DE3342946A1

DE3342946A1 - Asphalt-mischung

Info

Publication number: DE3342946A1
Application number: DE19833342946
Authority: DE
Inventors: Frank Richard 19713 Newark Del. Fry
Original assignee: Hercules LLC
Current assignee: Hercules LLC
Priority date: 1982-11-29
Filing date: 1983-11-26
Publication date: 1984-05-30
Also published as: GB2131032A; GB2131032B; ATA406483A; IT8323892A0; FR2536756B1; GB8328846D0; PT77714A; PT77714B; CH659653A5; US4422878A; IT1167022B; CA1201555A; AT384027B; FR2536756A1

Description

Asphalt-Mischung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei einem als Straßenbelag verwendeten Asphalt. Sie betrifft insbesondere die Modifizierung von faserverstärkten Asphalt-Zusammensetzungen, wodurch deren Gebrauchsverhalten wesentlich verbessert wird.

Für Tausende von Straßen-Kilometern in der ganzen Welt, wie Autobahnen etc., ist Asphalt der vorherrschende Baustoff, der als Matrix für Kies oder zerkleinertes Gestein dient. Wenn auf solchen Straßen Reparaturen

oder eine neue Oberflächenbeschichtung vorgenommen werden, wird flüssiger Asphalt, der gewöhnlich Sand und andere Zusatzstoffe enthält, als Füllmaterial für Risse und als wasserabdichtende Unterlagenschicht zwischen dem alten Straßenbelag und der aufzutragenden neuen

Schicht eingesetzt.

In den letzten Jahren wurde vorgeschlagen, die Festigkeit und Haltbarkeit von Asphalt-Dichtungsmassen dadurch zu verbessern, daß in die Asphalt-Formulierung faserförmiges Verstärkungsmaterial wie Glas, Asbest

oder Stapelfaser aus synthetischen Polymeren eingearbeitet werden. Solche Fasern ergeben, wenn sie in einer Konzentration von 6 bis 8 %, bezogen auf das Asphalt-Gewicht, verwendet werden, Produkte mit wesentlich verbesserter Festigkeit und Zähigkeit bei Temperaturen bis hinunter zu etwa -10⁰C.

Jedoch vermindern die Faser-Zusätze zu Asphalt-Zusammensetzungen in dramatischer Weise deren Pumpfähigkeit

und Verarbeitbarkeit. Beim normalen Einsatz von Asphalt-Zusammensetzungen wird die Mischung für das Aufbringen auf ein Straßenbett oder dergleichen auf etwa 130⁰C bis 145⁰C erhitzt. Nach dem Zusatz der benötigten 6 bis 8 % Fasern muß die Zusammensetzung jedoch weiterhin um etwa 10⁰C höher erhitzt werden, damit eine für die Verarbeitung erforderliche Viskosität erreicht

\ wird. Ein solches zusätzliches Erhitzen ist im Hinblick auf den größeren Energiebedarf und die dadurch bedingten Kosten unzweckmäßig. Darüber hinaus besteht beim Einsatz synthetischer Stapelfaser als Füllstoff die Gefahr, daß die höhere Temperatur einen Abbau des Polymerisats einleitet, so daß der gleiche hohe Grad der Festigkeit und Haltbarkeit möglicherweise nicht mehr erzielt wird.

Nunmehr werden gemäß der vorliegenden Erfindung diese Nachteile mit einer Asphalt-Mischung vermieden, die etwa 4 bis 10 Gew.-% eines faserförmigen Füllstoffs (bezogen auf das Gewicht des Asphalts) enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß sie außerdem 2,5 bis 15 %, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Asphalt und faserförmigem Füllstoff, eines Fettsäure-Gemischs enthält, das geradkettige ungesättigte Fettsäuren mit 18 Kohlenstoff-Atomen und eine Menge Colophonium umfaßt, die etwa 30 Gew.-% der Säure nicht überschreitet.

Der Zusatz bestimmter Fettsäure-Gemische zu den Asphalt-Faser-Zusammensetzungen eliminiert nicht nur die Notwendigkeit des Einsatzes höherer Temperaturen zum Vermischen und Aufbringen der Zusammensetzungen, sondem ermöglicht auch einen Betrieb in einem Temperaturbereich unterhalb des Bereichs von 130⁰C bis 145⁰C, der normalerweise angewandt wird.

Neben den oben aufgeführten Vorteilen bei der Verarbeitung bewirkt der Zusatz der Fettsäure-Mischungen auch dramatische Verbesserungen in den physikalischen" Tieftemperatur-Eigenschaften der faserverstärkten Asphalt-Zusammensetzungen. In kälterem Klima, bei Temperaturen in der Nähe oder unterhalb von Null, verliert Asphalt seine Zugfestigkeit und wird außerordentlich spröde, selbst dann, wenn er durch Fasern verstärkt ist (wie dieses durch seine geringe Bruchdehnung bei Standard-

Tests angezeigt wird). Die Beseitigung von Schnee kann unter derartigen Bedingungen schwere Schäden verursachen, wenn die Stahl-Scharen der schweren Schneepflüge den Straßenbelag streifen und dabei den Asphalt zerschmettern. Mit den Asphalt-Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem beträchtlich verringert.

Der Begriff "Fettsäure-Gemisch ungesättigter Fettsäuren mit 18 Kohlenstoff-Atomen" bezeichnet ein Gemisch, das etwa 70 bis 100 Gew.-% mono- und di-ungesättigter

Fettsäuren mit 18 Kohlenstoff-Atomen und bis zu etwa 30 Gew.-% Colophonium enthält, in dem der Fettsäure-Anteil aus etwa 40 bis 50 Gew.-% di-ungesättigter Säuren besteht. Das durch fraktionierte Destillation von Tallöl aus dem Sulfit-Verfahren zum Holzaufschluß gewonnene Produkt, gewöhnlich als "Tallöl-Fettsäuren" bezeichnet, ist ein gutes Beispiel für das gewünschte Gemisch.

Asphalt der als Straßenbelag verwendeten Qualität ist ein Derivat der Erdöl-Raffination, das eine Viskosität bei 6O⁰C zwischen 250 und 4 000 P und eine Erweichungstiefe bei 25⁰C zwischen 20 und 200 besitzt. Die faserverstärkten Asphalt-Zusammensetzungen gemäß der vorlie-

genden Erfindung umfassen unversetzten Asphalt, Asphaltbeton, d.h. eine Straßenbelag-Mischung aus Asphalt und Zuschlagstoffen, und Mischungen aus Asphalt und Feingut wie Sand zum Verfüllen von Rissen. Im wesentlichen kann jeder faserverstärkte Asphalt von Straßenbelag-Qualität durch Einarbeiten von Tallöl-Fettsäuren in denselben verbessert werden. So können die erfindungsgemäßen Erzeugnisse als Straßenbeläge an sich, als Materialien zum Ausfüllen von Rissen und Fugen, als Zwischenschicht zwischen alter Oberfläche und verlegter neuer Oberfläche und als unter aufgewalzten Zuschlagstoffen verlegte Matrix eingesetzt werden.

Jeder der im Vorstehenden genannten faserförmigen Füllstoffe, d.h. Glas, Asbest oder Stapelfaser aus synthetischen Polymeren kann als faserförraiger Füllstoff verwendet werden. Der bevorzugte Füllstoff ist Polypropylen-Stapelfaser, zum Teil wegen ihres günstigen niedrigen Preises, jedoch auch deswegen, weil sie einen hohen Grad von Verträglichkeit mit Asphalt und mit langkettigen Fettsäuren besitzt. Normalerweise wird der faserförmige Füllstoff in Mengen bis zu etwa 10 % zugesetzt. Zur Erzielung einer optimalen Verstärkung werden etwa 4 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise etwa 6 bis 8 Gew.-%, Polypropylenfaser verwendet.

Bei einer besonders bevorzugten Art der Herstellung der Asphalt-Mischungen gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Fettsäure-Gemisch in den gewünschten Mengenverhältnissen mit der Polypropylen-Stapelfaser gemischt und in der Trommel umgewälzt, bis das Säure-Gemisch vollständig an der Oberfläche der Fasern adsorbiert ist. Die erhaltenen Fasern bleiben frei fließfähig, so

daß sie in einfacher Weise in einen Kessel mit geschmolzenem Asphalt zur Verteilung in demselben eingefüllt werden können. Bei der Berührung mit dem Asphalt lösen sich die Fettsäuren auf, so wie die Fasern dispergiert werden. Bei Einsatz dieser Arbeitsweise können Vormischungen (Masterbatches) behandelter Fasern .für den akuten Bedarf vorrätig gehalten werden.

Da der faserförmige Füllstoff und das Fettsäure-Gemisch in annähernd den gleichen Konzentrationsbereichen in

dem Asphalt eingesetzt werden, ist das Verhältnis Faser zu Fettsäure in dem Masterbatch etwa 50 : 50. Verhältnisse von bis zu 60 Teilen Fettsäure zu 40 Teilen Faser können eingesetzt werden und führen immer noch zu einem fließfähigen Faserprodukt ohne freie Fettsäure. Ein

niedrigeres Fettsäure-Verhältnis wird bestimmt durch den in dem Asphalt benötigten relativen Konzentrations-Anteil, ist jedoch gewöhnlich nicht kleiner als etwa 30 : 70. -

Die verbesserte Verarbeitbarkeit und die niedrigeren
Verarbeitungs-Temperaturen der Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung und die verbesserten physikalischen Tieftemperatur-Eigenschaften werden durch die folgenden Beispiele aufgezeigt.

Beispiel 1

Eine Charge von etwa 100 Teilen Asphalt mit einer Viskosität von 2 000 P bei 60⁰C (AC-20) wurde in einen Kessel gefüllt und auf 132°C erhitzt. Zu dem erhitzten Asphalt wurden 6 Teile eines Tallöl-Fettsäure-Destillat-Gemischs hinzugefügt, das aus ungefähr 91,5 % C-^g-

Fettsäuren (4 % gesättigte, 51 % mono-ungesättigte und

45 % di-ungesättigte), 4 % Harz-Säuren und 4,5 % unverseifbaren Verunreinigungen bestand. Nachdem die Säuren vollständig eingearbeitet worden waren, wurde eine Charge von etwa 6 Teilen Polypropylen-Stapelfaser von etwa 10 mm Länge mit einem Titer pro Filament von
3,3 dtex (3 den) hinzugegeben. Das Rühren wurde fortgesetzt, bis die Bestandteile homogen miteinander vermischt waren. (Die Mischung besaß hervorragende Pumpfähigkeit und Fließverhalten bei einer so niedrigen Temperatur wie 123°C).

Gleichzeitig mit dem vorhergehenden Ansatz wurde eine ähnliche Zusammensetzung mit dem gleichen Verhältnis der Polypropylen-Fasern zu dem Asphalt, jedoch ohne Fettsäure-Gemisch, hergestellt. Das Pumpen dieser Zusammensetzung war selbst bei 132°C schwierig.

Beispiele 2 bis 10

Folien von 2,16 mm (85 mil) Dicke aus verschiedenen Formulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung wurden gegossen und härten gelassen. Zugfestigkeit und prozentuale Dehnung wurden an diesen Proben mittels eines
Instron-Zugfestigkeits-Meßgeräts nach Lagerung bei -18⁰C über Nacht gemessen.

Die Arbeitsweise zur Herstellung der Folien ist folgende: 1) Verschiedene Mengen von Fettsäure-Gemischen werden heißem (138⁰C) Asphalt zugesetzt und untergemischt, bis die Mischung homogen ist. 2) Die Fasern werden zugesetzt und untergemischt, bis sie vollständig in dem Säure-Asphalt-Gemisch dispergiert sind. 3) Der mit Fasern modifizierte Asphalt wird in vorgeheizte Formen

gegossen und dort verteilt und bei 138⁰C unter 4 bis 5 t 1 bis 2 min gepreßt. 4) Form und Probe werden durch Kaltwasser-Umlauf durch die Presse gekühlt. 5) Die Probe wird der Form entnommen und für.die physikalische
Untersuchung in Streifen von 2,5 cm χ 10 cm (I" χ 4") geschnitten. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle

Beispiel Fettsäure-Nr. Gemisch

Faser- Asphalt Anteil

Anteil %

2
3

5
Kontrolle

7
Kontrolle

9
10

10
0

10

D D D

2)
3)

D
1)
D

8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

4)

AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-IO AC-IO AC-IO AC-20

Eigenschaften bei -18°C Bruchdeh- Zugfestigkeit nunq % N/nrn² (psi)

17,5

23

34

42,1

13

38

18,6

11,2

12,6

19,1

41

3,76
5,56
5,38
6,39
3,12
5,43
4,65
2,70
4,00
3,48
5,72

(546) (807) (780) (927) (452) (787) (675) (392) (580) (505) (830)

1) Fettsäure-Gemisch beschrieben in Beispiel 1.

2) Fettsäure-Gemisch enthält 86 % Fettsäuren, 10 % Harz-Säuren und 4 % unverseifbare Anteile.

3) Fettsäure-Gemisch enthält 69 % Fettsäuren, 28 %
Harz-Säuren und 3 % unverseifbare Anteile.

4) Faser war 5 mm Polyethylenterephthalat 3,3 dtex pro Filament (3 dpf).

5) Viskosität 1 000 P bei 6O⁰C.

Beispiele 11 und 12

25 Zu 8 Teilen 10 mm Polypropylen-Stapelfaser von 3,3 dtex pro Filament (3 dpf) wurden 6 Teile des Fettsäure-Gemischs des Beispiels 1 gegeben. Die Masse wurde im Trommelmischer bewegt, bis die Fettsäure im wesentlichen gleichmäßig verteilt und auf der Faseroberfläche

33Λ2946

- ίο -

adsorbiert war. Diese mit Säure behandelte Faser wurde zu 86 Teilen Asphalt AC-20 hinzugefügt. Nach gründlichem Vermischen wurde der gefüllte Asphalt der Prüfung seines Zugverhaltens bei -18⁰C wie oben beschrieben unterzogen.

Gleichzeitig wurde eine ähnliche Mischung hergestellt, die 8 Teile Faser, 8 Teile Fettsäure und 84 Teile Asphalt enthielt.

Die physikalischen Eigenschaften dieser Proben sind in der Tabelle 2 aufgeführt.

	Fettsäure-	Tabelle 2	Faser-	Eigenschaften bei	. -18⁰C	(psi)
Beispiel	Gemisch	Anteil	Bruchdeh	■ Zugfestigkeit	(730) (950)
Nr.	Anteil %	%	nung %	N/mm²
	VD OO	00 00	40 59	5,03 6,55
11 12

Claims

VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler 11973 Dr.-Ing. K. W. Eishold 11981 Hercules Inc. Dr.-Ing K. Schönwald Dr. J. F. Fues Wi lmington Del., U.S.A. DipL-Chem. Alek von Kreisler Dipl.-Chem. Carola Keller Dipl.-Ing. G. Selling Dr. H.-K. Werner DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF D-5000 KÖLN 1 AvK/GF 833 • Patentansprüche

1.)Asphalt-Mischung, enthaltend etwa 4 bis 10 Gew.-% eines faserförmigen Füllstoffs (bezogen auf das Gewicht des Asphalts), dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem ein Fettsäure-Gemisch enthält, das 2,5 bis 15 %, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Asphalt und faserförmigem Füllstoff, aus geradkettigen ungesättigten Fettsäuren mit 18 Kohlenstoff-Atomen und eine Menge Colophonium umfaßt, die etwa 30 Gew.-% der Säure nicht überschreitet.

2. Asphalt-Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Fettsäure zu dem faserförmigen Füllstoff zwischen etwa 30 : 70 und 60 : 40 liegt.

3. Asphalt-Mischung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fettsäure-Gemisch etwa 70 bis 100 Gew.-% mono- und di-ungesättigte Säuren umfaßt.

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