DE69614712T2

DE69614712T2 - Bituminöse zusammensetzung und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69614712T2
Application number: DE69614712T
Authority: DE
Inventors: Nicolaas Leguit
Original assignee: HESSELBERG HYDRO 1991 Ltd
Current assignee: HESSELBERG HYDRO 1991 Ltd
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: GB9526675D0; WO1997024410A1; NO983005D0; EP0870001B1; NO983005L; NO313836B1; DE69614712D1; EP0870001A1; AU1204097A; DK0870001T3

Description

Diese Erfindung betrifft eine neue Art einer Bitumenzusammensetzung und ein Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft sie eine Bitumenzusammensetzung vom Mastix-Typ, beispielsweise geeignet zum Einsatz bei der Beschichtung von geschweißten Pipelinenähten für einen Unterwassereinsatz.
Es wird kontinuierlich nach Rohöl und Erdgas in Seegebieten gesucht und dies erfordert andauernd, daß Unterwasserpipelines verlegt werden, um Öl und Gas von den Bohrstellen an Land zu bringen. Die Verlegung derartiger Pipelines ist ein Kompetenz erfordernder Vorgang, der das Zusammenschweißen von mit Beton beschichteten Stahlrohrabschnitten auf einem Verlegungslastkahn umfaßt, sowie nach dem Schweißen das Abdichten der Lücken in der Beschichtung durch mit Asphaltmastix gefüllte Manschetten oder Preßformen, wobei man den Mastix anschließend abkühlen läßt.
Verschiedene Arten von Asphaltmastixzusammensetzungen wurden vorgeschlagen, und eine derartige, zur Zeit gebräuchliche Art ist in der britischen Patentschrift Nr. 1494279 beschrieben. Die Erfindung in dieser Schrift beruht auf der Auswahl der geeigneten Bitumen-, Füllstoff- und Aggregatmaterialien.
Das Verfahren zur Herstellung des Produktes gemäß der britischen Patentschrift No. 1494279 ist im wesentlichen das seit vielen Jahren übliche Verfahren, es wird nämlich die benötigte Menge des erhitzten Bitumens mit dem gesamten gewünschten Füllstoffmaterial, das eventuell vorerhitzt wurde, und mit dem gesamten gewünschten vorerhitzten Aggregatmaterial vermischt. Die Mischung, die zur gründlichen Durchmischung gerührt wird, wird kontinuierlich erhitzt. Danach wird das geschmolzene Produkt in Preßformen gegossen und man läßt es abkühlen. Während des Abkühlens entstehen dichte feste Blöcke aus Mastix, die dann nach weiterem Abkühlen nach Bedarf geformt und zugeschnitten werden können, damit sie auf die beim Pipelinebau üblichen Verlegungslastkähne verladen werden können.
Das auf den Kähnen übliche Verfahren hat sich ebenfalls seit vielen Jahren nicht verändert. Um den zur Zeit gebräuchlichen herkömmlichen Mastix einsetzen zu können, bei dem Bitumen durch die Mischung hindurch verteilt ist, müssen die Mastixblöcke oder -platten, die auf Palletten auf dem Kahn gelagert sind, in kleinere Partikel zermahlen werden bevor sie unter ständigem Mischen und Rühren erhitzt werden, und dann wird der Mastix in die Preßformen um die Schweißnähte gegossen.
Die französische Patentschrift Nr. 2.208.966 offenbart einen granulären, pulverförmigen Asphalt mit homogener Struktur, bei dem die Partikel aus zwei einander sich durchdringenden Phasen aus von in Bitumen eingebetteten Füllstoffpartikeln oder aus in einer kleinen Menge Füllstoff eingebetteten Bitumenmizellen bestehen. Eine derartige Zusammensetzung wird in einem einstufigen Verfahren durch Pulverisieren des Bitumens auf den Füllstoff bei einer Temperatur von 100-200ºC hergestellt, der stark gerührt und bei tiefer Temperatur gehalten wird.
Alle diese Verfahren sind recht arbeits- und energieintensiv. Beim zur Zeit üblichen Herstellungsverfahren wird zum Beispiel das Bitumen heiß zugegeben und während des Mischens auf einer Temperatur von zwischen 160ºC und 210ºC gehalten. Um das Mischverfahren nicht zu verlangsamen, wird der Füllstoff üblicherweise vor dem Mischen erhitzt oder durch Mischen mit heißem Bitumen und erhitztem Aggregatmaterial erhitzt. Bedingt durch das notwendige Volumen an Aggregatmaterial ist es erforderlich, das Aggregatmaterial vor dem Mischen zu erhitzen. Alle diese drei Verfahren benötigen einen beträchtlichen Energieeintrag, sowohl während des Mischens als auch während der Heizverfahren. Einmal gemischt, wird der Mastix bei einer Temperatur von 180ºC gehalten, bevor die gesamte eingesetzte Energie tatsächlich verloren geht, wenn der Mastix in Preßformen gegossen wird und geschnitten oder geformt wird, und anschließend weiter abkühlen gelassen wird, um feste Blöcke zu bilden. Wenn die Blöcke einmal gebildet sind, bedarf es eines weiteren ermüdenden, arbeitsintensiven Arbeitsschritts, um sie auf die Lastkähne zu verladen. Auf den Lastkähnen wird wiederum Energie benötigt, um den Mastix einsetzen zu können und zwar für die Mahl- und Heizarbeitsschritte. Lastkahnbesitzer sind gewöhnlich sehr daran interessiert, die Kosten ihrer Arbeitsschritte zu minimieren, aber bis jetzt gab es keine einfache Alternative zu den zur Zeit gebräuchlichen Verfahren.
Wir haben nun ein Verfahren entwickelt, das die Herstellung eines Mastixasphaltproduktes mit einem wesentlich geringeren Energieverbrauch ermöglicht. Des weiteren erfordert unser Produkt am Einsatzort weniger Energieeinsatz von Seiten des Benutzers. Bei unserem Verfahren, das ein Aspekt der Erfindung ist, wird zunächst eine erste Teilmenge flüssigen Bitumens, etwa 20% bis 40% der einzusetzenden Gesamtmenge, bei üblichen Temperaturen zugesetzt, z. B. bei zwischen 140ºC und 220ºC, bevorzugt bei zwischen 160ºC und 210ºC, und mit dem gesamten einzusetzenden Füllstoffmaterial, das aber nicht notwendigerweise vorgeheizt sein muß, und dem gesamten einzusetzenden Aggregatmaterial vermischt. Das Aggregatmaterial wurde zwecks Trocknung etwas erhitzt, aber nicht so sehr wie bei dem herkömmlichen Verfahren.
Die Aggregat- und Füllstoffmaterialien werden z. B. in einem üblichen Mischer, wie etwa einem Schaufelmischer, mit der Teilmenge an Bitumen bei tieferer Temperatur als allgemein üblich vermischt. Das Bitumen wird anfangs auf eine Temperatur von zwischen 140ºC und 220ºC gebracht, meist zwischen 160ºC und 210ºC, der Füllstoff auf Lufttemperatur (Umgebungstemperatur) und die Aggregatmaterialien auf eine höhere Temperatur, z. B. auf zwischen 110ºC und 175ºC. Weiteres Erhitzen findet während des Mischverfahrens nicht statt. Die typische Mischtemperatur dieser Stufe liegt oberhalb des Erweichungspunktes des verwendeten Bitumens.
So entsteht eine heiße beschichtete Masse, die man abkühlen läßt, zumeist unter eine Temperatur von 40ºC. Dieses Halbprodukt aus bitumenbeschichtetem Material hat wegen des relativ geringen Bitumengehalts beim Erkalten die Neigung, eine lose gebundene, leicht bröckelnde Masse zu bilden, die beim Zerreiben leicht ein frei fließendes Partikelmaterial liefert. Es kann z. B. 3-6 Gewichts-% Bitumen zusammen mit allen gewünschten Füllstoff- und Aggregatmaterialien, z. B. von 16 bis 22% Füllstoffe und von 72 bis 81% Aggregatmaterial, enthalten. Falls gewünscht, kann es auch in dieser Form gelagert werden, z. B. in Säcken. Ein derartiges Produkt ist eine neue Stoffzusammensetzung und umfaßt einen weiteren Aspekt der Erfindung.
Das abgekühlte (Lufttemperatur), mit Bitumen beschichtete Material (Halbprodukt) und das restliche Bitumen, das zum Erreichen der üblichen Mastixverhältnisse erforderlich ist, können dann gemischt werden. Die verbleibenden 60% bis 80% des gewünschten Bitumengesamtanteils können so bei der üblichen Temperatur, etwa bei 140ºC bis 220ºC, z. B. von 165ºC bis 210ºC, dem relativ kühlen Halbprodukt in einem üblichen Mischer, z. B. einem Schaufelmischer, zugegeben werden. Man läßt die Mischung unter Rühren abkühlen und es wird nicht weiter erhitzt. Während des Mischens fällt die Temperatur deshalb typischerweise auf ein Niveau unterhalb des Erweichungspunktes des verwendeten Bitumens.
Das so gebildete Produkt hat die gleiche chemische Zusammensetzung wie üblicher seewasserbeständiger Mastix, weist jedoch eine offenere, granuläre Form auf. Es enthält im wesentlichen Partikel, von denen einige an Bitumen reiche Partikel sind und die von einem mageren Halbprodukt geschützt sein können. Es ähnelt einem festen Schutt. Es kann von Hand zerbrochen werden. Ein derartiges Produkt ist eine neue Stoffzusammensetzung und umfaßt einen weiteren Aspekt der Erfindung.
Dieses granuläre Mastixprodukt hat für den Benutzer große Vorteile. Es wird für gewöhnlich in großen Säcken transportiert und es ist durch seine Form für den Gebrauch im Ofen/Mischer auf dem Lastkahn viel einfacher zu zermahlen oder in kleinere Partikel zu zerteilen. Ein Angestellter muß nicht andauernd auf dem Lastkahn damit beschäftigt sein, die schweren Blöcke des üblichen Mastix zu heben und in eine Mahlvorrichtung einzuführen, statt dessen können große Säcke des erfindungsgemäßen Produktes einfach über den Ofen/Mischer hochgezogen und mit einer einfachen Bewegung völlig geleert werden. Weil das Produkt eine so viel offenere Textur aufweist und sogar weniger dicht ist als die Partikel, die beim Zermahlen der geformten Blöcke entstehen, wird des weiteren weniger Heizenergie zum Schmelzen und Heizen des Mastix für einen Einsatz benötigt.
Das Endprodukt, das als seewasserbeständiger Mastix verwendet wird, besteht im allgemeinen aus 14% bis 16%, z. B. 15 Gewichts-% Bitumen, aus 15% bis 19%, z. B. 17 Gewichts-% Füllstoff, wie etwa Kalkstein, mit einer geeigneten Partikelgröße, und aus 65% bis 71%, z. B. 68 Gewichts-% Aggregatmaterial, wobei der Mastix in der Form inhomogener granulärer Partikel, einschließlich bitumenreicher Partikel vorliegt. Es ist selbstverständlich erwünscht, daß die Aggregatmaterialien bezüglich ihrer Größe eine solche Beschaffenheit aufweisen, daß sie unter die Fuller-Kurven fallen (siehe Fuller und Thompson, "The Laws of Proportioning Concrete", Trans. Am. Soc. Civil Engineers, 1907, 59, S. 67-172). Das verwendbare Bitumen kann eine Reihe von Erweichungstemperaturen und Härten (bestimmt durch die Eindringtiefe bei 25ºC) aufweisen. Die Erweichungstemperatur liegt für gewöhnlich im Bereich von 70ºC bis 120ºC, und die Härte, bestimmt durch die Eindringtiefe (in Einheiten von 0,1 mm), im Bereich von 15 bis 40. Typische verwendbare Bitumen könnten 75/30 und 85/40 sein. Ein bevorzugtes Bitumen könnte 85/25 sein.
Es versteht sich, daß Produkte der vorliegenden Art auch in anderen industriellen Bereichen von Interesse sein können. Viel Mastix wird in der Bau- und Konstruktionsbranche an Land verwendet, etwa beim Dachdecken, und die Einfachheit, mit der der vorliegende Produkttyp vor Ort erhitzt, erweicht und geschmolzen werden kann, wird auch dem Dachdeckfachmann attraktiv erscheinen. Beim Dachdecken würde ein Produkt mit relativ hohem Anteil an Füllstoff verglichen mit dem für seewasserbeständigen Mastix üblichen Anteil hergestellt werden. Typischerweise könnten für eine Anwendung beim Dachdecken die Anteile von Bitumen, Füllstoff und Aggregatmaterial ungefähr 12% Bitumen, 78% Füllstoff und 10% Aggregatmaterial betragen.
Das verwendete Bitumen hat folgende Spezifikation:
15% oxidiertes Bitumen 85/25 (BS, 3690 Teil 2)
- Erweichungspunkt 85 +/- 5ºC (BS 2000 Teil 58)
- Eindringtiefe bei 25ºC 25 +/- 5 (0,1 mm) (BS 2000 Teil 49)
Der verwendete Füllstoff hat folgende Spezifikation:
17% Kalksteinfüllstoff (BS 594 Teil 1: 1992 CL 2.4.2)
- Siebanalyse 85-100% Durchlaß durch ein 75 um Sieb
Das verwendete Aggregatmaterial hat folgende Spezifikation:
68% Aggregatmaterial - klassifiziert und frei von organischem Material
- Siebanalyse
BS Sieb % Durchlaß
6,3 mm 100
5,0 mm 90-100
3,35 mm 70-90
2,36 mm 55-75
1,18 mm 35-55
600 um 15-35
212 um 5-15

Beispiel 1

In Phase I werden
3% Bitumen (Temp. 165ºC-210ºC)
19,4% Füllstoff (Lufttemperatur)
77,6% Aggregatmaterial (Temp. 100ºC-175ºC)
ohne weiteres Erhitzen miteinander vermischt und ergeben ein (an Bitumen) mageres Halbprodukt.
In Phase II werden
12,4% Bitumen (Temp. 165ºC-210ºC)
87,6% mageres Halbprodukt (Lufttemperatur)
ohne weiteres Erhitzen miteinander vermischt und ergeben ein Fertigprodukt folgender Zusammensetzung:
15% Bitumen (87,6 · 3% + 12,4%)
17% Füllstoff (87,6 · 19,4%)
68% Aggregatmaterial (87,6 · 77,6%)

Beispiel 2 (ein fettes Halbprodukt)

In Phase I werden
6% Bitumen (Temp. 165ºC-210ºC)
18,8% Füllstoff (Lufttemperatur)
75,2% Aggregatmaterial (Temp. 100ºC-175ºC)
ohne weiteres Erhitzen miteinander vermischt und ergeben ein (an Bitumen) fetteres Halbprodukt.
In Phase II werden
9,6% Bitumen (Temp. 165ºC-210ºC)
90,4% fettes Halbprodukt (Lufttemperatur)
ohne weiteres Erhitzen miteinander vermischt und ergeben ein Fertigprodukt folgender Zusammensetzung:
15% Bitumen (90,4 · 6% + 9,6%)
17% Füllstoff (90,4 · 18,8%)
68% Aggregatmaterial (90,4 · 75,2%)

Claims

1. Seewasserbeständiger Mastix, der 14 bis 16 Gewichts-% Bitumen bzw. Asphalt, 15 bis 19 Gewichts-% Füllstoff und 65 bis 71 Gewichts-% Aggregat aufweist, wobei der Mastix in Form von nicht-homogenen, granulären Partikeln vorliegt, die Bitumen-reiche Teilchen enthalten.

2. Verfahren zur Herstellung eines Mastix, das in einem ersten Schritt das Mischen eines Teilvolumens Bitumen bzw. Asphalt bei einer Temperatur von 140 bis 220ºC vorliegenden mit Aggregat bei erhöhten Temperaturen und Füllstoff umfaßt, wobei das Mischen bei einer Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Bitumens bzw. Asphalts bewirkt wird, um ein Bitumen-beschichtetes Produkt auszubilden, das man abkühlen läßt und das danach mit weiterem bei einer Temperatur von 140 bis 220ºC vorliegenden Bitumen bzw. Asphalt gemischt wird, das bzw. der wobei die Mischtemperatur unter den Erweichungspunkt des verwendeten Bitumens fällt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bitumen bzw. der Asphalt bei einer Temperatur von 160 bis 210ºC vorliegt, wenn es bzw. er im ersten Schritt gemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei das Bitumen bzw. der Asphalt bei einer Temperatur von 165 bis 210ºC vorliegt, wenn es bzw. er in dem zweiten Schritt gemischt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei in dem ersten Schritt das Teilvolumen des verwendeten Bitumens bzw. Asphalts 20 bis 40% des Gesamtvolumens beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei in dem ersten Schritt das Aggregat eine Temperatur von 100 bis 175ºC vor dem Mischen aufweist.

7. Mastixhalbprodukt, das 3 bis 6 Gewichts-% Bitumen bzw. Asphalt, 16 bis 22% Füllstoff und 72 bis 81% Aggregate aufweist.

8. Mastixprodukt, das durch ein Verfahren nach Anspruch 2 erhältlich ist und das die gewünschten Bitumen-, Füllstoff- und Aggregatmengen in Form eines granulären Teilchenprodukts aufweist.