DE3137481A1 - "mit festem schwefel gestreckte asphaltmasse sowie verfahren und vorrichtung zu deren herstellung" - Google Patents

"mit festem schwefel gestreckte asphaltmasse sowie verfahren und vorrichtung zu deren herstellung"

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Asphaltbeton und ein Verfahren zur Herstellung desselben, insbesondere mit Schwefel gestreckte Asphaltmischungen, sowie die Verfahren und Vorrichtungen zur Anwendung der- bzw. desselben.
Die hier verwendeten Ausdrücke "Asphalt" oder "Asphalt-Binder" ("asphalt cement") sollen die schweren Petrolöle oder Teer oder Pech, "Asphaltbeton" eine Masse aus Asphalt-Binder und Zuschlägen (Kies, Sand, mineralische Füllstoffe und dergl.) und "schwefelgestreckter Asphalt" eine Mischung aus Schwefel und Asphalt-Binder bezeichnet. Weiterhin bezeichnet der Ausdruck "Bindemittelanteil" je nach dem Zusammenhang das Gewicht des Asphalt-Binders allein oder das Gewicht der schwefelgestreckten Asphaltmischung als prozentualen Anteil am Gesamtgewicht der Asphaltbetonmischung. Die Ergebnisse des bekannten Marshall-Fließtests sind hier in Einheiten von 25,4x10 mm (10 inch) angegeben; verformt sich beispielsweise eine Asphaltbetonprobe um 0,15 inch (3,81 mm), ist für sie ein Marshall-Fließwert von 15 angegeben.
Man hat in der Vergangenheit verschiedentlich versucht/ bei der Herstellung von verdichtetem Asphaltbeton bzw.
der' sogenannten Schwarzdeckenmaterialien die Abhängigkeit vom Erdöl durch die Verwendung von mit Schwefel gestreckten Asphaltmassen zu verringern. In ihrer Mehrheit verlangen diese Lehren zur Herstellung des schwefelgestreckten Asphalts die Verwendung von geschmolzenem Schwefel. Die mit flüssigem'Schwefel arbeitenden bekannten Verfahren erfordern jedoch kostspielige und spezialisierte Anlagen und Vorrichtungen, um die hohe Temperatur des schmelzflüssigen Schwefels (119°C (2460F) oder mehr) aufrechtzuerhalten und ihn mit dem flüssigen Asphalt-Binder zu mischen. Bei einer typischen chargenweise arbeitenden Asphaltanlage verlangt die Verwendung von Flüssigschwefel beheizte Speichertanks für den Flüssigschwefel, Hilfsbrenner sowie die zugehörigen beheizten Ventile, Pumpen und Rohrleitungsanlagen. Da weiterhin der geschmolzene Schwefel und der Asphalt vor dem Einfüllen in den Asphaltwiegekübel und vor dem Zugeben zu den erwärmten Zuschlagstoffen vorgemischt werden müssen, sind infolge der relativ hohen Viskosität des Plüssigschwefels kostspielige, mit hoher Scherenergie arbeitende Mischvorrichtungen erforderlich, d.h. beispielsweise Kolloid-• mühlen, Zahnradpumpen, Schnellrührer, Schraubenmischer, statische Mischer .und andere derartige Maschinen.
Weiterhin erfordern die bekannten Mischungssysteme für mit Flüssigschwefel gestreckten Asphalt typischerweise, daß der Asphalt durch Flüssigschwefel zu gleichen Volumina ersetzt wird. Da der Schwefel jedoch das doppelte Gewicht von Asphalt hat, muß man für jede zu ersetzende Asphaltgewiehtseinheit das doppelte Schwefelgewicht ansetzen. Dieses Gewichtsverhältnis von 2:1 wurde primär verwendet, um den hohen Anteil von Luftblasen so gering wie möglich zu halten, der sich bei zahlreichen bekannten schwefelgestreckten Asphaltbetonmischungen·einstellt.
35 Wegen der anhaltenden Marktpreise für Flüssigschwefel und Asphalt-Binder sind diese bekannten, mit Flüssigschwefel gestreckten Mischungssysteme vom Standpunkt
IJ
der Kosteneinsparung aus nicht sehr zufriedenstellend und fanden daher auch keine weite Verbreitung. Letzteres gilt auch, weil die Versorgung mit Flüssigschwefel über längere Zeiträume nicht immer stabil ist. Bis zur vorliegenden Erfindung war daher die Herstellung von Asphaltbeton immer stark erdölabhängig. Vom Gesichtspunkt des Energieverbrauchs ist außerdem der zusätzliche Energieaufwand, den man treiben muß, um den Flüssigschwefel· in einem brauchbaren Flüssigzustand zu halten, bei derartigen bekannten Mischungssystemen äußerst nachteilig.
Man hat bereits versucht, in diesen Anwendungen den Flüssigschwefel durch festen Schwefel zu ersetzen. Diese bekannten Mischungssysteme arbeiten ebenfalls typischerweise auf der Basis gleicher Volumina, d.h. einem Schwefel-Asphalt-Gewichts verhältnis von 1,75:1, 2:1 oder höher. Bei derartig hohen Schwefelkonzentrationen ließ sich der resultierende Fahrbahnbelag nach dem üblichen Walzenverfahren nur unter Schwierigkeiten ausreichend verdichten.
Man hat diese Mischungssysteme daher primär zu Ausbesserungsarbeiten an Straßenbelägen verwendet, d.h. ver-
. einzelte Asphaltflächen einfach gegossen, ohne sie zu
- ν*
verdichten - beispielsweise zum Auffüllen von Schlaglöchern.
Beispiele des Standes der Technik für mit Schwefel gestreckte Asphaltmassen zur Verwendung für Asphaltbeton sind in den US-PSn 2 182 837, 3 738 853 und 3 960 583, der GB-PS 1 363 706 sowie den CA-PSn 755 999, 945 416
30 und 1 042 610 offenbart.
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahr.en zur Herstellung von mit Schwefel gestrecktem Asphalt anzugeben, das mit weit geringerem Gesamtenergieverbrauch als herkömmliche Verfahren arbeitet und auch ohne deren kostspielige, für den Flüssigschwefel erforderliche Anlagenteile und Vorrichtungen auskommt.
Dieses Ziel wird nach der vorliegenden Erfindung erreicht mit einem Verfahren zur Herstellung von Asphaltbeton mit einem schwefelgestreckten Asphalt-Binder, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man flüssigen Asphalt-Binder auf eine Temperatur von mindestens 149°C (3000F) erwärmt, festen Schwefel in im wesentlichen gestoßenem Zustand dem erwärmten Asphalt-Binder in einem Gewichtsverhältnis von im wesentlichen 1:1 zugibt, den festen Schwefel und den Asphaltkitt miteinander vermischt, bis der Schwefel geschmolzen und im Asphalt-Binder gleichmäßig verteilt ist, die Zuschlagstoffe in einer Trockenvorrichtung erwärmt und die flüssige Mischung aus Schwefel und Asphalt-Binder in die erwärmten Zuschlagstoffe eingibt, um Asphaltbeton herzustellen, wobei die Asphaltmenge kleiner
15 als 3,1 Gew.-% des Asphaltbetons ist.
Durch die Verwendung von festem Schwefel - vorzugsweise in gepulverter oder gestoßener Form - kann die teure Ausrüstung zur Handhabung des Flüssigschwefels und zum Vormischen mit hoher Scherenergie für die Mischungsansätze des Standes der Technik entfallen. Weiterhin werden, indem man nach der vorliegenden Erfindung den flüssigen Asphalt durch festen Schwefel in einem Gewichtsverhältnis von 1:1 ersetzt (im Gegensatz zu einem Verhältnis von 2:1 bei den bekannten Mischungssystemen), mit Schwefel gestreckte Asphaltmassen kostenmäßig sehr attraktiv, da (pro angelieferter Tonne) fester Schwefel erheblich billiger als erwärmter Flüssigschwefel ist. Weiterhin ist nach der vorliegenden Erfindung gewährleistet, daß zum Erwärmen des festen Schwefels keine zusätzliche Energie gebraucht wird, da der feste Schwefel vor' Ort in der Chargenanlage durch Voreinmischen in den erwärmten , flüssigen Asphalt unmittelbar im Asphalt-Wiegekübel aufgeschmolzen wird - im Gegensatz zum Stand der Technik,
3^ wo man elementaren Schwefel zunächst separat verflüssigen und dann auf seiner erhöhten Temperatur halten muß, was beides zusätzliche Energie erfordert. Zusätzlich zum ver-
-δι ringerten Energieverbrauch erhält man mit der vorliegenden Erfindung auch eine wirtschaftliche schwefelgestreckte Asphaltmasse, mit der sich die Abhängigkeit vom Erdöl erheblich verringern, d.h. fast halbieren laßt.
Weiterhin gibt die vorliegende Erfindung eine spezielle Mischvorrichtung zur Verwendung mit einem herkömmlichen beheizten Asphalt-Binder-Wiegekübel einer typischen Chargenanlage an. Diese Mischvorrichtung läßt sich zur Durch-
10 führung des hier vorgeschlagenen, mit dem Zusatz von festem Schwefel arbeitenden Asphaltbetonherstellungsverfahrens als billige Abänderung einer vorhandenen Asphaltanlage verwenden oder in neue Asphalt-Wiegekübel aufnehmen.
Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich erläuterf werden.
Fig. 1 ist eine Anlageskizze einer typischen Chargen-Anlage zur Asphaltbetonherstellung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt die Anlage der Fig. 1
in einem Aufriß von vorn;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der den festen Schwefel betreffenden Vorrichtungsteile der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 4 ist ein Schnitt durch die Mischvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung auf der Ebene 4-4 der
Fig. 1.
35
1 Beispiel 1
Vorweg soll ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung von Asphaltbeton erläutert werden. Hierzu erwärmt man zug nächst Asphalt-Binder, bis er flüssig ist, und hält ihn dann auf etwa 149°C (3000F). Weiterhin erwärmt man die Zuschlagstoffe (Sand, Kalkstein, Kies oder Schlacke) bis zur vollständigen Trockenheit auf eine Temperatur von etwa 177°C (35O0F), siebt, wiegt und dosiert sie in ei-
2Q nem herkömmlichen Wiegekübel und mischt sie mit dem erwärmten Asphaltkitt in einer Mischvorrichtung wie beispielsweise einem Schlagmischer ("pug mill"). Die nach diesem herkömmlichen Verfahren hergestellte Asphaltbetonmischung hat beim Verlassen der Herstellungsanlage im allgemeinen eine Temperatur im Bereich von 138 - 1430C (280 - 2900F). Die nach diesem Verfahren zur Herstellung einer Tonne der heißen Asphaltbetonmischung erforderliche Wärmeenergiemenge liegt in der Größenordnung von 88240 kcal (350.000 BTU).
20
Die Auftragseigenschaften (als Fahrbahnbelag) einer herkömmlichen Asphaltbetonmischung mit 100 % Asphalt-Binder fdih. ohne Schwefel als Streckmittel) sind als Beispiel 1 in der Tabelle 1 unten angegeben. Wie dort angegeben, erreicht man mit einem optimalen Bindemittelanteil von 5 %, wie er für einentypischenherkömmlichenMischungsansatz verwendet wird, und mit 100 % Asphalt als Binder für die fertige Asphaltbetonmischung die folgenden· Eigenschaften: Luftblasenanteil· 4,78 %; spezifisches Schüttgewicht 2,39; Marshail-Fließwert 12,5; verhältnismäßig niedrige Marshall-Stabilitätswerte von 98 kp/cm3 (1400 lbs./sp.in.) für 24 Std. und 102 kp/cm2 (1450 lbs./ sq.in.) für sieben Tage.
35
-ΙΟΙ Beispiel 2
Weiterhin enthält das gewöhnliche Verfahren zur Herstellung einer typischen Asphaltbetonmischung nach dem Stand g der Technik unter' Verwendung von mit Flüssigschwefel gestrecktem Asphalt die folgenden Schritte. Man erwärmt den flüssigen' Asphalt-Binder auf 149°C (3000F) und gibt ihn in eine mit hoher Scherenergie arbeitende
Vormischeinheit, beispielsweise eine Kolloidmühle. Gleich-
-^q zeitig gibt man auf einer Temperatur-von mindestens 1380C (2800F) gehaltenen flüssigen Schwefel über speziell heizummantelte Speiseleitungen in die Kolloidmühle ein und vermischt ihn mit dem Asphalt. Dieses Strecken des Asphalts, d.h. der Ersatz durch flüssigen Schwefel erfolgt
l§ im wesentlichen auf der Basis gleicher Volumina; man ersetzt also eine Gewichtseinheit des flüssigen Asphaltkitts durch zwei Gewichtseinheiten Schwefel. Währenddessen wird der Zuschlag erwärmt und auf einer Temperatur von etwa 1770C (3500F) getrocknet. Die gesamte mit Flüssigschwefel gestreckte Asphaltmischung wird gewogen und in die Schlagmühle gefüllt, wo der schwefelgestreckte
- V.
Asphalt mit den erwärmten Zuschlägen vermischt wird.
Die nach diesem bekannten Verfahren hergestellte fertige Asphaltbetonmischung hat beim Verlassen der Anlage typischerweise eine Temperatur von 138 - 143°C (280 - 2900F). Die Wärmeenergie, die erforderlich ist, um Schwefel für die nachfolgende Verwendung mit dem flüssigen Asphalt im flüssigen Zustand zu halten, beträgt 143930 kcal (570920 BTU) pro Tonne Schwefel; dieser Wert enthält natürlich diejenige Wärmeenergie noch nicht, die erforderlich ist, um den festen Schwefel separat aufzuschmelzen, ihn als erwärmte Schmelze zu transportieren und bei der Herstellungsanlage zur weiteren Verwendung flüssig vorzuhalten. 35
Die Auftragseigenschaften einer solchen Asphaltbetonmischung, die nach der typischen Technologie des Standes
der Technik hergestellt wurde, sind als Beispiel 2 in Tabelle 1 angegeben. Eine Probe wurde nach dem im Stand der Technik üblichen Verfahren des gleichvolumigen Austausches (Gewichtsverhältnis 2:1) des flüssigen Asphalts gegen flüssigen Schwefel hergestellt. Wie ersichtlich, wurde der Gesamtahteil des schwefelgestreckten Binders in dieser Probe auf 6,3 % angehoben, was dem 5 % Binderanteil der herkömmlichen Mischung des Beispiels 1 entspricht, da nach der vorliegenden Technologie auf dem Gebiet der mit Schwefel gestreckten Asphaltfahrbahnbeläge die Forderungen hinsichtlich des Bindemittelanteils höher als bei herkömmlichen Fahrbahnbelägen sind. Diese Anforderungen ergeben sich primär aus dem.Verhältnis von etwa 2:1 der spezifischen Gewichte und der Gewichte des Schwe-
15 fels und des Asphalts.
Insbesondere gibt das Sulphur Development Institute of Canada für die Bestimmung eines optimalen schwefelgestreckten Asphalt-Binders aus einem herkömmlichen Asphaltkittmischungssystem die folgende Formel an:
Äquivalenter schwefelgestreckter _ , 100.R
Binderanteil " V100R-S-(R-G)
Λ 25 in der A = prozentualer Gewichtsanteil des.Asphalt-Bin-. . ./.'.ders in einem herkömmlichen Ansatz (5,0)
R = Verhältnis Schwefel zu Asphalt-Binder (2,0) S = Gewichtsanteil des Schwefels im schwefelgestreckten Asphalt-Binder (42,0)
30 G= spezifisches Gewicht des Asphalts (1,013) sind.
(Die in Klammern angegebenen Werte gelten für das Beispiel 2 in Tabelle 1.)
Der resultierende schwefelgestreckte Bindemittelanteil für das Beispiel ist dann also 6,3 %. Die Ergebnisse für einen solchen mit Flüssigschwefel gestreckten Ansatz mit
31017401
6,3 % Bindeinittelanteil sind dann ein Luftblasenanteil von 2,6 %, ein Marshall-Stabilitätswert von 149 kp/cm2 (2120 lbs./sp.in.) für 24 Std. sowie ein Marshall-Fließwert von 12,5.
. Diesen Beispielen'gegenüber wird für das verbesserte schwefelgestreckte Asphaltsystem nach der vorliegenden Erfindung fester Schwefel verwendet, und zwar nach dem folgenden bevorzugten Verfahren zur Herstellung von Asphaltbeton. Man erwärmt den Asphalt-Binder auf eine Temperatur von 1490C (3000F) und hält ihn dort vor. Die . Zuschlagstoffe werden vorzugsweise auf eine Temperatur von vorzugsweise nicht mehr als 152°C (3050F) erwärmt '.und dort getrocknet. Der Sinn dieser maximalen Trocknungstemperatur für die Zuschläge ist unten erläutert. Elementarer Schwefel in Masseform wird zunächst gepulvert und dann in im wesentlichen gestoßener Form in den beheizten Flüssigasphalt-Wiegekübel gegeben.
Der Austausch von Asphaltkitt gegen festen Schwefel nach der vorliegenden Erfindung erfolgt im wesentlichen im Gewichtsverhältnis von 1:1, wobei die Einstellung über die Dosierung des Bindemittelanteils erfolgt. Man gibt also eine Gewichtseinheit des festen Schwefels zu einer Gewichtseinheit des in den Wiegekübel eingewogenen flüssigen Asphalt-Binders zu. Die Wärmeenergie des im Wiegekübel befindlichen flüssigen Asphalt-Binders wird dabei ausgenutzt, um den gepulverten festen Schwefel zu schmelzen. Eine separate Wärmebehandlung des flüssigen Asphalts, des Schwefels oder der Schwefel-Asphalt-Mischung ist also nicht mehr erforderlich.
Während das Schwefelpulver in den beheizten Asphalt-Wiegekübel gefüllt wird, wird es mit dem flüssigen As- °° phalt vermischt und verteilt sich gleichmäßig in diesem. An diesem' Punkt hat die flüssige Mischung aus erwärmtem
Schwefel und Asphalt-Binder nun eine Temperatur von etwa 132°C (270°F). Die flüssige Schwefel-Asphalt-Binder-Mischung wird dann in den Schlagmischer der Anlage gefüllt und dort mit den erwärmten Zuschlagstoffen vermischt. Um die erwünschten Auftragseigenschaften zu erreichen, stellt man den Bindemittelanteil (d.h. den Gewichtsanteil der Schwefel-Asphalt-Mischung) so ein,daß der Asphältanteil weniger als 3,1 % des Gesamtgewichts der Asphaltbetonmischung ausmacht und das gewünschte Austauschverhältnis von 1:1 verwendet werden kann. Der Zuschlagsanteil der Gesatmischung macht 93 bis 95 Gew.-% aus.
Die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte fertige Asphaltbetonmischung hat beim Verlassen der Anlage eine Temperatur von etwa 138 - 1410C (280 2850F). Es hat sich herausgestellt, daß nach·dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellter Asphaltbeton nicht schwieriger zu einem Fahrbahnbelag zu verdichten ist als die herkömmlichen nichtgestreckten Asphaltmischungssysteme. Im Gegensatz zu den schwefelgestreckten Mischungssystemen des Standes der Technik sind für die vorliegende Erfindung jedoch keine Gießverfahren erforderlich. Da die erwärmten Zuschlagstoffe nach der vorliegenden Erfindung auf eine niedrigere als die übliche Temperatur getrocknet werden, liegt die zur Herstellung einer Tonne des Asphaltbetons nach der vorliegenden Erfindung erforderliche Wärmeenergie in der Größenordnung von lediglich 75600 kcal (300.000 BTU).
Schädliche Gase wie H2S (Schwefelwasserstoff) und SOj (Schwefeldioxid), die in der Anlage beim Mischen des festen Schwefels mit dem Flüssigasphalt entstehen kön-. nen, treten bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung aus zwei Gründen nur minimal auf. Zunächst wird die - vor dem Mischen auf 149°C (3000F) gehaltene -.Temperatur des erwärmten Asphalts von dem auf Umgebungstem-
3 Υ 4 8 Ί
peratur befindlichen Schwefelpulver geringfügig gesenkt, nicht jedoch erhöht. Wenn weiterhin die auf niedrigerer Temperatur befindliche Mischung aus Flüssigschwefel· und Asphalt mit den wärmeren getrockneten Zuschiagstoffen gemischt wird, steigt die Temperatur der Mischung nicht über die der Zuschlagstoffe, d.h. etwa 149°C (3000F), hinaus an. Die resultierende Asphaltbetonmischung hat also jederzeit eine weit genug unter dem kritischen Wert von 153°C (3090F) liegende Temperatur; erst über diesem können H2S und SO2 .sich entwickeln. Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung treten daher - außer einem schwachen Schwefelgeruch - keine schädlichen Emissionen auf.
!5 Beispiel 3
Als Beispiel 3 weist die Tabelle 1 eine Probe eines Asphaltbetons aus, der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist. Bei dieser Probe wurde der herkömmliche 5%ige Bindemittelanteil beibehalten, wie im Beispiel 1, jedoch das bevorzugte Schwefel-Asphalt-Austauschverhältnis von 1:1 angewandt. Gewichtsmäßig bestanden 42 % des Bindemittelanteils aus Schwefel, 58 % des Bindemittelanteils aus Asphalt, während der Asphalt
^5 im Gesamtgewicht der Asphaltbetonmischung jedoch nur 2,9 0 % ausmachte.
Die Probe für dieses Beispiel 3 wurde hergestellt, indem zunächst ein Konvektionsofen auf 149°C (300°F) aufgeheizt und diese Temperatur dann über die gesamte Prüfdauer beibehalten wurde. Ein Behäiter mit einem Volumen von 0,07 ft. wurde in den Ofen eingesetzt, mit 0,658 kg (1,45 lbs.) flüssigem Asphalt gefüllt und dieser auf 149°C (3000F) erwärmt, dann dem erwärmten Asphalt-Binder 0,477 kg (1,05 lbs.) Schwefelpulver zugegeben und mit einer mit 1000 U/min laufenden Propellerrührvorrichtung eine Minute lang eingemischt. Der Schwefel löste sich innerhalb
30 Sekunden vollständig; das Mischen war nach einer Minute beendet. Die Temperatur der Mischung war dann auf 1460C (2940F) gefallen - ein Zeichen dafür, daß der Wärmeinhalt des flüssigen Asphalt-Binders sich nutzen läßt, um den festen Schwefel bei nur minimalem Temperaturabfall zu schmelzen. Diese'mit festem Schwefel gestreckte Asphaltmischung wurde dann in den auf 1490C (3000F) erwärmten Zuschlag eingemischt. Die resultierende Asphaltbetonmischung des Beispiels 3 hatte einen Luftblasenanteil von 5,5 %, eine Schüttdichte von 2,388 g/cm3 (149,1- lbs./ cu.ft.), eine Marshall-Stabilität von 3.510 für 24 Std. und einen Marshall-Fließwert von 9,0.'
Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß die spezifische Wärme von Schwefel im Bereich von 0,167 kcal/kg°C (0,167 BTU/°F/lb.) bis 0,250 kcal/kg°C (0,250 BTU/°F/lb.) liegt, während die spezifische Wärme von Asphalt, Stein und Sand etwa 0,5, 0,5 bzw. 0,4 kcal/kg.0C (0,5, 0,5 bzw. 0,4 BTU/ °F/lb.) beträgt (der Ausdruck "spezifische Wärme" soll hier diejenige Wärmemenge in kcal (BTU-Einheiten) bezeichnen, die pro Kilogramm (pound) des Materials erforderlich ist, um seine Temperatur um 1°C (1°F) zu erhöhen). Aufgrund dieser spezifischen Wärmewerte, und wenn man die Temperatur des Asphalt-Binders über 1490C (3000F) hält, beträgt die Endtemperatur des mit verflüssigtem,.
mit festem Schwefel gestreckten Asphalt-Binders in Sehüttmengen etwa 132°C (2700F), wenn er zum Einmischen in den Zuschlag bereit ist. Wenn mit dem auf 152°C (3050F) erwärmten Zuschlag vermischt, beträgt die Temperatur des Asphaltbetons beim Verlassen der Herstellungsanlage etwa 138°C (2800F) bis 1410C (2850F). Daher ist keine zusätzliche Energiequelle erforderlich, um den festen Schwefel zu schmelzen, wenn man das verbesserte Verfahren nach der
vorliegenden Erfindung anwendet. 35
ω ο
Tabelle 1
Beispiel Schwefel(%) Austausch- Bindemit- Schwefel-Asphalt- Luftblasen- .Schüttdichte _ Marshall- Marshall-Nr. Asphalt (%) verhältnis telanteil Anteil (%) i.d. anteil /x0,086 g/cmV Stabilität Fließwert
Gesaintmischung % (24 Std.)
(x 0,07£3 /kp/cm2/)
1 0 - 100 N.A. 5 »ο' 2 0 - 5,0 4,78 148,6 1400 12,5 I
2 42 - 58 2:1 6 ,3 2 ,65 - 3,65 2,60 152,8 2120 12,5
3 42 - 58 1:1 5 ,0 2 ,10 - 2,90 5,5 148,0 3510 9,0
4 45 - 55 1:1 5 >4 ,43 - 2,97 4,8 149,1 2660 10,0
-17-1 Beispiel 4
Eine zweite,nach der vorliegenden Erfindung hergestellte Probe ist in der Tabelle 1 als Beispiel 4 ausgewiesen. In ■ diesem Fall wurde der Bindemittelanteil von den vorgehenden Beispielen 1'ünd 3, d.h. 5 %, auf 5,4 % angehoben und wiederum ein Schwefel-Asphalt-Austauschverhältnis von 1:1 verwendet. Dieser höhere Gewichtsanteil des Bindemittels bestand aus 45 % Schwefel und 55 % Asphalt-Binder. In diesem Fall machte der Asphalt nur 2,97 OeW.-% des gesamten Asphaltbetonansatzes aus. Mit den gleichen Verfahren und Vorrichtungen, die zum Beispiel 3 angegeben sind, ergaben sich für die resultierende Asphaltbetonzusammensetzung ein Luftblasenanteil von 4,8 %, eine Schüttdichte von 2,388 g/cm3 (149,1 lbs./cu.ft.), eine Marshall-Stabilität (24 Std.) von 187 kp/cm2 (2660 lbs./ in.2) sowie einen Marshall-Fließwert von 10,0.
Für die vier oben beschriebenen Beispiele wurde folgende Zuschlagsmischung verwendet, d.h. eine herkömmliche Oberflächenmischung mit gestoßenem Kalkstein des Typs CA-16:
Stoff Durchgang Rückhalt No. 10 %-Anteil i.'
d.Bspn.1-3		 %-Anteil
i.Bsp.4		 %
gestoßener 1/2 Zoll
Kalkstein		 Sieb No. 80 60,3 % 60,3 %
Grobsand Sieb No.10 Sieb No. 200 20,5 % 20,5 %
Feinsand Sieb No. 80 Sieb No. 200 11,0 % 11,0 %
Mineral-
Füllstoff		 Sieb 3,2 % 2,8 %
Binderanteil 5,0 % 5,4 %
100,0 % ■ 100,0
(Die %-Anteile in den Spalten 4, 5 sind die Anteile am Gesamtgewicht der Asphaltbetonmischung.) 35
-18-
Weiterhin wurde durchweg ein Asphalt-Binder AC-10 der Fa. Shell Oil Company verwendet.
Andere Proben und die mit ihnen beim Festschwefel-Austausch nach der vorliegenden Erfindung verschiedenen Bindemittelanteile erzielten'Ergebnisse sind als Beispiele 5 - 10 in der Tabelle 2 zusammengestellt. Es ist einzusehen, daß eine Erhöhung des Bindemittelanteils und damit des Gewichts des jeweiligen Bindemittels ausgeglichen wurde durch Verringern des Gewichtsanteils des Grobsand- oder Mineralstoffanteils im Zuschlag.
co σι
ω ο
to
to O
CJl
Tabelle
Beispiel Schwefel (%) Austausch- Bindemit- Schwefel- Luftblasen-Nr. Asphalt (%) verhältnis telanteil Asphalt- anteil
Anteil (%) % i.d.Gesamtmischung
Schüttdichte _ Marshall- Marshall-/x 0,015 g/cmV Stabilität Fließwert
(24 Std.)
(x 0,0703 .
kp/cm2)
5 42 - 58 1:1 5,20 2,18-3,01 5,0 148,8 1260 6,0 I
D 42 - 58 1:1 5,20 2,18-3,01 4,4 149,6 2413 6,5
7 42 - 58 1:1 5,20 2,18-3,02 5,60 147,8 2340 6,7
8 42 - 58 1:1 5,20 2,18-3,02 5,5 151,7 2180 9,0
9 45 - 55 1:1 5,20 2,34-2,86 5,8 147,5 2580 7,0
10 45 - 55 1:1 5,60 2,52-3,08 5,7 147,7 2340 10,0
Wie aus den Tabelle 1 und 2 ersichtlich ist, erhält man mit den mit festem Schwefel gestreckten Asphaltmischungssystemen nach der vorliegenden Erfindung gleichwertige ,Ergebnisse gegenüber den herkömmlichen (100 % Asphalt) und den mit flüssigem Schwefel angesetzten Systemen; in einigen Fällen sind die mit festem Schwefel angesetzten Mischungen sogar überlegen. Abhängig von den im Einzelfall geforderten Auftragseigenschaften sind daher der' Luftblasenanteil'und die Schüttdichte einer bestimmten
IQ Mischung eine Funktion des Bindemittelanteils der Asphaltbetonmischung. Es ist einzusehen, daß mit einer optimalen Fahrbahnbelagsmischung die Schüttdichte vorzugsweise im Bereich von 2,35 - 2,48 g/cm3 (147 - 155 lbs./ft!3), liegt" und der Luftblasenanteil· vorzugsweise nicht höher als 5,8 % liegt. Wo ein höherer Bindemittelanteil .(höher als die üblichen 5 %). erforderlich ist, um besonderen Bedingungen des Fahrbahnaufbaus zu genügen, läßt sich die mit festem Schwefel angesetzte Asphaltmischung nach der vorliegenden Erfindung immer noch zufriedenstellend einsetzen derart, daß man den Asphalt durch Schwefel im Gewichtsverhältnis von im wesentli- chen 1:1 ersetzt. Weiterhin macht der Asphalt typischerweise weniger als 3,1 Gew.-% der gesamten Asphaltbetonmischung aus. Indem man also wahlweise den Bindemittelanteil den Anforderungen entsprechend einstellt und gewährleistet, daß das Verdichten des Asphaltbetons zum Fahrbahnbelag innerhalb des herkömmlichen Temperaturbereichs von 116 - 128 0C (240 - 2650F) erfolgt, erhält man nach der vorliegenden Erfindung auf wirtschaftliche
30 Weise ein zufriedenstellendes Fahrbahnprodukt.
Wie einzusehen ist, erhält man durch Einsetzen der vorliegenden Erfindung Einsparungen an der Menge des einzukaufenden Flüssigasphalt bis zu 4 5 %, ohne daß dabei der Wärmeenergieverbrauch gegenüber dem ansteigt, der für einen herkömmlichen Asphaltbeton anzusetzen ist. Da die Zuschlagstoffe nach der vorliegenden Erfindung bei einer
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niedrigeren Temperatur getrocknet werden, ist die für das fertige Produkt pro Tonne erforderliche Gesamtenergie etwas geringer als bei einem herkömmlichen System. Weiterhin überwindet die vorliegende Erfindung die den mit flüssigem Schwefel gestreckten Asphaltmisehungen eigenen hohen Energiekosten, indem sie die zum Schmelzen, Transport, Mischen, oder Vorhalten des flüssigen Schwefels erforderlichen zusätzlichen Energiemengen einspart.
Was nun die zum Durchführen der vorliegenden Erfindung erforderliche Vorrichtung anbetrifft, zeigt die Fig. 1 schaubildlich eine herkömmliche chargenweise arbeitende Anlage zur Asphaltbetonherstellung allgemein mit dem Bezugszeichen 20. Die Anlage 20 enthält die Asphaltvorratshalden 22, eine Speisevorrichtung 24 für die Zuschlagstoffe, einen Zuschlagtrockner 26 mit einer nicht gezeigten Brennkammer, einem beheizten Asphaltspeichertank 28 mit Hilfsbrennern (nicht gezeigt), einer Turm·* Stützkonstruktion 30, einem auf dem Turm 30 angeordneten Schlagmischer 32 zum Vermischen der verschiedenen Bestandteile, einem Silo 34 zum Speichern des Vorrats an Mineralfüllstoffen, einem Heißförderer 36, der die getrockneten Zuschlagsstoffe aus dem Trockner einer Reihe von Sieben 37 zuführt, wo sie gesiebt werden, einem Zuschlagwiegetrichter 39, der die klassierten und erwärmten Zuschlagstoffe auswiegt, und einem beheizten Asphalt-Wiegekübel 38, der neben dem Turm 30 auf (nicht gezeigten) Wiegeeinrichtung nahe dem Schlagmischer 32 angeordnet ist. Die Anlage 20 weist weiterhin einen Speicherbehälter 40 für den festen Schwefel sowie eine Speise- bzw. Zufuhrvorrichtung 42 mit einer Förderschnecke bzw. Förderflügeln auf. Die Schnecke 42 dient dazu, den festen Schwefel aus der Schwefelstoßvorrichtung 5 0 zum Asphalt-Wiegekübel 38 zu transportieren. Um die Darstellung der Fig. 1 und 2 nicht zu überlasten, ist die übliche Einrichtung zum Verhindern der Luftverschmutzung (beispielsweise eine SammeIsackvorrichtung) aus ihnen fortgelassen worden.
Wie am besten in der Fig. 2 zu sehen, weist der Turm auch hochliegende Vorratsbehälter 44 für die Zuschlagstoffe auf, aus denen der gesiebte erwärmte Zuschlagstoff in den Dosiertrichter 39 gelangt. Der Asphaltspeichertank 28 hat eine Pumpe .46, mit der flüssiger Asphalt 29 aus dem Tank
28 durch die Förderleitung 48 in den Asphalt-Wiegekübel 38 gedrückt wird. Da der Kübel 38 auf bekannte Weise mit einer Waage (nicht gezeigt) verbunden ist, kann man beliebe eingebrachte Stoffmengen auswiegen. Der mit der Waage verbundene Asphalt-Wiegekübel 38 kann also dazu dienen, den festen Schwefel 41 und den flüssigen Asphalt
29 zu dosieren und zu vermischen. Es ist einzusehen, daß sowohl der Asphaltdosiertrxchter 39 als auch der Asphalt-Wiegekübel 38 ihre Inhalte an den Schlagmischer 32 über-
15 führen können.
Wie die Fig. 4 zeigt, umgibt den Asphalt-Wiegekübel 38 ein Heißölmantel auf bekannte Weise. D.h., er wird von beheizten ölkammern 52 eingefaßt, die die gewünschte Temperatur im Kübel 38 - bei der vorliegenden Erfindung .vorzugsweise 1490C (3000F) - aufrechterhalten. Die Schwefelspeisevorrichtung 42 und die Asphaltspeiseleitung sind an die Deckelplatte 49 des Wiegekübels 38 geführt. Der Kübel ist mit einer speziellen Mischvorrichtung ausgerüstet, die mit dem Bezugszeichen 54 gekennzeichnet ist. Diese Mischvorrichtung 54 weist eine Welle 56 auf, die .in Lagern 5 8 an den beiden Endwänden des Wiegekübels 38 gelagert ist. Eine Reihe von Schaufelelementen 62 sind entlang der Welle 56 angebracht. Die Schaufeln 62 ent*- halten die Löcher 64, um bei der Drehung der Schaufelwelle 56 durch den Motor 60 den Inhalt des Wiegekübels 38 gründlich zu durchmischen.
Fig. 3 zeigt als Blockdiagramm die speziellen Änlagenteile, ^ die erforderlich sind, um eine vorhandene chargenweise arbeitende Anlage wie die der Fig. 1 und 2 auf das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung umzurüsten. Wie
gezeigt, wird flüssiger Asphalt 29 aus dem Speichertank 28 von einer Pumpe 46 in den beheizten Wiegekübel 38 der Anlage gepumpt. Mit der Heißöl-Mantelbeheizung des' Kübels 38 wird dort der flüssige Asphalt 29 auf eine Temperatur von etwa 149°C (3000F) gebracht. Weiterhin wird fester Schwefel 41 aus dem Schwefelvorratsbehälter 40 zunächst mit einer Stopfvorrichtung 50 zerkleinert und dann mit einer Speiseschnecke 42 in den Wiegekübel 3 8 der Anlage gefördert. Beim Betrieb der Mischvorrichtung 54 innerhalb
10 des Kübels 38 schmilzt der gestoßene feste Schwefel schnell auf und verteilt sich gleichmäßig im flüssigen Asphalt zu einer gleichförmigen Mischung von schwefelgestrecktem Asphalt. Diese Mischung wird dann in den ■ Schlagmischer 32 gefüllt. Auf bekannte Weise wird der
Wiegekübel 39 für die Zuschlagstoffe ebenfalls mit geeigneten Mengen der verschiedenen Zuschläge gefüllt, die ausgewogen bzw. dosiert und dann in die Schlagmischer 32 eingebracht werden. Nach einem gründlichen Durchmischen sämtlicher Bestandteile im Mischer wird die fer-
20 tige, mit festem Schwefel gestreckte Asphaltmischung zum Auftragsort verbracht und dort zum Fahrbahnbelag ' verdichtet.
Es ist einzusehen, daß die in der Fig. 4 gezeigte bevorzugte Ausfuhrungsform der Mischvorrichtung '54 (Misch-, mechanik aus der Welle 5 6, dem Motor 60 und den Schaufeln 62) sich durch eine andere Mischvorrichtung, bekannter Art ersetzen läßt. Die einzige Forderung ist, daß innerhalb des Wiegekübels 38 für den erwärmten Asphalt eine Mischwirkung erzeugt wird, und zwar vor dem Einmischen in die erwärmten Zuschlagstoffe in dem Schlagmischer- 32, um ein Einschmelzen und Einmischen des festen Schwefels in den Asphalt zu fördern. Es ist weiterhin einzusehen, daß sich die herkömmlichen beheizten Wiegekübel vorhandener Asphaltanlagen leicht mit einer Misch-· Vorrichtung 54 und einer Schneckenfördereinrichtung 42 nachrüsten lassen.

Claims (9)

Patentansp rü ehe
1. Verfahren zur Herstellung von Asphaltbeton mit mit Schwefel gestrecktem Asphalt als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß man flüssigen Asphalt-Binder auf eine Temperatur von mindestens 149°C (3000F) erwärmt, dem erwärmten Asphalt-Binder festen Schwefel in im wesentlichen gestoßener Form in.einem Gewichtsverhältnis von im wesentlichen 1:1 hinzufügt, den festen Schwefel mit dem Asphalt-Binder vormischt, bis der Schwefel geschmolzen und im gesamten Asphalt-Binder verteilt ist, die Zuschlagstoffe in einer Trockenvorrichtung erwärmt, und die flüssige Mischung aus Schwefel und Asphalt-Binder in die erwärmten Zuschlagstoffe gibt, um Asphaltbeton herzustellen, wobei die Asphaltmenge weniger als 3,1 % des Gesamtgewichts des Asphaltbetons ausmacht.
ό ld /4b I
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Bindemittelanteil des Asphaltbetons im Sinne gewünschter Auftragseigenschaften so einstellt, daß ein Gewichtsverhältnis des zugesetzten festen Schwefels zum
5 Asphalt-Binder von 1:1 gewährleistet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die fertige Mischung vor dem Abkühlen zur Ausbildung einer Schicht von Asphaltbeton als Fahrbahn-
-^q decke verdichtet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zuschlagstoffe auf eine Temperatur von nicht mehr als 152°C (3050F) erwärmt, so daß, wenn der feste Schwefel zum erwärmten Asphalt-Binder hinzugegeben und mit ihm vermischt wird, im wesentlichen keine Gasemissionen auf Schwefelbasis auftreten.
5. Verfahren zur Herstellung einer mit Schwefel gestreckten Asphaltmasse, dadurch gekennzeichnet, daß man Asphalt-Binder auf eine Temperatur von mindestens 149°C (3000F) erwärmt, festen Schwefel in im wesentlichen gestoßener Form dem erwärmten Asphalt-Binder in einem Gewichtsverhältnis von im wesentlichen 1:1 hinzufügt, die im erwärmten Asphalt-Binder vorhandene Wärme zum Aufschmelzen des festen Schwefels nutzt, den geschmolzenen Schwefel und den Asphalt-Binder zu einer im wesentlichen homogenen Masse und dann die homogene Masse aus Schwefel und Asphalt-Binder mit den erwärmten Zuschlagstoffen vermischt, wobei der Asphalt weniger als 3,1 % des Gewichts des resultierenden Asphaltbetons ausmacht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Bindemittelanteil des resultierenden Asphalt-Binders auf gewünschte Auftragseigenschaften einstellt, so daß eine Zugabe des festen Schwefels zum Asphalt-Binder im Gewichtsverhältnis 1:1 möglich wird.
7. Chargenweise arbeitende Anlage zur Herstellung von Asphaltbeton mit einer Fördermechanik und einem Trockner für die Zuschlagstoffe, einem beheizten Vorratsbehälter für Asphalt-Binder,, einem Stützturm, einem Schlagmischer zum Einmischen des erwärmten Asphalt-Binders in die getrockneten Zuschlagstoffe, einem Silo zur Vorratshaltung mineralische Zuschlagstoffe, einem Keißförderer zum Zuführen der getrockneten Zuschlagstoffe zu Sieben und v.om Turm getragenen Speicherbehältern, einem Wiegetrichter für die Zuschlagstoffe sowie einem nahe dem Schlagmischer
auf einer Waage gelagerten beheizten Asphalt-Wiegekübel, ..*>■* der betrieblich die einzufüllenden Materialien aufnimmt und gestattet, sie auszuwiegen, gekennzeichnet durch eine am Asphalt-Wiegekübel gelagerte Mischeinrichtung
15 zum Vormischen des in den Kübel eingebrachten festen Schwefels mit dem erwärmten Asphalt-Binder.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Speichervorrichtung für den festen Schwefel, eine Stoßeinrichtung, um den festen Schwefel zu zerkleinern, sowie eine Vorrichtung, die den gepulverten Schwefel zum beheizten Asphalt-Wiegekübel fördert.
9. Asphaltbetonmischung mit einem mit Schwefel gestreckten Asphalt-Binder, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Schwefel zwischen 2,0 und 2,75 % des Gesamtgewichts der Asphaltbetonmischung und der flüssige· Asphalt nicht mehr als 3,1 % des Gewichts der gesamten Asphaltbetonmischung ausmachen und der feste Schwefel und der flüssige Asphalt in einem Gewichtserhältnis von im wesentlichen 1:1 und ■ die erwärmten Zuschlagstoffe unter anderem als Füllstoffe in einem Gewichtsverhältnis von zwischen 93 und 95 % des Gesamtgewichts der Asphaltbetonmischung vorliegen.
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