DE2755450C2 - Verbesserung von Asphaltbelägen für den Straßen- und Wegebau - Google Patents

Verbesserung von Asphaltbelägen für den Straßen- und Wegebau

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DE2755450C2
DE2755450C2 DE2755450A DE2755450A DE2755450C2 DE 2755450 C2 DE2755450 C2 DE 2755450C2 DE 2755450 A DE2755450 A DE 2755450A DE 2755450 A DE2755450 A DE 2755450A DE 2755450 C2 DE2755450 C2 DE 2755450C2
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Karl-Hans Dipl.-Chem. Dr. 6454 Bruchköbel Müller
Rolf 6450 Hanau Oelmüller
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Description

Natursteinsplitten
(Edelspiitte oder einfach
gebrochene Splitte)
Sand (Rundsand = Grubenoder Flußsand)
Brechsand (= Sandanteil
aus der Schotteroder Splittproduktion
der Steinbrüche)
Mineralfüller (Kalkmehl
oder Eigenfüller
aus den Brechanlagen)
2-32 mm Körnung
0,09-2 mm Körnung
0-0,09 mm Körnung
bestehen.
Bitumen, Steinkohlenteer oder Mischungen aus beiden stellen das Bindemittel für das Mineralgemisch aus den obigen Bestandteilen dar.
Die erfindungsgemäße Kieselsäurezugabe steigert die Zahl der inneren Hohlräume bei Asphaltprüfkörpern bis zu 180 Vol.-%. Diese Hohlräume verbessern den Asphaltbeton, und damit die Sommer- und Winterbeständigkeit der Straßenoberbeläge.
Ein höherer Hohlraumgehalt bringt für die Sommerbeanspruchung von Straßenbelägen entscheidende Vorteile, wenn bei Erwärmungen Plastifizierungen eintreten. Bindemittelanteile, die durch innere Hohlräume aufgenommen werden können, treten zusammen mit mineralischen Feinanteilen nicht mehr an die Oberfläche. Fleckenbildungen sind nicht mehr die Folge, weil gleichzeitig die gröberen Splittanteile nicht mehr nach unten gedrückt werden.
Die erfindungsgemäße Verwendung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Versuchsdurchführung
Für alle Versuche dienen als Grundlagen für die Herstellung von Asphaltbelägen Mineralgemische der gleichen Zusammensetzung:
Kalkfüller 7%
Natursand (Rundsand) 9%
Gabbro-Edelbrechsand 270/0
Gabbro-Edelsplitt 2/5 27%
Gabbro-Edelsplitt 5/8 30%
100% =5 kg
Die Gewinnungsstätte für das verwendete Gabbro-Gesteinsmaterial befindet sich in Groß-Bieberau bei Darmstadt.
Zu obigem Mineralgemisch kommt jeweils als Bindemittel Bitumen B 80. Die Zugaben synthetischer
Kieselsäure erfolgen in Gew.-% auf die Mineralmassen bezogen.
Folgende Arbeitsgänge wurden durchgeführt:
1. Erwärmen der einzelnen Komponenten des Mineralgemischs einschließlich der Kieselsäuren und des Bindemittels im Trockenschrank auf 1800C
2. Spline und Sande werden in ein heizbares Mischgerät (Zwangsmischer) gegeben und gemischt
3. Bindemittel wird zugegeben und eingemischt
4. Füller (Gesteinsmehl) und Kieselsäure werden zugegeben und homogen vermischt (Mischzeit 2-3 Min.).
Hbil = loo
[Mm—
V Prm
Prm ~
wobei
[g/cm3],
- Bindemittelgehalt in Gewichtsprozent
(DIN 1996, Blatt 6)
Mg = (100 - Bg) = Mineralgehalt in Gew.-%
Pam = Raumdichte des Untersuchungsstückes Trocknungsverlust
DIN 53 198, Verf. A
Glühverlust1)
DIN 55 DIN 52 911
pH-Wert DIN 53 200
Löslichkeit
ίο Charakteristik
Stampfdichte DIN 53 194 Siebrückstand nach Mocker DIN 53 580
20
Von jeder Mischung werden in heißem Zustand (1400C) 3 Marshallkörper (mit zylindrischer Form Durchmesser = 100 mm, Höhe = 60-65 mm [DIN 1996, Blatt 4 und H]) durch 50 Schlage von jeder Seite mit dem Marshallverdichtungsgerät geformt Diese Normkörper werden zur Feststellung des Raumgewichtes (DIN 1996, Blatt 4 und 11), der Marshallstabilität (kp/cm2) (DIN 1996, Blatt 4 und 11) und des Fließwertes (Vio mm) (DIN 1996, Blatt 4 und 11) benutzt Von jeder Mischung erfolgen bei konstanter Temperatur die Bestimmung der Rohdichte (DIN 1996, Blatt 7). Der innere Hohlraumgehalt errechnet sich nach festgelegter Vorschrift und Formel aus den einzelnen Bestimmungen.
Die Formel für die Errechnung des Hohlraumes Hb/, lautet wie folgt (Tabellen und Übersichten zur Anwendung von Shell-Bituiren, Januar 1973):
35
Zur Kontrolle: M + B + Hbt, = 100 [Vol.%]
Darin bedeuten: pRM, = Rohdichte der Asphaltmischung, bestimmt nach der folgenden Formel:
100
45
.50 6%
5%
6,3
praktisch
unlöslich in
Wasser
gefällte
Kieselsäure
200 g/l
0,2%
15 ') Bezogen auf die 2 Stunden bei 105° C getrocknete Substanz. 2) Bezogen auf die 2 Stunden bei 1000° C geglühte Substanz.
Gefällte Kieselsäure A 2 lockeres,
Aussehen weißes Pulver
amorph
Röntgenstruktur 17OmVg
Oberfläche (nach BET)
Mittlere Größe der 18 Nanometer
Primärteilchen 2,05
Spez. Gewicht 98% SiO2
Reinheitsgrad2) l%Na2O
0,2% Al2O3
0,8% SO2
Trocknungsverlust 6%
DIN 53 198, Verf. A 50/0
Glühverlust') DIN 52 911 6,3
pH-Wert DIN 53 200 praktisch
Löslichkeit unlöslich in
Wasser
gefällte
Charakteristik Kieselsäure
mit hoher
Mahlfeinheit
70 g/l
Stampfdichte DIN 53 194
Siebrückstand nach Mocker
DIN 53 580 0%
') Bezogen auf die 2 Stunden bei 105°C getrocknete Substanz. 2) Bezogen auf die bei 1000° C geglühte Substanz.
Gefällte und sprühgetrocknete Kieselsäure B
(.um i??o, Dian /, n. DSCnnill H) lockeres, Oberfläche nach BET 190m2/g
weißes Pulver Mittlere Größe der
• Die zum Einsatz kommenden Kieselsäuren weisen die amorph : Primärteilchen 18 Nanometer
folgenden physikalisch-chemischen Kenndaten auf: 170m2/g Mittlere Größe der
Gefällte Kieselsäure A 1 (nach BET) 55 Sekundärteilchen 80 Mikrometer
- Stampfdichte DIN 53 194 g/i
Aussehen 18 Nanometer Trocknungsverlust
2,05 g/ml DIN 55 921
Röntgenstruktur 98% SiO2 2Std.beilO5°C 60/0
Oberfläche l%Na2O bo Glühverlust1)
0,2% AI2O3 DIN 55 921
Mittlere Größe der 0.8% SO3 2Std.beilOOO°C 50/0
Primärteilchen pH-Wert DIN 53 200
Spez. Gewicht . in Wasser: Aceton oder
Reinheitsgrad2) fe5 Methanol 1 :1 6,3
SiO2DIN 55 92\ψ) 98%
Al2O3 0,2%
Fe2O3 0,03%
27 55 1% 190 m2/g 20 5% 450
6 		12 Nanometer
Na2O 0,8% >99,8%
SO3 18 Nanometer Pyrogen hergestellte Kieselsäure C 60,09
Siebrückstand nach Mocker 0,5% 6,3 25 200±25m2/g
DIN 53 580 230 g/100 g 5 5 Mikrometer 15 98% Primärteilchengröße
ölzahl nach DIN 53 199 i) Bezogen auf die 2 Stunden bei 105°C getrockneter Substanz. 100 g/l 0,2% SiO,·)
2) Bezogen auf die 2 Stunden bei 1000° C geglühte Substanz. 0,03% Mol-Gewicht < 1,5%
3) Enthält ca. 2% chemisch gebundenen Kohlenstoff. 1% Oberfläche nach BET
Gefällte und sprühgetrocknete Kieselsäure B 2 5% 0,8% 30 Trocknungsverlust nach <1%
Oberfläche nach BET DIN 53 198
Mittlere Größe der 0,2% 2Std.beilO5°C
Glühverlust nach
Primärteilchen 240 g/100 g DIN 62 911 3,6-4,3
Mittlere Größe der 2Std.beil000°C
Sekundärteilchen pH-Wert nach DIN 53 200 <0,05%
Stampfdichte DIN 53 194 in 4%iger < 0,025%
Trocknungsverlust wäßriger Dispersion <0.05%
DIN 55 921 Grit (nach Mocker, <0,03%
2Std.beilO5°C DIN 53 580) < 0,003%
Glühverlust1) HCl < 0,0009%
DIN 55 921 Al2O3 < 0,0002%
2Std.beil000°C TiO2 < 0,0002%
pH-Wert DIN 53 200 Fe2O3 < 0,0002%
in Wasser: Aceton oder Na2O < 0,00003%
Methanol 1 :1 P < 0,00002%
SiO2 DIN 55 92P)3) Ni < 0,0004%
Al2O3 Cr < 0,003%
Fe2O3 Cu
Na2O Pb
SO3 S *) Bezogen auf die 2 Stunden bei 1000° C geglühte Substanz.
Siebrückstand nach Mocker B2O3
DIN 53 580
ölzahl nach DIN 53 199
1) Bezogen auf die 2 Stunden bei 1050C getrocknete Substanz.
2) Bezogen auf die 2 Stunden bei 10000C geglühte Substanz.
3) Enthält ca. 2% chemisch gebundenen Kohlenstoff.
Tabelle
Die Ergebnisse der einzelnen Versuche sind in der 35 Tabelle zusammengestellt:
Bezeichnung Rohdichte
Asphaltmasse		 Prüfkörper
Mittelwerte aus		 3 Körpern Hohlraum
[Vol.-%]
[g/cm3] Marshallwert
[kp/cm2]		 Fließwert
[1/10 mm]		 2,6 -
Asphaltbeton, 6,1%
B 80/ohne Zusatz		 2,508 870 39 3,4 (+30,7%)
Asphaltbeton, 6,1%
B 80 + 1,0% A 1		 2,492 860 38 4,1 (+57,7%)
Asphaltbeton, 6,1%
B 80 + 1,0% A 2		 2,494 915 35 6,1 (+135%)
Asphaltbeton, 6,1%
B 80 + 1,0% B 1		 2,497 890 29 4,3 (+65,3%)
Asphaltbeton, 6,1%
B 80 + 0,5% B 1		 2,498 880 35 3,1
Asphaltbeton, 7,0%
B 80+ 1,0% B 1		 2,464 810 39 3,6 (+38,5%)
Asphaltbeton, 6,1%
B 80+ 1,0% B 2		 2,491 960 38 2,5
Asphaltbeton, 7,0%
B 80 + 1,0% B 2		 2,466 710 48 7,3 (+180%)
Asphaltbeton, 6,1%
B 80 + 1,0% C		 2,495 990 37 3,4 (+ 30,7%)
Asphaltbeton, 6,1%
B 80 + 0.3% C		 2,503 830 41
7 8
Ein Asphaltbeton mit einem Bitumenanteil von 6,1 Hohlraumgehalte fest. Die Marshallwerte erfahren
Gew.-% weist ohne Zusatz von Kieselsäure keine ebenfalls einen Anstieg. Damit ist der Beweis erbracht,
ausreichende Stabilität und keinen ausreichenden daß synthetische Kieselsäuren in der Lage sind,
Hohlraumgehalt auf. Bindemittel aufzunehmen und zur Verbesserung des
Vergleicht man die Ergebnisse untereinander, so stellt > Hohlraumgehaltes und der Stabilität beizutragen,
man bei allen Kieselsäurezugaben eine Steigerung der

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verwendung von gefällter oder pyrogen hergestellter Kieselsäure zur Verbesserung von Asphaltbelägen für den Straßen- und Wegebau in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent
    Die Erfindung betrifft die Verbesserung von Asphaltbelägen für den Straßen- und Wegebau.
    Die Entwicklung des Straßenverkehrs in den letzten beiden Jahrzehnten brachte bedeutende Veränderungen. Ein ständig steigendes Personenwagenaufkommen fiel zusammen mit einem wachsenden Schwerlastverkehr. Der Schwerlastverkehr wurde noch gefördert durch den Trend »Weg von der Schiene«, so daß der Lastentransport auf dem Straßenwege besonders hohe Zuwachsraten zu verzeichnen hatte. Ein Ende dieser Entwicklung ist noch nicht abzusehen, zumal der Fahrzeugbau immer größere Transportfahrzeuge präsentiert. Die starke Beanspruchung der Straßen führt oft zu starken Verschleißerscheinungen in sehr kurzen Zeitabständen. Die dadurch notwendigen Reparaturen und Ausbauten verschlingen jährlich hohe Geldbeträge.
    Als Folge der hohen Belastung oder nichtausreichender Stabilität sind Verdrückungen und Spurrillen in dem Straßenbelag zu beobachten. Im Sommer erwärmen sich die Straßenoberflächen auf beachtliche Temperaturen. Aufgrund seiner thermoplastischen Eigenschaften wird das Bindemittel gefügig und dehnt sich aus. Fehlen nun dem Asphaltbelag die sogenannten inneren Hohlräume, so tritt das Bitumen oder die Teermasse mit einem Teil der mineralischen Feinanteile an die Oberfläche. Der Aufbau des Asphaitbelages verändert sich, weil gleichzeitig die Splittanteile durch die Belastung nach unten gedrückt werden. Auf der Oberfläche des Asphaitbelages erscheinen ständig wachsende Flecken. Man spricht dann von dem sogenannten »Ausschwitzen«. Spurrillen zeichnen sich ab und Verdriickungen, besondern in Kurven, treten auf. Beide Erscheinungen sind Gefahrenquellen, weiche problematisch bei auftretender Nässe (Aquaplaning) sein können. Im Winter verspröden die Asphalte, wobei die »mageren« Asphalte, welche aufgrund ihrer Mineraleigenschaften keine hohen Bindemittelmengen aufnehmen konnten, gefährdet sind. Die Kälteversprödung führt zum Loslösen von Splittpartikeln. Oberflächenschäden und zu schneller Abrieb sind die Folge. In solchen Fällen spricht man vom »Ausmagern« des Asphaltbelages. Diese Oberflächen bieten Streusalzen gute Angriffsstellen, so daß eine Erneuerung der Straßenoberschichi erforderlich wird.
    Mit durch Zusatzstoffe verbesserten Straßenbaustoffen kann man den Verschleiß verzögern und die Belastbarkeit erhöhen. Bekannte Zusatzstoffe sind besonders Asbestfasern und Asbestmehle, Kunststoffgranulate und flüssige Kunststoffkomponenten sowie pulverisierte Abfallstoffe. Die Asbeststoffe liefern teilweise recht brauchbare Ergebnisse. In Zunkunft wird man jedoch auf sie verzichten müssen, weil diese Zusatzstoffe gesundheitsschädlich sein sollen. Kunststoffprodukte genügten nicht immer den Anforderungen oder mußten in zu großen Anteilen zugeführt werden, so daß die Wirtschaftlichkeit entfiel.
    Aus der DE-PS 6 91 298 ist es bekannt, Quarzitmehl
    dem Straßenbaumaterial zuzufügen.
    Aus der DE-OS 23 35 672 ist es weiterhin bekannt, als Füllstoff in Straßenbelägen ein bei einer Temperatur zwischen 200 und 800° C behandeltes wasserhaltiges Minerai, wie z. B. Sepiolith, einzusetzen.
    Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von gefällter oder pyrogen hergestellter Kieselsäure zur Verbesserung von Asphaltbelägen für den Straßen- und Wegebau in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent.
    In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Kieselsäure in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.-% eingesetzt werden.
    Die gefällte Kieselsäure kann sprühgetrocknet sein.
    Der Asphaltbelag (Asphaltbeton) kann aus
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