DE2708209A1

DE2708209A1 - Verfahren zur herstellung von bituminoesen deckenmaterialien mit hoher mechanischer widerstandsfaehigkeit

Info

Publication number: DE2708209A1
Application number: DE19772708209
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Carini
Original assignee: Anic SpA
Current assignee: Anic SpA
Priority date: 1976-02-25
Filing date: 1977-02-25
Publication date: 1977-09-01
Also published as: FR2342319A1; IT1055933B; NL7702089A; BE851847A; JPS52103417A

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmanr. - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl- 1^9- F. Xlii'.gseisen - Dr. F. Zumstein jun.

I ■

PA Dr. Zumstein et al, BraunausatraB« 4, βΟΟΟ München 2	β MÜNCHEN 2, BRAUHAUSSTRASSE 4
	TELEFON: SAMMEL-NR 226341
	TELEGRAMIME: ZUMPAT
	TELEX 52ΘΘ79

12/10/bs Case 947

AHIC S.ρ.Α., Palermo / Italien

mit hoher mechanischer Widerstandsfähigkeit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bituminösem Material für Straßendecken.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung yon bituminösen Materialien für Straßendecken, die eine hohe Impermeabilität für Wasser, eine große mechanische Widerstandsfähigkeit und somit auch eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Deformationen aufweisen, selbst wenn man einen hohen Prozentsatz an Bindermaterial verwendet.

Es ist bekannt, daß die Technologie bituminöser Gemische in den letzten Jahren auf die Erzielung von Konglomeratmaterialien abzielte, die eine hohe mechanische Widerstandsfähigkeit aufweisen und somit nur schwierig deformiert werden können.

Bituminöse Konglomeratmaterialien (bzw. Asphalte), die ins-

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besondere zur Deckenbildung von Autostraßen verwendet werden, die einen hohen Verkehr an Fahrzeugen aufweisen und die den Verkehr leiten, wodurch eine Deformierungsgefahr für die oberste Straßendecke besteht, sind so entworfen, daß sie diskontinuierliche oder fast diskontinuierliche grobkörnige Stellen von inerten Füllmaterial!en aufweisen und zusätzlich müssen die inerten Füllmaterialien durch Brechen größerer Steinmaterialien hergestellt werden, so daß eine sehr große innere Reibung erzielt wird. Außerdem werden bei solchen Gemischen Bitumen mit geringer Penetration und geringe Prozentmengen derartiger Bitumen, im allgemeinen von etwa 5$> verwendet.

Zwar erhält man hierdurch vorteilhaft Konglomeratmaterialien mit einer großen mechanischen Widerstandsfähigkeit, die jedoch einige nicht zu vernachlässigende Nachteile aufweisen.

Die so erhaltenen Konglomeratmaterialien weisen im allgemeinen einen relativ hohen Prozentsatz an restlichen Leerstellen auf und därüberhinaus führen die geringe Menge des Bindemittels und seine Härte zu einer vorzeitigen Alterung der gesamten Straßendecke.

Der hohe Prozentsatz an restlichen Leerstellen macht derartige Konglomeratmaterialien bzw. Asphaltmaterialien schlecht geeignet, insbesondere für die Deckenbildung auf Brücken und Viadukten, wo aufgrund der Impermeabilität der Trägerstruktur Wasser in dem Konglomeratmaterial längere Zeit verweilen kann, wodurch Ausspülungsphänomene und bei Frost sogar Aufbrüche entstehen können.

Als Gegenstand der vorliegenden Erfindung wurde nunmehr ein Verfahren gefunden, das darin besteht, die bituminöse Belagmischung unmittelbar beim Auslegen und noch im sehr heißen Zustand (etwa 160⁰C), Jedoch vor dem Kompaktwerden durch Besprühen mit einer bituminösen Emulsion zu überziehen, die vorher mit einem synthetischen oder natürlichen Kautschuk-

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latex oder mit einer.wäßrigen Aufschlämmung von Polyvinylacetat oder einem anderen polymeren Material, das in einer wäßrigen Phase dispergiert werden kann und so mit der bituminösen Emulsion verträglich ist, versetzt wurde, um die Nachteile auszugleichen, die vorstehend erwähnt wurden.

Die zusammengesetzte bituminöse Emulsion gemäß der Erfindung kann ein Polymeres in einem Prozentsatz von 3 bis 60$, vorzugsweise von 20 bis 50$ enthalten.

Vom technischen Standpunkt her gesehen, wäre es vorteilhaft, die Polymeraufschlämmung allein ohne die bituminöse Emulsion zu verwenden, jedoch wären in einem derartigen Falle die Kosten des Materials ungebührlich hoch.

Der Gehalt an Trockenmaterialien in der Mischung der Emulsionen kann von 20 bis 60$ variieren und liegt vorzugsweise bei 45$. Ein derartiger Prozentsatz wurde als am günstigsten angesehen, da er wegen der nicht zu hohen Konzentration ermöglicht, daß eine Emulsionsmenge gesprüht werden kann, die ausreicht, um eine gleichmäßige Verteilung zu ermöglichen, sowie auch wegen der geringen Viskosität in homogener Weise durch die gesamte Schicht des zu verfestigenden Materials dringen kann.

Die zu verwendende prozentuale Menge an Trockensubstanz, bezogen auf die inerten Füllmaterialien, oder in anderen Worten, Polymer plus Bitumen, liegt bei 0,1 bis 5$ und vorzugsweise bei 1 bis 2$.

Die Art des Bitumen, aus dem die Emulsion hergestellt wird, kann eine Penetrationsrate von 60 dm bis 200 dm, vorzugsweise von 80 dm bis 120 dm (bestimmt nach dem Standard ASTM D5) aufweisen.

Es ist günstig, daß das Konglomeratmaterial beim Verlegen eine Temperatur von etwa 160⁰C aufweist, da eine derartige Temperatur zu einer raschen Verdampfung des Wassers führt, das die

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■ν

Emulsion bildet, ohne jedoch die Temperatur des Konglomeratmaterials zu sehr zu verringern.

Sobald das Wasser verdampft ist, was innerhalb weniger Minuten erfolgt, kann das Konglomerat durch eine übliche Dampfwalze verfestigt werden. Man erhält so ein wasserfestes Konglomeratmaterial, das überragende mechanische Eigenschaften aufweist.

Bei der vorstehend beschriebenen Behandlung ist es möglich, elastomere, elastoplastisehe oder thermoplastische Polymere, zu verwenden, die handelsüblich in wäßriger Emulsion mit anionischem, kationischem oder nicht-ionischem Charakter, oder gemischt mit kapillaraktiven Materialien sind. Auf jeden Fall ist es günstig, die bituminöse Emulsion, die mit der Polymeremulsion vermischt werden soll, derart zu wählen, daß sie damit verträglich ist und zu keiner Koagulation führt, weder im Compoundierungszustand noch bei der Lagerung.

Geeignete Polymere können Styrol-Butadien-Copolymere, Styrol-Butadien-Carboxylate, Styrol-Acrylnitril-Copolymere oder Acrylester, Polychloropren, natürlicher Kautschuk, Homo- und Copolymere von Vinylacetat und andere sein.

Unter den polymeren Emulsionen sind solche bevorzugt, die selbst-quer-vernetzende Polymere enthalten, beispielsweise carboxylierte Elastomere oder Polymere, die in üblicher Weise gehärtet werden können.

Eine derartige Wahl ist günstig, da derartige Polymere, sobald sie gehärtet oder quer-vemetzt sind, ihre Thermoplastizitätseigenschaften verlieren und sollte ein Überschuß an Binder in dem Konglomeratmaterial vorliegen, so wird der Binder bzw. das Bindemittel somit auch daran gehindert zu wandern und bei heißem Wetter auszublühen, was zu Bindemittelflecken führen könnte, die die Straßendecke rutschig machen würden. Vor allem verringert ein Überschuß an Bindemittel nicht die

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innere Reibung in dem Straßendeckenmaterial.

Die Gegenstände der vorliegenden Erfindung werden aus den folgenden Beispielen deutlicher ersichtlich, die eine Erläuterung der Erfindung darstellen sollen, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1

Mittels eines üblichen Konglomeratmaterials mit einer Grobsandbzw. Kiesgrößen-Kurve, die für die oberste Schicht einer Straßendecke geeignet ist und einen Prozentsatz an Bitumen (Penetration 60/70) von 5»25$ aufweist, wurden 10 Proben hergestellt. Das lose Konglomeratmaterial bzw. Asphaltmaterial wurde in Formen zur Penetration der Marschallproben gegossen (Standard ASTM D 1559). 5 Proben wurden (nach der Marschall-Methode) ohne weitere Handhabung verfestigt. Für jede Probe wurden 1200 g Konglomeratmaterial verwendet.

Die restlichen 5 Proben wurden vor der Verfestigung mit 20 g von jeweils einer Mischung einer bituminösen Basisemulsion, bezogen auf 80/100 Bitumen im Gemisch mit einem Latex von Styrol-Butadien-Carboxylat synthetischer. Kautschuk, genannt Europren Latice Elastra 104-, überzogen. Die Gesamtkonzentration der Mischung der Emulsionen betrug 47>#, der Trockenpasten-pf der Emulsionsmischung wurde mit Bitumen und Elastomerem in gleichen Seilen hergestellt.

Bei der Verfestigung wurden sämtliche Proben Permeabiltitstests unterzogen.

Die Permeabilität wurde dadurch gemessen, daß man über die Proben bei einer Temperatur von 23⁰C eine 1 m hohe Säule von destilliertem Wasser anbrachte und die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers durch die Probe feststellte. Anschließend wurden die gesamten Proben mechanischen Marschalluntersuchungen unterzogen.

Die Fließgeschwindigkeit des Wassers durch die Proben, die

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mit der Emulsion behandelt worden waren, "betrug O (Null), so daß die Proben als wasserfest angesehen werden müssen. Sie Hießgeschwindigkeit durch die nicht behandelten Proben betrug 5 x 10"⁴cm pro Sekunde. Der Marschalltest, ergab bei gleicher Verfestigungsintensität für die behandelten Proben eine Stabilität von 2050 kg und ein Kriechen von 5 mm, so daß der resultierende Steiflgkeitsindex 410 beträgt.

Für die unbehandelten Proben ergaben sich für die Stabilität 2000 kg bei einem Kriechen von 5 mm» was einen Steifigkeitsindex von 400 anzeigt.

Die behandelten Proben enthielten eine Gesamtmenge an Bindemittel von 72 g (einschließlich Kautschuk) und die unbehandelten Proben enthielten eine Menge an Bindemittel von 63 g· Ss wurden 5 Proben hergestellt, die eine Menge von 72 g Bitumen aufwiesen und die gleiche Kieselgröße an inerten Materialien aufwiesen.

Die Proben wurden den gleichen Tests unterzogen wie die vorstehenden. Die Permeabilität betrug 6 χ Wf* cm pro Sekunde.

Die Marschallstabilität betrug 1950, das Kriechen 5 mm und die Steifigkeit ergab sich zu 390.

Beispiel 2

In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurden verschiedene Proben hergestellt.

Zur Behandlung mit den Emulsionen wurde ein nicht carboxylierter Styrol-Butadien-latex verwendet (Europren Latice Elastra 101).

Die Mischung der Emulsionen enthielt übliche Härtungsmittel gemäß dem folgenden Compound!erungsschema:

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Produkte i Gewichtsteile auf

Trockenbasis

Anionische Bitumenemulsion Europrene Latice E 101 Zinkdiäthyldithiocarbamat Mercaptobenzothiazol Schwefel Zinkoxid

Auch in diesem Falle waren die mechanischen Eigenschaften nicht schlechter als die der nicht behandelten Konglomeratbzw. Asphaltmaterialien.

100	VJI
100	VJl
1,
0,
2
3.

Die Permeabilität für die nicht behandelten Proben betrug

5 x 10"' (Hull).

5 x 10 cm pro Sekunde, die der behandelten Proben betrug 0

Beispiel 3

Es wurden verschiedene Proben nach der Arbeitsweise der Beispiele 1 und 2 hergestellt. Zur Behandlung mit der Emulsion wurde ein Polychloroprenlatex verwendet. Auch in diesem Falle erhielt man mechanische Eigenschaften, die nicht unter denen der nicht behandelten Konglomerate lagen. Die Permeabilität für die nicht behandelten Proben betrug 5 x 10~* cm pro Sekunde, die der behandelten Proben betrug 0 (Null).

Beispiel 4

Es wurden verschiedene Proben nach der Arbeitsweise der Beispiele 1, 2 und 3 hergestellt. Zur Behandlung mit der Emulsion wurde ein natürlicher Kautschuklatex verwendet. Auch in diesem Falle sind die mechanischen Eigenschaften nicht schlechter als die der nicht behandelten Konglomerate (obwohl die Verwendung von natürlichem Kautschuk wegen der geringen Alterungsbeständigkeit nicht ratsam ist). Die Permeabilität für die nicht behandelten Proben betrug 5 χ 10 cm pro Sekunde, die der behandelten Proben betrug 0 (Null).

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So

Beispiel 5 ^s

Es wurden verschiedene Proben nach den Arbeitsweisen der Beispiele 1, 2, 3 und 4 hergestellt. Zur Behandlung mit der Emulsion wurde ein Styrol-acrylischer Latex verwendet. Auch in diesem Falle waren die mechanischen Eigenschaften nicht schlechter als die der nicht behandelten Konglomerate. Sie Permeabilität für die unbehandelten Proben betrug 5 x 10 cm pro Sekunde; die der behandelten Proben betrug 0 (Null).

Beispiel 6

Es wurden verschiedene Proben nach den Arbeitsweisen der Beispiele 1, 2, 3» 4 und 5 hergestellt. Zur Behandlung mit der Emulsion wurde eine Acetovinylaufschlämmung verwendet. Obwohl auch diese Art von Polymeren! nicht ratsam erschien, wegen der überaus hohen Thermoplastizität, ergaben die Untersuchungen, daß die mechanischen Eigenschaften nicht schlechter waren als die der nicht behandelten Konglomerate. Die Permeabilität betrug für die unbehandelten Proben 5 x 1O~* cm pro Sekunde, die der behandelten Proben betrug 0 (Null).

Beispiel 7

Es wurden verschiedene Proben nach den Arbeitsweisen der Beispiele 1, 2, 3» 4» 5 und 6 hergestellt. Zur Behandlung mit der Emulsion wurde die Mischung von Beispiel 1 verwendet, wobei jedoch der Anteil des carboxylierten Elastomeren 2O# und des Bitumens 80$ betrug (bezogen auf die Gesamttrockenbasis der Mischung der Emulsionen). Auch in diesem Falle wurden keine Änderungen der mechanischen Eigenschaften sowie der Permeabilitätswerte festgestellt. Die Verwendung einer derartigen Mischung erscheint nicht ratsam, da das verwendete Bindemittel wegen seines geringen Polymergehalts bei heißem Wetter ausblühen kann und zu gefährlich glatten Stellen führen kann. Außerdem würde das Konglomerat bzw. das Asphaltmaterial seine Impermeabilitätseigenschaften verlieren.

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Beispiel 8

Es wurden verschiedene Proben nach den Arbeitswelsen der Beispiele 1, 2, 3t 4, 5t 6 und 7 hergestellt. Zur Behandlung mit der Emulsion wurde die Mischung von Beispiel 1 verwendet mit dem einzigen Unterschied, daß das carboxylierte Elastomere In einer Menge von 80$ und das Bitumen in einer Menge von 20# (Bezogen auf die Gesamttrockenbasis der Mischung der Emulsionen) verwendet wurden. Auch in diesem Falle zeigte sich keine Änderung hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften und der Permeabilitätswerte. Es ist jedoch nicht ratsam, eine derartige Mischung zu verwenden, da sie in Bezug auf Beispiel 1 weniger wirtschaftlich ist.

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Claims

Patentansprüche

Λ, Verfahren zur Herstellung von bituminösen Konglomeraten bzw. Asphaltmaterialien für Straßendecken, die hohe Mengen an Bindematerialien aufweisen mit einer guten mechanischen Widerstandsfähigkeit, einer Widerstandsfähigkeit gegen die Deformierung und einer hohen Impermeabilität, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Oberfläche des Bitumenkonglomerats bzw. Asphaltmaterials unmittelbar nach seiner Verlegung, noch bei hoher Temperatur und vor der Verfestigung eine Mischung einer bituminösen Emulsion und einer Polymerdispersion aufsprüht, wobei diese Mischung ein Polymeres in einem Prozentgehalt von 3 bis 60$ und vorzugsweise von 20 bis 50$ enthält.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Gehalt des Trockenmaterials in der Mischung der Emulsionen von 20 bis 60$ und vorzugsweise von 40 bis 60# verwendet.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymeres in der Polymerdispersion ein elastomeres, elastoplastisches oder thermoplastisches Polymeres, vorzugsweise vom selbst-quer-vernetzendem Typ, dispergiert in einer wäßrigen Phase, verwendet.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergeehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als in einer wäßrigen Phase dispergiertes Polymeres ein Copolymeres von Styrol-Butadien, Styrol-Butadien-Carboxylat, Styrol-Acrylnitril oder Styrol-Acrylestern, Polychloropren, natürlichen Kautschuk, Homopolymere und Copolymere (auch Thermopolymere) von Vinylacetat verwendet.
5. Mischung aus einer bituminösen Emulsion und einer Polymerdispersion in Wasser, bestehend aus der Emulsion eines Bitumens mit einer Penetration von 60 bis 200 dm, vorzugsweise von

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ORIGINAL INSPECTED

- VT -

80 bis 120 dm, und einer wäßrigen Dispersion eines elastomeren, elastoplastischen oder thermoplastischen Polymeren, vorzugsweise vom selbst-quer-vernetzenden Typ, mit einem Prozentsatz an Polymerein, bezogen auf das Bitumen, von 3 bis 60%, vorzugsweise von 20 bis 50$.

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