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"Verfahren zur Herstellung eines emulsionsförmigen
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Bindemittels, insbesondere aus Bitumen, ausgehend von einer anionischen
Mutteremulsion, und Verfahren zur Aufbereitung eines aus mineralischen Feststoffen
und diesem Bindemittel bestehenden Asphaltmischgutes"
Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines emulsionsförmigen Bindemittels zur
Aufbereitung von Mischgut aus Feststoffen beliebiger Substanz, vorzugsweise jedoch
aus kornabgestuften mineralischen Feststoffen, die auch hydraulische Bindemittel
enthalten können, sowie aus plastischen Stoffen - insbesondere aus Bitumen -, die,
ausgehend von einer anionischen Mutteremulsion aus etwa 50 bis 65 Gew.% angesäuertem
Bindemittel, einem zu 100 Gew.% korrespondierenden Wasseranteil einschließlich eines
Natrium- oder Kaliumhydroxidanteils von ca. 0,3 Ges.%, bezogen auf die Bindemittelmenge
in der Emulsion, mit saurem, neutralem oder basischem Charakter, in Anpassung an
die fallweise gewünschten Stoff- bzw. Mischguteigenschaften, gegebenenfalls zusätzlich
durch einen Füllstoff und/oder hydraulische Bindemittel und Kalke und/oder Elastomere
stabilisert, abgewandelt werden.
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Hierbei basiert die anionische Muttermulsion vorzugsweise auf dem
Prinzip der Verseifung.
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Darüberhinaus soll ein Verfahren zur Aufbereitung eines aus mineralischen
Feststoffen und einem bituminösen Bindemittel bestehenden Asphaltmischgutes zur
Herstellung von Oberflächenschutzschichtbelägen, Makadambelägen und Asphaltbeton
bei Verwendung einer Emulsion nach der oben beschriebenen Kategorie ausgewiesen
werden.
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Die Konzipierung von Fahrbahndecken mit Hilfe üblicher Baustoffe und
Einrichtungen hat einen hohen Entwicklungsstand erreicht, aber weder die bituminösen
Heißverfahren noch die Bauweisen mit hydraulischen Bindemitteln können gleichzeitig
allen GüSkriterien, wie Standfestigkeit, relative Wasserdichtigkeit, Rißfestigkeit,
Griffigkeit, Haftfestigkeit und Wirtschaftlichkeit voll genügen.
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Wenn zum Beispiel für die Bauweise mit hydraulischen Bindemitteln,
d.h. für die Zementbetonbauweise, das Problem der Standfestigkeit gelöst erscheint,
so ist dieses Gütekriterium für Asphaltbetone schwerer zu erfüllen.
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Umgekehrt erlaubt jede der beiden Techniken die Erreichung einer befriedigenden
Wasserdichtigkeit, wenn man von der thermisch- und oft auch von der statischbedingten
Rißanfälligkeit bei hydraulisch gebundenen Bctonen absieht. Eine über eine größere
Zeitdistanz durchgehende Wasserdichtigkeit ist auch bei Zementbeton nicht gegeben.
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Der Asphaltbeton kann beanspruchen, daß er thermisch und statisch
nicht rißanfällig ausbildbar ist. Eine permanente Griffigkeit ist für beide Fahrbahndeckenbeläge
nur schwer zu erreichen und kostenaufwendig zu erhalten. Die Haftfestigkeit ist
lediglich für die Ausbildung bituminöser Beläge von Bedeutung. Eine hohe Haftfestigkeit
trägt zur Standfestigkeit bei.
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Bei Beurteilung der Wirtschaftlichkeit sind nicht nur die Kosten zu
betrachten, sondern die Einsparung von Einfuhrenergie besonders zu berücksichtigen.
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In diesem Zusammenhang gewinnt die anionische Emulsion nach der eingangs
definierten Gattung erhebliche Bedeutung, da sie - insbesondere durch die vorliegende
Erfindung - in ihren Eigenschaften im wesentlich erweiterten Umfang,und zwar übergreifend
bis in den sauren pH-Bereich,modifizierbarer geworden ist. Die Leistungen dieses
Emulsionstypes sollen dabei in seiner erfindungsgemäßen Abwandlung vielfach über
diejenigen der heute dominierenden kationischen Emulsion hinausführen und können
diese auf vielen Gebieten verdrängen.
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Die normale anionische Emulsion wurde bereits früher bzw. ins besondere
im Straßenbau und -unterhalten verwendet und ist im hochstabilen Bereich einer progressiven
Brechung zugänglich und im unstabilen Bereich während der ganzen Bausaison, in den
Winter greifend, einsetzbar.
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Diese Vorbemerkungen berücksichtigend können folgende Oberlegungen
angestellt werden: Geht man von der Annahme einer gegebenen optimalen Eignung des
in Emulsionsform vorliegenden Bindemittels aus und ersetzt man 50 % des bituminösen
Bindemittelanteils durch ein hydraulisches Bindemittel, so ergibt sich beispielsweise
für ein Makadamgemisch folgende Gegenüberstellung je Tonne Mischgut: Konventionelles
Heißmischgut Emulsionsmischgut Heißbitumen 55 kg Bitumen 27,5 kg Heizöl 9 kg Hydraul.Bindem.
- 27,5 kg Aus dem Heizöl können etwa 1 kg für die L'rwarrioung des Emulgierwasser
abgezogen und für die Herstellung des hydraulischen Bindemittels müssen etwa maximal
0,08 kg öl je kg Bindemittel gerechnet werden, so daß sich insgesamt ein Minderverbrauch
von etwa 6 kg Heizöl zu Gunsten des Emulsionsverfahrens einstellt.
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Berücksichtigt man noch die eigentlichen Bindemitteleinspiuogen, so
kann für dieses Beispiel ein Minderverbrauch an Erdölerzeugnissen zwischen 45 und
50 % registriert werden.
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Wichtig ist jedoch die tatsächliche Eignung der anionischen Emulsion
und deren Anpassungsmöglichkeit an die gegebene Situation.
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Es ist nicht möglich, alle positiven Kriterien, deren Erfüllung von
einem Bindemittel erwartet wird, im Rahmen der Emulsions-Großaufbereitung - beispielsweise
nach den Angaben einer Grundnorm - echt zu erfassen, da bereits die durchschnittliche
Größe des jeweiligen Auftragsloses einer Vorratsfertigung entgegensteht.
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Des weiteren muß berücksichtigt werden, daß die fertige Emulsion nicht
immer unbeschränkt lagerfähig ist. Aus diesen Gründen sieht die DIN 1995 nur drei
nach ihrem Brechverhalten sich unterscheidende Bitumenemulsionen vor und zwar a)
die unstabile Bitumenemulsion U, die ihrerseits wieder mit 55 und 60 Gew.% Bitumengehalt
geliefert wird und zu der auch die frostbeständigen Bitumenemulsionen F gehören;
des weiteren wird die hochprozentige Bitumenemulsion U 70 verwendet, sie muß jedoch
erwärmt werden.
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b) Die halbstabile Bitumenemulsion H wird nur mit 55 Gew.% Bitumenanteil
geliefert. Sie ist als typische Mischemulsion zum Umhüllen grobkörniger Mineralstoffe
in Splittgröße, d.h. ab 2 mm, eingesetzt und erlaubt - so wenigstens die Vorschrift
-die Anwesenheit von Feinanteilen unter 2 mm bis zu 15 t. Die Bitumenemulsion H
erfordert den umgehenden Einbau des damit hergestellten Mischgutes und sie ermöglicht
keine längere zeitliche Trennung von Mischprozeß und Einbau.
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c) Bei der stabilen Bitumenemulsion S geht die Trennung von Bitumen
und Wasser praktisch erst durch die Verdunstung und durch die Versickerung vor sich.
Es findet alsokeine merkliche Koagulierung des Bitumens statt, sondern eine Steigerung
der Konzentration der Emulsion bis zum Endzustand hin. Die Emulsion ist während
des Abbindeprozesses wasserempfindlich und kann durch Regenfälle zerstört werden.
Diese Emulsion ist unabhängig vom Feinheitsgrad der Mineralstoffe mischfähig.
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Es werden also nur drei verschiedene Emulsionstypen hergestellt, die
jedoch anionisch oder auch kationisch sein können.
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Es ist deshalb Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines emulsionsförmigen Bindemittels nach der eingangs gegebenen Klassifizierung
zu nennen, das, basierend auf einer anionischen Emulsion, innerhalb eines weiten
sauren bis basischen Bereiches gleitend abwandelbar und deren Brechverhalten und
Haftung auf den Feststoffen durch einfache Maßnahmen sicher steuerbar und optimal,
den durch die DIN 1995 ausgewiesenen Bereich voll einschließend, einstellbar ist.
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Die Aufbereitung der anzuwendenden Emulsion in differenzierter Anwendungsqualität
soll bei geringstem verfahrenstechnischen Aufwand und bei Beschränkung des Einlagerungsaufwandes,im
wesentlichen auf die erforderliche Vorratshaltung für die Mutteremulsion und der
Zusätze, weitgehend ohne die Einlagerung von Zwischenprodukten möglich sein.
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Das nach diesem Verfahren hergestellte Produkt soll zwar vorrangig
für die Schaffung bituminöser Mischungen eingesetzt werden - umgekehrt aber auch
die Verbesserung der hydraulischen Bauweisen ermöglichen. Hierbei sollen die steifen
Eigenschaften des hydraulisch gebundenen Betons gesteuert in das bituminöse Mischgut,und
umgekehrt die plastischen, elastischen Eigenschaften in die hydraulische Mischung
eingehen.
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Darüberhinaus soll ein Verfahren zur Aufbereitung eines aus mineralischen
Fest stoffen und dem nach diesem Aufbereitungsverfahren hergestellten Bindemittel
ausgewiesen werden.
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Das Verfahren zur Herstellung eines emulsionsförmigen Bindemittels
zur Aufbereitung von Mischgut aus Feststoffen beliebiger Substanz nach der eingangs
gegebenen Klassifizierung sieht vor, daß der anionischen Mutteremulsion die entweder
für eine weitere Emulsionsaufbereitung in einheitlicher zusammenhängender Phase
vorliegt oder aber auf den durch einen an sich bekannten Mischer bewegten Feststoffen
in verteilter Phase angelagert wird, hintereinander - jedoch vor der Anlagerung
an die Feststoffe- zunächst in einen ersten Verfahrensschritt, und zwar in beliebiger
Reihenfolge, ein kräftiges Oxidierungsnittel und/oder ein polymerisierendes Agens
sowie fallweise, zur weiteren Stabilisierung, hydrolisierte Proteinstoffe und/oder
weitere Elastomere zugesetzt und mit diesen zu einer separaten, zusamsSt=genden
oder einer an den Feststoffen in verteilter Phase anlagernden Primärarulsion venxmst
wird, daß dann in einem zweiten Verfahrensschritt Säuren und/oder saure Salze der
separat zusammenhängenden oder aeer der den Feststoffen in verteilter Phase anlagernden
Primäremulsion zugemischt und diese in eine Anwendungsemulsion überführt wird, und
daß in einem dritten Verfahrensschritt, und zwar jeweils abhängig von den Einbaubedingungen,der
Anwendungsemulsion zusätzlich emulsionsbrechende Stoffe, wie Elastomere, Erdalkalioxide,
organische Lösungsmittel oder eine Kombination dieser drei Stoffgruppen und/oder
hydraulische Bindgnittel, Kalke oder dgl., zur Förderung der Ausflockung zugegeben
werden.
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Als Oxidierungsmittel wird die Verwendung eines Hypochlorits, insbesondere
Eau de Javelle, und als polymerisierendes Agens Formaldehyd vorgeschlagen.
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Die im zweiten Verfahrensschritt zuzuführenden Säuren und Salze sind
üblicherweise Eisensulfat, Chromsulfat und Schwefelsäure, die selbstverständlich
auch gegen adäquate Stoffe austauschbar sind.
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Diese Substanzen bilden die sogenannte Aktivierungslösung.
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und reduzierendes
Selbstverständlich ist es nicht
erforderlich, die einzelnen Verfahrensschritte streng gegeneinander abzugrenzen;
sie können fließend ineinander übergehen und/oder fallweise in ihrer Reihenfolge
ausgetauscht werden.
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Das nach diesem Verfahren im Rahmen der einzelnen, ineinanderübergreifenden
Verfahrensschritte hergestellte Produkt erfüllt in vollem Umfang die Erfordernisse
der Aufgabenstellung.
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Die Zugabe der unterchlorigsauren Stoffe und der Formaldehydlösungen
haben der anionischen Mutteremulsion Eigenschaften vermittelt, die sie befähigt,
von der alkalischen in die hochstabile , hierbei jedoch einer Brechung zugängliche
, saure Emulsionsform abgewandelt zu werden, die sicn insbesondere dazu eignet,
auch hydraulische Bindemittel in die Mischung einzuschließen. Bereits im alkalischen
Bereich stellen sich neue, unerwartete Eigenschaften ein, die wie folgt zu beschreiben
sind: Entgegen allen Erwartungen wirken die unterchlorigsauren Stoffe, wie z.B.
das Eau de Javelle oder Formaldehydlösungen, nicht unbedingt auf anionische Emulsionen
zerstörend, sondern sie lassen sich im Prinzip mit diesen Stoffen in Abhängigkeit
der Art und der Konzentration des den anionischen Emulsionen zugrunde liegenden
Emulgators - und je .nach Art der Zumischung - vermischen. Störungen vermeidet man
am besten, wenn man diese lösungen unter starkem Rühren in die Emulsion aufgibt
oder aber, was vorgeschlagen ist, diese im Mischer dem in verteilter Phase den Feststoffen
anlagernden Bindemittel bei Aufrechterhaltung der Bewegung der Feststoffe zuführt.
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In beiden Fällen der Zugabe befindet man sich im alkalischen pH -
Bereich und allein schon diese einfachenZumischungen erlauben es, Feststoffe, selbst
unsaubere, mit hohen Füllerzusatz erfolgreich und homogen zu mischen und die einzelnen
Partikel haftfest und gleichmäßig mit einem geschlossenen Bindemittelfilm zu umhüllen.
Das Brechen der Emulsion und das Verkleben des Mischgutes erfolgt gleichmäßig durch
die ganze Masse und zwar gleichgültig, ob eine zusätzliche Wasserzugabe stattgefunden
hat oder nicht.
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** Bereits 0,5 Gew.% Eau de Javelle (480) erbringen eine ausreichende
Stabilität, um zum Beispiel einen sauberen Brechsand 0/6 mm haftfest und homogen,
bei einer Brechzeit, welche es z.B. erlauben würde, das mixed-in-place beim Schlämmeverfahren
durchzuführen, zu umhüllen. Die Hypochloritdosierungen steigern diese Möglichkeiten
und erlauben es, auch minderwertige erdige und tonige Mineralstoffe zu mischen,
ohne daß Störungen durch frühzeitiges Brechen im Mischer eintreten.
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Wenn man mit dieser Zugabe die Grenzen der Möglichkeiten - gleichgültig,
ob technischer oder wirtschaftlicher Art -erreicht hat, helfen Zusätze von Alkalioxiden
oder Hydroxiden sowie kleine Mengen von Erdalkalihydroxiden, insbesondere NaOH und
Ca (011)2, den Brechvorgang zu steuern.
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Die Haftfestigkeit wird mit steigendem Anteil Eau de Javelle und/oder
kleinen, in einem guten,stöchiometrischen Verhältnis zu den Emulgatorsäuren stehenden
Anteil Erdalkalihydroxid.
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zusatz, gepaart mit Alkalihydroxiden gesteuert. Eine Mehrzugabe der
letzteren verzögert die Brechzeit, eine Mehrzugabe der Erdalkalihydroxide verkürzt
die Brechzeit.
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**bezogen auf das Gewicht der mineralischen Feststoffe
Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Zugaben wie folgt zusammenzusetzen: 100 kg
Eau de Javelle (Hypochlorit) 100 - 300 kg kaustisches Soda (Natriumhydroxid) 30
bis 60 kg Kalk Von diesen Substanzen werden 5 bis 60 Gew.%, bezogen auf die anionische
Emulsion, dieser zugegeben bzw.0,25 bis 3 %, bezogen auf die im Mischer bewegten
Feststoffe, diesen zugeführt.
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Man erhält so bituminöses Mischgut bei Verwendung einer einfachsten
anionischen Emulsionsform, deren Bindemittelanteil aus Bitumen besteht, das ohne
Preisauf schlag von Raffinerien, mit z.B. Fett- oder Naphtansäuren angesäuert, beziehbar
ist, und das weiter mit etwa 0,3 % NaOH im Wasser emulgiert wird. Nicht angesäuerte
Bitumen können bekannterweise mit den im Emulsionswasser verseiften Fett-Naphten-Harz
säuren oder dgl. emulgiert werden.
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Diese Verfahren ermöglichen die Aufbereitung von noch gut agglomerierenaem
Mischgut mit weniger als 2 % Gew. - Anteilen Bindemittel.
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Es wird weiter vorgeschlagen, die im zweiten Verfahrensschritt zuzuführende
saure Aktivierungslösung so zu dosieren, daß das Oxidierungsmittel, d.h. das Hypochlorit,
bereits durch den Angriff der in der Primäremulsion enthaltenen oxidierbaren Substanzen
verringert und im Zusammenwirken mit den in der zweiten Verfahrensstufe zugegebenen
Stoffen aufgebraucht wird, so daß die Dreiwertigkeit und die Basizität einer eventuell
später durchzuführenden Chromsalzzugabe erhalten bleibt.
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So erhält man beispielsweise eine gute Anwendungsemulsion, wenn man
die aus angesäuertem Bitumen in der Raffinerie aufbereitete 50%ige anionische Mutteremulsion
mit hydrolisierten Proteinstoffen (Feststoffauszug 25 %) versetzt
und
bei Telperaturen unter 250 C etwa 0,8 % Eau de Javelle,bez.a.d.Emuls., mit einem
Chlorgehalt von 480 dazugibt. Je nach Herkommen der Mutteremulsion und deren Herstellungstemperatur
kann der hydrolisierte Proteinzusatz im allgemeinen zwischen O und 1,5 Gew.%, bezogen
auf die Emulsionsmenge, variieren, wobei für Sonderfälle noch ein höherer Zusatz
vorgesehen ist.
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Eine gute untere und obere Grenze für den Hypochloritanteil liegt
bei 0,4 und 1,2 Gew.%, ebenfalls bezogen auf die Emulsion, wobei auch hier für Sonderfälle
dieser Zusatz gesteigert werden kann. Die in der Emulsion enthaltenen Proteinstoffe
sowie die organischen Säuren werden von dem im Oberschuß vorhandenen Eau de Javelle
heftig angegriffen, wobei jedoch keine die Emulsionsform zerstörende Wirkung wahrgenommen
wird. Die so vorbereitete Emulsion ist damit Primäremulsion und - sofern man sich
für die Zwischenlagerung entschließt - leicht aufzubewahren.
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In der weiteren Verarbeitung führt man dieser Primäremulsion eine
Lösung von Mineralsalzen und Säuren, wie sie beispielsweise - wie bereits genannt
- Eisensulfat, Chromsulfat und Schwefelsäure sind, in einem solchen Anteil zu, daß
der Überschuß an Eau de Javelle durch FeS04 und H2 SO4 verbraucht wird, so daß das
dann zuzuführende, wirklich haftverbessernde Aktivierungsmittel, wie Cr2(SO4)3 od.dgl.,z.B.
Chromalaun, erhalten bleibt.
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Dieses dreiwertige Chromsalz geht nun mit den alkalischen Zusätzen
aus der Emulsion und einem Teil der im zweiten Verfahrensschritt zugegebenen Schwefelsäure
aus der aktivierenden Lösung in ein Gleich gewicht ein und führt zu den basischen
Chromsalzen Cr2(OH)4SO4 CrOHSO4, Cr2<SO)4)3, die eine echt optimale Haftfestigkeit,
insbesondere an Oberflächen von gebrochenen Mineralstoffen vermitteln. Man hat damit
eine weite Spannehaftungsfördernder Chromsalze, die doppelt wirksam sind. Einmal
werden die
organischen Säuren aus dem Bitumen, die Fettsäuren und
Harzsäuren, die sich in Form alkalischer Seifen im Emulsionswasser befinden, zusammen
mit ihren etwa oxidierten Abkömmlingen, mit den dreiwertigen Chromionen sowie den
Eisen-Kalzium-Magnesium oder dgl. - ionen in Austauschverbindungen treten, die haftend
sind und oft Basis bekannter Haftmittel darstellen.
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Zum anderen werden durch die Chromsalze zusätzliche Haftkräfte vermittelt,
die nach dem Abtrocknen des Wassers von den Oberflächen wirksam werden, da sie,
unabhängig von jeder organischen Verbindung, die Oberflächen der Mineralkörnungen
hydrophobieren und damit dazu beitragen, eine unlösbare Bindung des bituminösen
Bindemittels mit seinen Trägern herzustellen.
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Wenn fallweise eine geringere Haftfestigkeit ausreichend ist, kann
man im Interesse einer wirtschaftlichen Aufbereitung die Chromsale durch chemisch
äquivalente Metallsalze ersetzen. Hier ist das Eisensulfat FeS04.70H20 als sehr
preiswertes Abfallprodukt zu empfehlen; es eignet sich gut für die im zweiten Verfahrensschritt
erforderliche Ansäuerung, bei der die noch alkalische Emulsion in den Bereich eines
sauren pH-Wertes überführt wird und damit die Eigenschaften der Anwendungsemulsion
in saurem Bereich angestellt wenden.
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Die im sauren Bereich so aufbereitete Anwendungsemulsion kann daraufhin
je nach Wahl auf einen beliebigen pH-Wert eingestellt werden.
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In diesem Zusammenhang soll nochmals auf das mit der Wandlung der
Muttermulsion in eine Primäremulsion verfolgte Ziel hervorgehoben werden. Diese
Wandlung soll die anionische Emulsion befähigen, den chemischen Schock, der bei
der Einführung
aer sauren Aktivierungslösung entsteht, so zu dämpfen
bzw.
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abzufangen, daß der Bestand der Emulsion nicht gefährdet wird. Je
nach Emulgatorzusammensetzung und Temperatur der anionischen Emulsion wird dieser
Schock mehr oder weniger gut ertragen.
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Es ist deshalb vorgesehen, daß der Anteil an saurer Aktivierungslösung
- welcher zur Herstellung einer bestimmten Menge Anwendungsemulsion notwendig ist
- in 5 bis 30 % einer bereits fertigen Anwendungsemulsion vermengt und dieser überaktivierte
Anteil mit der zu 100 % zu ergänzenden Menge Primäremulsion gemischt und hierbei
fallweise hydrolisiertes Protein zugegeben wird.
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Die Anwendungsemulsion soll in diesem Falle während ihrer Aufbereitung
immer einen pH-Wert unter 7, besser noch unter 6 anzeigen. Beispiele für Aktivierungslösungen
sind: a) Cr(OH)S04 (Wichte 1,2) 200 Liter FeS04.7H20(33 1/3 %ig) 30 Liter H2S04
(Wichte 1,69) 25 Liter (hochwertige) Aktivierungslösung 255 Liter b) FeS04.7H20
(33 1/3 %ig) 230 Liter H2S04 (Wichte 1,69) 0 - 25 Liter (einfache) Aktivierungslösung
230 bis 255 Liter Im allgemeinen werden der Primäremulsion 1,5 bis 2,2 Vol.%, bezogen
auf die Emulsionsmenge,in kontinuierlicher Dosierung zugegeben oder aber diese Menge,
bei zu großer Beanspruchung der Primäremulsion,entsprechend der ausgewiesenen Regel
zugesetzt.
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Des weiteren hat sich die überragende Bedeutung der beiden Grundzusatzsubstanzen,
und zwar des Hypochlorits und des Formaldehyds, dadurch bestätigt, daß in Abänderung
des Verfahrens auf die im zweiten Verfahrens schritt vorgesehene überstabilisierende
Ansäurung mit Mineralsalzen verzichtet werden kann, und die Herstellung im alkalischen
Bereich mit Hilfe von Hypochloriten oder polymerisierenden Zumischunger zu Ende
geführt wird, wobei die Brechungszeit durch Zusatz vor Alkalibasen verlängert oder
durch Zugabe von Erdalkalibasen und/oder Schwermetallsalzen und/oder Silicone,bei
gleich zeitiger Verbesserung der Haftfestigkeit, verkürzt wird.
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Eine auf diese Art, d.h. unter Umgehung der Primäremulsionsphase,
gefertigte Anwendungsemulsion verteilt sich, und zwar unabhängig von der Granulometrie
der in einem Mischer bewegten mineralischen Feststoffe, während des Mischprozesses
in gleich guter Weise, wie die andere Emulsion, ohne daß eine Gefährdung des Mischgutes
durch vorzeitiges Brechen gegeben ist. Selbst erdige und tonige Bestandteile in
unzulässig hohen Anteilen werden vollständig umhüllt. Dies ist umso erstaunlicher,
wenn man weiß, wie empfindlich anionische Emulsionen reagieren können, wenn sie
mit füllerartigen Stoffen in Kontakt kommen. Selbst ein übertrieben hoher Anteil
an Feinststoffen läßt sich bei Vorhandensein unterchlorigsaurer Alkalisalze und/oder
des Formaldehyds mit Sicherheit zu einem homogenen, vollständig umhüllten Mischgut
aufbereiten.
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Eine normale anionische Emulsion, wie sie durch die Klassifizierung
ausgewiesen wird, läßt sich oft schon durch zu hartes Wasser zerstören. Selbst Splitte,
die frei von sandigen Beimischungen sind, konnten nicht korrekt umhüllt werden,
was letztlich zur Schaffung der verschieden schnell brechenden Emulsionstypen führte.
Die Abänderung des Verfahrens und reduzierenden
beweist jedoch,
daß Hypochlorite und Formaldehyde für sich allein schon befähigt sind, anionische
Emulsionen, und zwar selbst die unstabilsten, in einem solchen Stabilitätsgrad zu
halten, daß auch die schwierigsten Mischungen noch möglich bleiben. Nur hydraulische
Bindemittel können im alkalischen Bereich nicht unbegrenzt zugemischt werden.
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In diesem Zusammenhang sei auch auf das Problem der Schlämmen verwiesen,
deren Herstellung einen relativ hohen Wasserzusatz verlangt. Sie lassen sich mit
einer normalien anionischen Emulsion nicht herstellen. Das Ergebnis wird aber spektakulär,
wenn das Wasser oder die Emulsion oder die Aggregationsstoffe Hypochlorite oder
Formaldehyde enthalten. Der Brechvorgang der Emulsion kann beispielsweise dadurch
verlängert werden, daß man die Hypochlorite oder das Formaldehyd mit alkalischen
Basen vom Typ NaOH, KOH, Na2C03 oder dgl. versetzt bzw. umgekehrt dadurch verkürzt
werden, daß Kalke oder Schwermetallsalze zugegeben werden, wobei die letztere Maßnahme
auch die Haftfestigkeit fördert.
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Eine in Gegenwart der mineralischen Feststoffe aufbereitete Anwendungsemulsion
- abgewandelt in den sauren Bereich, wie bereits beschrieben - ermöglicht auch die
einwandfreie Aufbereitung füllerreicher Splitte, denen zusätzlich hydraulisches
Bindemittel zugefügt ist. Der Brechvorgang wird hierbei durch den Zusatz von 0,1
% Latex und 0,4 % Kalk günstig gesteuert. Diese Zusätze gestatten ein langsames
und progressives Brechen, verbunden mit einem Zusammenfließen des Bindemittels während
der Verdichtungsperiode. Es erscheint hier naheliegend, die Wirkung beider Brechmittel
zu paaren, indem man einmal das alkalische Latex der Primäremulsion und zum anderen
die Kalke unmittelbar während der Mischgutaufbereitung oder bei langen Transportwegen
auf der Baustelle dem Mischgut zusetzt.
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Im Weitergehenden wird ein Verfahren zur Aufbereitung eines aus mineralischen
Fest stoffen und einem bituminösen Bindemittel bestehenden Asphaltmischgutes bei
Verwendung der\ erfindungsgemäßen Anwendungsemulsion beschrieben.
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Das Verfahren sieht vor, daß außer den bekannten Unterbau-, Belags-
und Oberflächenabdeckmischungen ein Mischgut herstellbar ist, dessen Mineralstoffe
eine Ausfallsieblinie einer Makadamrezeptur bilden, d.h. einen unterbrochenen Verlauf
aufweist, und daß das hieraus resultierende hohlraumreiche Mineralgerüst, dessen
Hohlräume im wesentlichen durch die untereinander sich berührende Grobkörnung bestimmt
sind, mit einem aus sauer, thixotrop sich verhaltender, auch unter Druck langsam
brechender Anwendungsemulsion, einer wässrigen Aufschlämmung von hydraulischem Bindemittel
und Sand bestehendem Mörtel so verfüllt ist, daß dieser für eine dauerhafte Fixierung
der groben Körnung in der Oberfläche des Belages ausreichend dicht, steif und beständig
ist und damit für eine lange Zeit der griffige Charakter des Belaggefüges gesichert
bleibt.
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Eine zu einem solchen Belagsbeispiel zu nennende Mischgutrezeptur
setzt sich zum Beispiel aus der gebrochenen Körnung 10/25 mm für das Grobgerüst
und einem Brechsand der Körnung 0/1 mm für den Mörtel zusammen. In der Annahme,
daß das Grobgerüst im eingerüttelten Zustand etwa 33 Liter Hohlräume, bezogen auf
100 kg der Komponente 10/25 mm und der verdichtete Mörtel eine Rohwichte von 2 aufzeigt,
muß der Mörtelanteil in seinem Volumen so bestimmt sein, daß dieser die Hohlräume
gerade noch ausfüllt.
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Eine dieser Forderung entsprechende Zusammensetzung ist: 1000 kg Grobkorn
10/25 1000 = 56,50 % 670 kg Sand 0/1 670 = 37,85 % 45 kg hydraulisches Bindemittel
45 = 2,54 % 90 kg Anwendungsemulsion, 50teig 45 = 2,54 % 140 kg Wasser, davon 10
kg vom Bindemittel gebunden 10 = 0,57 % 1945 kg Gew.d.Mischung, davon Trockengewicht
1770 = 100
Zur Vereinfachung dieses Beispiels wird angenommen,
daß die Bindemittel in die Hohlräume des Sandanteileseingehen, was im praktischen
Fall jedoch fallweise zu prüfen ist.
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Die große Wasserzugabe führt zu einem flüssigen Beton, wobei von der
Voraussetzung ausgegangen wird, daß die gebrochene Komponente praktisch trocken
zur Anwendung kommt.
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Dieser Makadambeton läßt sich wie ein Zementbeton mit dem Fertiger
einbauen, ohne daß die Beweglichkeit der groben Körnung beeinträchtigt wird, die
sich unter dem Druck des Fertigers in ein Traggerüst einordnet. Der Wasserüberschuß,
der in diesem Stadium seine Rolle als Verflüssiger ausgespielt hat, wird nun durch
Verdunsten bzw. Versickern entfernt, wobei jedoch diese Entfernung dadurch unterstützt
werden kann, daß man auf dem frisch verlegten Belag trockenen Brechsand in etwa
gleicher Menge, wie in der Belagfläche enthalten aushreitet, Wobei diese Maßnahme
je nach den gegebenen Umständen und Verhältnissen sofort durchgeführt oder bis zu
einer Stunde nach dem Vs legen verschoben werden kann. Ein Teil des Wassers wird
durch diese Auflage kapillar aus dem Belag gezogen und der Einsatz der Walzen ermöglicht,
ohne daß diese verschmutzt werden.
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Der Belag verdichtet sich auf das mögliche Hohlraumminimum, wobei
die sich im latenten Brechzustand befindliche Emulsion die Beweglichkeit der aus
dem Emulsionszustand sich befreiten Bitumenkügelchen fördert, die vom sich aus nur
eine geringe Tendenz zum natürlichen Zusammenfließen aufweisen. Während der Einwirkung
der Verdichtungsenergie ordnen sich die flexilslen Belagselemente in ihre Endlage
ein.
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Im Nachgang wird der Abdecksand wieder aufgenommen und unter Berücksichtigung
des aufgenommenen Wassers der Aufbereitung wieder zugeführt.
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Selbstverständlich soll dies nur eine der vielen Einbaumöglichkeiten
aufzeigen.
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Wird die Anwendungsemulsion aus der Primäremulsion zusammen mit den
Mineralstoffen aufbereitet, so werden den genannten Anteilen Splitt und Brechsand
etwa 0,3 bis 0,8 % Eau de Javelle, etwa 0,1 bis 0,7 % Eisensulfat, 5,1 % Primäremulsion
und etwa 0,8 % Wasser im Mischer zugeführt, wobei darauf hinzuweisen ist, daß der
Primäremulsion, und zwar bezogen auf die Emulsion, bereits ein Anteil von im Mittel
0,5 z Eau de Javelle, ein Anteil von 0,0 bis 0,5 % hydrolisierter Proteinstoffe
und von 0,0 bis 0,35 % Latex zugesetzt ist. Statt Eisensulfat können auch andere
leicht lösliche saure Salze, darunter auch Chromalaune, verwendet werden. Die hydraulischen
Bindemittel werden am Ende des Mischvorganges zugesetzt.
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Wird die Anwendungsemlsion direkt aus der einfachen anionischen Mutteremulsion
zusammen mit den Mineralstoffen aufbereitet, was wohl in den meisten Fällen zutrifft,
sind grundsätzlich drei Wege des Vorgehens möglich: 1) Die saure Anwendungsemulsion
wird effektiv im Voraus im Mischer hergestellt und zwar derart, daß die Dosis Eau
de Javelle als erste in den Mischer gegeben wird, zusammen mit einem Teil oder dem
ganzen Verdünnungswasser.
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Darauf folgen in beliebiger Reihenfolge die vorgesehene Menge anionischer
Mutteremulsion und eventuell die Dosis hydrolisierter Proteinstoffe. Damit wird
zu Anfang des Mischvorganges eine Primäremulsion erzeugt, in welche nachfolgend
die saure Aktivierungslösung eingebracht wird. Jetzt folgen in beliebiger Reihenfolge
das hydraulische Bindemittel und die mineralischen Fest stoffe usw.
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2) Die Dosis Eau de Javelle wird zuerst in den Mischer gegeben. Es
folgen dann die mineralischen Feststoffe, gemeinsam mit der anionischen Mutteremulsion
und eventuell * bzw. Formaldehyd
hydrolisierten Proteinstoffen,
anschließend die saure Aktivierungslösung und am Ende das hydraulische Bindemittel.
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3) Die mineralischen Feststoffe werden zugleich mit dem Eau de Javelle
und Verdünnungswasser in den Mischer gegeben. Es folgen eventuell hydrolisierte
Proteinstoffe, die saure Aktivierungslösung und danach die Feinststoffe, welche
hydraulische Bindemittel sein können.
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In Kontakt mit den mineralischen Feststoffen kann das Wasser sauer
oder alkalisch werden. Der Ausgleich kann mit Hilfe einer Mehrzugabe der genannten
Mineralsalze durch eine Überstabilisierung der Emulsion und damit der Einstellung
eines sauren pH-Wertes geschaffen werden. Erst anschließend sollte man dann die
hydraulischen Bindemittel hinzufügen, wobei allerdings die eventuelle Zugabe von
basischen Chromsalzen vorausgehen sollte.
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Wie erwähnt,kann gemäß diesem Verfahren die Primäremulsion bereits
eine den Brechvorgang einleitende Substanz, etwa Latex, enthalten, während die andere
brechende Substanz anstelle eines hydraulischen Bindemittels auch normaler Kalk
sein kann, da in aller Regel das abbindende hydraulische Bindemittel Kalk hervorbringt.
Wie bereits an anderer Stelle dargestellt, wird durch die Verteilung der Primäremulsion
in einer relativ großen bewegten Mineralmasse der plI-Obergangsschock stark gemindert,
insbesondere wird der vorübergehende starke Viskositätsanstieg in der Emulsion im
Rahmen des Mischprozesses nicht störend wirksam. Die
Temperaturen
, die bei separater Aufbereitung der Anwendungsemulsion, d.h. ohne die Gegenwart
bewegter Feststoffe und Verdünn'jngssser, nicht eber 250C liegen sollten, können
hier ohne Schädigung stark angehoben werden. Wenn man durch den Bindemittellieferanten
eine Mutteremulsion erhalten kann, deren Emulgatoren eine gute Affinität zu den
verfahrensmäßig vorgeschlagenen Mitteln aufweist, so kann man auf eine hydrolisierte
Proteinzugabe verzichten und die Anwendungsemulsion unter Umgehung der Primärphase
direkt im Rahmen der Mischgutaufbereitung hergestellt werden.
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In diesem Zusammenhang sei dazu vermerkt, daß Latex, wenn benötigt,
vorteilhaft der Mutteremulsion bereits während deren Herstellung zugegeben wird.
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Die haftfestigkeit des plastischen Bindemittels an ihren Trägern wird
grundsätzlich dadurch verbessert, daß a) die als Emulgierhilfe zugesetzte organische
Säure der anionischen Emulsion mittels Erdalkali- bzw.
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Schwermetallsalzen aufgeflockt wird oder b) dem Mischgut zusätzliche
bekannte Haftmittel zugesetzt werden, die einerseits die Wirkung der vorhandenen
unterchlorigsauren Salze und/oder der Formaldehyde nicht stören und andererseits
in ihrer Eigenwirkung durch diese Stoffe nicht gestört werden, und/oder c) daß oxidierbare
und polymerisierende Stoffe verwendet werden, die sich in situ zu liaftmitteln bilden.
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Ausgehend von der bereits genannten Form der basischen Chromsalze
Cr2(S04)3 bis zu Cr2(OH)4SO4 bzw. CrOHS04 im
Rahmen der Gleichgewichtsbedingungen
Cr2(OH)4So4 + H SO - 2CrOHS04 +2H20 2 2 4 2CrOHSO4 + H2504 4 Cr2(S04)3 + 2 H20 Cr2(SO4)3
+ 2NaOH = 2CrOHSO4 + Na2SO4 Cr2(SO4)3 + 4NaOH = Cr2(OH)4SO4 + 2Na2SO4 läßt sich
die Haftfestigkeit des Bindemittels an seinen mineralischen Tragkörpern besonders
gut stimulieren.
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Wie eingangs erwähnt, läßt sich die Reihenfolge der Zusammenführung
ändern. Es wird aber immer, wie erw;hnt, nützlich sein, das Eau de Javelle vorab
in den Mischer zu geben, um der Gefahr vorzubeugen, daß Reste aus einer vorausgegangenen
Mischung einen schädlichen Einfluß auf die zuzuführende Mutteremulsion haben können.
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Begleiterscheinungen der Reaktion der Hypochlorite bzw. unterchlorigsauren
Salzen mit den im Mischgut oxidierbaren Stoffen macht sich die Erfindung insbesondere
bei Aufbereitung von Schlämmen zunutze.
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Es ist vorgesehen, die bei Reaktion der unterchlorig sauren Alkalisalze
mit den oxidierbaren anwesenden Stoffen auftretende Gasentwicklung durch etwa gleichzeitige
Anwendung von Formaldehyd oder dgL, die mit einer gleichzeitigen Verbesserung der
Fließwilligkeit verbunden ist, zu steigern.
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Damit kann der Zusatz von Verdünnungswasser verringert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung einer anionischen
Anwendungsemulsion einschließlich dessen Abänderung und das Verfahren zur Herstellung
von Mischgut mit dieser Emulsion erfüllt in vollem Umfang die Forderung der Aufgabenstellung.
Die ausgewiesenen Kaltaufbereitungs- und -mischtechniken dürfen als qualitativ hochstehendc
Bereicherung, insbesondere für den Deckenbau betrachtet werden.