DE29505276U1 - Monofiler Kurzschnitt auf Basis von Polyethylenterephthalat als stabilisierender Zusatz zu Asphalt im Straßenbau - Google Patents
Monofiler Kurzschnitt auf Basis von Polyethylenterephthalat als stabilisierender Zusatz zu Asphalt im StraßenbauInfo
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Description
c HOECHST TREVIRA GMBH & COKW.»&Rgr;&Igr;&Ogr;&Egr;^&Bgr;/&tgr;: 008G..*..." Dr.KD
BESCHREIBUNG
MonofiSer Kurzschnitt auf Basis von Polyethylenterephthalat als stabilisierender
Zusatz zu Asphalt im Straßenbau
Bei Asphalt im Straßenbau sind vielfache Zusätze in Form von Fasern geläufig.
So nennt die französische Patentschrift 26 76 436-A1 den Zusatz von
Polyacrylnitrilfaser von 10-50 mm Länge, 25-100 &mgr; Durchmesser zur
Verzögerung der Rißbildung,
Die deutsche Patentschrift 39 30 599-A nennt den Zusatz von Verstärkungsfasern, normalerweise Polyacrylnitril.
Bekannt ist der Zusatz von Stahlfasern in Kombination mit Fasern auf Basis von
Acrylnitril zur Reduktion der Spurrillenausbildung bei bituminösen Straßenbeiägen (La Construction, 08.11.91, Belgien). Bekannt ist das Produkt
®Arbocel als Stabilisator für bituminöses Mischgut auf Faserstoff basis. Der Zusatz bei Splittmastixasphalt beträgt beispielsweise bevorzugt 0,3 Gew.-%.
In dem US-Patent 4,663,370 wird der Einsatz organischer Stapelfasern
beschrieben, z.B. von Polyoiefin-Fasern und Polyester-Fasern. Diese Fasern werden dem Material zugesetzt, das bei der Reparatur bituminöser
Straßenbeiage als neue Verschleißschicht aufgebracht wird. Dies erfolgt, um Spurrillen und Risse auszufüllen und auszugleichen. Erfindungsgemäß wird ein
derartiger Fasereinsatz von 0,25 - 10 Gewichts-% kombiniert mit bis zu 10
Gewichts-% geradkettiger, ungesättigter Fettsäure, die bis 30 Gewichts-% Harz enthält - dieses als Piastifizierungshilfe -, mit bis zu 10 Gewichts-% eines
üblichen anorganischen Zusatzes, wie z.B. Sand und mit einem Anteil feinverteiltem, hochdichtem Polyester oder Polyolefin zur Haftungsverbesserung.
Letzte Komponente soll einen Teilchendurchmesser nicht über 200// und eine
Länge nicht über 1,5 mm haben. Mit dieser Rezeptur soll die Spurrillenausbiidung bei erhöhter Temperatur und Auswaschprozesse unter
Kontrolle gehalten werden.
■ Bei der Herstellung bituminöser Straßenbeläge ist bekannt, daß der Zusatz eines
Faserstoffes das im Asphalt vorhandene Bitumen unmittelbar nach dem Mischvorgang, während des Transportes und während des Einbaus am Ablaufen
hindern kann: Spezielle Faserstoffe geben die Sicherheit, daß die gesamte für das Gebrauchsverhalten erforderliche Bindemittelmenge homogen verteilt bleibt.
Ein Ablaufen des Bitumens kann zu Schaden an der fertigen Befestigung, bis hin zu vollständiger Zerstörung während der Gebrauchsdauer führen.
Ein weiterer Gesichtspunkt findet hier Berücksichtigung:
Die Schonung von Primärrohstoffen besitzt grundsätzlich hohe Bedeutung. Läßt
sich eine vergleichbare Lösung durch den Einsatz von Sekundärrohstoffen erzielen, ist dies gegenüber dem Einsatz eines Primärrohstoffes zu bevorzugen.
Speziell sei daran erinnert, daß für einen Wertstoff, dessen Ausgangsmateriaiien
Reststoffe auf Basis monofiler Polyesterfilamente sind, ein zweckmäßiger Einsatz zu finden ist. Derartige Polyesterfilamente werden beispielsweise bei
Papiermaschinen im Bereich der Blattbildung und im Bereich der Trockenpartie eingesetzt, ebenso für sehr verschiedene Produktfiitrationen. Preßvorgänge und
Transportvorgänge. Reststoffe fallen an bei der Herstellung dieser Filamente, bei
der Gewebeherstellung, bei der Gewebefixierung, bei der Konfektionierung und schließlich als Produkt nach bestimmungsgemäßem Gebrauch.
Weitgehend sauberes Produkt kann durch Umschmelzen und zusätzliche
Behandlungsschritte erneut in die Chemiefaserhersteiiung einmünden für
spezielle Artikel. Dies ist jedoch keine Lösung für die gesamte am Markt verfügbare Menge und für das Produkt nach bestimmungsgemäßem Gebrauch.
Hier bleiben als Lösungen lediglich die Deponierung und die Verbrennung unter
Nutzung der thermischen Energie. Andererseits ist die Anzahl der Firmen, die an
der Herstellung derartiger Produkte beteiligt sind und die Anzahl der Verwender durchaus überschaubar, so daß eine gezielte Sammlung derartiger Reststoffe
möglich ist.
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·
Nachfolgend wird gezeigt, daß sich diese verschiedenen Themenfelder unter
Schaffung eines neuen Produktes mit einer günstigen Eigenschaftskombinatäon zweckmäßig miteinander verbinden lassen:
Das erfindungsgemäße Produkt hat faserigen Charakter. Der zugrundeliegende
Reststoff sind Monofilamente aus Polyethylenterephthalat in Monofilform, in Form von Geweben, Gestricken, Spiralen, Spiraitüchern. Es wird sowohl Produkt
aus den verschiedenen Stufen der Herstellung als auch Produkt nach bestimmungsgemäßem Gebrauch als Rohstoff eingesetzt. Der Anteil anderer
Polymersysteme liegt bei weniger als 5 %, gleiches gilt auch für eine eventuell vorhandene chemische Modifizierung. Das Material ist weitgehend orientiert und
weitgehend auskristallisiert. Die Basiseigenschaften entsprechen denen hochorientierter, kristalliner Faserprodukte auf Basis von
Polyethylenterephthalat. Erwähnenswert ist der hohe Schmelzpunkt von ca. 258°C, die allgemein günstige Witterungs- und Chemäkalienbeständigkeit, die
geringe Wasseraufnahme von größenordnungsmäßig 0,1 %. Das Material ist geruchfrei.
Wesentlich ist die "Faserlängenverteilung". Sie wird hier nicht durch
Bestimmung der Länge in mm bestimmt, sondern durch einen Siebvorgang entsprechend dem Entwurf des "Merkblattes für die Lieferung und Prüfung von
stabilisierten Stoffen im Asphaltstraßenbau" in Anlehnung an die TP Min-StB Teil 6.3.2. In einem sorgfältig durchgeführten Zerkleinerungsverfahren wird im
Bereich von 0,25-0,4 mm etwa 70 % Siebdurchgang erreicht bzw. in einem Bereich von 0,25-0,7 mm Korngröße bis zu 90 %. Es genügt also nicht, die
anfallenden Reststoffe in allgemein bekannter Form grob zu zerkleinern. Die faserigen Elemente sind bedingt durch das Durchmesser-Länge-Verhältnäs im
Bereich 1:10 bis 1:50 steif. Die Oberfläche ist durch den Zerkleinerungsvorgang
bedingt rauh und uneben. Dies führt zu besonders leichter Einmischung in bituminöse Massen. Ein Verklumpen und Verschlingen der einzelnen Elemente
wird verhindert.
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Die nachfolgenden Beispiele sollen die Herstellung des erfindungsgemäßen
Produktes beschreiben. Schließlich wird auch seine Eignung als stabilisierender Zusatz zu Asphalt im Straßenbau, speziell als Zusatz zu Splittmastixasphalt
dargestellt.
Die bekannte Zerkleinerung monofiler Reststoffe auf Basis von
Polyethylenterephthalat in Form von Monofiisträngen, Kettresten, Geweberesten, Spiralen, Spiraltuchresten, Gewebestücken und von Produkt
nach bestimmungsmäßigem Gebrauch mit Hilfe einer Schneidmühle ist nicht ausreichend: Es treten Überlängen auf. Die Längenverteilung ist extrem breit. Es
tritt bei dem Versuch, den Überiängenanteii zu reduzieren ein steigender
Staubanteil auf. Die Reduktion der maximalen Linearabmessung durch Einsatz immer feinerer Siebe führt zu einem Anstieg des Staubanteils, zu einer starken
Reduktion des Durchsatzes und schließlich zum Risiko von Überhitzungen und damit Verschmelzungen des Materials. Überlängen lassen sich dabei nicht völlig
ausschließen. Ein Produkt, so wie oben beschrieben, wird nicht erhalten.
Um das erfindungsgemäße Produkt zu erhalten, erfoigt zunächst eine
Grobzerkleinerung der oben aufgezählten Produkte mit einer Schneidmühle auf mittlere Abmessungen von maximal 5-10 cm Länge. Dieses Zwischenprodukt
wird anschließend einem Schneidgranulator vorgelegt. Gegenüber einer Schneidmühle sind die Anzahl der rotierenden Messer und die
Rotationsgeschwindigkeit erhöht. Es wird ein spezielles Sieb eingesetzt mit z.B.
ovalen Löchern der Circa-Abmessungen 0,4 &khgr; 0,6 mm. Hier wird eine Zerkleinerung zu dem erfindungsgemäßen Produkt erreicht, ohne daßes zu einer
Überhitzung des Materials kommt. Die Feineinstellung erfolgt durch visuelle Beurteilung des Materials, durch Beurteilung unter einer Lupe mit 5- bis 10-
fächer Vergrößerung und durch den Siebvorgang wie oben beschrieben.
Die nachfolgend beschriebenen Untersuchungen beziehen sich auf dieses
erfindungsgemäße Produkt:
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Im Ablauftest mit einem Splittmastixasphait 0/8 mm wurde bei einem
Bindemittelgehait von 7,0 Masse-% Bitumen 80 und einer Zugabemenge von 0,7 % des obigen Produktes ein Gehalt an nicht stabilisiertem Bindemittel von
0,1 Masse-% im Labor gemessen. Dazu wird 1 kg Spüttmastixasphalt im
Becherglas 1 h bei 1700C gelagert und nach Umstülpen die Menge des an der
Wandung des Becherglases anhaftenden Bodensatzes ermittelt und als nicht stabilisiertes Bindemittei definiert.
Bei Zusatz eines konventionellen Faserstoffes liegt der Gehalt an nicht
stabilisiertem Bindemittel in gleicher Größenordnung.
Wird der Bindemittelgehait an Bitumen 80 im Bereich von 6,6-7,4 Masse-%
variiert, bleibt der Gehalt an nicht stabilisiertem Bindemittel im Bereich von 0,1-0,2
%. Der Zusatz des oben definierten Produktes ist also in bezug auf die genaue Einhaltung der Rezeptur unkritisch. Neben der !eichten Mischbarkeit und
Verteilung, begründet aus Steifigkeit und Geometrie der einzelnen faserigen Elemente sowie der Korngrößenverteilung; ist dies eine weitere positive
Eigenschaft des oben definierten Produktes.
Um eine Aussage zur Verdichtbarkeit des so hergestellten Asphaltes zu erhalten,
wurde der Verdichtungslauf von Marshall-Probekörpern in Abhängigkeit von der Anzahl der Schläge mit einem Marshall-Verdichtungsgerät aufgezeichnet. In
bekannter Weise erfolgte eine entsprechende Darstellung für die bis zu 100
Schläge. Der Kurvenverlauf am Ende des Verdichtungsvorganges bei Einsatz des obigen Produktes zeigt eine geringere Steigerungsrate gegenüber dem
Kurvenverlauf bei Einsatz einer konventionellen Faser. Dies bedeutet, daß sich hier die Endverformung schneller einstellt.
Darüber hinaus entspricht der Verdichtungsverlauf mit 7,0 Masse-% Bindemittelgehalt dem Verdichtungsveriauf bei Einsatz eines konventionellen
Faserstoffes mit 7,4 Masse-% Bindemittelgehalt. Dies bedeutet, daß der Bindemittelgehalt im Asphalt - hier der Gehalt an Bitumen 80 - reduziert werden
* kann bei Einsatz des erfindungsgemäßen Produktes. Der Anteil der reiativ
teuersten Einzelkomponente kann also reduziert werden. Dies ist ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Produktes.
Eine entsprechende Umrechnung zeigt, daß der Hohlraumgehalt bei Einsatz des
hier vorgestellten Produktes im Bereich 2,9-3,8 % liegt und damit die Anforderung gemäß ZTVbit-StB 84/90 erfüllt. Dort wird ein Hohlraumgehalt von
2-4 % gefordert. Der Gehalt an stabilisierendem Zusatz und an Bindemittel liegen bei den verschiedenen Rezepturen ebenfalls innerhalb der Anforderungen
gemäß ZTVbit-StB 84/90. Hier bestätigt sich wieder, daß ein vergleichbarer Hohlraumgehait mit einem reduzierten Bindemittelgehalt erreichbar ist im
Vergleich zu einem konventionellen Faserstoff. Die Ursache wird darin liegen, daß das hier vorgestellte Produkt aufgrund seiner chemischen Natur keinerlei
Bindemittel durch einen Quelienvorgang aufnimmt.
Zur Beurteilung der Wärmestandfestigkeit wird der Verlauf der Verformungskurve in Abhängigkeit von der Lastwechselzahl und die Verformung
nach 10.000 Lastwechseln zugrundegelegt. Prüflinge waren Marshall-Probekörper,
die dynamischen Druck-Schweil-Versuchen bei erhöhter Temperatur unterworfen wurden.
Nach anfangs relativ starker Verformung, beispielsweise beim Bindemitteigehalt
von 6,6 Masse-%, ist die Zunahme der Verformung gegen Versuchsende nur noch gering. Auch hier wiederum ist deutiich, daß die Möglichkeit besteht, mit
einem insgesamt geringeren Anteil von Bindemittel zu arbeiten als bei Einsatz von konventionellen Faserstoffen.
Bekannt ist jedoch die hohe Beständigkeit von Polyethylenterephtaiat, besonders
im Kombination mit hoher Kristallinität und hoher Orientierung. Bekannt ist die
lange Lebensdauer von Hochpolymer-Dachbahnen auf bituminöser Basis mit Vliesstoffen auf Polyesterbasis als Träger. Daraus kann gefolgert werden,daß
* die Eigenschaften des hier vorgestellten Produktes im Straßenbelag während der
Nutzungsdauer nicht verändert werden. Dieses Produkt wird wahrscheinlich bei
einem späteren Recyclen des Straßenbeiages noch einmal den gleichen
Nutzeffekt haben.
Claims (2)
1. Fasermaterial als Zusatz zu Splittmastixasphait im Straßenbau zur
Stabilisierung des Bindemittels während Transport, Lagerung und Einbau, " dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei diesem Fasermateria! um ein
hochmolekulares Produkt, bestehend aus mindestens 95 % Polyethylenterephthalat handelt, daß der Durchmesser der einzelnen
Fasern > 0,1 mm beträgt, daß das Längen- zu Durchmesser-Verhältnis im Mittel 5 übersteigt und daß die Korngrößenverteilung, gemessen als
Siebdurchgang gemäß dem Entwurf des "Merkblattes für die Lieferung und Prüfung von stabilisierenden Stoffen im Asphaltstraßenbau" in
Anlehnung an die TP Min-StB Teil 6.3.2, einen Anteil von mindestens 90 % für die Fraktionen
< 0,71 mm ergibt und mindestens 70 % für die Fraktionen < 0,4 mm, und daß dieses Produkt aus Reststoffen auf Basis
5 von Poiyethylenterephthaiat-Monofiiamenten durch Zerkleinerung
hergestellt wird.
2. Fasermaterial als Zusatz zu Splittmastixasphait im Straßenbau gemäß
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebdurchgang für die Fraktionen <
0,71 mm mindestens 95 % beträgt und für die Fraktionen < 0,4 mm mindestens 80 %.
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