DE3727456A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von bitumen-polymer-mischungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bitumen-Polymer-Mischungen für Asphalt- sowie Dachbahnen, Straßenbeläge, bituminöse Massen, bituminöse Baustoffe und ähnliches. Die qualität eines Fertigproduktes, das aus einer Mischung von Elastomeren, Weichmachern und ggf. Füll- und weiteren Hilfsstoffen besteht, hängt in entscheidendem Maße von der Art der Mischung und dem Mischverfahren ab. Die Mischung erfolgt üblicherweise in der plastischen Phase. Es ist bekannt, daß schwer einmischbare und die Vernetzung nicht initiierende Sustanzen zunächst gemischt werden, bevor die Weichmacher und die Füllstoffe hinzukommen.

So löst sich Synthesekautschuk, wie z.B. Styrol-Butatien-Styrolcopolymer (SBS) in Bitumen beim Mischprozeß nur dann in relativ kurzer Zeit, wenn es vor der Mischung vermahlen worden ist. Nach dem Stand der Technik wird daher ein Synthese-Kautschuk-Granulat sackweise mit Bitumen in einen Behälter gegeben und die Mischung 5 bis 6 Stunden aufgerührt und dann über eine Pumpe abgezogen und einer Homogenisiereinrichtung zugeführt.

Als Homogenisiereinrichtung kommt z.B. die in der DE-OS 34 44 912 beschriebene Vorrichtung in Betracht.

Es bleibt jedoch nach wie vor ein Problem, den Synthesekautschuk und den Weichmacher, wie z.B. Bitumen, so in einen Mischer einzugeben, daß ein vorgegebenes Mischungsverhältnis zwischen Bitumen und Polymer konstant beibehalten wird und die Stoffe in dem verwendeten Förderer nicht unter Wärmeeinfluß verkleben oder sogar eine vorherige Vernetzung der Elastomere durch unkontrollierte Berührung bzw. Mischung mit Bitumen stattfindet. Als Nachteile der bisherigen Herstellungsverfahren sind insbesondere der diskontinuierliche Prozeß mit seinen langen Mischzeiten sowie die Schwierigkeiten eine gleichmäßige Qualität zu gewährleisten zu nennen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Bitumen-Polymer-Mischungen ggf. mit Füll- oder weiteren Hilfsstoffen vorzuschlagen, mit dem sich solche Mischungen kontinuierlich mit gleichbleibender Qualität herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der obengenannten Art erfüllt, bei dem einem Vorgefäß jeweils geregelte Mengen Bitumen und Synthesekautschuk-Granulat, z.B. nicht-ölverstrecktes Styrol-Butadien-Styrolcopolymer (SBS) sowie ggf. Füll- und weitere Hilfsstoffe zugeführt werden, die Mischung in dem Vorgefäß zur mechanischen Vermischung und Benetzung berührt und auf Niveau gehalten, dem Vorgefäß kontinuierlich entnommen und die fertige Bitumen-Polymer-Mischung nach einmaligem Durchgang durch eine kontinuierlich arbeitende Homogenisiereinrichtung zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt wird. So wird z.B. Bitumen in der plastischen Phase in einem Tank und der Synthesekautschuk z.B. SBS als Granulat in einem Vorratsbehälter in ausreichender Menge bereitgestellt, ebenso eventuell zur Verwendung kommende Füll- und weitere Hilfsstoffe. Vorausgesetzt sind Bitumen und SBS in den dem Industriestandard entsprechenden qualitäten. Dem Tank wird nun eine vorgegebene Menge Bitumen kontinuierlich entnommen und von einer Pumpe in ein Vorgefäß gepumpt. Eine dem vorgegebenen Mischungsverhältnis entsprechend eingestellte Menge an SBS-Granulat wird aus dem Vorratsbehälter von einer Fördereinrichtung z.B. einem Schneckenförderer in das Vorgefäß gefördert. In diesem Vorgefäß, das gleichzeitig ein Niveau-Regulierungs-Gefäß darstellt, werden die Stoffe mechanisch vermischt und benetzt. Die Mischung wird dem Vorgefäß über eine Dosierpumpe entnommen und einem Homogenisator, wie z.B. der in der DE-OS 34 44 912 beschriebenen Vorrichtung zugeführt. Als Ergebnis dieses kontinuierlich arbeitenden Verfahrens erhält man nach einmaligem Durchgang durch den Homogenisator eine homogene Bitumen-Polymer-Mischung in gleichbleibender Qualität für die Weiterverarbeitung.

Die bitumendurchströmten Anlagenteile und Rohrleitungen sind zur sicheren und störungsfreien Prozeßführung beheizt und wärmeisoliert, was auch wesentlich ist für das Wiederanfahren der Anlage nach einer Betriebsunterbrechung.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die kontinuierliche Produktion von Bitumen-Polymer-Mischungen mit vorgegebenen Mischungsverhältnissen bei reproduzierbarer qualität und niedrigen Produktionskosten.

Zur Sicherstellung der qualität der Bitumen-Polymer-Mischung ist es vorteilhaft, wenn insbesondere bei unterschiedlichen Mengen- und Mischungsverhältnissen das Verfahren so ausgestaltet wird, daß die Menge und/oder die Temperatur der Bitumen-Polymer-Mischung im Vorgefäß geregelt wird.

Als besondere Maßnahme wird eine Verfahrensführung in der Art vorgeschlagen, daß sowohl die Bitumen­ und Polymerzuführung zum Vorgefäß als auch der Abzug der Mischung geregelt sind. Es kann damit bei vorgegebenem Mischungsverhältnis unter allen Betriebsbedingungen, insbesondere bei schwankenden Abnahme- bzw. Weiterverarbeitungsmengen, die Anlage kontinuierlich und ohne Unterbrechung betrieben werden.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin es so führen zu können, daß bei einer Abnahmemenge der Mischung entsprechend der Auslegungskapazität der Anlage die mittlere Verweilzeit in dem Vorgefäß variabel ist und im Durchschnitt ca. 1 Minute beträgt.

Ein geringerer Durchsatz und damit eine unter Umständen erhöhte Verweilzeit im Vorgefäß wirkt sich jedoch nicht nachteilig auf die Qualität des Endproduktes aus. Diese kurze Verweilzeit im Vorgefäß ist ausschlaggebend für die sehr kurze und damit kostengünstige Bearbeitungsdauer des Produktes.

Ein weitere günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Hinblick auf die Anforderungen und Einsatzmöglichkeiten von Bitumen-Polymer-Mischungen wird erreicht, wenn der einstellbare Gewichtsanteil des Polymers 1 bis 18% beträgt, und damit die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Endproduktes in einem sehr weiten Bereich ohne Qualitätseinbuße verändert und angepaßt werden können.

Um über den gesamten Bereich des möglichen Mischungsverhältnisses eine sichere Verfahrensführung und gleichbleibende Qualität gewährleisten zu können, ist es von besonderem Vorteil, wenn der Mengenstrom der Bitumen-Polymer-Mischung vom Vorgefäß zur Homogenisiereinrichtung exakt dosiert wird abhängig von den Bitumen- und Polymermengen, um das je nach Mischungsverhältnis unterschiedliche Quellvolumen des Polymers zu berücksichtigen.

In einem weiteren Schritt wird vorgeschlagen, das Verfahren durch Regelung der Mengen, der Verweilzeit und der Temperatur jeweils abhängig voneinander so zu gestalten, daß der gesamte Prozeß entsprechend dem vorgegebenen Mischungsverhältnis durch eine Prozeßsteuerung automatisiert ist. Dies hat neben dem Kostensenkungseffekt den Vorteil einer absolut gleichmäßigen Prozeßführung auch bei schwankenden Abnahmemengen und der Gewährleistung gleichbleibender Qualität bei allen wählbaren Mischungsverhältnissen.

Zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, das eine kontinuierliche Herstellung von Bitumen-Polymer-Mischungen mit einem bei gleichbleibender Qualität im Bereich von 1 bis 18% Polymeranteil frei wählbarem Mischungsverhältnis erlaubt, ist vorgesehen, daß ein Vorgefäß zur mechanischen Vermischung und Benetzung direkt oder über eine Rohrleitung mit einer Dosiereinrichtung, und daß diese Dosiereinrichtung direkt oder über eine Rohrleitung mit einer Homogenisiereinrichtung verbunden ist. Damit ist es möglich, bei einem sehr kleinen Behältervolumen extrem kurze Mischungs­ bzw. Benetzungszeiten zu erreichen, und ein vorgegebenes Mischungsverhältnis exakt einzuhalten. Diesem Ziel, jedoch auch um eine gleichbleibende Qualität des Endproduktes zu gewährleisten, dient eine Ausgestaltung derart, daß das Vorgefäß eingangsseitig direkt oder über eine Rohrleitung sowohl mit einem Ringkolbenzähler für Bitumen, als auch mit einem Schüttstrommesser für das Synthesekautschuk-Granulat verbunden ist und ein Rührwerk sowie eine Füllstandsmessung aufweist. Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung im Hinblick auf eine mögliche vollautomatische Prozeßführung.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist anhand einer mobilen Anlage mit automatischer Prozeßführung in Fig. 1 und 2 dargestellt und im folgenden näher beschrieben, wobei auf Details, die sich für den Fachmann von selbst ergeben, wie Meß- und Regelverbindungen verzichtet wurde. In diesem Fall werden nur Bitumen und Synthesekautschuk ohne Zusatz von Füll- und weiteren Hilfstoffe verwendet.

Bitumen wird in einem beheizten Tank 1 (mit Temperaturregelung) in der plastischen Phase bevorratet bzw. bereitgestellt und fließt über eine doppelwandige Rohrleitung 2 einer Pumpe 3 zu, die von einem regelbaren Motor 4 - vorzugsweise einem Drehstromgetriebemotor mit Frequenzumrichter - wie im übrigen alle anderen Leistungsantriebe auch - angetrieben wird. Zwischen dem Vorgefäß 5 und der Pumpe 3 ist ein Ringkolbenzähler 6 zur Durchflußmessung angeordnet. Die Kapazität der Anlage beträgt 10 m³/h fertige Bitumen-Polymer-Mischung. Die eingegebenen Werte entsprechen einem Mischungsverhältnis von ca. 14%.

Es werden dem Vorgefäß 5 hierfür ca. 13 l/min Bitumen von ca. 180°C zugeführt. Das spezifische Gewicht liegt bei ca. 1,01 kp/dm³.

Der Vorratsbehälter 7 für Styrol-Butadien-Styrolcopolymer (SBS) hat ein Fassungsvermögen von ca. 4 m³ und kann bei einem Schüttgewicht von ca. 0,43 kp/dm² etwa 1700 kp SBS-Granulat aufnehmen. Er ist mit einer Kontrolle versehen mit automatischem Alarm bei Unterschreiten des Mindestfüllstandes. Nachgefüllt wird von dem in Säcken bereitliegenden Vorrat 8. Das SBS-Granulat mit einer Korngröße von 2 bis 6 mm wird aus dem Vorratsbehälter 7 über einen Schneckenförderer 9, den Schüttstrommesser 10 zur Messung der dem vorgegebenen Mischungsverhältnis entsprechenden Menge SBS-Granulat - hier ca. 50 l/min - und einem weiteren Schneckenförderer 11 ebenfalls in das Vorgefäß 5 gefördert. Das komplett beheizte Vorgefäß 5, das zum Mischen von Bitumen und SBS-Granulat und der Niveauregulierung dient, hat ein Volumen von ca. 200 l und ist mit einem Rührwerk 12 und einer Füllstandsmessung 13 versehen, mit deren Hilfe das Niveau bei allen Betriebszuständen mittels der Pumpe 3 und der Förderschnecke 9 gehalten wird. Nach einer Verweilzeit von ca. 1 min bei Nennlast wird die benetzte Bitumen-Polymer-Mischung (deren Mischungsverhältnis im Bereich von 1 bis 18 Gew.-% exakt einstellbar ist) dem Vorgefäß 5 entnommen und über eine Dosiereinrichtung 14 - hier eine Regelpumpe - der Homogenisiereinrichtung 15 zugeführt. Die Homogenisiereinrichtung 15 ist in diesem Fall eine Rotor-Stator-Maschine, die bei 3000 U/min eine Förderhöhe von ca. 6 m aufweist und bis ca. 200°C aufheizbar ist. Die Korngröße des Granulats in der fertigen, homogenen Bitumen-Polymer-Mischung liegt bei ca. 0,2 mm. Während des Mahlvorganges ergibt sich ein Temperaturanstieg von 5 bis 10°C. Beim Anfahren und Abschalten der Rotor-Stator-Maschine wird die Spaltverstellung automatisch mittels Hydraulik geregelt. Die Leistung des zugehörigen Antriebsmotors liegt bei 110 bis 160 kW. Die komplette Anlage mit einer Leistung von ca. 10 m³/h ist einschließlich des Schaltschranks 17 in einem 20-ft-Container untergebracht. Sie ist betriebsfertig installiert und umfaßt sämtliche Kontroll- und Steuereinrichtungen für den vollautomatischen Betrieb bei den verschiedenen Mischungsverhältnissen und Produktionsmengen. Die Heizung erfolgt mittels Thermoöl und ist regelbar. Anschlüsse nach außen sind lediglich erforderlich für Bitumen, elektrische Energie und Thermoöl.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Bitumen-Polymer-Mischungen, dadurch gekennzeichnet, daß einem Vorgefäß (5) kontinuierlich jeweils geregelte Mengen Bitumen und Synthesekautschuk-Granulat, z.B. nicht-ölverstrecktes Styrol-Butadien-Styrolcopolymer (SBS) sowie ggf. Füll- und weitere Hilfsstoffe zugeführt werden, die Mischung in dem Vorgefäß (5) zur mechanischen Vermischung und Benetzung berührt und auf Niveau gehalten, dem Vorgefäß (5) kontinuierlich entnommen und die fertige Bitumen- Polymer-Mischung nach einmaligem Durchgang durch eine kontinuierlich arbeitende Homogenisiereinrichtung (15) zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge und/oder die Temperatur der Bitumen-Polymer-Mischung im Vorgefäß (5) geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Bitumen- und Polymerzuführung zum Vorgefäß (5) als auch der Abzug der Mischung geregelt sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Verweilzeit in dem Vorgefäß (5) variabel ist und im Durchschnitt ca. 1 min beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Gewichtsanteil des Polymers 1 bis 18% beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenstrom der Bitumen-Polymer-Mischung vom Vorgefäß (5) zur Homogenisiereinrichtung (15) exakt dosiert wird abhängig von den Bitumen- und Polymermengen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Prozeß entsprechend dem vorgegebenen Mischungsverhältnis durch eine Prozeßsteuerung automatisiert ist.

8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorgefäß (5) zur mechanischen Vermischung und Benetzung direkt oder über eine Rohrleitung mit einer Dosiereinrichtung (14), und daß diese Dosiereinrichtung (14) direkt oder über eine Rohrleitung mit einer Homogenisiereinrichtung (15) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorgefäß (5) eingangsseitig direkt oder über eine Rohrleitung sowohl mit einem Ringkolbenzähler (6) für Bitumen, als auch einem Schüttstrommesser (10) für Polymer-Granulat verbunden ist und ein Rührwerk (12) sowie eine Füllstandsmessung (13) aufweist.