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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Asphalts
und seine Anwendung als Pflastermaterial, insbesondere auf einen
Asphaltzusatz und seine Anwendung.
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Beschreibung
der verwandten Gebiete
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In
der letzten Zeit werden die Schwerpunkte für Straßen zunehmend bei der Bequemlichkeit,
hohen Qualität,
Haltbarkeit und Umweltfreundlichkeit statt dem früheren Schwerpunkt
des einfachen Transports von Material und Personen gesetzt, was
zu einem höheren
Bedarf an Ersatz für
die herkömmliche
Straße
geführt hat.
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Das
weitläufig
als Straßenpflaster
verwendete herkömmliche
Asphaltgemisch ist ein Gemisch zum heiß Mischen und heiß Auftragen
von Asphalt gemäß der Spezifikation
in KSF 2349. Dieses Gemisch wird von einer mechanischen Zwangsmischeinrichtung
(Asphaltmischanlage) durch Mischen von zerkleinerten Steinen, Sand
und Mineralpulver bei 150–170°C je nach
Mischanforderung hergestellt und wird mittels verschiedener Transportfahrzeuge,
beispielsweise Muldenkipper, an die Baustelle geliefert. Das Gemisch
wird in situ bei über 125°C durch Fertiger,
Walzen oder andere geeignete Mittel aufgetragen und wird dann gemäß den vorgeschriebenen
Anforderungen in Abhängigkeit
von Fahrzeuglasten fertig gestellt.
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In
Korea wird vorwiegend AP-3 (gemäß Asphaltspezifikation)
als Bindemittel verwendet, das die folgende Spezifikation gemäß KSM 2201
(Spezifikation von Asphalt für
Straßenpflaster)
erfüllen
sollte.
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Eines
der größten, mit
dem herkömmlichen
Asphaltgemisch beobachteten Probleme besteht jedoch darin, dass
keine Pflasterungsarbeiten vorgenommen werden können, wenn die Temperatur unter
null ist. Die Richtlinien für
Straßenbeläge des Ministeriums
für Bau
und Transport fordern sogar, dass Pflasterungsarbeiten nicht bei
weniger als 5°C
durchgeführt
werden dürfen.
Außerdem
treten im Sommer wiederholt verschiedene Probleme auf, wie Furchenbildung
in der Fahrbahn, unregelmäßige Rillen
entlang dem Längsquerschnitt,
Bildung von Markierungen infolge plastischer Verformung, Ausbluten
von Asphaltflüssigkeit
infolge erhöhter
Straßenbelastung,
was zu einem Nachlassen der Haltbarkeit infolge der dadurch entstehenden
Risse, Löcher
und Abschmelzungen führt.
Dementsprechend wird die Erneuerung des Straßenpflasters oder die Reparatur
der Straße
wiederholt alle vier bis fünf
Jahre erfordert, was in hohem Maß zur Erhöhung des Budgets für die Straßenwartung
gegenüber
dem für
den Neubau von Straßen
führt.
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Darüber hinaus
wurde bei herkömmlichen
Straßen
eine Lärmschutzwand
verwendet, um den Verkehrslärm
abzublocken. Wenn dadurch der Lärm
nicht ausreichend reduziert wird, wird außerdem ein zusätzliches
Lärmschutzfenster
installiert. Die Installation solcher Lärmschutzwände oder -fenster ist sehr
teuer. Wenn sie den Lärm
nicht ausreichend dämpfen
können,
bleibt keine andere Wahl, als die Verkehrsgeschwindigkeit zu begrenzen.
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UK
Patentanmeldung Nr:
GB 2265173 offenbart
einen verbesserten Asphaltzusatz, der Gummischnitzel aus zerschnetzelten
Gummireifen mit einer Partikelgröße von bis
zu 20 mm und ein Erdölharz
mit einem Erweichungspunkt von 95 bis 105°C umfasst. Diese Anwendung richtet
sich an die Bereitstellung einer Geschwindigkeitsbegrenzung mit
erhöhter
Verschleißbeständigkeit.
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Eine
weitere Bezugsquelle, die eine Asphaltzusammensetzung offenbart
ist US Patent Nr: 5436285. Die in
US
5436285 und
GB 2265173 offenbarten
Zusammensetzungen können
jedoch unter einem oder mehreren der zuvor erwähnten Probleme leiden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
Zweck dieser Erfindung besteht darin, einen Asphaltzusatz bereitzustellen,
der zum Mischen von Asphalt und Pflastermaterialien verwendet wird,
von dem erwartet wird, dass er den Verkehrslärm reduziert, plastische Deformationen
der Straße
im Sommer verhindert und die Rissbildung durch Zusammenziehen im Winter
minimiert.
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Ein
weiterer Zweck dieser Erfindung besteht darin, eine Asphaltzusammensetzung
bereitzustellen, die den Asphaltzusatz enthält.
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Der
dritte Zweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen
der Asphaltzusammensetzung und zu seiner Anwendung bereitzustellen.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Ein
Asphaltzusatz dieser Erfindung umfasst ein Reifengummipulver und
ein Erdölharz,
wobei das Reifengummipulver eine Partikelgröße von ungefähr Maschenweite
30–40
hat und das Erdölharz
ein thermoplastisches Harz mit einem Erweichungspunkt von 95–160°C und einem
spezifischen Gewicht von 1,05–1,1
ist.
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Eine
Asphaltzusammensetzung dieser Erfindung umfasst 2,5–7,5 Gew.-%
eines Asphaltzusatzes und kann hergestellt werden, indem 5–10 Gew.-%
eines unvermischten Asphalts, 2–7
Gew.-% des Reifenpulvers, 3–8
Gew.-% des Erdölharzes
und der Rest ein Aggregat für
Asphaltpflasterbelag vermischt werden.
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Der
unvermischte Asphalt hat einen Penetrationsgrad von 43–72 mm,
einen Erweichungspunkt von über
47°C und
eine Duktilität
von über
50 cm.
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Bei
dem obigen Aggregat kann es sich um eine Zusammensetzung von Partikeln
mit unterschiedlichen Partikelgrößen handeln.
Wenn die maximale Partikelgröße des Aggregats
13 mm beträgt,
kann die Partikelgrößenverteilung,
basierend auf dem Durchgang durch ein Sieb wie folgt lauten: 92–100% 13
mm, 62–81%
9,5 mm, 10–31%
4,75 mm, 10–21%
2,36 mm, 4–17%
0,6 mm, 3–12%
0,3 mm, 3–8%
0,15 mm und 2–7%
0,75 mm. Wenn die maximale Partikelgröße des Aggregats 19 mm beträgt, kann
die Partikelgrößenverteilung,
basierend auf dem Durchgang durch ein Sieb wie folgt lauten: 95–100% 19
mm, 53–78%
13 mm, 35–62%
9,5 mm, 10–31%
4,75 mm, 10–21%
2,36 mm, 4–17%
0,6 mm, 3–12%
0,3 mm, 3–8%
0,15 mm und 2–7%
0,75 mm.
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Das
Aggregat ist vorwiegend hart mit einer Partikelgröße von 19
mm–2,36
mm und macht 80 bis 90% des Gesamtgewichts aus. Da große Aggregate
außerdem
die Qualitätsanforderung
gemäß Spezifikation
in KSF 2357 (Spezifikation für
Asphalt für
Pflasterung) erfüllen,
kann die für
gepflasterte Straßen
geforderte Porosität
erreicht werden.
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Die
ausführliche
Partikelgrößenverteilung
ist in Tabelle 1 zusammengefasst.
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Tabelle
1. Partikelverteilung für
die Asphaltzusammensetzung dieser Erfindung.
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Um
das Aggregat mit einer Flachheit von unter 1/3 und höherem Abriebkoeffizienten
verwenden zu können,
wird vorzugsweise das harte Stahlschlackenaggregat mit einer Oberflächenabriebsrate
von unter 2,8 und einer Härte
von über
3 verwendet, was zu wünschenswerten
rutschfesten Effekten und Stabilität selbst bei starken Stößen führt. Außerdem erreicht
die Porosität
der Zusammensetzung 15 bis 25%.
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Der
Asphaltzusatz und die Asphaltzusammensetzung dieser Erfindung können aufgrund
ihrer einzigartigen Eigenschaften, wie der Schalldämpfung,
Porosität
und Partikelgröße des Aggregats
den Verkehrslärm reduzieren,
was nachfolgend weiter erklärt
wird.
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(1) Luftpumpenwirkung
von Reifen
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Wenn
der Reifen mit der Fahrbahnoberfläche in Berührung kommt, eliminiert der
Luftspalt in der Fahrbahnoberfläche
die Kompression und Expansion der zwischen Reifen und Straße vorhandenen
Luft, was zu vermindertem Lärm
durch Pumpen von Luft und Luftresonanz führt.
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(2) Schallabsorption
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Der
Luftspalt in der Straße
spielt eine wichtige Rolle beim Absorbieren von Schall, der von
einem Raum zwischen Rillen im Reifen und der Fahrbahnoberfläche erzeugt
wird, was zu einer Reduktion der Reflexion und Ausbreitung von Lärm führt (Schalldämpfer).
Diese Eigenschaft kann zusätzlich
zum Lärm
von Reifen und Straße
auch zur Absorption anderen Umgebungslärms beitragen.
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Um
die Haltbarkeit, Stabilität
und Bindefestigkeit der Asphaltzusammensetzung zu verbessern, wird das
Bindemittel dieser Erfindung hergestellt, indem ein unvermischter
Asphalt, ein Gummipulver aus Altreifen und ein Erdölharz vermischt
werden, statt den herkömmlichen
AS-P-Asphalt zu verwenden. Die Verwendung von Altreifen hat verschiedene
Auswirkungen, einschließlich
geringe Kosten und leichte Beschaffung. Das richtige Mischen des
Gummipulvers aus Altreifen und Erdölharz führt zu einem erwünschten
Bindemittel, das die entsprechenden Anforderungen eines hochgradig
reformierten Asphalts erfüllt.
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Dieses
Asphaltbindemittel ist ein Gemisch mit angemessener Porosität, das die
Stabilität
nach Marshall von mehr als 500 kg unter den folgenden Bedingungen
erreicht.
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Dieses
Bindemittel und das Aggregat mit vorgegebener Partikelgröße haben
die Eigenschaft besserer Beschichtung bei einer um 15–25°C höheren Temperatur
als die Temperatur zum Mischen des herkömmlichen Asphaltbetons und
werden leicht gebunden, da das Schmelzen des thermoplastischen Erdölharzes
Bewegungen durch eine Verstärkung
der Bindekraft verhindert. Das spezifische Gewicht beträgt 1,05–1,1 (ASTM
D 71-72a) und der Erweichungspunkt liegt bei 95–160°C (ASTM E28-58).
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Außerdem wies
die Asphaltzusammensetzung, der 2–7 Gew.-% des Gummipulvers
zugesetzt wurden, das durch Zerkleinern des Altreifens durch Gefrierbehandlung
zu einem Pulver mit einer Partikelgröße von kleiner als Maschenweite
30–40
reduziert wurde, den wünschenswerten
Effekt der Verhinderung von Rissbildung durch Zusammenziehen bei
Temperaturen von unter Null auf.
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Da
das Reifengummi ursprünglich
einen UV-Blocker, Antifließmittel,
Kohlenstoff usw. enthält
und Material zur Hemmung der UV-Oxidation und zur Alterungsbeständigkeit
zugesetzt werden, um die Abnahme der Bindefestigkeit zu verhindern
und der Zusammenziehung im Winter zu widerstehen, können die
größten, bei herkömmlichem
Asphaltpflaster beobachteten Probleme wie Markierung durch plastische
Verformung im Sommer, Ausbluten infolge schwerer Belastung und Rissbildung
im Straßenbelag
vermieden werden. Außerdem kann
das Zusammenziehen des Pflastermaterials selbst zur Verhinderung
der Abnahme der Straßenlebensdauer
infolge Spalten, Rissen und Löchern
beitragen.
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Die
Asphaltzusammensetzung dieser Erfindung wird hergestellt, indem
5–10 Gew.-%
unvermischten Asphalts, 2–7
Gew.-% Gummipulver, 3–8
Gew.-% Erdölharz
und Aggregat für
Asphaltpflasterbelag bei 175–195°C vermischt
werden. Als erstes werden der Asphalt, das Gummipulver aus Altreifen
und das Erdölharz
vermischt, um den reformierten Asphalt herzustellen und dann wird
bei hoher Temperatur Aggregat zugegeben. Sie kann auch direkt hergestellt
werden, indem der unvermischte Asphalt, der Asphaltzusatz und das Aggregat
heiß vermischt
werden.
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Diese
Erfindung stellt außerdem
die Anwendung dieser Asphaltzusammensetzung für geräuscharmes Asphaltpflaster bereit,
indem die zuvor hergestellte geräuscharme
Asphaltzusammensetzung auf die Straße aufgetragen wird, während die
Temperatur bei über
150°C gehalten
wird.
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Das
Technik der Anwendung der Asphaltzusammensetzung dieser Erfindung,
die für
die Pflastertechnik mit höchster
Qualität
gehalten wird, ist gegenüber
der herkömmlichen
Technik für
das Pflastern von Asphaltbeton verbessert. Die Anwendung der Asphaltzusammensetzung
dieser Erfindung auf die Pflasterung mit Asphalt umfasst die folgenden
Verfahren.
- 1. 5–10 Gew.-% unvermischter Asphalt,
2–7 Gew.-%
Reifengummipulver, 3–8
Gew.-% Erdölharz
und Aggregat für
Asphaltpflaster werden bei 175–195°C mit einer
Asphaltmischanlage vermischt.
- 2. Die im obigen Verfahren hergestellte Asphaltzusammensetzung
wird mit einem 15 t Lkw mit einer Geschwindigkeit von 40 km/h (wegen
der porösen
Struktur) an die Baustelle geliefert. Um während der Lieferung die Temperatur
aufrecht zu erhalten, müssen
entsprechende Isolierungsmaßnahmen,
beispielsweise Abdecken, ergriffen werden.
- 3. Die gelieferte Asphaltzusammensetzung wird bei über 150°C (vorzugsweise über 165°C) über wasserabstoßendes Material
aufgetragen. Die Asphaltzusammensetzung wird über 1,5 cm der darunter liegenden Schicht,
die das Eindringen von Wasser verhindert (wasserabstoßendes Material)
verteilt, um die geeignete Dicke zu erreichen, vorzugsweise 5 cm.
Das wasserabstoßende
Material ist eine Zusammensetzung, die hergestellt wird, indem 80–84% Asphaltmaterial
mit einem Penetrationsgrad von 35–50 und 16–20% Polypropylenpolymer, thermoplastisches
Harz, Portland-Harz und Asphalten bei über 180°C vermischt werden. Die entsprechenden
Verfahren wurden in Korea bereits offenbart (Patentanmeldung Nr.
98-1205 und 98-5192) und sie sind durch Verweis vollständig in
diese Beschreibung aufgenommen.
- 4. Die gepflasterte Straße
wird mit einer vibrierenden Reifenwalze drei Mal kontinuierlich
verfestigt. Wenn bei der ersten Verfestigung eine zu schwere Walze
verwendet wird, kann keine geeignete Verfestigung erreicht werden
und das Material kann in eine Richtung geschoben werden, was die
Ebenheit beeinträchtigt. Die
erste Verfestigung sollte daher innerhalb einer kurzen Zeit bei über 165°C vorsichtig
und ohne Vibration durchgeführt
werden. Die zweite Verfestigung ist bei über 110°C mit einer vibrierenden Walze
durchzuführen
und die dritte Verfestigung ist bei 60°C schnell mit nicht vibrierenden
Gummireifen durchzuführen.
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Da
die Asphaltzusammensetzung dieser Erfindung porös ist, ist das erhaltene Pflaster
ein Wasserpenetrations-Asphaltpflaster oder ein Penetrationspflaster.
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Bei
herkömmlichem
Wasserpenetrationsasphalt dringt Regenwasser in die poröse Asphaltschicht,
die Aggregatschicht, die Sandschicht und dann in den Boden ein.
Solches Pflaster wird hauptsächlich
für Plätze, Radwege
und Fußwege
verwendet. In diesem Fall wird das vorhandene Asphaltmaterial, AS-P,
mit einem Penetrationsgrad von 85–100, einer Entzündungstemperatur
von 230°C,
einem Erweichungspunkt von 45°C
und einer Duktilität
von über
100 bei 25°C
als Bindemittel verwendet.
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Obwohl
die äußere Schicht
der mit der Asphaltzusammensetzung der Erfindung gepflasterten Straße eine
poröse
Struktur wie herkömmliches
Wasserpenetrationspflaster hat, ist ihre Partikelzusammensetzung vollkommen
anders. Außerdem
hat das verwendete Bindemittel eine höhere Entzündungstemperatur und bessere
Elastizität
bei niedrigen Temperaturen als das herkömmliche AS-P. Es hat eine Struktur,
die Regenwasser in die äußere Schicht
eindringen lässt,
um im Bereich der unteren wasserabweisenden Schicht gesammelt und dann
durch ein Gefälle
oder ein Entwässerungssystem
abgeführt
zu werden. In diesem System wurde der Asphaltbeton für die wasserabweisende
Schicht bereits durch die Patentanmeldungen Nr. 98-1205 und 98-5192 dieses
Erfinders offenbart. Dementsprechend kann die mit der Asphaltzusammensetzung
dieser Erfindung gepflasterte Straße Rutschen, Wassersprühnebel und
Spritzphänomene
verhindern, die bei Regen häufig
auftreten. Außerdem
kann diese Erfindung zum Schutz von Wasserressourcen beitragen.
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Die
Asphaltzusammensetzung dieser Erfindung kann zum Pflastern von Flughäfen, Fabriken,
Autobahnen und anderen Straßen
angewandt werden. Sie kann auf effiziente Weise die Bremsreibung
erhöhen, den
Verkehrslärm
senken und die Lebensdauer des Pflasters auf mehr als 10 Jahre verlängern.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele, die nicht
als einschränkend
für den
Umfang dieser Erfindung betrachtet werden dürfen, weiter veranschaulicht.
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Beispiel 1: Spurführungstest
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Die
mit der Asphaltzusammensetzung dieser Erfindung gepflasterte Straße hat die
darunter liegende Wasser abweisende Schicht. Vor dem Fahrtest auf
der Straße
wurde von einem Straßeninstitut
unter der Korea Highway Corporation ein Spurführungstest durchgeführt, um
die dynamische Änderungsgeschwindigkeit und
die Abriebfestigkeit der Oberflächenstruktur
zu prüfen.
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Die
Testergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
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Anhand
der obigen Ergebnisse wurden in der Struktur der porösen Zusammensetzung
gefundene Probleme korrigiert und dann wurde ein weiterer Test durchgeführt. In
diesem zweiten Test wurden im Vergleich zum herkömmlichen Gemisch um 25 Mal
zufriedenstellendere Ergebnisse erzielt.
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Beispiel 2: Schallabsorption
beim Fahrtest
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Verkehrslärm wird
in db ausgedrückt,
und wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, einschließlich tägliches
Verkehrsaufkommen (Verkehrsmenge/Tag), Geschwindigkeit, Verkehrsarten,
Straßenneigung,
Pflasterzustand und Art des Pflastermaterials. Im Allgemeinen liegt
der Lärmpegel
von Verkehrslärm
im Bereich zwischen 74 und 84 db.
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Während des
Fahrtests wurde der Lärmpegel
mit einem Schallmessgerät
in 1 m Entfernung von der geräuscharm
gepflasterten Straße
und der herkömmlichen
Straße
gemessen, während
die Fahrgeschwindigkeit auf 60 km/h begrenzt war.
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Diese
Messung wurde an einer ruhigen Bergstraße in der nördlichen Gyeonggi Provinz durchgeführt. Die
Temperatur betrug 27°C
und die Feuchtigkeit etwa 70%. Ein Fahrer fuhr einen Kompaktwagen
mit konstanter Geschwindigkeit.
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Der
Schallpegel betrug bei der herkömmlich
gepflasterten Straße
70–75
db und 60–62
db im Fall der mit der Asphaltzusammensetzung dieser Erfindung gepflasterten
Straße,
was eine Senkung des Schallpegels um etwa 10 bis 15% ergibt. Wenn
dies als Änderung
der Frequenz ausgedrückt
wird, wird ein akustischer Absorptionseffekt von ca. 40% erzielt.
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Dieses
Ergebnis weist darauf hin, dass die mit der Asphaltzusammensetzung
dieser Erfindung gepflasterte Straße den Lärmpegel um mehr als das Zweifache
senken kann. Im Vergleich dazu senkt die in Wohngebieten sowie in
der Nähe
von Schulen und Krankenhäusern
eingesetzte Lärmschutzwand
den Lärmpegel
um nur 3 bis 5 db. Außerdem
kann eine solche Lärmschutzwand
den Verkehrslärm
in einen anderen reflektierten und verstärkten Lärm umwandeln, das geräuscharme
Pflaster bewirkte jedoch das Verschwinden des Lärms.
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Darüber hinaus
kostet die Installation einer solchen Lärmschutzwand mit einer Länge von
3,5 m und einer Breite von 1 m ungefähr 800.000 Won in der koreanischen
Währung
von 1998, die Installation einer solchen Wand auf beiden Straßenseiten über einer
Länge von
100 m kostet daher 16.000.000 Won. Das geräuscharme Pflaster dieser Erfindung
kostet jedoch nur 30.000 Won pro 1 m2, was
eine wirtschaftliche Einsparung bedeutet.
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Wie
oben beschrieben, hat diese Erfindung Auswirkungen, wenn es darum
geht, Straßenbenutzern, beste
Leistungen zu bieten, Verkehrslärm
zu senken, Verkehrsunfälle
durch Rutschen zu verhindern, Wassersprühnebel und Spritzphänomene zu
verhindern, Wasserressourcen durch eine wirksame Entwässerungsfunktion
zu schützen
und für
ausgezeichnete Schall absorbierende und wirtschaftliche Leistung
zu sorgen.