DE602005006287T2

DE602005006287T2 - Ablösungsbeständige asphaltstrassenbelagsmasse und verfahren

Info

Publication number: DE602005006287T2
Application number: DE602005006287T
Authority: DE
Inventors: Michael St. Charles FALKIEWICZ
Original assignee: ICL Performance Products LP
Current assignee: ICL Performance Products LP
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2025-06-17
Also published as: CA2570962C; PL1773944T3; US7309390B2; MXPA06014927A; AU2005265055A1; AU2005265055B2; ATE393191T1; BRPI0512610A; CA2570962A1; UA86073C2; EP1773944A1; ZA200610366B; EP1773944B1; ES2306183T3; WO2006009793A1; US20050284333A1; DE602005006287D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Haftfestigkeitsverbesserungsadditive für Asphaltbeläge und im Speziellen die Verwendung von Polyphosphorsäure gemeinsam mit einem alkalischen Additiv, um die Haftung zwischen einem Asphaltbindemittel und einem Zuschlagstoff zu verbessern.
2. BESCHREIBUNG VERWANDTER TECHNOLOGIEN
Wie allgemein bekannt ist, wird Asphalt gerne als Belagmaterial eingesetzt. Typischerweise wird der Asphalt, häufig auch als „Asphaltzement" oder „Asphaltbindemittel" bezeichnet, mit einem Zuschlagstoff vermischt, um einen Asphaltbeton herzustellen, der zum Asphaltieren geeignet ist. Folglich umfasst der Asphaltbeton einen Zuschlagstoff, der durch die Haftung des Asphaltbindemittels an den Zuschlagstoff innerhalb einer kontinuierlichen Phase des Asphaltbindemittels gehalten wird. Unglücklicherweise neigt das Asphaltbindemittel jedoch dazu, seine Haftung am Zuschlagstoff zu verlieren, besonders in Gegenwart von Feuchtigkeit, und zwar durch einen als „Stripping" bekannten Vorgang. Genauer gesagt wird die Haftung zwischen polaren Molekülen innerhalb des Asphalts und polaren Molekülen auf der Zuschlagstoffoberfläche durch Wasser (ein polares Molekül) in Form von Regen oder aus unterirdischen Quellen gestört. Das Ablösen (Stripping) des Asphaltbindemittels von Zuschlagstoffoberflächen verringert die Lebensdauer des Belags und stellt ein ernstes Problem bei den Millionen Kilometern an Autobahnen auf der ganzen Welt dar. Zusätzlich zum Ablösen wirkt Wasser auch wie ein Lösungsmittel in Asphalt, wodurch die Asphaltviskosität verringert wird, die Festigkeit sinkt und vermehrt Rillen entstehen.
Angesichts dieser Probleme wurden in den letzten Jahren zahlreiche Anstrengungen unternommen, das Stripping im Asphalt einzudämmen. Viele dieser Anstrengungen waren darauf ausgerichtet, verschiedene Additive zu den Asphaltbindemittel-Zusam mensetzungen oder sogar zum Zuschlagstoff zuzusetzen, um die Bindemittel-Zuschlagstoff-Haftung zu verbessern. Eine typische Art eines Haftfestigkeitsverbesserungsadditivs umfasst oberflächenaktive Stoffe, wie z. B. Amine, vorzugsweise Flüssigkeiten, die polare Kopfgruppen mit Affinität für polare Oberflächen, wie die des Zuschlagstoffs, enthalten. Die Amine enthalten außerdem typischerweise lange, nichtpolare Fettsäureketten, die hohe Affinität für Asphaltbindemittel aufweisen. Die Molekularstruktur eines oberflächenaktiven Amins neigt außerdem dazu, die Grenzflächenspannung zwischen dem Asphaltbindemittel und dem Zuschlagstoff zu senken, wodurch die Stärke der Haftung zwischen den beiden erhöht wird. Beispiele für solche Polyamine umfassen AD-HERS HP PLUS (ein Markenname von Arr-Maz Custom Chemicals, Inc., in Winter Haven, Florida, USA) und PAVE-BOND-LITE (ein Markenname von Rohm und Haas). Solche Haftfestigkeitsverbesserungsmittel werden üblicherweise mit dem Asphaltbindemittel vermischt, bevor das modifizierte Bindemittel zur Mischanlage gepumpt wird.
Alternativ dazu ist die Modifikation von Asphaltbindemitteln mit Polyphosphorsäure seit einiger Zeit bekannt (siehe z. B. US-Patent Nr. 3.751.278 ), obwohl ihre Vorteile als Haftfestigkeitsverbesserungsadditive eventuell bis vor kurzem nicht erkannt worden waren. Polyphosphorsäuren können mit Asphalt umgesetzt werden, um die Asphaltenfraktion oder die Asphaltendispersion des Bindemittels zu erhöhen. Es wird davon ausgegangen, dass diese Änderung der Hauptgrund für eine Veränderung in der Temperatur-Viskositäts-Beziehung des Asphaltbindemittels ist. Genauer gesagt neigt ein Polyphosphorsäure umfassendes Bindemittel bei höheren Temperaturen zu höherer Viskosität als das gleiche Bindemittel ohne Polyphosphorsäure. Umgekehrt neigt ein Polyphosphorsäure umfassendes Bindemittel bei niedrigen Temperaturen zu niedrigerer Viskosität als das gleiche Bindemittel ohne Polyphosphorsäure. Ein zweiter Grund für die Erhöhung der Viskosität bei hoher Temperatur ist vermutlich die Wasserstoffbrückenbindung zwischen nicht umgesetzter Säure (freien Säurestellen) und dem Asphalt. Einige Untersuchungen zeigen, dass die Wasserstoffbrückenbindung durch die Gegenwart von herkömmlichen Amin- Haftfestigkeitsverbesserungsmitteln zumindest teilweise neutralisiert oder umgekehrt werden kann, und deshalb sind manche Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung der Meinung, dass Polyphosphorsäure und Amin-Haftfestigkeitsverbesserungsmittel nicht zusammen eingesetzt werden sollten.
Eine weitere Alternative zur Verbesserung der Haftung ist die Verwendung von Löschkalk (häufig auch nur als „Kalk" bezeichnet) in Belagzusammensetzungen. Typischerweise wird Kalk zur Belagzusammensetzung durch Behandlung des Zuschlagstoffs zugesetzt. Kalk wird schon seit mindestens 80 Jahren in Asphaltbelägen eingesetzt, aber seine Vorteile als Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv sind erst seit kurzem bekannt. Genauer gesagt gehen Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung davon aus, dass Kalk mit hochpolaren Molekülen reagiert, um unlösliche Salze zu bilden, die nicht zur Anziehung von Wasser neigen. Dies verhindert, dass polare Moleküle mit anderen Molekülen in der Belagzusammensetzung reagieren und wasserlösliche Seifen bilden, die eine Ablösung fördern (siehe z. B. J. C. Petersen, H. Plancher und P. M. Harnsbergen, Lime Treatment of Asphalt to Reduce Age Hardening and Improve Flow Properties, Proceedings, AAPT, Bd. 56 (1987)).
Ein weiteres Verfahren zur Verbesserung der Haftung durch Behandlung des Zuschlagstoffs umfasst das Aufbringen von Polymerbeschichtungen auf die Teilchen (siehe z. B. US-Patente Nr. 5.219.901 und 6.093.494 ). Im Speziellen offenbart das US-Patent 5.219.901 ein Verfahren zur Verringerung der Ablösetendenz, welches das Beschichten des Zuschlagstoffs mit einem dünnen, kontinuierlichen Film aus einem wasserunlöslichen hochmolekularen organischen Polymer, wie z. B. einem Acrylpolymer oder einem Styrol-Acryl-Polymer, umfasst.
Obwohl viele der oben genannten Verfahren zur Verbesserung der Ablösebeständigkeit in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren, wie z. B. der Asphaltart, der Art des Zuschlagstoffs, der Menge des Zuschlagstoffs usw., bis zu einem gewissen Grad wirksam waren, besteht immer noch Bedarf an Asphaltbeton oder Belagzusammensetzungen mit verbesserter Haftung oder Haftfestigkeitsverhalten, neben anderen Qualitäten, die ein wünschenswertes Belagmaterial ausmachen (z. B. Kosten, einfache Anwendung, Beständigkeit gegen Rillenbildung, Brüche, Ermüdung, Oxidation und Alterung usw.).
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Kurz gesagt betrifft die vorliegende Erfindung folglich eine neue Belagzusammensetzung, die eine Asphaltbelag-Zusammensetzung umfasst, umfassend ein Asphaltbindemittel, einen Zuschlagstoff und ein alkalisches Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv, worin das Asphaltbindemittel Asphalt und Polyphosphorsäure umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Asphaltbelag-Zusammensetzung, die im Wesentlichen aus Asphalt, einem Zuschlagstoff, Polyphosphorsäure und einem alkalischen Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv besteht.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung einen Asphaltbelag, der eine verdichtete Asphaltbelag-Zusammensetzung umfasst, umfassend ein Asphaltbindemittel, einen Zuschlagstoff und ein alkalisches Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv, worin das Asphaltbindemittel Asphalt und Polyphosphorsäure umfasst.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung der Ablösebeständigkeit eines Asphaltbelags, der unter Einsatz einer Asphaltbelag-Zusammensetzung hergestellt wurde, die Asphalt und einen Zuschlagstoff umfasst, wobei das Verfahren die Modifizierung der Asphaltbelag-Zusammensetzung durch Zugabe von Polyphosphorsäure und eines alkalischen Haftfestigkeitsverbesserungsadditivs zur Asphaltbelag-Zusammensetzung umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Asphaltbelag-Zusammensetzung, wobei das Verfahren das Vermischen eines modifizierten Asphaltbindemittels, welches Asphalt und Polyphosphorsäure umfasst, mit einem Zuschlagstoff und einem alkalischen Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv umfasst, um die Asphaltbelag-Zusammensetzung herzustellen.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Asphaltierung einer Oberfläche mit einer Asphaltbelag-Zusammensetzung, wobei das Verfahren das Aufbringen der Asphaltbelag-Zusammensetzung auf die Oberfläche und das Ver dichten der aufgebrachten Asphaltbelag-Zusammensetzung umfasst, worin die Asphaltbelag-Zusammensetzung Asphalt, einen Zuschlagstoff, Polyphosphorsäure und ein alkalisches Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv umfasst.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass die Zugabe von Polyphosphorsäure und eines alkalischen Haftfestigkeitsverbesserungsmittels (z. B. Kalk) zu einer Asphaltbelag-Zusammensetzung die Ablösebeständigkeit der Belagzusammensetzung überraschenderweise deutlich erhöht. Somit betrifft die vorliegende Erfindung in einer Ausführungsform eine Asphaltbelag-Zusammensetzung, die einen Asphalt, einen Zuschlagstoff, Polyphosphorsäure und ein alkalisches Haftfestigkeitsverbesserungsmittel umfasst. Typischerweise wird die Asphaltbelag-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung hergestellt, indem ein modifiziertes Asphaltbindemittel und ein Zuschlagstoffgemisch vermischt werden, wobei das Asphaltbindemittel einen Asphalt umfasst, der mit Polyphosphorsäure modifiziert ist, und das Zuschlagstoffgemisch einen Zuschlagstoff umfasst, der mit einem alkalische Haftfestigkeitsverbesserungsmittel (z. B. Kalk) behandelt ist. Es ist jedoch möglich, den Kalk zur Belagzusammensetzung zuzusetzen, nachdem das Mischen des Zuschlagstoffs und des Asphaltbindemittels begonnen wurde (z. B. durch Einspritzen von Löschkalk in einen Trommelmischer, gleich nachdem das Asphaltbindemittel eingespritzt wurde).
A. Asphalt
Asphalt wird von der ASTM als dunkelbraunes bis schwarzes zementartiges Material definiert, dessen Hauptbestandteil Bitumen sind, die in der Natur vorkommen oder durch die Aufbereitung von Erdöl erhalten werden. Asphalte enthalten charakteristischerweise sehr hochmolekulare Kohlenwasserstoffe, die als Asphaltene bezeichnet werden. Diese sind im Wesentlichen in Schwefelkohlenstoff und in aromatischen und chlorierten Kohlenwasserstoffen löslich. Bitumen ist ein allgemeiner Begriff, der von der ASTM als Klasse von schwarzen oder dunklen zementartigen Substanzen, natür lich oder technisch hergestellt, definiert ist, die hauptsächlich aus hochmolekularen Kohlenwasserstoffen bestehen, für die Asphalte, Teere, Peche und Asphaltene typisch sind. Die ASTM klassifiziert außerdem Asphalte oder bituminöse Materialien in Feststoffe, halbfeste Stoffe und Flüssigkeiten, wobei ein Penetrationstest zur Bestimmung der Konsistenz oder Viskosität eingesetzt wird. Laut dieser Klassifikation sind feste Materialien solche, die eine Penetration von nicht mehr als 1 mm aufweisen, wenn eine Last von 100 g 5 s lang bei 25°C einwirkt, und halbfeste Stoffe sind solche, die eine Penetration von mehr als 1 mm aufweisen, wenn eine Last von 50 g 5 s lang bei 25°C einwirkt. Heutzutage sind vor allem halbfeste und flüssige Asphalte erhältlich.
Asphalt weist viskose Eigenschaften, die es ihm erlauben, zu fließen, und elastische Eigenschaften auf, die dem Fließen entgegenwirken. Bei höheren Temperaturen dominieren die viskosen Eigenschaften, und der Asphalt neigt dazu, zu fließen oder sich zu verformen. Bei niedrigeren Temperaturen dominieren die elastischen Eigenschaften, und der Asphalt neigt dazu, dem Fließen entgegenzuwirken. Alle Asphaltarten, sowohl natürlich vorkommende als auch synthetisch hergestellte, sind zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung geeignet. Natürlich vorkommender Asphalt umfasst auch Asphaltgestein, Seeasphalt usw. Synthetisch hergestellter Asphalt ist häufig ein Nebenprodukt von Erdölraffinationsvorgängen und umfasst geblasenen Asphalt, Mischasphalt, Krackasphalt oder Erdölbitumen, Erdölasphalt, Petroleumasphalt, Direktdestillat-Asphalt, Thermoasphalt usw. Beispiels für Asphalte, die häufig durch ihren Abbauort bezeichnet werden, umfassen Wyoming Sour, Saudi Heavy, West Texas Intermediate, California Valley, Venezolanischer und Kanadischer.
Die Asphaltchemie kann auf molekularer Ebene sowie auf intermolekularer (mikrostruktureller) Ebene beschrieben werden. Auf molekularer Ebene ist Asphalt ein Gemisch aus komplexen organischen Molekülen, deren Molekulargewicht im Bereich von einigen hundert bis zu einigen tausend liegt. Obwohl diese Moleküle sich auf die Verhaltensmerkmale des Asphalts auswirken, wird das Verhalten von Asphalt großteils durch die Mikrostruktur des Asphalts bestimmt, welche die eines dispergierten polaren Fluids ist. Genauer gesagt handelt es sich um eine kontinuierliche dreidi mensionale Assoziation von polaren Molekülen (Asphaltenen), die in einem Fluid aus apolaren oder relativ schwach polaren Molekülen (Maltenen) dispergiert sind. Alle diese Moleküle sind in der Lage, dipolare intermolekulare Bindungen mit unterschiedlicher Stärke zu bilden. Da diese intermolekularen Bindungen schwächer sind als die Bindungen, die basische organische Kohlenwasserstoffbestandteile von Asphalt zusammenhalten, brechen sie zuerst und steuern die Verhaltenscharakteristika von Asphalt. Daher sind die physikalischen Eigenschaften von Asphalt ein direktes Ergebnis der Bildung, des Aufbrechens und der Neubildung dieser intermolekularen Bindungen oder anderer Eigenschaften, die mit molekularen Superstrukturen zusammenhängen. Das Ergebnis ist ein Material, das sich durch die Wirkungen der polaren Molekülnetze elastisch und aufgrund der Tatsache, dass sich die einzelnen Teile des polaren Molekülnetzes aufgrund der Dispersion in den apolaren Fluid-Molekülen relativ zueinander bewegen können, viskos verhält.
Asphaltbindemittel werden meistens durch die physikalischen Eigenschaften charakterisiert, die zeigen, wie sie sich als Bestandteile in einer Belagzusammensetzung oder in Heißasphalt verhalten. Beispiele für relevante physikalische Eigenschaften umfassen die Beständigkeit und die Rheologie, und einige Tests zur Beurteilung verschiedener Aspekte dieser Eigenschaften umfassen den Dünnfilm-Ofentest (AASHTO 179 und ASTM D 1754), den Drehfilm-Ofentest (AASHTO T 240 und ASTM D 2872), den Druckalterung-Behältertest (AASHTO PP1), den Penetrationstest (AASHTO T 49 und ASTM D 4), den Erweichungspunkttest (AASHTO T 53 und ASTM D 36), die Bestimmung der dynamischen Viskosität bei 60°C (AASHTO T 202 und ASTM D 2171), die Bestimmung der kinematischen Viskosität bei 135°C (AASHTO T 201 und ASTM D 2170), den Dehnbarkeitstest (AASHTO T 51 und ASTM D113), den Rotationsviskometertest (AASHTO TP 48 und ASTM D 4402), das dynamische Scher-Rheometer (AASHTO TP 5), das Biegebalken-Rheometer (AASHTO TP1) und die direkte Zugprüfung (AASHTO TP3).
Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung beziehen sich normalerweise nicht auf eine umfassende Liste von physikalischen Eigenschaften, sondern kategorisieren Asphaltbindemittel eher durch ein oder mehr Klassifizierungssysteme, wie z. B. das Pe netrationsklassifizierungssystem, das Viskositätsklassifizierungssystem und das Superpave-Leistungsklassifizierungssystem. Penetrationsklassifizierungen sind als Bereiche von Penetrationseinheiten angeführt, die gemäß AASHTO M 20 und ASTM D 946 bestimmt werden. Die Klasse 40–50 ist die härteste Klasse, in den USA werden üblicherweise die Klassen 60–70, 85–100 und 120–150 eingesetzt, und die Klasse 200–300 ist die weichste Klasse und wird typischerweise in kaltem Klima, z. B. in Nordkanada, eingesetzt. Die Viskositätsklassierung wird anhand des Asphaltbindemittels, wie es bereitgestellt ist (AC-Klassierung), oder anhand von gealterten Rückstandsproben (AR-Klassierung) gemäß AASHTO M 226 und ASTM D 3381 durchgeführt. Typische Klassen für Heißasphalt in den USA sind AC-10, AC-20, AC-30, AR-4000 und AR 8000. Die erst vor kurzem entwickelte Superpave-Leistungsklasse (Performance Grade, PG) wird im Allgemeinen als genauere und umfassendere Charakterisierung von Asphaltbindemitteln zum Einsatz in Heißasphalt-Belägen erachtet. Die Superpave-Leistungsklasse basiert auf der Idee, dass die Eigenschaften eines Asphaltbindemittels von den Bedingungen abhängen sollten, unter denen es eingesetzt wird. Daher werden beim Superpave-System verschiedene Tests eingesetzt, die gemäß AASHTO PP6 bei Temperaturen durchgeführt werden, die mit den relevanten Klimabedingungen zusammenhängen. Die Superpave-Leistungsklasse wird anhand von zwei Zahlen angegeben – die erste ist die mittlere Maximal-Belagstemperatur (°C) über sieben Tage und die zweite die Minimal-Deckenbemessungstemperatur (°C), die gemessen wird. Somit wird ein PG 58-22 eingesetzt, wenn die mittlere Maximal-Belagstemperatur über sieben Tage 58°C und die zu erwartende Minimal-Belagstemperatur –22°C beträgt. Asphaltbindemittel, die typischerweise in den USA eingesetzt werden, weisen eine mittlere Maximal-Belagstemperatur über sieben Tage innerhalb des Bereichs von etwa 50 bis 80°C und eine zu erwartende Minimal-Belagstemperatur innerhalb des Bereichs von etwa 10 bis etwa 40°C auf. Es gilt allgemein anzumerken, dass PG-Bindemittel, bei denen die Angabe für die hohe Temperatur und die tiefe Temperatur sich um 90°C oder mehr unterscheidet, für gewöhnlich das Ergebnis einer Modifikation zur Verbesserung bestimmter Charakteristika, wie z. B. der Beständigkeit gegenüber Wärmeverformung bei hohen Temperaturen (Kriechen oder Rillenbildung), Rissbildung bei niedrigen Temperaturen oder beidem, sind.
Wie oben erwähnt ist die Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung nicht auf ein bestimmtes Asphaltbindemittel oder eine Bindemittelkombination eingeschränkt. Obwohl jedes beliebige Asphaltbindemittel eingesetzt werden kann, umfasst die Belagzusammensetzung vorzugsweise ein Asphaltbindemittel oder eine Bindemittelkombination mit physikalischen Eigenschaften, die für die jeweilige Anwendung geeignet sind. Wie Asphaltbindemittel oder Bindemittelkombinationen auszuwählen sind, ist Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung bekannt. Beispiele für im Handel erhältliche Asphaltbindemittel, die gegebenenfalls zur Herstellung einer Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen CONOCO AC-30, DIAMOND SHAMROCK AC-30, SHELL AR-4000, AMOCO 64-22, CITGO AC-30, CITGO PG 67-22, VALERO PG 64-22 und HUSKY 85/100.
B. Polyphosphorsäure
Polyphosphorsäuren sind eine Gruppe von Oxysäuren von Phosphor mit der allgemeinen chemischen Formel H_n+2(P_nO_3n+1). Genauer gesagt kommen Polyphosphorsäuren im P₂O₅-H₂O-System vor und weisen einen P₂O₅-Gehalt auf, der über 74 Prozent liegt. Polyphosphorsäuren sind komplexe Gemische von Ortho- (n = 1), Pyro- (n = 2), Tri- (n = 3), Tetra- (n = 4) und längerkettigen Polymerspezies, deren Anteil eine direkte Funktion des P₂O₅-Gehalts der Säure ist. Obwohl Polyphosphorsäuren anhand ihres P₂O₅-Gehalts benannt werden können, werden sie typischerweise anhand einer äquivalenten H₃PO₄-(Phosphorsäure-)Konzentration oder eines solchen Prozentsatzes benannt. Vorzugsweise weist die Polyphosphorsäure, die bei der Herstellung der Asphaltbelag-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine H₃PO₄-Äquivalentkonzentration von zumindest etwa 100% auf. Noch bevorzugter weist die Polyphosphorsäure eine H₃PO₄-Äquivalentkonzentration von zumindest etwa 105% auf. Noch bevorzugter weist die Polyphosphorsäure eine H₃PO₄-Äquivalentkonzentration von zumindest etwa 110% auf. Noch bevorzugter weist die Polyphosphorsäure eine H₃PO₄-Äquivalentkonzentration von zumindest etwa 115% auf. Beispiele für geeignete Polyphosphorsäuren umfassen Säuren mit einem H₃PO₄-Äquivalentgehalt von 105% (P₂O₅-Gehalt von etwa 76,05%), einem H₃PO₄-Äquivalentgehalt von 115% (P₂O₅-Gehalt von etwa 83,29%) oder einem H₃PO₄-Äquivalentgehalt von 116,4% (P₂O₅-Gehalt von etwa 84,31%), die im Handel von Astcris LLC erhältlich sind.
Polyphosphorsäuren basieren nicht auf Wasser und sind weniger korrosiv als auf Wasser basierende Phosphorsäuren, was einen Vorteil gegenüber auf Wasser basierenden Phosphorsäuren darstellt. Das Mischen von Phosphorsäure mit Heißasphalt unter typischen Mischbedingungen führt beispielsweise häufig zu Schaumbildung und Spritzen, während Polyphosphorsäuren leicht und mit wenig oder keiner/m Schaumbildung und Spritzen inkorporiert werden können.
Vorzugsweise ist die Polyphosphorsäuremenge, die zur Belagzusammensetzung zugesetzt wird, eine wirksame Menge, d. h. eine Menge, welche die Haftung zwischen dem Asphaltbindemittel und dem Zuschlagstoff im Vergleich zu einer identischen Belagzusammensetzung, die keine Polyphosphorsäure enthält, verbessert. Vorzugsweise wird die Polyphosphorsäure in einer Menge zur Belagzusammensetzung zugesetzt, welche den maximalen Haftfestigkeitsverbesserungsvorteil bringt. Obwohl diese optimale Menge von verschiedenen Faktoren abhängt, einschließlich der Art des Asphalts (d. h. der chemischen Zusammensetzung des Asphalts), der Art des Zuschlagstoffs, der zur Herstellung der Belagzusammensetzung verwendet wird, des Feuchtigkeitsgehalts des Asphalts und des Zuschlagstoffs, des Zusatzes von Polmyeradditiven usw., kann diese leicht durch empirische Routinetests bestimmt werden. Im Allgemeinen wird jedoch davon ausgegangen, dass Haftfestigkeitsverbesserungen schon zu erkennen sind, wenn nur etwa 0,05 Gew.-% Polyphosphorsäure im Asphaltbindemittel enthalten sind. Vorzugsweise beträgt die Polyphosphorsäurekonzentration, die zum Asphalt zugesetzt wird, zumindest etwa 0,1 Gew.-% des Asphaltbindemittels. Noch bevorzugter beträgt die Polyphosphorsäurekonzentration, die zum Asphalt zugesetzt wird, zumindest etwa 0,2 Gew.-% des Asphaltbindemittels.
Außerdem wurde herausgefunden, dass die Haftung nachteilig beeinflusst wird, wenn eine maximale Polyphosphorsäurekonzentration überschritten wird. Obwohl diese Konzentrationsobergrenze je nach Asphalt variiert, beträgt die zum Asphalt zugesetzte Polyphosphorsäurekonzentration vorzugsweise nicht mehr als etwa 2 Gew.-% des Asphaltbindemittels. Noch bevorzugter beträgt die zum Asphalt zugesetzte Polyphosphorsäurekonzentration nicht mehr als etwa 1,5 Gew.-% des Asphaltbindemittels. Noch bevorzugter beträgt die maximale Polyphosphorsäurekonzentration etwa 1,2 Gew.-% des Asphaltbindemittels. Noch bevorzugter beträgt die maximale Polyphosphorsäurekonzentration etwa 1 Gew.-% des Asphaltbindemittels. Noch bevorzugter beträgt die zum Asphalt zugesetzte maximale Polyphosphorsäurekonzentration etwa 0,7 Gew.-% des Asphaltbindemittels.
Angesichts dessen liegt die Polyphosphorsäure in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Konzentration vor, die im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 2,0 Gew.-% des Asphaltbindemittels liegt. Vorzugsweise liegt die Polyphosphorsäure in einer Konzentration vor, die innerhalb eines Bereichs von etwa 0,1 bis etwa 1,2 Gew.-% des Asphaltbindemittels liegt. Noch bevorzugter liegt die Polyphosphorsäure in einer Konzentration vor, die innerhalb eines Bereichs von etwa 0,1 bis etwa 0,7 Gew.-% des Asphaltbindemittels liegt
C. Alkalisches Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv
Neben der Polyphosphorsäure umfasst die Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung auch ein alkalisches Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv. Typischerweise wird davon ausgegangen, dass das Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv Löschkalk ist, der Calciumhydroxid (Ca(OH)₂) umfasst. Im Handel erhältlicher Löschkalk ist ein Trockenpulver, das durch Behandlung von gebranntem Kalk (Calciumoxid, CaO) mit ausreichend Wasser erhalten wird, um seine chemische Affinität für Wasser zu befriedigen, wodurch die Oxide in Hydroxide übergeführt werden.
Vorzugsweise ist die Kalkmenge, die zur Belagzusammensetzung zugesetzt wird, eine wirksame Menge, d. h. eine Menge, welche die Haftung zwischen dem Asphaltbindemittel und dem Zuschlagstoff im Vergleich zu einer identischen Belagzusammensetzung, die keinen Kalk enthält, verbessert. Noch bevorzugter wird der Kalk in einer Menge zur Belagzusammensetzung zugesetzt, welche den maximalen Haftfes tigkeitsverbesserungsvorteil bringt. Obwohl diese optimale Menge von verschiedenen Faktoren abhängt, einschließlich der Art des Asphalts (d. h. der chemischen Zusammensetzung des Asphalts), der Art des Zuschlagstoffs, der zur Herstellung der Belagzusammensetzung verwendet wird, des Feuchtigkeitsgehalts des Asphalts und des Zuschlagstoffs, des Zusatzes von Polmyeradditiven usw., kann diese leicht durch empirische Routinetests bestimmt werden. Im Allgemeinen wird jedoch davon ausgegangen, dass Haftfestigkeitsverbesserungen schon auftreten, wenn Kalk in einer Menge von nur etwa 0,5 Gew.-% des Zuschlagstoffs in der Belagzusammensetzung enthalten ist. Vorzugsweise beträgt die Kalkkonzentration, die zur Belagzusammensetzung zugesetzt wird, zumindest etwa 1 Gew.-% des Zuschlagstoffs. Außerdem ist die Kalkkonzentration, die zur Belagzusammensetzung zugesetzt wird, vorzugsweise nicht so groß, dass sie andere Eigenschaften nachteilig beeinflusst. Typischerweise beträgt die Kalkkonzentration nicht mehr als etwa 2,0 Gew.-% des Zuschlagstoffs. Vorzugsweise beträgt die Kalkkonzentration nicht mehr als etwa 1,5 Gew.-% des Zuschlagstoffs. Folglich umfasst die Belagzusammensetzung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Kalk in einer Konzentration zwischen etwa 0,5 und etwa 2,0 Gew.-% des Zuschlagstoffs. Vorzugsweise umfasst die Belagzusammensetzung Kalk in einer Konzentration zwischen etwa 1 und etwa 1,5 Gew.-% des Zuschlagstoffs.
Wenn Kalk zu Heißasphalt zugesetzt wird, reagiert er mit dem Zuschlagstoff und verstärkt die Bindung zwischen dem Bitumen und dem Stein. Zur gleichen Zeit, zu welcher er den Zuschlagstoff behandelt, reagiert der Kalk auch mit dem Asphaltbindemittel. Genauer gesagt wird davon ausgegangen, dass der Kalk mit hochpolaren Molekülen reagiert, die sonst in dem Gemisch reagieren können, um wasserlösliche Seifen zu bilden, die eine Ablösung fördern. Wenn diese Moleküle mit Kalk reagieren, bilden sie unlösliche Salze, die nicht länger Wasser anziehen (siehe z. B. J. C. Petersen, H. Plancher und P. M. Harnsbergen, Lime Treatment of Asphalt to Reduce Age Hardening and Improve Flow Properties, Proceedings, AAPT, Bd. 56 (1987)). Außerdem macht die Dispersion der winzigen hydratisierten Kalkteilchen im Gemisch dieses steifer und beständiger, wodurch die Wahrscheinlichkeit gesenkt wird, dass die Bindung zwischen dem Asphaltbindemittel und dem Zuschlagstoff mechanisch aufgebrochen wird, auch wenn kein Wasser vorhanden ist.
Der hydratisierte Kalk, der zur Herstellung der Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann je nach geeignetem Verfahren zum Zuschlagstoff, zum Asphalt oder zu beidem zugesetzt werden. Es gibt mehrere erwiesene und wirksame Verfahren zum Zusatz von hydratisiertem Kalk zu Asphalt. Beispiele für solche Verfahren umfassen das Einspritzen von hydratisiertem Kalk in einen Trommelmischer, das Zusetzen des Kalks in eine Knetmaschine, das Zusetzen von trockenem hydratisiertem Kalk zu einem feuchten Zuschlagstoff unter Feuchtigkeitszugabe, das Zusetzen einer Kalkaufschlämmung zu einem Zuschlagstoff mit oder ohne Feuchtigkeitszugabe (siehe z. B. How to Add Hydrated Lime to Asphalt, An Overview of Current Methods, National Lime Association, http://www.lime.org/publications.html). Typischerweise wird das Verfahren, durch das hydratisierter Kalk zugesetzt wird, in den USA durch die Transportministerien bestimmt. Diese staatlichen Vorschriften und Verfahren werden typischerweise an lokale Materialien und die Fähigkeiten von Baufirmen und Ausrüstung angepasst.
D. Oberflächenaktive Haftfestigkeitsverbesserungsadditive
Außerdem wurde herausgefunden, dass die Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung gegebenenfalls ein oberflächenaktives Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv umfasst. Wie oben erwähnt sind die meisten solcher Additive Additive vom Amintyp, und diese Feststellung ist überraschend, da Additive vom Amintyp von manchen Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung als inkompatibel mit Phosphorsäuremodifikation erachtet werden. Es ist wichtig, anzumerken, dass die Art des oberflächenaktiven Haftfestigkeitsverbesserungsadditivs, das in einer Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthalten sein kann, nicht auf den Amintyp eingeschränkt ist, sondern auch andere im Handel erhältliche oberflächenaktive Materialien umfasst, die Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung dafür bekannt sind, dass sie die Haftung zwischen Zuschlagstoff und Asphaltbindemittel erhöhen.
Typischerweise umfassen Haftfestigkeitsverbesserungsadditive vom Amintyp beispielsweise primäre Amine, Diamine, Triamine, Tetramine, Polyamine, Amidoamine oder ethoxylierte Diamine usw. Vorzugsweise ist das oberflächenaktive Haftfestigkeitsverbesserungsmittel flüssig, damit es leichter in den gesamten Asphalt eingemischt werden kann. Beispiele für im Handel erhältliche flüssige Amin-Haftfestigkeitsverbesserungsadditive umfassen das PAVEBOND- und das MORLIFE-Haftfestigkeitsverbesserungsmittel, die von Rohm und Haas erhältlich sind, und das ADHERE-Haftfestigkeitsverbesserungsmittel, das von Arr-Maz Custom Chemicals Inc. erhältlich ist.
Falls enthalten, stimmt die Konzentration des oberflächenaktiven Haftfestigkeitsverbesserungsmittels in der Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mit der/den Konzentration(en) überein, die als geeignet für die jeweilige Anwendung und die damit zusammenhängenden Variablen, wie z. B. Art des Asphalts, Typ des Zuschlagstoffs usw., erachtet wird/werden. Typischerweise liegt die Konzentration der oberflächenaktiven Haftfestigkeitsverbesserungsadditive zwischen etwa 0,5 und etwa 1,0 Gew.-% des Asphaltbindemittels.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung jedoch vorzugsweise nicht mit flüssigen Haftfestigkeitsverbesserungsmitteln im Allgemeinen und Haftfestigkeitsverbesserungsmitteln vom Amintyp im Speziellen modifiziert. Anders gesagt ist das Asphaltbindemittel in dieser Ausführungsform vorzugsweise im Wesentlichen frei von flüssigen Amin-Haftfestigkeitsverbesserungsadditiven. Im Speziellen beträgt die Konzentration solcher Additive, in der Reihenfolge steigender Präferenz, weniger als etwa 0,5, 0,2, 0,1, 0,05 oder 0,01 Gew.-% des Asphaltbindemittels oder sogar 0%.
E. Polymere Asphaltmodifikatoren
Die Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann auch einen polymeren Modifikator umfassen. Typische polymere Asphaltmodifikatoren umfassen Styrol-Butadien-Styrol-Copolymere (SBS), Styrol-Butadien-Copolymere (SB) und elastome re Terpolymere. Im Handel erhältliche Terpolymere umfassen ELVALOY von Du-Pont, das ein Ethylen-Glycidyl-Acrylat-Polymer ist (d. h. es umfasst ein Ethylen-Rückgrat, das mit einer Glycidyl-funktionellen Gruppe modifiziert ist, um epoxidartige Reaktionseigenschaften bereitzustellen, und eine Acryl-funktionelle Gruppe, um flexible und elastomere Eigenschaften bereitzustellen). Weitere geeignete Polymermodifikatoren können Ethylen-Vinyl-Acetat-(EVA-)Polymere, Ethylen-Methacrylat-(EMA-)Polymere, Styrol-Isopren-Copolymere (SIS), Epoxidharze, natürliche Kautschuke und Polydiolefine, wie z. B. Polybutadien und Polyisopren, umfassen.
Falls enthalten, entspricht die Konzentration eines polymeren Modifikators in der Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise der/den Konzentration(en), die als geeignet für die jeweilige Anwendung und die damit zusammenhängenden Variablen, wie z. B. Art des Asphalts, Typ des Zuschlagstoffs usw., erachtet wird/werden. Typischerweise liegt die Konzentration der polymeren Modifikatoren zwischen etwa 2 und etwa 10 Gew.-% des Asphaltbindemittels. Noch bevorzugter liegt die Konzentration des Polymers zwischen etwa 2 und etwa 6 Gew.-% des Asphaltbindemittels. Terpolymere, wie z. B. der im Handel erhältliche ELVALOY-Modifikator, umfassen typischerweise etwa 2 Gew.-% des Asphaltbindemittels und manchmal nur etwa 1 Gew.-% des Asphaltbindemittels.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung jedoch vorzugsweise nicht mit Polymeren modifiziert. Anders gesagt ist das Asphaltbindemittel in dieser Ausführungsform vorzugsweise im Wesentlichen frei von polymeren Modifikatoren. Im Speziellen beträgt die Konzentration solcher Additive, in der Reihenfolge steigender Präferenz, weniger als etwa 1,0, 0,5, 0,2, 0,1, 0,05 oder 0,01 Gew.-% des Asphaltbindemittels oder sogar 0%.
Im Hinblick auf die obigen Ausführungsformen kann die Belagzusammensetzung auch im Wesentlichen frei von flüssigen Haftfestigkeitsverbesserungsmitteln und polymeren Modifikatoren sein. Somit kann die Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen aus einem Asphaltbindemittel, Polyphosphorsäure, Kalk und einem Zuschlagstoff in jenen Konzentrationen bestehen, die laut den hierin dargelegten Werten bevorzugt sind.
F. Herstellung des Asphaltbindemittels
Die Herstellung des Asphaltbindemittels kann durch jedes beliebige auf dem Gebiet der Erfindung bekannte und geeignete Verfahren durchgeführt werden, wie z. B. durch direkten Zusatz unter Rühren oder Im-Rohr-Mischen. Ungeachtet der Methode wird die Herstellung des Asphaltbindemittels typischerweise erleichtert, indem die Temperatur des Asphaltbindemittels, der Polyphosphorsäure und anderer Additive erhöht wird. Um das Mischen zu erleichtern, wird die Temperatur auf zumindest den Erweichungspunkt des Asphalts erhöht. Typischerweise wird die Temperatur des Gemischs auf zwischen etwa 160 und etwa 200°C erhöht. Nachdem der Asphalt auf eine Temperatur erhitzt wurde, die für den Mischvorgang ausreicht, werden die Polyphosphorsäure und andere Bestandteile typischerweise in die heiße Asphaltzufuhr zugesetzt, und zwar unter Rühren, um die Polyphosphorsäure und andere optionale Bestandteile im gesamten Asphalt zu dispergieren.
Obwohl Asphaltbindemittel, die Asphalt, Zusätze wie Polyphosphorsäure und polymere Modifikatoren (falls vorhanden) umfassen, durch In-Rohr-Mischen der Bestandteil in der Heißmischanlage hergestellt werden können (häufig als Post-Blending bezeichnet), werden vorzugsweise der Asphalt, die Polyphosphorsäure und jeder beliebige andere polymere Modifikator durch den Asphaltbindemittel-Lieferanten eingemischt, bevor dieser zu einer Heißmischasphaltanlage gebracht wird (häufig als Pre-Blending bezeichnet). Einige Kombinationen aus Asphalt und Additiven können relativ leicht unter Verwendung eines Rührkesselwerks vermischt werden, während andere Mahlen mit hoher Scherung oder andere spezielle Mischvorgänge erfordern. Diese Präferenz sollte jedoch nicht als Hinweis verstanden werden, dass die Polyphosphorsäure nicht in einer Heißmischasphaltanlage mit einem Asphaltbindemittel (das frei von polymeren Modifikatoren ist oder einen solchen enthält) vermischt werden kann. Im Gegensatz dazu werden oberflächenaktive Haftfestigkeitsverbesserungsmittel typischerweise nicht vorher eingemischt – sie werden typischerweise in der Heißmischanlage mit dem Asphalt vermischt, bevor der Asphalt mit dem Zuschlagstoff vermischt wird. Verfahren zum Mischen von oberflächenaktiven Haftfestigkeitsverbesserungsadditiven und Asphalt sind Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung wohlbekannt, und jedes beliebige solche Verfahren kann eingesetzt werden, um eine Asphaltbelag-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung herzustellen. Gleichermaßen kann es auch möglich sein, das alkalische Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv (z. B. Kalk) einem Pre-Blending mit dem Asphalt zu unterziehen, wobei jedoch ein solches Vorgehen untypisch wäre. Wie oben angemerkt wird Kalk typischerweise zur Belagzusammensetzung zugesetzt, indem der Zuschlagstoff behandelt wird, bevor er mit dem Asphaltbindemittel vermischt wird.
G. Zuschlagstoffe
„Zuschlagstoff" ist ein Sammelbegriff für die mineralischen Materialien, wie z. B. Sand, Kies und Schotter, die mit einem Asphaltbindemittel verwendet werden, um Verbundmaterialien, wie z. B. eine Asphaltbelag-Zusammensetzung, herzustellen. Bezogen auf das Volumen macht der Zuschlagstoff typischerweise zumindest etwa 90 Vol.-% einer Asphaltbelag-Zusammensetzung aus. Beispielsweise ist es nicht ungewöhnlich, dass Asphaltbelag-Zusammensetzungen zwischen etwa 92 und etwa 96 Vol.-% eines Zuschlagstoffs enthalten.
Der Zuschlagstoff kann einen natürlichen Zuschlagstoff, einen künstlich hergestellten Zuschlagstoff oder eine Kombination aus beiden umfassen. Ein natürlicher Zuschlagstoff ist typischerweise abgebautes Gestein aus einer unausgesteiften Baugrube (d. h. einem Steinbruch), der durch mechanisches Zerbrechen auf einsetzbare Größen zerkleinert wird. Natürliche Zuschlagstoffe stammen aus Gestein aus drei breiten geologischen Klassifizierungen: Ergussgestein, Sedimentgestein und Umwandlungsgestein. Ergussgesteine sind vor allem Kristalline, die durch Abkühlen von geschmolzenem Material unter der Erdkruste entstanden sind. Sedimentgesteine wurden aus abgelagertem, unlöslichem Material am Grund eines Ozeans oder Sees gebildet, das durch Hitze und Druck in Gestein umgewandelt wurde. Sedimentgesteine weisen eine Schichtstruktur auf und werden anhand des vorherrschenden Mi nerals weiter klassifiziert. Beispielsweise werden Sedimentgesteine im Allgemeinen als kalkhaltige (Kalk, Kreide usw.), kieselhaltige (Chert, Sandstein usw.) oder lehmhaltige (Schiefer usw.) klassifiziert. Umwandlungsgesteine sind Erguss- oder Sedimentgesteine, die ausreichend Hitze, Druck oder beidem ausgesetzt wurden, sodass sich die Mineralstruktur des ursprünglichen Gesteins verändert hat. Ein künstlich hergestellter Zuschlagstoff ist typischerweise das Nebenprodukt anderer Herstellungsprozesse, wie z. B. Schlacke aus der metallurgischen Verarbeitung (z. B. Stahl-, Zinn- und Kupferherstellung). Künstlich hergestellte Zuschlagstoffe umfassen auch Spezialmaterialien, die so hergestellt werden, dass sie eine bestimmte physikalische Eigenschaft aufweisen, die in natürlichen Gesteinen nicht vorkommt, wie z. B. geringe Dichte. Die Mineralzusammensetzung des Zuschlagstoffs bestimmt zum größten Teil die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Zuschlagstoffs und wie dieser sich als Belagmaterial verhält. Vor allem die Zusammensetzung des Zuschlagstoffs wirkt sich signifikant auf die Anfälligkeit oder Neigung einer Belagzusammensetzung für eine Ablösung aus. In der Tat können die physiochemischen Oberflächeneigenschaften des Zuschlagstoffs eine wichtigere Rolle beim Ablösen von Heißasphalt spielen als die Eigenschaften des Asphaltbindemittels. Obwohl das komplexe Phänomen im Zusammenhang mit der Verdrängung des Asphaltbindemittels von den Oberflächen der Zuschlagstoffteilchen durch Wasser noch nicht vollkommen klar ist, ist bekannt, dass die chemische Zusammensetzung oder der Mineralgehalt des Zuschlagstoffs ein signifikanter Faktor ist. Beispielsweise spielt die Affinität eines Zuschlagstoffs zu Wasser oder Asphalt eine Rolle. Einige Zuschlagstoffe weisen eine stärkere Affinität für Wasser als für Asphalt auf (hydrophil), wodurch sie meist anfälliger für Ablösung werden. Diese Zuschlagstoffe sind häufig sauer, und Beispiele umfassen Quarzit, Sandstein und Granit. Andererseits neigen Zuschlagstoffe mit einer stärkeren Affinität für Asphalt als für Wasser (hydrophob) dazu, weniger anfällig für Ablösung zu sein. Diese Zuschlagstoffe sind meist basisch, und Beispiele umfasse Marmor, Kalkstein, Basalt und Dolomit. Die Belagzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann jede beliebige Art von Belag-Zuschlagstoff enthalten. Wie in den nachstehenden Beispielen gezeigt ist, ist die Haftverbesserung jedoch besonders deutlich, wenn ein Zuschlagstoff eingesetzt wird, der bekannterweise anfällig für Ablösung ist, wie z. B. Lithonia-Granit.
Somit kann der Zuschlagstoff so ausgewählt werden, dass die Haftfestigkeitsverbesserungseigenschaften der Belagzusammensetzung verbessert werden. Die Auswahl des Zuschlagstoffs basiert jedoch typischerweise nicht nur auf seiner Anfälligkeit für Ablösung. Andere Faktoren, wie z. B. Härte, Beständigkeit, Abriebfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Kosten, Verfügbarkeit usw., werden typischerweise ebenfalls berücksichtigt und können von größerer Bedeutung sein als die Haftfestigkeitsverbesserung. Obwohl Kalkstein hinsichtlich der Haftfestigkeitsverbesserung im Allgemeinen als guter Zuschlagstoff erachtet wird, ist er in Bezug auf die Härte und Beständigkeit ein schlechter Zuschlagstoff.
Ein Zuschlagstoff wird auch basierend auf der Maximalgröße oder Mischgröße seiner Teilchen ausgewählt. Beispiele für Mischgrößen umfassen 4,75 mm, 9,5 mm, 12,5 mm, 19,0 mm, 25,0 mm und 37,5 mm. Neben der Mischgröße ist häufig auch die Abstufung ein Auswahlfaktor (d. h. die relativen Mengen der verschieden großen Teilchen, die typischerweise durch Siebanalyse bestimmt werden). Beispiele für typische Abstufungen umfassen: dicht oder gut abgestuft, was in den USA am weitesten verbreitet ist; mit fehlender Zwischenkorngröße, was häufig für eine Entmischung während der Einbringung der Belagzusammensetzung anfällig ist; füllerarm, was zu einem größeren Prozentsatz an Hohlräumen führen kann, weil es nicht genug kleine Teile zwischen größeren Teilchen gibt; und gleichmäßig abgestuft, worin alle Teilchen im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen.
Die Auswahl eines geeigneten Zuschlagstofftyps und seiner Eigenschaften (z. B. Mischgröße, Abstufung, Feuchtigkeitsgehalt usw.) für eine bestimmte Anwendung basiert auf vielen Faktoren, wie z. B. dem Standort des Belags, der Verkehrsart, der Temperatur usw., und ist Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung bekannt und klar.
H. Verfahren zur Herstellung einer Asphaltbelag-Zusammensetzung
Da Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung allgemein bekannt ist, dass das Ausmaß der Verbesserung oder Verschlechterung von Eigenschaften, wie z. B. der Haftfestigkeitsverbesserung, und anderen Eigenschaften, wie z. B. Rillenbildung, Steifig keit, Abriebfestigkeit, Oxidation und Alterung sowie Rissbildung, großteils von zahlreichen Variablen, wie z. B. der/den Art(en) des/der Asphalts/Asphalte, der/den Art(en) des/der Zuschlagstoff(e), der Asphaltmodifikationsparameter, einschließlich Temperatur, Zeit, Art(en) und Konzentration(en) von Modifikationsmitteln, abhängt, wird eine empirische Bestimmung der optimalen Materialien, Konzentrationen, Verarbeitungsbedingungen oder von Kombinationen davon bevorzugt, um einen Asphaltbeton mit, neben anderen annehmbaren Eigenschaften, dem höchsten Grad an Haftfestigkeitsverbesserungsverhalten herzustellen.
Im Allgemeinen kann eine annehmbare Asphaltbelag-Zusammensetzung hergestellt werden, indem das Asphaltbindemittel, das typischerweise mit der Polyphosphorsäure und beliebigen anderen Modifikatoren modifiziert ist, und der Zuschlagstoff, der typischerweise mit Kalk behandelt ist, bei einer erhöhten Temperatur (z. B. von über etwa 165°C) lange genug gemäß einem beliebigen auf dem Gebiet der Erfindung bekannten Verfahren behandelt werden (z. B. zwischen 1 und 4 Stunden lang), um den Zuschlagstoff zu beschichten. Herkömmliche Verfahren umfassen Chargen-Herstellung, Gleichstrom-Trommelmischen und Gegenstrom-Trommelmischen. Obwohl unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden können, um den Zuschlagstoff mit dem Asphaltbindemittel zu vereinigen, ist die resultierende Belagzusammensetzung im Wesentlichen die gleiche – Zuschlagstoff und Bindemittel in einer Menge, die ausreicht, um den Zuschlagstoff zu beschichten und die Belagzusammensetzung adäquat zu binden. Typischerweise beträgt die Asphaltbindemittelmenge zumindest etwa 4 Gew.-%, wobei der Rest der Belagzusammensetzung den Zuschlagstoff umfasst, der vorzugsweise mit Kalk behandelt ist. Außerdem umfasst die Belagzusammensetzung typischerweise nicht mehr als etwa 7 Gew.-% des Asphaltbindemittels, da sie sonst unter anderem deutlich teurer und typischerweise anfälliger für Verformungen wird. Angesichts dessen liegt die Konzentration des Asphaltbindemittels in der Belagzusammensetzung zwischen etwa 4 und etwa 7 Gew.-%. Noch bevorzugter liegt die Konzentration des Asphaltbindemittels vorzugsweise zwischen etwa 4,5 und 6,5 Gew.-%.
I. Verwendung einer Asphaltbelag-Zusammensetzung
Es ist wichtig, anzumerken, dass, obwohl der Zusatz von Phosphorsäure und Kalk genutzt werden kann, um die Haftung zwischen dem Asphalt und dem Zuschlagstoff zu verbessern, andere Faktoren im Zusammenhang damit, wie eine Belagzusammensetzung aufgebracht wird, eine wichtige Rolle bezüglich der Beständigkeit eines Belags spielen. Beispielsweise ist Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung wohlbekannt, dass die Dicke des Belags („Lagendicke") und der Verdichtungsgrad, häufig als Prozentsatz der Hohlräume gemessen, sich auf die Durchlässigkeit des Belags für Wasser auswirken. Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass die Lagendicke zwischen drei- und viermal der Zuschlagstoff-Mischgröße liegen sollte. Die bevorzugte Lagengröße für eine Belagzusammensetzung mit einer Mischgröße von 9,5 mm beträgt etwa 38 mm (etwa 1,5 Zoll). Die geeignete Gemischauswahl und die Lagendicke unterstützen die Verdichtung der Belagzusammensetzung, wodurch die Permeabilität verringert wird. Vorzugsweise beträgt die Verdichtung der Belagzusammensetzung im Vergleich zum Hohlraumprozentsatz weniger als etwa 7,5%. Typischerweise kann die Verdichtung so gewählt sein, dass ein Hohlraumprozentsatz von nur etwa 4–5% erreicht werden kann.
Beispiel 1 – Beurteilung der Feuchtigkeitsempfindlichkeit unter Einsatz des Texas-Siedetests
Der Texas-Siedetest (Texas Method Tex-530-C) oder ASTM D 3625, „Effect of Water an Bituminous-Coated Aggregate Using Boiling Water" („Wirkung von Wasser auf mit Bitumen beschichteten Zuschlagstoff unter Verwendung von siedendem Wasser"), ist ein subjektiver Test, der in der Asphaltbindemittelindustrie weit verbreitet ist und zur Beurteilung der Haftung eines Asphaltbindemittels an einen bestimmten Zuschlagstoff dient. Bei diesem Test wird das Asphaltbindemittel mit dem Zuschlagstoff vermischt, und die Temperatur des Gemischs wird auf etwa 135°C erhöht. Wenn es 135°C erreicht, wird das Gemisch in einen Behälter (z. B. einen Becher) mit siedendem Wassergegossen, und der Inhalt wird etwa 10 Minuten lang gekocht. Dann wird das Asphaltbindemittel vom Wasser abgetrennt und bei Raumtemperatur trocknen gelassen. Der getrocknete Asphalt wird einer Sichtprüfung unterzogen, um den Prozentsatz an Zuschlagstoff zu schätzen, der mit anhaftendem Asphaltbindemittel bedeckt ist. Typischerweise wird gleichzeitig eine Kontrollprobe von Asphaltbeton (d. h. Beton ohne Haftfestigkeitsverbesserungsmittel) getestet, um die Wirksamkeit des/der Additivs/Additive genauer zu beurteilen.
Diese Tests wurden durchgeführt, um die Wirkung auf das Ablösen zu testen, die unterschiedliche Konzentrationen von 105%iger Polyphosphorsäure auf drei Asphalte mit signifikant unterschiedlichen Chemien hätten. Außerdem wurde die Wirkung von zwei flüssigen Amin-Haftfestigkeitsverbesserungsmitteln und von Kalk zusammen mit der Polyphosphorsäure getestet. Die beiden flüssigen Amin-Haftfestigkeitsverbesserungsmittel waren PAVEBOND (leichte Klasse) von Rohm & Haas und ADHERE (HP Plus) von Arr-Maz Custom Chemicals Inc. Der Zuschlagstoff war 9,5 mm Lithonia-Granit von Martin Marietta. Dieser Zuschlagstoff wurde gewählt, weil er bekannterweise besonders anfällig für Ablösung ist. Die gewählten Asphalte waren eine PG 64-22 von Valero/UDS, ein PG 67-22 von Citgo und eine PG 58-22 von Husky.

Die Konzentrationen der Bestandteile und die Ergebnisse des Texas-Siedetests sind in der nachfolgenden Tabelle A zusammengefasst. Tabelle A

Asphalt	Polyphosphorsäure¹	PAVEBOND LITE¹	Adhere HP Plus¹	Kalk²	geschätzte % Haftung
Asphalt	Polyphosphorsäure¹	PAVEBOND LITE¹	Adhere HP Plus¹	Kalk²	ungealtert	1 Woche bei 120°F gealtert
Valero PG 64-22			0,5		99	100
		0,5			98	99
	0,5	0,5			92	98
	0,5			2,0	85	95
	2,0			2,0	82	88
	2,0	0,5			80	90
	0,5		0,5		80	88
	2,0		0,5		75	88
				2,0	58	87
	0,5				20	85
	2,0				10	60
	unvermischter Asphalt (Kontrolle)				2	2
Citgo PG 67-22	0,5			2,0	92	98
	0,5		0,5		90	98
			0,5		89	96
	0,5	0,5			85	88
	2,0			2,0	85	88
		0,5			77	93
				2,0	75	90
	2,0		0,5		60	60
	0,5				55	75
	2,0	0,5			55	60
	2,0				13	55
	unvermischter Asphalt (Kontrolle)				2	4
Husky PG 58-22	0,5			2,0	94	98
	0,5	0,5			94	92
			0,5		92	9
	0,5		0,5		92	96
	2,0			2,0	87	92
				2,0	83	88
		0,5			80	85
	0,5				77	82
	2,0		0,5		74	75
	2,0	0,5			60	65
	2,0				13	50
	unvermischter Asphalt (Kontrolle)				12	10

¹ direkt zu Asphalten zugesetzt
² vor Bestimmung der Heißasphalteigenschaften mit dem Zuschlagstoff vorvermischt

Die obigen Daten zeigen die folgenden unerwarteten Ergebnisse auf. Erstens wies die Kombination von etwa 0,5% Polyphosphorsäure und etwa 2,0% Kalkbehandeltem Zuschlagstoffen die besten Gesamt-Haftfestigkeitsverbesserungseigenschaften auf. Zweitens zeigen die Daten, dass die Belagzusammensetzungen, die etwa 0,5% Polyphosphorsäure mit und ohne 0,5% eines flüssigen Haftfestigkeitsverbesserungsadditivs enthielten, ähnliche Haftgrade aufwiesen. Drittens verbesserten hohe Konzentrationen von Polyphosphorsäure alleine die Haftung nicht. Somit wird davon ausgegangen, dass die Überschreitung einer bestimmten Konzentration von Polyphosphorsäure (z. B. etwa 2,0%), mit Kalk oder flüssigen Haftfestigkeitsverbesserungsmitteln, die Haftung des Asphaltbindemittels an den Zuschlagstoff verringert. Viertens wies der (unbehandelte) Kontroll-Asphalt die schlechteste Haftung auf. Fünftens verbesserte eine Alterung der Belagzusammensetzung (d. h. Lagerung etwa eine Woche lang bei etwa 49°C) die Haftfestigkeit der Belagzusammensetzung. Und schließlich schien die Aufnahme von etwa 0,5% Polyphosphorsäure in das Asphaltbindemittel eine äquivalente Wirkung zu haben wie der Zusatz von 2,0% Kalk zum Zuschlagstoff. Zusammengefasst wird eine Verbesserung der Haftung also erreicht, indem die Konzentrationen der Polyphosphorsäure und des Kalks innerhalb leicht bestimmbarer Bereiche gewählt werden.
Beispiel 2 – Rheologische Beurteilung mit dem dynamischen Scher-Rheometer
Einige der in Beispiel 1 angeführten Asphaltbindemittel wurden gemäß dem herkömmlichen dynamischen Scher-Rheometertest (AASHTO TP 5) getestet. Der Test umfasst das Messen des komplexen Schermoduls (G*) und des Phasenwinkels (δ), der die Zeitverzögerung darstellt, ausgedrückt in Radianten zwischen der maximalen angelegten Scherspannung und der maximalen resultierenden Scherung. Der komplexe Schermodul (G*) und der Phasenwinkel (δ) werden zur Vorhersage von Rillenbildung und Ermüdungsrissbildung verwendet. Um der Rillenbildung standzuhalten, sollte ein Asphaltbindemittel steif (sich nicht zu sehr verformen) und elastisch (in der Lage, nach einer Verformung unter Last wieder zur ursprünglichen Form zurückzukehren) sein, was einem großen elastischen Teil des komplexen Schermoduls ent spricht (G*cosδ). Intuitiv würde man davon ausgehen, dass je höher der G*-Wert ist, desto steifer das Asphaltbindemittel (widerstandsfähig gegen Verformung) sein sollte, und je niedriger der δ-Wert ist, desto größer der elastische Teil von G* (Fähigkeit, zur ursprünglichen Form zurückzukehren) sein sollte. Um der Ermüdungsrissbildung entgegenzuwirken, sollte ein Asphaltbindemittel elastisch und nicht zu steif sein (übermäßig steife Stoffe bilden eher Risse als dass sie sich verformen und rückbilden). Der viskose Teil des komplexen Schermoduls (G*sinδ) ist vorzugsweise klein. Obwohl sie ähnlich aussehen, ist die Spezifikation eines großen G*cosδ und eines kleinen G*sinδ nicht das gleiche. Beide erfordern typischerweise kleine Phasenwinkel (δ), aber der Schlüssel liegt darin, einen komplexen Schermodul (G*) zu haben, der weder zu groß noch zu klein ist.

Die Konzentrationen der Bestandteile und die Ergebnisse des dynamischen Scher-Rheometer-Tests sind in der nachstehenden Tabelle B zusammengefasst. Tabelle B

% Zusatz				DSR, G*/sin δ, Originalprobe 64°C; kPa	DSR, G*/sin δ, Originalprobe 67°C; kPa	DSR, G*/sin δ, Originalprobe 58°C; kPa
Polyphosphorsäure¹	PAVEBOND LITE	Adhere HP Plus¹	Kalk²	Valero PG 64-22	Citgo PG 67-22	Husky PG 58-22
0,5				1,830	2,444	2,740
0,5			2,0	k. A.³	k. A.³	k. A.³
0,5	0,5			1,294	1,470	1,908
0,5		0,5		1,426	1,499	2,222
2,0				7,836	12,47	8,278
2,0			2,0	k. A.³	k. A.³	k. A.³
2,0	0,5			2,710	4,331	3,966
2,0		0,5		2,528	3,632	3,498
	0,5			1,192	1,584	1,863
		0,5		1,246	1,405	2,119
			2,0	k. A.³	k. A.³	k. A.³
unvermischter Asphalt (Kontrolle)				1,377	1,478	1,706

¹ direkt zu Asphalten zugesetzt
² vorher mit Zuschlagstoff vermischt
³ DSR-Wert von „modifiziertem" Bindemittel äquivalent zu Bindemittel ohne Kalk

Unter anderem zeigen die obigen Daten, dass der Zusatz von 0,5% eines flüssigen Amin-Haftfestigkeitsverbesserungsadditivs (eines Etheramins) gemischte Ergebnisse beim viskosen Teil des komplexen Schermoduls (G*sinδ) ergab. Genauer gesagt wurde beim Asphalt PG 64-22 der G*sinδ verringert, indem die flüssigen Aminadditive zugesetzt wurde, wobei das PAVEBOND-Additiv eine stärkere Verringerung bereitstellte. Beim Asphalt PG 67-22 erhöhte PAVEBOND den G*sinδ, und ADHERE verringerte den G*sinδ. Beim Asphalt PG 58-22 erhöhten beide Additive den G*sinδ, aber ADHERE führte zu einer stärkeren Erhöhung. Weiters wurde ein signifikanter Anstieg von G*sinδ beobachtet, wenn 0,5% Polyphosphorsäure ohne flüssiges Aminadditiv zugesetzt wurden. In der Tat war der Anstieg stark genug, um die Hochtemperaturgüte des Bindemittels zu erhöhen. Zusätzlich dazu waren die G*sinδ-Ergebnisse aus der Kombination von 0,5% Polyphosphorsäure und flüssigen Amin additiven gemischt. Genauer gesagt waren sie bei den Asphalten PG 64-22 und PG 67-22 neutral, und beim Asphalt PG 58-22 führten sie zu einer signifikanten Erhöhung. Weiters erhöhte der Zusatz von 2,0% Polyphosphorsäure, mit und ohne flüssige Aminadditive, den G*sinδ signifikant.
Beispiel 3 – Beurteilung der Feuchtigkeitsempfindlichkeit unter Einsatz des Lottman-Verfahrens
Das Lottman-Verfahren, das auch unter der AASHTO-Bezeichnung T 283–89(1993) bekannt ist und den Titel „Resistance of Compacted Bituminous Mixture-Induced Damage" („Beständigkeit von verdichtetem Bitumengemisch-induziertem Schaden") trägt, wird durchgeführt, um die Wirkungen von Sättigung und beschleunigter Wasserkonditionierung auf die diametrale Zugfestigkeit von verdichteten bituminösen Gemischen zu messen. Die Proben wurden unter Verwendung von etwa 6,4% Asphaltbindemittel hergestellt. Die Ergebnisse des Lottman-Verfahrens können verwendet werden, um eine langfristige Ablösungsanfälligkeit der Gemische vorherzusagen und die Wirksamkeit von Haftfestigkeitsverbesserungsmitteln zu beurteilen, die zu einem Asphaltbindemittel oder einem Zuschlagstoff zugesetzt werden können.

Die verdichteten Zugfestigkeitsproben werden typischerweise vor und nach einer Konditionierung getestet. Typischerweise werden für jeden Test drei Proben verwendet. Der Wasserkonditionierungsvorgang umfasst ihre Vakuumsättigung mit Feuchtigkeit, das Halten der Proben bei etwa 60°C etwa 24 Stunden lang und dann das Platzieren der Proben in ein Wasserbad mit etwa 25°C etwa zwei Stunden lang. Außerdem kann ein Gefrier-Auftau-Zyklus zum Konditionierungsvorgang hinzugefügt werden. Die Zugfestigkeiten der unkonditionierten und konditionierten Proben werden bestimmt. Im Allgemeinen wird, wenn die Zugfestigkeiten der konditionierten Proben zumindest etwa 70% jeder der Zugfestigkeiten der unkonditionierten Proben betragen, das jeweilige Asphaltbindemittel als resistent gegenüber durch Feuchtigkeit verursachten Schäden erachtet. Die unterschiedlichen Probenzusammensetzungen und Testergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle C zusammengefasst. Tabelle C

Bindemittel, Citgo PG 67-22 mit angeführter Behandlung	Lottman-Ergebnisse, psi								% TSR (kond./unkond.)
	unkonditioniert, Wiederh. Nr.				konditioniert, Wiederh. Nr.
	1	2	3	Mittel	1	2	3	Mittel
Kontrolle (kein Additiv)	145,6	144,5	140,1	143,4	63,8	61,0	67,0	63,9	44,6
0,5% PPA + 2,0% Kalk	167,6	163,8	160,8	164,1	160,3	161,3	162,2	161,3	98,3
0,5% PPA + PAVEBOND LITE	142,8	135,5	138,3	138,9	133,4	133,3	127,4	131,4	94,6
2,0% Kalk	173,6	168,3	164,1	168,7	157,9	151,9	154,7	154,8	91,8
0,5% PPA (105%)	149,0	148,6	149,1	148,3	135,8	143,7	141,9	140,5	94,7
0,5% PPA (115%)	159,4	166,4	166,7	164,1	156,4	147,9	155,6	153,3	93,4
0,5% PAVEBOND LITE	158,9	161,6	156,9	159,1	160,2	155,6	160,4	158,7	99,7

Anm.: Die Zuschlagstoff-Quelle war Lithonia-Granit (Martin Marietta); Mix Design GA DOT 9,5 mm Marshall Design mit 6,4% AC.
Die Daten in Tabelle C stimmen mit einigen allgemein bekannten Tendenzen überein, wie z. B. dass Amin-Haftfestigkeitsverbesserungsmittel dazu neigen, die Viskosität eines Asphaltbindemittels zu verringern, und dass zu erwarten ist, dass sie die Festigkeit einer Belagzusammensetzung erhöhen. Unerwarteterweise ergab jedoch die Kombination aus Polyphosphorsäure und Kalk die größte Festigkeitssteigerung. Ebenfalls unerwartet war, dass die Kombination aus Amin-Haftfestigkeitsverbesserungsmittel und Polyphosphorsäure eine Festigkeit aufwies, die deutlich geringer war als die der anderen modifizierten Proben.
Beispiel 4 – Hamburg-Rad-Test (Hamburg Wheel Test)
Bei diesem Verfahren werden Proben, die ein Asphaltbindemittel und einen Zuschlagstoff enthalten, in Form von verdichteten Platten hergestellt, die aufgebaut und in ein Wasserbad mit kontrollierter Temperatur (z. B. 50–60°C) gegeben werden. Die Platten werden mithilfe eines linearen Knetverdichtungsgeräts verdichtet, das die gewünschte Dichte erreicht, ohne dass der Zuschlagstoff zerbricht. Die hergestellten Proben werden in die Vorrichtung gegeben, die Räder werden in Bewegung gesetzt und die Datenaufzeichnung beginnt. Diese Daten, die automatisch abgenommen werden können, wenn das Rad sich dreht, umfassen die Rillentiefe und die Badtemperatur. Oft wird dieser Test 20.000 Umdrehungen lang oder bis zu einer Verformung von 20 mm durchgeführt, was auch immer vorher erreicht ist. Für diese Bewertung wurde der Test jedoch 8.000 Umdrehungen lang durchgeführt, und die Rillentiefe wurde bestimmt. Eine Rillentiefe von 10 mm war das Kriterium dafür, ob eine Probe bestand oder nicht. Diese Parameter werden derzeit von mehreren US-amerikanischen Verkehrsministerien verwendet, weil sie eine raschere und kostengünstigere Beurteilung ermöglichen. Es gilt anzumerken, dass ein negatives Testergebnis nicht unbedingt bedeutet, dass solch eine Belagzusammensetzung vor Ort tatsächlich versagen würde. Die Ergebnisse des Tests sind lediglich ein Verfahren zur Vorhersage der Beständigkeit einer Belagzusammensetzung gegenüber Rillenbildung und Ablösung unter extremen Feuchtigkeitsbedingungen und zur Beurteilung des relativen Verhaltens verschiedener Belagzusammensetzungen.

Die Asphaltbindemittelzusammensetzungen und ihre dynamischen Scher-Rheometer-Daten sind in der nachstehenden Tabelle D zusammengefasst. Tabelle D

Bestandtlei	Versuch/Gemisch Nr.; Gew.-%
Bestandtlei	–01	–02	–03	–04	–05	–06	–07	–08
Citgo, PG 67-22; 1/04	100,0	99,5	99,0	100,0	99,5	99,5	99,5	99,5
PPA; 105% (1/04)	-	-	-	-	0,5	-	-	0,5
PPA; 115% (1/04)	-	0,5	0,5	-	-	0,5	-	-
PAVEBOND LITE (9/03)	-	-	0,5	-	-	-	0,5	-
Daten/Eigenschaften des Bindemittels:
Original – wie gemischt
DSR, G*/sinδ, kPa	67°C	1,498	2,949	1,576	1,511	3,139	2,856	1,682	3,139
Phasenwinkel, *	67°C	84,2	75,9	83,9	84,8	76,9	77,0	84,2	76,9
Erweichungspunkt, °C	124,0	138,0	130,3	123,0	134,8	137,8	132,5	134,8
RTFOT-Rückstand:
Masseverlust, %	0,284	0,257	0,329	0,312	0,343	0,368	0,427	0,43
DSR, G*/sinδ, kPa	67°C	3,753	7,548	3,422	3,541	8,676	7,386	3,881	8,676
Phasen-Winkel, *	67°C	79,6	68,9	79,1	79,5	68,5	69,0	78,8	68,5
Kalk – vorde m Vermischen mit dem Bindemittel zum Zuschlagstoff zugefügt
Kalk- zum Zuschlagstoff zugesetzt, %	-	2,0	-	2,0	-	-	-	-

Die Daten in Tabelle D stimmen mit den Daten der anderen Beispiele überein und zeigen die rheologischen Wirkungen, die durch die Polyphosphorsäure und die anderen Additive in relativ kleinen Konzentrationen ausgelöst werden. Es wurde erwartet, dass es eine indirekte Korrelation zwischen der Rillentiefe und dem komplexen Schermodul (G*) geben würde. Im Speziellen wurde erwartet, dass die Rillentiefe bei größeren G*-Werten verringert sein würde.

Die Belagzusammensetzungen, die mit den Asphaltbindemitteln hergestellt wurden, sind in Tabelle D angeführt, und die Hamburg-Test-Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle E zusammengefasst. Die anfänglichen Bewertungen waren auf die Bestimmung einer Testtemperatur ausgerichtet, bei der die Kontrolle (reines oder unbehandeltes Asphaltbindemittel mit dem Lithonia-Granit-Zuschlagstoff vermischt) versagen und eine Probe, die ein reines Asphaltbindemittel und einen mit Kalk behandelten Lithonia-Granit-Zuschlagstoff umfasst, bestehen würde. Die Temperatur, die diese beiden Proben voneinander abgrenzte, lag bei etwa 50°C. Neben der Bestimmung der Rillentiefe wurde jede der Proben noch einer Sichtprüfung unterzogen, um die durch den Test verursachte prozentuelle Ablösung zu bestimmen. Tabelle E

Daten/ Information			Versuch/Gemisch Nr.; Gew.-%
Daten/ Information			–01 M	–02 M	–03 M	–04 M	–05 M	–06 M	–07 M	–08 M¹
Anzahl an hergestellten Proben			5–6	2	2	5–6	2	2	2	2
Probenhöhe			63,1, 64,0	62,5, 62,5	62,5, 62,5	63,5, 63,5	62,5, 62,5	62,5, 62,5	62,5, 62,5	62,5, 62,5
Probengewicht, Gramm			2550, 2561	2510, 1512	2505, 2510	2559, 2567	2503, 2506	2506, 2509	2507, 2508	2428, 2435
Lufthohlräume			6,2, 7,1	7,0, 6,8	7,0, 6,9	6,6, 6,5	7,2, 7,1	7,0, 6,9	7,0, 6,9	6,5, 6,3
Dichte			144,3, 142,9	143,1, 143,5	143,1, 143,2	143,7, 143,9	142,8, 143,08	143,1, 143,2	143,1, 143,2	140,0, 140,2
Bindemittelgehalt, %			4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5
verwendete Superpave-Verdichtungsparameter
Mischtemperatur, °C (°F)			165	173	167	165	173	173	165	173
Verdichtungstemperatur, °C (°F)			155	162	156	155	162	162	155	162
Hamburg-Nasstestdaten
Probenhöhe			63,1 64,0	62,5, 62,5	62,5, 62,5	63,5, 63,5	62,5, 62,5	62,5, 62,5	62,5, 62,5	62,5, 62,5
Probengewicht, Gramm			2550, 2561	2510, 2512	2505, 2510	2559, 2567	2503, 2506	2506, 2509	2507, 2508	2428, 2435
gewählte Testtemperatur, °C			50	50	50	50	50	50	50	50
Rillentiefe, mm, bei	1.000	1,894	1,246	1,949	2,595	0,840	1,923	1,578	2,871
	2.000	3,218	1,537	2,773	2,829	1,114	2,514	2,209	4,205
	3.000	4,017	1,847	3,526	3,307	1,440	2,865	2,595	5,304
	4.000	5,259	2,274	3,704	3,297	1,766	3,363	2,748	6,638
	5.000	7,133	2,493	3,786	3,668	2,086	3,730	3,175	8,598
	6.000	9,378	2,646	3,964	3,831	2,427	4,014	3,394	11,08
	7.000	11,40 versagt	3,017	4,432	3,857	2,783	4,325	3,588	11,83 versagt
	8.000	-	3,226	4,539	4,014	3,124	4,559	3,735	-
	Status	versagt	best.	best.	best.	best.	best.	best.	versagt
Ablösung, % (Beobachtung)			80	< 5	< 5	< 5	< 5	< 5	< 5	40

¹ Versuch –08 M ist der gleiche wie –05 M, aber die Konzentration des Asphaltbindemittels in der Belagzusammensetzung betrug 6,5%.

Unter anderem zeigen die Daten aus Tabelle E im Allgemeinen, dass der Zusatz von Polyphosphorsäure eine signifikante Auswirkung auf das mögliche Verhalten einer Belagzusammensetzung hat. Eine weitere allgemeine Beobachtung war, dass es eine Korrelation zwischen der Rillentiefe und dem Ablösungsgrad gibt. Weiters scheint es, dass der Verformungswiderstand komplexer ist und nicht einfach mit dem komplexen Schermodul zusammenhängt. Genauer gesagt wurde bestimmt, dass die Kombination aus mit Polyphosphorsäure modifiziertem Asphaltbindemittel und mit Kalk behandeltem Zuschlagstoff die besten Gesamtergebnisse brachte (d. h. die zweitkleinste Rillentiefe und weniger als etwa 5% Ablösung). Weiters schien es keine signifikanten Verhaltensunterschiede zwischen der 105%igen und der 115%igen Phosphorsäure zu geben. Weiters wurde beobachtet, dass die relativ hohe Konzentration des Asphaltbindemittels (d. h. etwa 6,5%) eine Rillentiefe ergab, die zu Versagen führte.
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Es versteht sich, dass die obige Beschreibung der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung dient. Für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung werden beim Lesen der obigen Beschreibung viele Ausführungsformen offensichtlich sein. Der Schutzumfang der Erfindung sollte daher nicht unter Bezugnahme auf die obige Beschreibung alleine bestimmt werden, sondern unter Bezugnahme auf die Ansprüche und sämtliche Entsprechungen, zu denen die Ansprüche berechtigen.
Wenn Elemente der vorliegenden Erfindung oder einer Ausführungsform davon genannt werden, dann bedeuten die Artikel „ein/eine/eines" und „der/die/das" sowie „der/die/das genannte", dass ein oder mehr der Elemente gemeint sind. Die Begriffe „umfassend", „einschließlich" und „aufweisen" sind inklusive zu verstehen und bedeuten, dass es neben den aufgelisteten Elemente noch weitere geben könnte. Außerdem kann eine Ausführungsform, die „im Wesentlichen aus” oder „aus" bestimmten Bestandteilen „besteht", auch Reaktionsprodukte der Bestandteile umfassen.
Die Angabe von Zahlenbereichen durch ihre Endpunkte umfasst alle Zahlen innerhalb dieses Bereichs. Ein Bereich von 1 bis 5 umfasst beispielsweise 1, 1,6, 2, 2,8, 3, 3,2, 4, 4,75 und 5.

Claims

Asphaltbelag-Zusammensetzung, umfassend ein Asphaltbindemittel, einen Zuschlagstoff und ein alkalisches Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv, worin das Asphaltbindemittel Asphalt und Polyphosphorsäure umfasst.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Asphaltbindemittel in einer Konzentration vorliegt, die zwischen 4 und 7 Gew.-% der Asphaltbelag-Zusammensetzung beträgt.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Zuschlagstoff in einer Konzentration vorliegt, die zumindest 90 Vol.-% der Asphaltbelag-Zusammensetzung beträgt.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Polyphosphorsäure in einer Konzentration vorliegt, die zumindest 0,05 Gew.-% des Asphaltbindemittels beträgt.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Konzentration der Polyphosphorsäure nicht mehr als 2,0 Gew.-% des Asphaltbindemittels beträgt.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das alkalische Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv Calciumhydroxid umfasst.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das alkalische Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv in einer Konzentration vorliegt, die zumindest 0,5 Gew.-% des Zuschlagstoffs beträgt.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 6, worin die Konzentration des alkalischen Haftfestigkeitsverbesserungs-Additivs nicht mehr als 2 Gew.-% des Zuschlagstoffs beträgt.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Asphaltbindemittel weiters ein oberflächenaktives Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv umfasst.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 8, worin das oberflächenaktive Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv ein Amin umfasst.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 8, worin das oberflächenaktive Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv in einer Konzentration vorliegt, die zwischen 0,5 und 1,0 Gew.-% des Asphaltbindemittels beträgt.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Asphaltbindemittel weiters einen polymeren Modifikator umfasst.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 11, worin der polymere Modifikator aus der aus Styrol-Butadien-Styrol-Copolymeren, Styrol-Butadien-Copolymeren, Terpolymeren, Ethylen-Vinylacetat-Polymeren, Ethylen-Methacrylat-Polymeren, Styrol-Isopren-Copolymeren, Epoxyharzen, Naturkautschuk, Polydiolefinen und Kombinationen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 11, worin der polymere Modifikator in einer Konzentration vorliegt, die zumindest 1,0 Gew.-% des Asphaltbindemittels beträgt.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Konzentration des polymeren Modifikators nicht mehr als 10,0 Gew.-% des Asphaltbindemittels beträgt.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, die im Wesentlichen aus dem Asphalt, dem Zuschlagstoff, der Polyphosphorsäure und dem alkalischen Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv besteht.
Verfahren zur Verbesserung der Ablösebeständigkeit eines Asphaltbelags, der unter Einsatz einer Asphaltbelag-Zusammensetzung hergestellt ist, die Asphalt und einen Zuschlagstoff umfasst, wobei das Verfahren die Modifizierung der Asphaltbelag-Zusammensetzung durch Zugabe von Polyphosphorsäure und eines alkalischen Haftfestigkeitsverbesserungsadditivs zur Asphaltbelag-Zusammensetzung umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Asphaltbelag-Zusammensetzung, wobei das Verfahren das Vermischen eines modifizierten Asphaltbindemittels, welches Asphalt und Polyphosphorsäure umfasst, mit einem Zuschlagstoff und einem alkalischen Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv umfasst, um die Asphaltbelag-Zusammensetzung herzustellen.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das modifizierte Asphaltbindemittel in einer Konzentration vorliegt, die zwischen 4 und 7 Gew.-% der Asphaltbelag-Zusammensetzung beträgt, der Zuschlagstoff in einer Konzentration vorliegt, die zumindest 90 Vol.-% der Asphaltbelag-Zusammensetzung beträgt, die Polyphosphorsäure eine H₃PO₄-Äquivalentkonzentration von zumindest 100% aufweist und in einer Konzentration vorliegt, die zwischen 0,05 Gew.-% und 2,0 Gew.-% des modifizierten Asphaltbindemittels beträgt, und das alkalische Haftfestigkeitsverbesserungsadditiv in einer Konzentration vorliegt, die zwischen 0,5 Gew.-% und 2,0 Gew.-% des Zuschlagstoffs beträgt.
Asphaltbelag-Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das modifizierte Asphaltbindemittel im Wesentlichen aus Asphalt und Polyphosphorsäure besteht.