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Titel der Erfindung
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Bindemittel für den Straßenbau Anwendungsgebiet der Erfindung Die
Erfindung bezieht sich auf die Verwendung neuartiger Bindemittel für den Bau von
Verkehrsflächen, insbesondere von Straßen.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Als Bindemittel
für den Bau von Verkehrsflächen, insbesondere von Straßen, wird weltweit Bitumen,
ein Produkt der Mineralölrafination, verwendet.
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Bitumen hat als Straßenbaubindemittel die vorher verwendeten steinkohlenteerartige
Produkte abgelöst. Die Gründe liegen einerseits darin, daß vor Jahren Mineralölvorräte
billig zur Verfügung standen und andererseits Bitumen mit seiner größeren Plastizitätsspanne
die für stärker gewordene Werkehrsbelastung notwendige Temperaturempfindlichkeit
besitzt. Die Kostenexplosion des Mineralöls und dessen weltweite Verknappung zwingen
international zur Suche nach alternativen Lösungen, welche weitestgehend vor mineralöl
unabhängig machen.
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So werden heute Bitumen/Pech-Gemische angewendet, wobei das erforderliche
Pech bei der Destillation von Steinkohlenteer erzeugt wird. Steinkohlenteerpech
steht aber ebenfalls nur begrenzt zur Verfügung, da es als hochwertiger Rohstoff
zur Herstellung von Kohlenstoff-Produkten eingesetzt wird. Soll Pech als überwiegende
Bindemittelkomponente verwendet werden, so wird die erforderliche Plastizitätsspanne
- die Differenz zwischen Erweichungspunkt und Brechpunkt - nur durch aufwendige
thermische Modifizierung des Pechs erreicht.
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Als weitere Methode zum Erzielen der erforderlichen Plastizitätsspanne
ist die Suspendierung von Steinkohlenteerpech mit fein gemahlener Kohle bekannt.
Dabei können die Kohleanteile bis zu 10 % betragen. Die Kohle wird dabei nur zu
sehr geringen Teilen aufgelöst und erreicht dabei nicht die Beschaffenheitsdaten
der heute vervendeten Bitumensorten. Substitutionsprodukte für Bitumen müssen aber
diesen Anforderungen weitgehend entsprechen, um einer problemlosen Verarbeitung
und Beanspruchbarkeit moderner Straßenbauprodukte zu genügen. Diesen Anforderungen
entspricht ein StraBenbelagbindemittel nach der DE-OS 30 01 078, welches man durch
Desintegration von zerkleinerter Kohle oder ähnlichen kohlestoffhaltigen Rohstoffen
mit einer Kombination bestimmter petro- und kohlestämmiger aromatischer Lösungsmittel
erhält. Dabei läßt sich die gewünschte Penetration erreichen durch den Anteil der
Siedepunkte der dabei abgetoppten leichtflüchtigen Bestandteile sowie durch den
Zusatz und die Siedelage hocharomatischer Teerfraktionen. Die Herstellung des Bindemittels
erweist sich bei diesem Verfahren als technologisch aufwendig. Üer haupt sächliche
Nachteil liegt Jedoch, ebenso wie bei den anderen beschriebenen Lösungen, darin,
da hochwertige Priraärrohstoffe als Ausgangsstoffe zum Herstellen des Bindemittels
benötigt werden.
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Ziel der Erfindung Das Ziel der Erfindung besteht in der Einsparung
volkswirtschaftlich wichtiger Primärrohstoffe, wie kohle und Mineralöl, bei der
erzeugung von Bindemitteln für die Herstellung von Verkehrsflächenbelägen.
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Die technische Aufgabe zum bereichen der erfinderischen Zielstellung
liegt in der Entwicklung eines neuen Bindemittels aus Substitutionsprodukten für
Bitumen und Kohle, da@ den Anforderungen des heutigen Straßenbaues genügt und volkswirtschaftlich
noch ausreichend zur Verfügung steht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Bindemittel, das
sich aus Sekundärrohstoffen zusammensetzt und zwar überraschenderweise aus solchen,
die bisher in der Fachwelt auf Grund ihrer Eingeschaften als ungeeignet für eine
Verwendung im Verkehrsflächen- und 3traßenbau galten.
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Das erfinderische Bindemittel setzt sich aus den Produkten Propanbitumen
und einem Weichmacher zusammen. Durch die Kon,bination beider Produkte lassen sich
fur den Verkehrsflächen- und Straßenbau geeignete Bindemittel herstellen. Als Weichmacher
für das Propanbitumen sind bituminöse und ölige Stoffe, wie Teere auf Ste-in- und
Braunkohlenbasis, Teerpeche, Pechteere, eerweichpeche, Teerrückstände, Spaltbitumen
und Spaltharze mit einem Siedebereich < 380° C zu verwenden. Diese lassen sich
hinsichtlich ihrer eignung vorzugsweise ersetzen durch Rückstände aus der Koksschwelerei
und der Teergewinnung. Die Mischungsanteile liegen bei der Verwendung von Teerrückstand
vorzugsweise zwischen 60 - 80 Masse-% Propanbitumen und 20 - 40 Masse-% Teerrückstand.
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Durch eine anteilmäßige Änderung der Komponenten Propanbitumen und
Weichmacher sind je nach dem gewünschtem Zweck Bindemittel riit verschiedener Viskosität
herstellbar. T)adurch lassen sich praktisch alle Erfordernisse und Bauweisen des
bituminösen Verkehrsflächen- und Straßendeckenbaus erfüllen, Das erfindungsgemäß
hergestellte Bindemittel weist folgende, für den Straßenbau günstige Eingeschaften
auf: - Hohe Wärmebestädigkeit Geringe Formänderung bei Kraft eintragung ir, hohen
Temperaturbereich - Gutes Kälteverhalten Flexibillität, d. h. großes Formänderungsvermögen
ohne Rißbildung unter Last- und Temperatureinwirkung bei niedrigen Temperaturen.
Vermeidung von irreversiblen Rissen in der kühlen Jahreszeit infolge Tentperaturkontraktion
und 5Sberschreitung der Zugfestigkeit unter Belastung bzw. in der Periode geringster
untergrundtragfähigkeit.
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Hohe Verschleißfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Einwirkung
von Frost und ohemischen Auftaumitteln.
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- Gute Haftung am Gestein - Wirtschaftlichkeit Wirtschaftliche Verarbeitung
unter geringstem energieökonomischen Aufwand, d. h. niedrige Verarbeitungstemperaturen.
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Propanbitumen ist ein Xxtraktionshitumen, das in der letæten Gewinnungsstufe
von Schmier- und Mineralölen, bei der Endasphaltierung durch Extraktion des Rückstandes
aus anderen Produktionsstufen mit Propan, als Abfallprodukt, anfällt.
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Dieses Ectraktionsbitumen erfüllt prinzipiell keine Anforderung an
ein ;Dtraßenbaubitumen. Es wird desllalb als Zusatzstoff bei der Herstellung von
Bautenschutzstoffen und Straßenbaubindemittel sowie zur Herstellung spröder Vergußmasse
verwendet oder in großen Mengen auf Rippen gegeben.
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Bei der Verwendung des Propanbitumens zur Herstellung von Straßenbaubindenaitteln
kommt es nur als Zusatzstoff mit einem Anteil von nur 10 - 15 zur Anwendung (TGL
29 207).
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Es ist bereits bei 200 C sprunghart und zeigt in bituminösen Gemischen
und Deckschichten ein außerordentlich schlechtes Kälteverhalten, d. h. in der Deckschicht
treten bei Frost irreversible Risse auf, die in kurzer Zeit zur Zerstörung der Straßendecke
führen. Auch die Verschleißfestigkeit durch Verkehrs- und litterungseinflüsse ist
gering.
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Die Technologie der Gemischherstellung unterscheidet sich grundsätzlich
nicht von der erstellung standardisierter bituminöser Gemische, jedoch ist für eine
ausreichende Homogenisierung der Bindemittelkomponenten Sorge zu tragen.
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Entweder werden die beiden Komponenten Propanbitunwen und Weichmacher
vorher in einem Behälter mit Rührwerk homogenisiert oder beide Komponenten werten
während des Mischprozesses im vorgesehenen Verhältnis getrennt in den l:ischer dosiert.
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Zur Erhöhung der Haftung am Gestein ist unter Umstanden die Zugabe
eines Haftverbresserers notwendig.
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Ausführungsbeispiele Die Erfindung wird an folgenden 4 Rezepturbeispielen
näher dokumentiert.
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Beispiel 1 (Produkt 1) Bindemittel bestehend aus 20 Masse-% Teerrückstand
(Spalt 4) 80 Masse-% Propanbitumen 100 Masse-% vergleichbares Straßenbaubitumen
Produkt 1 B 40 nach TGL 2835 Penetration 1/10 mm 32 .. 37 96 .. 50 Erweichungspunkt
0 Ring und Kegel °C 55,3 54 Brechpunkt n. Fraaß ° + 1 .. + 2 -6 Viskositätsspanne
K 54 60 Duktilität cm 60,5 40 Haftung am Gestein % 95 90 Beispiel 2 (Produkt 2)
Bindemittel bestehend aus 40 Masse-% Teerrückstand (Spalt 4) 60 Masse-% Propanbitumen
100 Masse-% vergleichbares Straßenbaubitumen Produkt 2 B 13G nach TGZ 2835 Penetration
1/10 mm 136 .. 140 120 .. 150 EP R+K °C 42,5 41 Brechpunkt °C 11 11
vergleichsbares
Straßenbaubitumen Produkt 2 B 130 nach TGL 2835 Plasti.zitätsspanne K 52,5 52 Duktilität
cm 72 75 Haftung am Gestein % 95 90 Beispiel 3 Bituminöses Gemisch Typ Asphaltbeton
mit Produkt 1 als Bindemittel Rezeptur: 5,6 Masse-% Bindemittel Produkt 1 6,5 Masse-%
Kalksteinmehl 10,3 Masse-% Sand 0/2 24,3 Masse-% Brechsand C/2 27,2 Masse-% Splitt
2/8 25,2 Masse-% Splitt 8/16 100,0 Masse-% Gemisch mit Gemisch mit Produkt 1 als
BM B 130 als BM Hohlraumgehalt Vol % 1,0 4,2 Marshallstabilität bei 60 C kN 2lX5
7,0 Fließwert 1/10 mm 62 40 Steifigkeit nach Nijboer N/mm 5600 2800 Spaltzugfestigkeit
N/mm² 3,6 3,3 Querdehnung bei Bruch o/oo 2,19 C,18 E-Modul bei Bruch N/mm² 3209
35615 Querdehnung bei Höchstlast 0/00 0,18 0,05 dyn. Eindrucktiefe bei 40 C mm (nach
3h) 1,3 1,8
Beispiel 4 Bituminöses Gemisch Typ Gußasphalt wit Produkt
2 als Bindemittel Rezeptur: 9,0 Masse-% Produkt 2 als Bindemittel 24,5 Masse-% Kalksteinmehl
24,5 Masse-% Kiessand 0/4 42,0 Masse-% Splitt 2/8 100,0 Masse-%