von außen kommenden Störfaktoren wirken sich auf den jeweiligen Zustand aus. Es ist deshalb möglich, aus isotherm aufgenommenen Fließkurven Aussagen über die Eigenschaften, insbesondere die Gebrauchseigenschaften des Bitumens zu erhalten.
Der Einfluß der erfindungsgemäß verwendeten Produkte A bis D auf die Bitumen I und II ist abhängig von der chemischen Struktur der Produkte, deren Zusatzmenge, des Bitumentyps, der Versuchstemperatur und der Probenvorbehandlung.
Es ist festzustellen, dass durch Zusätze in einigen Fällen die Ausgangsviskosität nur wenig geändert, die Endviskosität jedoch stark erniedrigt wird. In diesen Fällen bewirken die Zusätze eine Erhöhung der Scherempfindlichkeit. In anderen Fällen werden die Anfangs- und Endviskosität erheblich erniedrigt, was auf eine Stabilisierung des kolloidchemischen Zustandes hinweist. Es sind auch Steigerungen sowohl der Anfangs- wie der Endviskositäten zu beobachten. Infolge der vielen Variablen, die auf die Eigenschaften bestimmend einwirken, ist es deshalb notwendig, durch einen Vorversuch festzustellen, in welcher Weise sich eine bestimmte Verbindung auf die rheologischen Eigenschaften auswirkt, um für den anwendungstechnisch gewünschten Zweck dann das Zusatzprodukt auszuwählen, welches die Eigenschaften in der gewünschten Richtung beeinflusst.
Befinden sich Bitumen in physikalischer und/oder chemischer Wechselwirkung mit Mineraloberflächen, so wirken letztere auf Grund ihrer polaren Eigenschaften orientierend auf die ebenfalls polaren Asphaltenmicellen der benachbarten Bitumenphase und sind damit indirekt strukturbildend (Nahordnung). Über diese Viskositätserhöhung, deren Umfang von der Wechselwirkung Mineral - Bitumen bestimmt wird, erklärt sich unter anderem die versteifende Wirkung von Gesteinsmehlen als Füllstoffe.
Die Viskositätserhöhung kann sich aber auch negativ auf Aufbereitungs- und Verarbeitungsvorgänge auswirken (erhöhter Aufwand an Energie bei den Misch- und Verarbeitungsschritten).
Wie aus den Abkühlungskurven von Mastrix zu ersehen ist, kann man durch Zusatz der erfindungsgemäß verwendeten Produkte das Verhalten von Heißmassen besonders im Temperaturbereich von 200°C bis 100°C gezielt beeinflussen. Die Neigung der Viskositätstemperaturkurve verändert sich. Durch den Effekt der Verflüssigung verringert sich der Bitumenbedarf für einen gut verarbeitbaren Mastix. Bemerkenswert ist dabei die ausgeprägte Konzentrationsabhängigkeit der Effekte: Je nach zugesetzter Menge der erfindungsgemäß verwendeten Verbindung kann ein Viskositätsminimum eingestellt werden, wobei bei anderen Konzentrationen der gleichen Substanz die Viskosität erhöht wird und die Mastixmischung sich somit versteift. Auch hier ist bei technischer Nutzung der erfindungsgemäß verwendeten Stifte durch einen Vorversuch zu klären, welche Konzentration der erfindungsgemäß zuzusetzenden Verbindung anwendungstechnisch den optimalen gewünschten Effekt ergibt.

Claims (1)

  1. Verwendung von Verbindungen der allgemeinen Formel wobei
    R[hoch]1 Wasserstoff, ein aliphatischer geradkettiger oder verzweigter Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen oder der COOH- oder der NH[tief]2-Rest,
    R[hoch]2 ein aromatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffrest,
    R[hoch]3 ein zweiwertiger aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, der geradkettig oder falls die Kohlenstoffanzahl >= 2 ist, auch verzweigt sein kann,
    z = 0 oder 1,
    R[hoch]4 ein substituierter Pyridylrest der allgemeinen Formel oder ein substituierter Piperidylrest der allgemeinen Formel ist, wobei
    R[hoch]5 Wasserstoff oder Methylrest oder der Rest oder ein substituierter Piperidylrest der allgemeinen Formel ist und
    R[hoch]6 Wasserstoff oder ein Aminorest ist,
    zur Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften von Bitumen und bituminösen Massen.
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