DE2930376C2 - Verfahren zur Herstellung von Bitumenpräparaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bitumenpräparaten durch Kombination von industriellem Blasbitumen, gequollenem Gummimahlgut und mineralischen Zusatzstoffen.

Beim Bau von Betonstraßen werden zwischen den Straßenplatten in bestimmten Entfernungen Spalten gelassen, die dazu dienen, die durch den Temperaturwechsel bedingte Wärmedilatation beziehungsweise -kontraktion, ferner die durch die unterschiedliche Belastung hervorgerufenen Schwingungen und die durch ein eventuelles Absinken der Straßendecke auftretenden Belastungen aufzunehmen; ohne diese Spalten würde die Betonstraßendecke springen. Auch beim Bau der gegossenen und gewalzten Asphaltstraßen wird beim Verbinden der einen, bereits ausgekühlten Straßenseite mit der anderen, frisch gegossenen Straßenseite ein Spalt gelassen. Für das Ausgießen dieser straßenbautechnischen Spalten werden seit Jahrzehnten unterschiedliche Stoffe verwendet.

Die verwendeten Stoffe sind unterschiedlichsten Ursprungs: Kunststoffe (PVC, Polyisobutylen, Polyäthylen), mit Kunststoffen kombinierte Bitumenpräparate (mit Bitumenlösung gesättigter Polyurethanschaum, z. B. als Band), mit Kautschuk- und Latexzusätzen versehene Bitumenstoffe u. ä.

Je nach den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsgebietes werden diese Stoffe in fertigen Anwendungsformen, zum Beispiel als heiß gießbare Masse oder mit Lösungsmittel verdünnt geliefert.

Über die in der Bauindustrie verwendeten Spaltdichtungsmaterialien aus Kunststoff gibt das Buch »Müanyagok az epiteszetben« (= Kunststoffe in der Bauindustrie, Christfried Hildebrand, Müszaki Könyvkiado, Budapest, 1977, S.101 —102) einen Überblick. Das bereits erwähnte Band ist bei Temperaturen zwischen —25 und + 8O⁰C für die Spaltdichtung von Wandelementen und Dachverglasungen verwendbar, ein anderes Produkt, ein Kitt mit Butylkautschuk als Bindemittel, kann in einem Temperaturbereich von —35 und +80⁰C angewendet werden.

Für eine Temperaturbeanspruchung von —40 bis + 120⁰C ist die profilierte Dichtungsmasse, eine lösungsmittelfreie Substanz mit Polyisobutylen als Bindemittel, geeignet.

Für einige Spaltdichtungsmaterialien werden hauptsächlich Polyvinylacetat, Polysulfidkautschuk und Silikonkautschuk verwendet. Diese Stoffe sind höchstens bis zu —5 bis — 10⁰C kältebeständig.

Ein verhältnismäßig neues thermoplastisches Elastomer ist das radiale Butadien-Styrol-Blockpolymer (Gummi, Asbest, Kunststoffe, 30, 842-847 [1977/12]). Diese Polymeren waren bei Vermischen mit Bitumen 180/220 zur ! !erstcllung modifizierter Bitüiucü gccigi'ici, ijci eil Ei weiuliuiigspunki bei 77 —131"C, deren Srcchpunki bei — 11 bis —35°C lag und die vom Autor des Artikels als Spaltdichtungsmaterialien empfohlen wurden.

In dem Artikel von F. Hegemann »Vorgefertigte spaltdichtende Körper (Bauplanung-Bautechnik, 26, 484—486 [1972/10]) werden unterschiedliche spaltdichtende Materialien und deren wichtigste Parameter beschrieben.

Die bisher erwähnten spaltdichtenden Materialien bestehen hauptsächlich aus Piastomeren beziehungsweise aus Kombinationen von Piastomeren mit Bitumen und Steinkohlenteer.
Auf vielen Gebieten, insbesondere im Straßenbau, werden Bitumenpräparate verwendet, die natürlichen oder

künstlichen Gummi enthalten.

B. S. Jackson beschreibt zum Ausfüllen von senkrechten Spalten geeignete Kautschuk-Bitumen-Dichtungsstoffe (Municipal Engineering, 144,52, London, 1967/2).

Vajta u. a. berichten über mit Gummibitumen vorgenommene großtechnische Versuche (Bitumen, Teere, Asphalte, Peche und verwandte Stoffe, 9, 429—433 [1962]). Zur Herstellung des Gummibitumens werden bei 5 170— 180⁰C 5—15 Gew.-°/o Gummimehl innerhalb von 6 Stunden mit Straßenbaubitumen vermischt Das Gummimehl wird durch Mahlen von Altreifen hergestellt und unmittelbar in den vorher geschmolzenen Bitumen eingemischt Zum Ausfüllen der Spalten neben den Straßenbahnschienen werden Bitumen mit 8, 9,10,13 und 15% Gummigehalt bereitet Am günstigsten ist ein Gummigehalt von 8—10%. Für einen derartigen Gummibitumen sind folgende Daten charakteristisch:

Erweichungspunkt 75° C

Penetration bei 25° C 39/0,1 mm

Brechpunkt -9°C

T. A. Silakadze und E. A. Surenjan (Avtomobilnüe Dorogi, 28, 28—29, Moskau, 1965/9) berichten über einen Straßenversuchsabschnitt, der mit Gummimahlgat enthaltendem Bitumen gebaut wurde. Die Menge des Gummizusatzes in dem Asphaltbetongemisch betrug 0,4 Gew.-%. In dem Artikel wird betont, daß die Vorbedingung einer guten Mischungsqualität die homogene Verteilung des Gummis im,Bitumen ist

E. Gundermann untersuchte die Wirkung von Gummimehl auf die Eigenschaften von Propanextraktbitumen (Bitumen, Teere, Asphalte, Peche und verwandte Stoffe 1966/7, S. 250—254). Zu Propanextraktbitumen des Erweichungspunktes 75,8° C beziehungsweise 71,5° C und einem fluxierten Bitumen des Erweichungspunktes 38,5° C wurden bei Temperaturen bis zu 250°C unter Einhaltung von Rührzeiten von 2,6 und 12 Stunden 10,20 beziehungsweise 30 Gew.-% Gummimehl gegeben. Es wurde festgestellt, daß ein Zusatz von 5 Gew.-% Gummi auf den Propanextraktbitumen keine besondere Wirkung ausübte, während bei 10Gew.-% Gummizusatz der Temperaturbereich der Plastizität breiter wird, d.h. der Erweichungspunkt um 10—15°C ansteigt und die Penetration zurückgeht; dies ist besonders bei der Anwendung von wenig Asphalten und viel Harz und Öl enthaltendem Ausgangsbitumen der Fall.

Auf den erwähnten Anwendungsgebieten wird der Umstand ausgenutzt, daß durch Zusatz von Elastomeren, insbesondere durch Zusatz von Gummi, die Wärmeempfindlichkeit des Bitumens geringer wird, seine Plastizität und Viskosität hingegen bedeutend ansteigen. Eine allgemeinere Anwendung von Gummimahlgut in Bitumen wird durch die Tatsache gehemmt, daß das Zusetzen des Gummis zu Bitumen mit verhältnismäßig großen Schwierigkeiten verbunden ist Wird der Gummi in Form von Mehl zugesetzt, so kann eine homogene Verteilung nur mit außerordentlich langen Mischzeiten erreicht werden. Gummi als Latex oder in einem Lösungsmittel gelöst kann zwar in größeren Mengen in den Bitumen eingebracht werden, jedoch sind dazu aufwendige Vorrichtungen erforderlich, beziehungsweise die Verwendung von Lösungsmittel bereitet brandschutztechnische und anwendungstechnische Schwierigkeiten.

Es wurde nun gefunden, daß ein elastisches, selbsthaftendes, in einem weiten Temperaturbereich plastisches, an Metallen, Beton, Asphalt ausgezeichnet haftendes und daher als vorgefertigtes Band oder als heiß gießbare Masse vorteilhaft zum Ausfüllen von Spalten im Straßenbau verwendbares Bitumenpräparat hergestellt werden kann, wenn man in einem üblichen, mit einem Rührer versehenen Behälter Altgummimahlgut in entsprechend gewählten, bei der Erdölaufarbeitung anfallenden ölfraktionen oder Extrakten quillt, dem erhaltenen Gemisch als mineralischen Zusatzstoff Ölschieferabraum und/oder Zement zusetzt und das Gemisch anschließend unter ständigem Rühren mit vorher geschmolzenem, kältebeständigem industriellen Blasbitumen vermengt.

Zum Quellen des Gummimahlgutes wird dieses in einer Menge von 20—45 Gew.-% in einem mit einem Rührer versehenen Behälter bei 25—120°C, einer Rührerdrehzahl von 20—100 min-' und einer Rührzeit von 1 —3 Stunden mit einer ölfraktion oder einem Extrakt vermischt, dessen Marcusson-Flammpunkt wenigstens 22O⁰C und dessen Viskosität bei 100° C wenigstens 12 cSt beträgt.

Zu dem auf diese Weise erhaltenen Gemisch (dessen Gewicht als 100 Gew.-Teile betrachtet wird) werden als mineralischer Zusatz innerhalb von 30 Minuten 25—50 Gew.-Teile Ölschieferabraum und/oder Zement zügemischt. Schließlich wird das Gemisch mit 150—250 Gew.-Teilen eines vorher auf 160—18O⁰C erwärmten, kältebeständigen industriellen Blasbitumens vermengt, wobei die Rührzeit 1—3 Stunden, die Rührerdrehzahl 20-100 min-¹ beträgt.

Der kältebeständige industrielle Blasbitumen wird unter Verwendung von Rückständen und ölfraktionen der Vakuumdestillation in zwei Stufen hergestellt, indem in der ersten Oxydationsphase durch Einblasen von Luft bei 250—280⁰C intermediär ein oxydierter Bitumen des Erweichungspunktes 80—100⁰C hergestellt wird und dieser nach Vermischen mit einer aus der Vakuumdestillation stammenden ölfraktion in der zweiten Oxydationsstufe durch Einblasen von Luft bei 250—28O⁰C zu industriellem Blasbitumen des Erweichungspunktes 85—115°C oxydiert wird. Durch entsprechende Wahl der Komponenten wird ein Produkt erhalten, das einen Erweichungspunkt von 95—140⁰C, eine Penetration von 40—120x0,1 mm (25°C) und einen Brechpunkt von — 15 bis — 30" C aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von elastischen, selbsthaftenden, als vorgefertigtes Band verwendbaren Bitumenpräparaten zum Ausfüllen der beim Straßenbau vorgesehenen Dilatationsspalten und zum Zusammensetzen und Kleben der Stoßstellen von Straßenbauplatten, welches aus kältebeständigem industriellen Blasbitumen, gequollenem Gummimahlgut und mineralischen Zusatzstoffen besteht. Für das Verfahren ist kennzeichnend, daß man in einem üblichen, mit einem Rührer versehenen Behälter 45—20Gew.-% Gummimahlgut in 55—80Gew.-% aus der Erdölverarbeitung stammenden ölfraktionen oder Extrakten bei 25—120⁰C und einer Rührerdrehzahl von 20—100 min-' 1—3 Stunden lang verrührt und quillt,

auf 100 Gew.-Teile dieses Gemisches gerechnet als mineralischen Zusatzstoff innerhalb von 30 Minuten unter ständigem Rühren 25—50 Gew.-% Ölschieferabraum und/oder Zement zusetzt und das erhaltene Gemisch anschließend mit 150—250 Gew.-Teilen eines vorher auf 160— 180° C erwärmten, kältebeständigen industriellen Blasbitumens 1 —3 Stunden lang vermischt
5 Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert

•, Beispiel 1

In einem Rührbehälter werden bei 70°C und einer Rührerdrehzahl von 20 min-' 25 Gew.-% Altgummimahl-10 gut in 75 Gew.-% einer paraffinischen ölfraktion unter ständigem Rühren 3 Stunden lang gequollen. Zu dem r . erhaltenen Gemisch werden unter ständigem Rühren innerhalb von 15 Minuten 25 Gew.-% Ölschieferabraum

dosiert Die erhaltene Mischung wird innerhalb von 2V2 Stunden in einen vorher auf 180° C erwärmten, mit dem ι erwähnten Oxydationsverfahren hergestellten industriellen Blasbitumen (240 Gew.-Teile) des Erweichungspunktes 114° C eingerührt Das erhaltene Produkt hat einen Erweichungspunkt von 120° C, sein Brechpunkt liegt 15 bei —25°C, der Penetrationswert beträgt bei 25°C 43 χ 0,1 mm.

_t Beispiel 2 !

In einem Rührbehälter werden bei 80⁰C und einer Rührerdrehzahl von 50 min-' 25 Gew.-% Altgummimahl-20 gut in 75 Gew.-% Restölextrakt unter ständigem Rühren 2 Stunden lang gequollen. Zu dem gequollenen Gummimahlgut werden unter ständigem Rühren innerhalb von 30 Minuten 50 Gew.-% Ölschieferabraum dosiert Das erhaltene Gemisch wird innerhalb von 2 Stunden zu 200 Gew.-Teilen eines vorher auf 160° C ; erwärmten, mit dem erwähnten Oxydationsverfahren hergestellten industriellen Blasbitumens des Erweichungspunktes 114° C eingerührt Das erhaltene Bitumenprodukt hat einen Erweichungspunkt von 130⁰C. einen Brech-25 punkt von —26°C, und sein Penetrationswert beträgt bei 25⁰C 50 χ 0,1 mm.

Beispiel 3

^! In einem Rührbehälter werden bei 100°C und einer Rührerdrehzahl von 100 min-' 30Gew.-% Altgummi-

30 mahlgut innerhalb einer Stunde unter ständigem Rühren in 70 Gew.-% paraffinischer ölfraktion gequollen. Zu dem gequollenen Gemisch werden unter ständigem Rühren innerhalb von 30 Minuten 35 Gew.-Teile Ölschiefer- - abraum dosiert Das erhaltene Gemisch wird innerhalb einer Stunde in 150 Gew.-Teile eines vorher auf 17O⁰C

erwärmten, mit dem erwähnten Oxydationsverfahren hergestellten industriellen Blasbitumens des Erweichungspunktes 97°C eingerührt. Das erhaltene Produkt hat einen Erweichungspunkt von 105⁰C, einen Brechpunkt von 35 —30⁰C und bei 25°C einen Penetrationswert von 107 χ 0,1 mm.

Im folgenden werden die Eigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten Bitumenpräparates mit den Eigenschaften von bekannten Bitumenprodukten verglichen, die unter unmittelbarem Einrühren des Gummimahlgui , tes hergestellt wurden.

|ft ⁴⁰ Herstellungsart Erweichungspunkt,"C Penetration bei 25°C Brechpunkt,°C

Itf 0,1 mm

i;< Nach Vajta u. a.

% Grundbitumen 59 45,5 —

fA 45 +8% Gummi 69 35 -

U +13% Gummi 83 25 -

ψ Nach Gundermann

S Grundbitumen 71,5 5,1 19

p: 50 +10% Gummi 85,5 3,0 19

?| +20% Gummi 88,0 5,5 15

R +30% Gummi 95,0 7,6 8,5

?:,!. Erfindungsgemäß

?': 55 1) Grundbitumen (150 Gew.-T.) 85 39 -24

• +100 Gew.-T. gequollener Gummi 97 45 —26

, +25 Gew.-Teile Schieferabraum

■ Erfindungsgemäß

; 60 2) Grundbitumen 200 Gew.-Teile 105 50 —23

^y +100 Gew.-!.gequollenes 112 75 -JO

Gnmmigemisch
+ 25 Gew.-Teile Schieferabraum

65 3) Grundbitumen 150 Gew.-Teile, 115 31 -15

+ 100 Gew.-Teile gequollenes 126 70 -26

Gummigemisch
+ 50 Gew.-Teile Schieferabraum

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von elastischea selbsthaftenden, als vorgefertigtes Band verwendbaren Bitumenpräparaten zum Ausfüllen der beim Straßenbau vorgesehenen Dilatationsspalten und .ium Zusammensetzen und Kleben der Stoßstellen von Straßenbauplatten, welches aus kältebeständigem industriellen Blasbitumen, gequollenem Gummimahlgut und mineralischen Zusatzstoffen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem üblichen, mit einem Rührer versehenen Behälter 45—20Gew.-% Gummimahlgut in 55—80Gew.-% aus der Erdölverarbeitung stammenden ölfraktionen oder Extrakten bei 25—120⁰C und einer Rührerdrehzahl von 20—110 min-¹ 1—3 Stunden lang verrührt und quillt, auf 100 Gew.-Teile dieses Gemisches gerechnet als mineralischen Zusatzstoff innerhalb von 30 Minuten unter ständigem Rühren 25—50 Gew.-°/o Ölschieferabraum und/oder Zement zusetzt und das erhaltene Gemisch anschließend mit 150—250 Gew.-Teilen eines vorher auf 160—180⁰C erwärmten, kältebeständigen industriellen Blasbitumens 1 —3 Stunden lang vermischt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Quellen des Gummimahlgutes ölfraktionen oder Extrakte verwendet, deren Marcusson-Flammpunkt wenigstens 220⁰C und deren Viskosität bei 100° C wenigstens 12 cSt beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Gummimahlgut einer Teilchengröße von weniger als 1 mm verwendet

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß man als mineralischen Zusatzstoff die eine Teilchengröße von 0,1 —0,01 mm aufweisende, bei der Aufarbeitung des Ölschiefers anfallende gebrannte Abraumfraktion und/oder Zement verwendet

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß man als kältebeständigen industriellen Blasbitumen einen Bitumen des Erweichungspunktes von 85—115°C und eines Brechpunktes von höchstens —15° C verwendet, der unter Verwendung von Rückständen und ölfraktionen der Vakuumdestillation in zwei Stufen hergestellt wird, indem in der ersten Oxydationsstufe durch Einblasen von Luft bei 250—280⁰C intermediär ein oxydierter Bitumen des Erweichungspunktes 80—100⁰C hergestellt wird und dieser nach Vermischen mit einer aus der Vakuumdestillation stammenden ölfraktion in der zweiten Oxydationsstufe durch Einblasen von Luft bei 250—28O⁰C zu industriellem Blasbitumen des Erweichungspunktes 85— 115°C oxydiert wird.