DE3001078C2 - Binder for road construction - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung neuartiger Bindemittel für den Straßenbau.The invention relates to the use of novel binders for road construction.
Ein wichtiges Produkt der Mineralölraffination ist das Bitumen, das direkt oder in thermisch modifizierter Form besonders im Straßenbau als Bindemittel eingesetzt wird.An important product of mineral oil refining is bitumen, which is directly or thermally modified Form is used as a binder, especially in road construction.
Bitumen hat als Straßenbaubindemittel steinkohlenteerstämmigc Produkte abgelöst, da es in einer Zeit der reichlich vorhandenen Mineralölvorräte billig zur Ver-. fügung stand; außerdem weist es bei einer größeren Plastizitätsspanne die für stärker gewordene Verkehrsbelastung notwendige Temperaturempfindlichkeit auf.As a road construction binder, bitumen is derived from coal tar Products replaced because it is cheap to sell at a time when mineral oil was in abundance. coincidence; it also has a larger plasticity range the temperature sensitivity necessary for increased traffic.
Wegen der sich verschärfenden Verknappung an Mineralöl und der zunehmenden Umwandlung von schweren Raffinerieprodukten in Benzin- und Ileizöl-EL-Fraktionen werden sich auch in der Bitumenversorgung Engpässe ergeben. Es ergibt sich daher ein dringender Bedarf an Bindemitteln, die bezüglich ihrer Rohstoffbasis von immer knapper werdenden Mineralöl unabhängiger sind, und die die bituminösen Bindemittel ersetzen können.Because of the worsening shortage of mineral oil and the increasing conversion of heavy refined products in gasoline and ileizöl EL fractions there will also be bottlenecks in the bitumen supply. There is therefore an urgent need Demand for binders, which, in terms of their raw material base, consist of increasingly scarce mineral oil are more independent and can replace the bituminous binders.
Die bislang eingesetzten bituminösen Bindemittel sind nach der DIN-Norm 1995 in verschiedenen Klassen je nach unterschiedlichem Härtegrad (Penetration) eingeteilt; je nach Penetration werden 7 Bitumensorten unterschieden. Die Bezeichnung der Destillationsbitumen erfolgt mit einem Buchstaben B und einer Zahl, die die mittlere Penetration angibt. Die technisch gebräuchlichsten Bitumensorten im Straßenbau haben eine Penetration von 80 bis 45.The bituminous binders used so far are in different classes according to the DIN standard 1995 divided according to different degrees of hardness (penetration); Depending on the penetration, there are 7 types of bitumen differentiated. The distillation bitumen is designated with a letter B and a number, which indicates the mean penetration. Have the technically most common types of bitumen in road construction a penetration of 80 to 45.
Neben Bitumen werden heute Bitumen-Pech-Gemisch angewandt; das erforderliche Pech wird bei der Destillation von Steinkohlenteer erzeugt.In addition to bitumen, bitumen-pitch mixtures are used today; the required bad luck will be at produced by the distillation of coal tar.
Bei dem für den modernen Straßenbau zunehmenden Bedarf an bituminösen Bindemitteln ergibt sich ein Nachteil der bislang vorgeschlagenen kohlestämmigen Bindemittel aus der Tatsache, daß Steinkohlenteerpech für diesen Zweck nur begrenzt zur Verfügung steht, da es als hochwertiger Rohstoff zur Herstellung von Kohlenstoffproduklen eingesetzt wird. Soll Pech als alleinige Bindemittelkomponente verwandt werden, so wird außerdem die erforderliche Plastizitätsspanne (Differenz zwischen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) und Brechpunkt (Fraaß)) nur durch aufwendige thermische Modifizierung des Pechs (siehe z. B. Velske, Baustoffiehre - Bituminöse Stoffe, Werner Verlag, Düsseldorf, 1976) erreicht.With the increasing need for bituminous binders for modern road construction, there is a Disadvantage of the previously proposed coal-based binders from the fact that coal tar pitch There is only limited availability for this purpose, as it is a high-quality raw material for the production of carbon products is used. If pitch is to be used as the sole binder component, then also the required plasticity range (difference between softening point (ring and ball) and breaking point (Fraaß)) only through complex thermal modification of the pitch (see e.g. Velske, Building materials theory - bituminous substances, Werner Verlag, Düsseldorf, 1976) achieved.
Als weitere Methode zur Erzielung der erforderlichen Plastizitätsspanne wurde die Suspendierung von fein aufgemahlener Kohie in Steinkohienteerpech empfohlen. Nach den in der Literatur beschriebenen Verfahren körinen die Kohleanteile bis zu 10% betragen (siehe z. B. P. A. Bradley, Austr. Coal Ind. Res. Lab., Rep. PR 68-5, oder S. Bagchee, Res. Ind. (India), 1971, 16, 102). Die Kohle wird dabei nur zu sehr geringen Teilen aufgelöst und dient somit nicht als eigentliche Bindemittelkomponente. Another method of achieving the required plasticity margin has been to suspend fine Ground Kohie in coal tar pitch recommended. According to the procedures described in the literature the coal contents are up to 10% (see e.g. P. A. Bradley, Austr. Coal Ind. Res. Lab., Rep. PR 68-5, or S. Bagchee, Res. Ind. (India), 1971, 16, 102). The coal is only used to a very small extent dissolved and therefore does not serve as the actual binder component.
ίο Die Beschaffenheitsdaten für die heute eingesetzten Bitumensorten sind in der DIN-Norm 1995 zusammengestellt (Tabelle 1).ίο The quality data for those used today Bitumen types are listed in the DIN standard 1995 (Table 1).
Substitutionsprodukte für Bitumen müssen diesen Anforderungen weitgehend entsprechen, um eine problemlose Verarbeitung und Beanspruchbarkeit nach Einbau in die Straße zu gewährleisten.Substitution products for bitumen must have this Requirements largely correspond to a problem-free processing and strength after Ensure installation in the street.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein neues Bindemittel für den Straßenbau einzusetzen, das den Erfordernissen des modernen Straßenbaues genügt und zum großen Teil auf der langfristig verfügbaren Rohstoffbasis Kohle beruht.The object of the invention was therefore to use a new binder for road construction that meets the requirements of modern road construction is sufficient and largely on the basis of raw materials available in the long term Coal is based.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Verwendung eines durch Desintegrierung von zerkleinerter Kohle mit einem Gemisch petro- und kohlestämmiger aromatischer Lösungsmittel mit einem mittleren Siedepunkt >350 C, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer Lösungsmittel, hergestellten pechähnlichen Kohlenwertstoffes, aus dem gegebenenfalls bis zu 15% leichtflüchtige Anteile bis zu einem Siedeende von 300 C abgetoppt und hochsiedende aromatische Kohlenwasserstoff-Fraktionen der Siedelage 320-480 C in Anteilen von 0-30% unter Homogenisierung in der Wärme zugesetzt worden sind, als Straßenbaubindemittel. Die Prozentangaben verstehen .sich als Gewichtsprozente. Die jeweils gewünschte Penetration des neuartigen Straßenbaubindemittels läßt sich demnach einstellen dur^h den Anteil und Siedepunkt der abgetoppten leichterflüchtigen BestandEeile sowie durch den Zusatz und die Siedelage der hocharomatischenAccording to the invention, this object is achieved by the use of a disintegration of comminuted Coal with a mixture of petrochemical and coal-based aromatic solvents with a medium one Boiling point> 350 C, optionally with the addition of other solvents, produced similar to pitch Carbon material, from which optionally up to 15% volatile components up to a boiling point of 300 C topped off and high-boiling aromatic hydrocarbon fractions of the boiling point 320-480 C in Shares of 0-30% have been added with homogenization in the heat, as a road construction binder. The percentages are understood to be percentages by weight. The desired penetration of the novel road construction binder can therefore be achieved adjust by ^ h the proportion and boiling point of the topped off more volatile components as well as through the addition and the boiling point of the highly aromatic
«ο Teerfraktion.«Ο tar fraction.
Die Herstellung der pechähnlichen Kohlenwertstoffe erfolgt dadurch, daß man Kohle mit aromatischen Rückständen aus der Dampfpyrolyse von Erdölfraktionen im Gemisch mit kohlestämmigen Aromatengemisehen mit einem mittleren Siedepunkt oberhalb 350 C als Lösungsmitlel, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer Lösungsmittel, z. B. Anthracenöl, desintegriert. Die Desintegrierung erfolgt bei Drücken bis 50 bar und Temperaturen zwischen 250 und 420 C.The production of pitch-like carbon materials takes place in that one coal with aromatic residues from the steam pyrolysis of petroleum fractions in a mixture with aromatic aromatic mixtures with an average boiling point above 350 ° C as a solvent, optionally with the addition of other solvents, e.g. B. Anthracene oil, disintegrated. the Disintegration takes place at pressures of up to 50 bar and temperatures between 250 and 420 C.
5<i Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die auf vorwiegend kohlestämmiger Basis hergestellten erfindungsgemäßen pechähnlichen Kohlenwertstoffe die wichtigen Anforderungskriterien für bituminöse Straßenbaubindemittel, wie Penetration, Erweichungsverhalten und Brechpunkt, wie sie in der DIN-Norm 1995 beschrieben sind, erfüllen. Insbesondere ist dies bezüglich der Plastizitätsspanne überraschend; denn die bislang aufkohlestämmiger Pechbasis direkt hergestellten Bindemittel erfüllen die Anforderungen an die hohe Plastizitätsspanne von mindestens 50 C nicht, sondern zeigen lediglich eine Differenz zwischen Erweichungspunkt (Ring und Kugel) und Brechpunkt (Fraaß) von 30 C.5 <i Surprisingly, it has been shown that the Pitch-like carbon materials according to the invention produced predominantly on a coal-based basis important requirement criteria for bituminous road construction binders, such as penetration, softening behavior and breaking point, as described in the DIN standard 1995, meet. In particular, this is regarding the plasticity range surprising; because the pitch base previously produced directly from coal Binders do not meet the requirements for the high plasticity range of at least 50 C, but rather only show a difference between softening point (ring and ball) and breaking point (Fraaß) of 30 C.
Durch Desintegration von 25 Gew.-Teilen Weslerholt-Kohle (Flüchtigen-Gehalt 37-:i8%) mit 33,3 Gew.-Teilen Pyrolyseöl aus der Spaltung von Gasöl (mittlererBy disintegrating 25 parts by weight of Weslerholt coal (Volatile content 37-: i8%) with 33.3 parts by weight of pyrolysis oil from the splitting of gas oil (medium
Siedepunkt 366 C), 25 Gew.-Teilen Pechdestillat aus der Wärme-Druck-Behandlung (Siedebeginn 275 C, 50% bis416 C) von Steinkohlenteerpech und 16,7 Gew.-Teilen filtriertem Anthracenöl (siehe H. G. Franck, G. Collin; Steinkohlenteer, Springer, Berlin, 1968, Seite 56) wird ein pechähnlicher Kohlenwertstoff durch Reaktion des Lösungsmittelgemisches mit der Kohle bei 370 C und 3 Stunden Reaktionszeit bei einem maximalen Druck von 20 bar hergestellt. Durch Destillation werden von diesem KohlenwertstofT 10% flüchtige κι Bestandteile bis 300 C abgetrenntBoiling point 366 C), 25 parts by weight pitch distillate from the heat-pressure treatment (initial boiling point 275 C, 50% to 416 C) of coal tar pitch and 16.7 parts by weight filtered anthracene oil (see H. G. Franck, G. Collin; Steinkohlenteer, Springer, Berlin, 1968, Page 56) becomes a pitch-like carbon material through reaction of the solvent mixture with the coal at 370 ° C. and a reaction time of 3 hours at a maximum pressure of 20 bar. By distillation 10% volatile constituents up to 300 ° C. are separated from this carbon material
Das so erhaltene Bindemittel wird bezüglich seiner Eigenschaften im Vergleich zu den standardisierten Bitumensorten untersucht; es zeigt sich, daß das erfindungsgemäße Bindemittel den wichtigsten Anforderungskriterien für ein Bitumen B 25 entspricht (Tabelle 2).The binder obtained in this way is standardized in terms of its properties in comparison with the ones Bitumen types examined; it turns out that the binder according to the invention meets the most important requirement criteria for a bitumen corresponds to B 25 (Table 2).
Das gemäß Beispiel 1 hergestellte Bindemittel wird zu 82 Teilen mit 18 Teilen einer hochsiedenden aromatischen Teerfraktion (Siedebereich 350-450 C) unter Erwärmen homogen gemischt.The binder prepared according to Example 1 is 82 parts with 18 parts of a high-boiling aromatic Tar fraction (boiling range 350-450 C) mixed homogeneously with heating.
Das sich daraus ergebende Bindemittel entspricht bezüglich der wichtigsten Beschaffenheitskriterien einem Bitumen B 65 (Tabelle 2).The resulting binder corresponds to the most important quality criteria a bitumen B 65 (Table 2).
25 Gew.-Teile einer Flammkohle (Ensdorf, Saar, Flüchtigengehalt 39-40%) werden mit 33,3 Gew.-Teilen Pyrolyseöl aus der Spaltung von Rohbenzin (mittlerer Siedepunkt 358 C), 25 Gew.-Teilen Pechdestillat aus der Wärme-Druck-Behandlung von Steinkohlenteerpech (Siedebeginn 275 C, 50% bis 416 C) und 16,7 Teilen filtriertem Anthracenöl bei 370 C und 3 h Reaktionszeit desintegriert. Der Maximaldruck beträgt 45 bar.25 parts by weight of a flame coal (Ensdorf, Saar, volatile content 39-40%) are 33.3 parts by weight Pyrolysis oil from the cleavage of raw gasoline (mean boiling point 358 C), 25 parts by weight of pitch distillate the heat-pressure treatment of coal tar pitch (initial boiling point 275 C, 50% to 416 C) and 16.7 parts filtered anthracene oil at 370 C and 3 h reaction time disintegrated. The maximum pressure is 45 bar.
Aus dem so erhaltenen Kohlenwertstoff werden 12 Gew.-Teile bis 300 C abdestilliert.12 parts by weight up to 300 ° C. are distilled off from the carbon material obtained in this way.
Das erhaltene Bindemittel wird mit 15 Gew.-Teilen einer hochsiedenden Aromatenfraktion (siehe BeiTabelle 1The binder obtained is mixed with 15 parts by weight of a high-boiling aromatic fraction (see at table 1
spiel 2) homogenisiert wodurch ein dem Bitumen B 45 entsprechendes Bindemittel erhalten wird (Tabelle 2).game 2) homogenized whereby a binding agent corresponding to bitumen B 45 is obtained (Table 2).
Aus dem gemäß Beispiel 3 hergestellten pechähnlichen Kohlenwertstoff werden, wie oben beschrieben, 12 Gew.-Teile leichtsiedende Bestandteile abgetrennt. Das Bindemittel wird mit 20 G ew.-Teilen eines hochsiedenden Aromatengemisches gemäß Beispiel 2 homogenisiert. Das so hergestellte Bindemittel entspricht einem Bitumen B 80 (Tabelle 2).From the pitch-like carbon material produced according to Example 3, as described above, 12 parts by weight of low-boiling components were separated off. The binder is made up of 20 parts by weight of a high-boiling point Mixture of aromatics according to Example 2 homogenized. The binder produced in this way corresponds a bitumen B 80 (Table 2).
Die gemäß Beispiel 1 -4 hergestellten Bindemittel lassen sich selbstverständlich auch dadurch erzeugen, daß die leichtsiedenden Anteile erst nach Zugabe der hochsiedenden Aromatenfraktionen abgetrennt werden. Besonders vorteilhaft ist dieses Vorgehen, wenn extrem hohe Plastizitätsspannen erreicht werden sollen. Die Verwendbarkeit eines erfindungsgemäßen Bindemittels mit der Penetration 65 wird im Vergleich mit Bitumen B 65 an einem Mineralgemisch zur Herstellung eines Asphalt-Beton-Mischgutes geprüft.The binders prepared according to Example 1-4 can of course also be produced by the low-boiling components are only separated off after the high-boiling aromatic fractions have been added. Particularly This procedure is advantageous when extremely high plasticity ranges are to be achieved. the Usability of a binder according to the invention with the penetration 65 is compared with bitumen B 65 tested on a mineral mixture for the production of an asphalt-concrete mix.
Stellt man ausOne exhibits
15% Baialt Edelsplitt
18% Basalt Edelsplitt
18% Basalt Edelsplitt
25% Basalt Brechsand
17% Natursand
7% Kalksteinmehl15% Baialt high-grade gravel
18% basalt fine chippings
18% basalt fine chippings
25% basalt crushed sand
17% natural sand
7% limestone powder
8/11 mm
5/8 mm
2/5 mm
0/2 mm
0/2 mm8/11 mm
5/8 mm
2/5 mm
0/2 mm
0/2 mm
100%100%
und 7,2 Gew.-Teilen (auf 100 Gew.-Teile Mischgut bezogen) des gemäß Beispiel 2 hergestellten Bindemittels ein Asphalt-Beton-Mischgut her, so ergibt sich nach DIN 1996 eine Marshall-Stabilität von 20,0 kN.and 7.2 parts by weight (based on 100 parts by weight of the mix) of the binder prepared according to Example 2 produces an asphalt-concrete mix, this results in a Marshall stability of 20.0 kN according to DIN 1996.
Ein entsprechender Marshall-Körper, hergestellt aus demselben Mine;algemisch und einem Bitumen B 65 ergibt dagegen lediglich eine Marshall-Stabilität von 11,1 kN.A corresponding Marshall body, made from the same mine; al mixture and a bitumen B 65 on the other hand results in a Marshall stability of only 11.1 kN.
Daraus ist die vorzügliche Verformungsbesländigkeit der erfindungsgemäßen Bindemittel ersichtlich.This shows the excellent resistance to deformation of the binders according to the invention.
Straßenbaubindemittel durch Desintegration von KohleRoad construction binders through disintegration of coal
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