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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von
Asphalt und eine Verdichtervorrichtung. Insbesondere betrifft die
vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten
heißen
Asphaltmischguts unter Bedingungen, die vorteilhafterweise das Fließen eines
Bindemittels innerhalb des Asphalts während der Verdichtung optimieren.
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Unter
dem Begriff „Bindemittel", wie er in dieser
Beschreibung durchgehend verwendet wird, wird irgendein thermoplastisches
viskoelastisches Material verstanden, das in einem heißen Asphaltmischgut verwendet
werden kann. Im Allgemeinen wird das Bindemittel Bitumen sein oder
bituminös,
d. h. Bitumen enthaltend, sein, z. B. ein polymeres Modifikationsmittel.
Außerdem
ist es für
heißes
Asphaltmischgut bekannt, bitumenfreie polymere Bindemittel zu verwenden,
und die vorliegende Erfindung erstreckt sich auf die Verdichtung
all solcher heißen
Asphaltmischgüter.
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Beim
Design modernen Asphaltmischguts für schwergewichtige Anwendungen
wird die Verwendung von Komponenten (Aggregaten und Bindemitteln)
bewusst ausgewählt,
um einer Verdichtung und einem Formverlust bei schwerem Verkehr
zu entgegenzuwirken. Diese Eigenschaften stehen allgemein dem Ziel
der gewünschten
Verdichtung während
des Aufbringens des Asphalts entgegen.
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Das
hauptsächliche
Element beim Design eines Asphaltmischguts, das einer Verdichtung
bei schwerem Verkehr widersteht, ist die Verwendung von Aggregaten
mit extrem runzeliger Struktur und würfelförmiger Form, die darauf gerichtet
ist, eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegen Scherkräfte
innerhalb des Aggregatskeletts bereitzustellen. Einfacher ausgedrückt sollen
die physikalischen Eigenschaften des Aggregats sicherstellen, dass
eine Teilchenbewegung verhindert wird und „Verschließen" der Struktur bei einer ausgeübten Belastung
im Betrieb gefördert
wird. Steife Bindemittel, wie mit Polymeren modifizierte Bindemittel,
werden vermehrt verwendet, um sowohl die Abscherfestigkeit des Mischguts zu
erhöhen
als auch die Biege- oder Ermüdungseigenschaften
des Mischguts zu verbessern.
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Das
Ergebnis des Verschließens
des Aggregats und der Verteilung der Luftporen in dem Mischgut beim
Verdichten und während
des Aufbringens bestimmt die Widerstandsfähigkeit des Asphalts und die
Gesamteigenschaften im gesamten Bereich des Belags. Das Verschließen des
Aggregats wird vorteilhafterweise dadurch erzielt, dass das Aggregat
innerhalb des Bindemittels während
des Verdichtens der Asphaltunterlage versetzt wird.
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Die
Eigenschaften des Asphaltmischguts werden auch durch die viskoelastischen
Eigenschaften seines Bindemittels bestimmt. Bei Außenbetriebstemperaturen
ist gewünscht,
dass das Bindemittel als steifer, elastischer Festkörper wirkt;
die Wirkung auf eine Belastung des Asphaltmischguts ist ziemlich genau
elastisch, und ein schneller Belastungspuls bewirkt eine nahezu
sofortige elastische Deformation, die sich fast sofort zurückbildet,
wenn die Belastung nachlässt.
Auf diese Weise tritt im Wesentlichen kein viskoser Fluss auf und
es ergibt sich ein permanentes plastisches Fließen. Bei höheren Temperatur, bei denen
der Asphalt verlegt und verdichtet wird, ist das Bindemittel in
dem Mischgut ein viskoelastisches Fluid. Je höher die Temperaturen, je geringer
ist die Viskosität
des Bindemittels und um so leichter wird sich das Bindemittel bei
Anwendung von Druck deformieren.
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Das
Verdichtungsverfahren beginnt mit dem Verlegen des heißen Asphalts
durch einen Fertiger auf einer präparierten Basis, normalerweise
gefolgt von Druck auf der heißen
Asphaltunterlage, durch Anwendung einer Glättbohle (mit oder ohne Vibration).
Die Glättbohle
ist eine Platte oder eine Kufe, die von dem Fertiger gehalten wird,
welche über
die Oberfläche
der Asphaltunterlage gleitet, und zwar nach Möglichkeit bei oder nahe bei
der Temperatur, bei welcher die Unterlage verlegt wurde. Die Glättbohle
bewirkt eine anfängliche
Verdichtung, jedoch kann ihre Gleitbewegung der Unterlage eine unerwünschte Scherbelastung
bewirken, die zu einem Abreißen
der Unterlage führt.
Typischerweise ist der angewendete statische Glättbohlendruck in der Größenordnung
von 10 bis 20 kPa und die Belastungsdauer kann bis zu 10 bis 15
Sekunden dauern.
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Herkömmlicherweise
wurde die Asphaltverdichtung unter Benutzung von Einrichtungen durchgeführt, die
ursprünglich
für das
Verdichten granularer ungebundener Materialien gedacht waren, die ausgebildet
waren, um die Verdichtungsenergie, die dem Material zugeführt wurde,
zu maximieren, indem hauptsächlich
große
und schwere Stahltrommelrollen verwen det wurden, oft in Verbindung
mit hochenergetischen Oszillationen oder Vibrationen. Die Verdichtung
mit Gummireifenrollen wird oft in Verbindung mit der Verdichtung
mit Stahltrommelrollen verwendet, wie es im Folgenden beschrieben
wird.
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Die
Kontaktbelastung zwischen der Rolle und der Asphaltunterlage hängt im Allgemeinen
von der Steifheit des Asphaltmischgutes ab, die wiederum stark beeinflusst
wird von der Steifheit des Bindemittels. Der Kontaktbereich zwischen
der Stahltrommel und dem Asphalt, d. h. die Kontaktlänge über die Breite
der Rollentrommel wird in Folge der erlangten Verdichtung abnehmen
und die Gemischsteifheit wird mit dem Abkühlen der Unterlage zunehmen.
Typischerweise ist das Gemisch bei einer Temperatur von etwa 150°C, wenn es
verlegt wird. In Umgebungen mit niedrigen Temperaturen unter gegenteiligen Bedingungen,
z. B. wenn starker Wind bläst,
ist es leicht möglich,
dass das Gemisch auf 140°C
auf der Unterseite der Schicht und auf 120°C auf der Oberfläche abkühlt, bevor
die erste Verdichtung durchgeführt
wird.
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Der
größte Vibrationsrollenverdichter
mit Doppelstahltrommel, der gegenwärtig verwendet wird, hat eine
statische Masse von etwa 16 Tonnen, wobei jede Trommel eine Achsenlänge von
etwa 2 m besitzt. Angenommen, die nominale Kontaktlänge in Rollenrichtung
(länger
beim ersten Durchgang, kürzer
beim letzten Durchgang) ist 100 mm, wird jede Trommel einen Kontaktdruck
von etwa 400 kPa statisch aufbringen und beträchtlich mehr mit Vibrationen.
Tatsächlich
kann jede Trommel einen Kontaktdruck von etwa 100 kPa in einem ersten
statischen Teildurchlauf anwenden, bis über 1000 kPa, wenn die Steifheit
des Asphaltmischgutes und der Kontaktbereich reduziert ist. Eine
Verdichtung durch Rollenverdichter wird normalerweise bei verschiedenen
Distanzen von bis zu einigen hundert Metern hinter dem Fertiger
mit Geschwindigkeiten von etwa 1,1 m/s (4 km/h) oder mehr durchgeführt. Die
zwei Trommeln des Rollenverdichters besitzen die vorstehende nominale
Kontaktlänge
von 100 mm und somit werden die Rollen typischerweise in Kontakt
mit jedem Teil der Asphaltunterlage für etwa 0,2 Sekunden bei jedem
Durchlauf sein. Normalerweise werden vier Stahlrollendurchläufe verwendet,
was zu einer Gesamtbelastungszeit von etwa 0,8 Sekunden führt.
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Die
Rollenverdichter vibrieren typischerweise mit 20 Hz, was bei Temperatur
von 140°C
und 120°C
einer relativ hohen Bindemittelsteifheit (dargestellt durch den
Van der Poel's No mograph)
von etwa 0,2 kPa bzw. 1 kPa entspricht (eine Temperaturverminderung
von 20°C
führt zu
einer fünffachen
Vergrößerung der
Bitumensteifheit).
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Wie
vorstehend beschrieben kann die Oberflächentemperatur der Unterlage
auf Temperaturen von etwa 120°C
fallen, bevor der Rollenverdichtungsprozess begonnen hat. Der Verdichtungsprozess kann
typischerweise bis zu vier Rollenverdichterdurchäufe einschließen, währenddessen
die Oberflächentemperatur
der Unterlage in einem Bereich von 80 bis 90°C sein kann. Bei Unterlagentemperaturen unterhalb
von 120°C
kann ein Aufbrechen der Unterlage bei hohen Kontaktdrücken in
der Unterlage beginnen, insbesondere bei Drücken, die bei der Verwendung
von Vibrationen induziert werden. Ein Aufbrechen der Unterlage tritt
typischerweise dann auf, wenn der ausgeübte Druck eine Belastung in
dem Bindemittel induziert, welcher die Fließfestigkeit übersteigt.
Bei Temperaturen, die wesentlich oberhalb 120°C sind, kann eine herkömmliche
Rollenverdichtung in Abhängigkeit
von dem Typ des Asphaltmischguts zu signifikanten Scherfehlstellen
in der Unterlage führen.
Dies kann dazu führen,
dass die Unterlage seitlich versetzt wird, was zu einem Verlust an
Ebenheit und Form und schließlich
zu der Aufweitung der Unterlage führt.
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Ein
Aufreißen
beim Rollen in Folge niedriger Unterlagentemperaturen äußert sich
gewöhnlich
in feinen parallelen Rissen in der Asphaltunterlage, welche quer
zur Rollrichtung auftreten. Eine gummibereifte Rolle mit mehreren
Rädern
gefolgt von einem Vibrationsrollenverdichter wird im Allgemeinen
verwendet, um zumindest die Oberfläche der verdichteten Asphaltunterlage
einer Knet-/Scherwirkung auszusetzen und dadurch das Verdichten
der Unterlage auszuschließen.
Ein solches gummibereiftes Rollen soll Risse zumindest in der Oberfläche der
Asphaltunterlage schließen,
welche durch Stahlrollen verursacht wurden, und die Oberflächenstruktur
durch Komprimieren des Asphaltmörtels
zwischen grobkörnigen
Aggregatteilchen verbessern. Die Reifen des gummibereiften Rollers
werden während
des Rollens Wasser ausgesetzt, um die Materialaufnahme zu erleichtern.
Obwohl die Risse an der Oberfläche
geschlossen werden können,
kann dieses Wasser unbeabsichtigt in die Risse eindringen, bevor
sie versiegelt werden, wodurch eingekapselte Wasserdepots unterhalb
der Oberfläche
der Asphaltunterlage gebildet werden können. Eingekapseltes Wasser
kann ein Ausheilen verhindern oder das Ablösen der Asphaltunterlage fördern.
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US-Patente
Nr. 4,661,011 und 4,737,050 beanspruchen, dass die rolleninduzierte
Rissbildung in der Asphaltunterlage durch die Verwendung einer Asphaltverdichtermaschine,
durch welche die Asphaltunterlage Druck durch ein endloses Elastomerband
ausgesetzt wird, welches sich zwischen zwei Rollen erstreckt, verbessert.
Die Maschine ist so ausgebildet, dass ein gleichförmigerer
Druck über
den Bereich des Bandes der im Kontakt mit der Asphaltunterlage ist,
ausgeübt
wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde erkannt, dass in einem viskoelastischen Fluid, wie
einem Bindemittel in einem heißen
Asphaltmischgut, die Wirkung auf eine Belastung nicht nur temperaturabhängig ist,
sondern auch zeitabhängig.
Somit bewirkt die Anwendung einer kurzzeitigen Belastung eine Asphaltreaktion,
die eher elastisch als viskos ist, da das Bindemittel einfach keine
Zeit zum Fließen hat.
Benutzt man auf diese Weise einen Vibrationsrollenverdichter mit
einer akzeptablen Belastungsrate in der Größenordnung von 20 Hz, reagiert
das Bindemittel in dem Asphaltmischgut während der Verdichtung eher
als ein elastischer Festkörper
als ein viskoses Fluid und es wird mit der Verdichtung erreicht,
dass das Aggregat durch das Bindemittel in eine kompaktere Anordnung
gezwungen wird, anstatt dass das Bindemittel mit einer entsprechenden Bewegung
des Aggregats um das Aggregat herum fließt.
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Wie
vorstehend erwähnt,
stellt der Van der Poel Nomograph eine Abschätzung für die Steifheit für Standardbitumensorten
bei ausgewählten
Belastungsraten bei der Anwendung und ausgewählten Temperaturen bereit.
Obwohl der Nomograph einem Fachmann für Asphaltverdichtung bekannt
ist, wurden die Nachteile der Anwendung von kurzzeitigen Verdichtungsbelastungen
noch nicht vollständig
erkannt, und Kurzzeitverdichtung unter Verwendung von Rollen, sowohl
mit Stahl als auch mit Gummischnittstellen, mit oder ohne Vibrationen
sind weiterhin gängige
Praxis.
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Es
wurde nun erkannt, dass bei der Verwendung des Bandverdichters der
vorstehend erwähnten US-Patente
die Verdichtung verbessert werden kann, indem viskoses fließendes Bindemittel
induziert wird. Testbenutzungen des Bandverdichters sind beispielsweise
von Halim OAE et al, beschrieben in „Improving the Properties
of Asphalt Pavement Trough the Use of AMIR Compactor: Laboratory
and Field Verification",
7th International Conference on Asphalt Pavements, Nottingham, 1992.
Dennoch wurden die Vorteile längerer
Belastungszeiten nicht erkannt.
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Der
beschriebene Bandverdichter kann Belastungsdrücke von nur etwa 5% des vorstehend
erwähnten
16 Tonnen Rollenverdichters unter statischer Belastung aufbringen,
nimmt man jedoch an, dass herkömmliche
Fortschrittsgeschwindigkeiten verwendet werden, kann die Belastung
auf Grund der vergrößerten Kontaktlänge des
Bandes über
einen längeren
Zeitraum angewendet werden als bei einem Rollenverdichter. Für eine Kontaktlänge von
1,25 m, wie es in der vorstehenden Veröffentlichung beschrieben wurde,
und einer typischen Verdichtergeschwindigkeit von etwa 1,1 m/s ergibt
sich eine Belastungsdauer von etwa 1,1 Sekunden. Unter Verwendung
des Van der Poel's
Nomographen kann gezeigt werden, dass durch diese längere Belastungszeit
die Steifheit des Bindemittels bei 120°C von etwa 1000 Pa für die vorstehend
erwähnte
herkömmliche Vibrationsrollenverdichtung
auf etwa 5 Pa für
den Bandverdichter reduziert wird.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie er in Anspruch 1 definiert
ist, wird ein Verfahren zum Verdichten einer Unterlage heißen Asphaltmischguts
bereitgestellt, das durch einen voranschreitenden Asphaltfertiger
aufgetragen wurde, wobei das Verfahren ein Voranschreiten eines
Asphaltverdichters über
den aufgetragenen Asphalt umfasst, und zwar derart, dass eine Verdichterfläche des
Verdichters, die durch einen unteren Lauf zumindest eines Bandes
gebildet ist, für
ein Zeitintervall von wenigstens 1,5 Sekunden im Eingriff mit einem Abschnitt
der Unterlage ist, wobei die Verdichterfläche einen maximalen mittleren
Belastungsdruck von weniger als etwa 50 kPa auf die Unterlage ausübt.
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Ohne
dass die Absicht besteht, sich durch eine Theorie zu binden, wird
angenommen, dass die vorliegende Erfindung die Stärke des
Asphalts nach der Verdichtung durch Ausnutzung des viskoelastischen
Verhaltens des Bindemittels während
der Verdichtung maximiert, d. h. die Bindemittelsteifheit reduziert
wird, wodurch das Bindemittel Zeit erhält, von Kontakten mit Aggregatpartikeln
wegzufließen,
während
Druck ausgeübt
wird, so dass sich Aggregatteilchen innerhalb des viskoelastischen
Bindemittels reorientieren, um den engen Kontakt der Aggregatteilchen
ohne die Anwendung von hohen Drücken
zu optimieren. Auf der anderen Seite fokussiert das herkömmliche
Stahlrollenverdichtungsverfahren auf die Aggregatkomponenten, wobei
starke Kräfte
verwendet werden, um den Fließwiderstand
des Bindemittels zu überwinden
und den Druck von den Aggregatteilchen auf die Teilchen zu übertragen,
um den engen Kontakt zwischen den Teilchen zu verbessern.
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Die
hauptsächlichen
Variablen, die verwendet werden können, um die Steifheit des
Bindemittels im Design des Asphaltmischguts zu reduzieren, sind:
- 1. Asphalttemperatur:
Unter Verwendung
des Van der Poel's
Nomographen ist klar, dass eine Erhöhung der Temperatur des Asphalts
bei der Verdichtung um etwa 10°C die
Bindemittelsteifheit mehr als halbiert, und
- 2. Belastungsdauer:
Erneut unter Verwendung des Van der
Poel's Nomographen
kann gefolgert werden, dass beispielsweise eine 10%ige Erhöhung der
Dauer, die der Verdichter die Belastung ausübt, die Bindemittelsteifheit
um etwa 10% reduziert. Die Belastungsdauer kann variieren durch
Veränderung
der Länge
der Verdichtungsfläche
und/oder der Rate der Verlagerung des Verdichters über der
Unterlage.
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Bei
einem ersten Ausführungsbeispiel
umfasst das Verfahren das Voranschreiten des Asphaltverdichters über den
aufgetragenen Asphalt im Wesentlichen mit der Fortschrittsgeschwindigkeit
des Asphaltfertigers und mit einem Abstand von etwa 50 m hinter
dem Asphaltfertiger.
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Wie
es leicht aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist die Temperatur
bei der Verdichtung das erste Schlüsselelement zum Reduzieren
der Steifheit des gewählten
Bindemittels. Asphalt wird im Allgemeinen bei einer Temperatur von
etwa 160°C
hergestellt und bei einer Temperatur von etwa 150°C aufgetragen.
Auf Grund des Voranschreitens des Verdichters unmittelbar hinter
dem Fertiger, d. h. die Verdichtung beginnt innerhalb von etwa 50
m hinter dem Fertiger, nutzt das Verdichtungsverfahren gemäß dem vorstehenden
Ausführungsbeispiel
der Erfindung die Wärmeenergie
aus, welche in dem Asphaltherstellungsverfahren zugeführt wird.
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Durch
Ausnutzen des niedrigen maximalen mittleren ausgeübten Belastungsdruck
mit zumindest im Wesentlichen keinen Scherkräften kann das Verfahren vorteilhafterweise
bei höheren
Unterlagentemperaturen durchgeführt
werden, als sie bei herkömmlichen
Verfahren auftreten, z. B. bei bis zu 160°C. Gleichermaßen kann
das erfindungsgemäße Verfahren
bewirken, dass der Asphalt bei Temperaturen unterhalb der normalen
Verdichtungstemperatur verdichtet wird. Hierdurch kann vorteilhafterweise
der Asphalt bei einer niedrigeren Temperatur hergestellt werden,
als sie herkömmlicherweise
verwendet wird, wodurch folglich Energie gespart wird.
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Vorteilhafterweise
schreitet der Verdichter im Wesentlichen mit der Geschwindigkeit
des Fertigers im Abstand von etwa 30 m, vorzugsweise im Abstand von
10 m, hinter dem Fertiger voran. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
des ersten Aspektes der Erfindung schreitet der Asphaltverdichter über der Asphaltunterlage
mit einem Abstand von 5 m hinter dem voranschreitenden Asphaltfertiger
voran, und am meisten bevorzugt innerhalb von 2 m hinter dem Asphaltfertiger.
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In
diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann
der Verdichter mittels des Fertigers voranschreiten, d. h. der Verdichter
kann mit dem Fertiger verbunden sein. Dennoch wird vorzugsweise
das Verdichterband angetrieben, um ein „Schieben" des zu verdichtenden Asphalts zu minimieren.
Der Antrieb ist bevorzugt ein hydraulischer Hilfsantrieb. Wenn der
Verdichter nicht mit dem Fertiger verbunden ist, kann der Abstand
zwischen den Zweien und damit die Geschwindigkeit und die Richtung
des Verdichters bevorzugt automatisch über Sensormittel für den relativen
Abstand geregelt werden.
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Wie
vorstehend erläutert,
ist das zweite Schlüsselelement
in dem Verdichtungsverfahren die Belastungsdauer. Nimmt man an,
eine typische Asphaltaufbringrate sei 1000 Tonnen pro 6 Stunden
pro Tag und pro Fertiger, wobei der Asphalt in einer 50 mm dicken
Schicht verlegt wird, dann schreitet der Fertiger mit einer Geschwindigkeit
von 0,1 m/s voran. Höhere
Fertigergeschwindigkeiten von bis zu 0,15 m/s sind bekannt, werden
jedoch normalerweise nicht benutzt, und niedrigere Geschwindigkeiten
von 0,05 m/s oder weniger werden insbesondere für dickere Asphaltschichten
verwendet.
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Sogar
bei einem Voranschreiten mit einer Verdichtungsrate von etwa 0,15
m/s in dem Verfahren gemäß dem vorstehenden
Ausführungsbeispiel der
Erfindung greift die Verdichterfläche des Verdichterbandes vorzugsweise
mit jedem Abschnitt der Asphaltunterlage zumindest für ein Zeitintervall
von wenigstens etwa 7 Sekunden ein, so dass eine verminderte Bindemittelsteifheit
während
der Verdichtung sichergestellt wird.
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Obwohl
die Vorteile einer erhöhten
Temperatur der Asphaltunterlage am besten erreicht werden, wenn
der Verdichter dem Asphaltfertiger unmittelbar folgt, können viele
Vorteile auch dann erreicht werden, wenn der Abstand zwischen dem
Fertiger und dem Verdichter größer ist.
Insbesondere bei kleinen Aufgaben kann die Rate des Voranschreitens
des Verdichters und damit der Abstand des Verdichters von dem Fertiger
unabhängig
von dem Fertiger sein, und dennoch wird die Aufgabe der Erfindung,
die Bindemittelsteifheit während
der Verdichtung zu reduzieren, auf Grund einer längeren Belastungsdauer als bei
herkömmlichen
Anwendungen gelöst.
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Somit
umfasst das Verfahren gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung das Verdichten des Asphalts mit dem Verdichter durch
ein Voranschreiten des Verdichters über der Unterlage mit einer
Geschwindigkeit von nicht mehr als etwa 0,7 m/s.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist es klar, dass die minimale Länge der
Verdichteroberfläche
bei einer maximalen Verlagerungsrate von etwa 0,7 m/s, etwa 1 m
ist. Daraus ergibt sich, dass die Verdichterfläche in Eingriff mit irgendeinem
Abschnitt der Asphaltunterlage für
ein minimales Zeitintervall von wenigstens etwa 1,5 Sekunden bei
jedem Durchlauf ist. Dies bedeutet eine etwa 7fache Vergrößerung gegenüber der
traditionellen Rollenverdichtung, wie sie vorstehend erläutert wurde,
so dass sich eine sogar noch größere Reduzierung
der Bindemittelsteifheit bei der selben Verdichtertemperatur ergibt.
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Vorzugsweise
ist die Gesamtverdichtungsdauer in dem Verfahren jedes Ausführungsbeispiels, das
oben erläutert
wurde, in einem Bereich von etwa 7 Sekunden bis etwa 60 Sekunden,
bevorzugt wenigstens 10 Sekunden und am meisten bevorzugt wenigstens
15 Sekunden. Diese Verdichtungsdauer kann in einem einzigen Durchlauf
erreicht werden, obwohl der Belastungsdruck auch in zwei oder mehr separaten
Durchläufen
ausgeübt
werden kann, beispielsweise zwei oder mehrere separate aufeinanderfolgende
Verdichterflächen,
die dicht aufeinander folgen. Bevorzugt wird der Druck in zwei oder
mehr separaten Durchläufen
ausgeübt,
wobei jeder Abschnitt der Unterlage im Eingriff mit einer Verdichterfläche für ein Zeitintervall
von wenigstens etwa 1,5 Sekunden bei jedem Durchlauf ist.
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Wie
oben erwähnt,
kann die Verdichtungsdauer durch Verändern der Geschwindigkeit des
Verdichters und/oder der Länge
der Verdichterfläche
variieren. Zusätzlich,
insbesondere bei dem Verfahren des vorstehend beschriebenen zweiten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung, kann die Zahl, wie häufig der Verdichter über der
Unterlagenfläche
verlagert wird, variieren. Die Verdichtungsrate in dem Verfahren
des zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,6 m/s bis etwa
0,05 m/s oder weniger, d. h. herkömmliche Straßenverlegegeschwindigkeiten,
besonders bevorzugt ist ein Bereich von etwa 0,5 m/s bis etwa 0,1
m/s.
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Die
Länge der
Verdichterfläche
in jedem Aspekt der Erfindung ist vorzugsweise etwa 1 m, besonders
bevorzugt wenigstens etwa 1,5 m und sie kann wahlweise etwa 2 bis
3 m oder mehr sein.
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Der
maximale mittlere ausgeübte
Belastungsdruck, der durch die Verdichterfläche ausgeübt wird, ist vorzugsweise weniger
als etwa 40 kPa, bevorzugter weniger als etwa 25 kPa. Der ausgeübte Belastungsdruck
kann allerdings von der vorderen Kante der Verdichteroberfläche zur
hinteren Kante hin allmählich
ansteigen, wobei in diesem Fall der maximale Druck auf der Linie
bei der hinteren Kante der Verdichterfläche vorzugsweise etwa 40 kPa
und der maximale mittlere ausgeübte
Belastungsdruck etwa 25 kPa ist. Es ist unwahrscheinlich, dass der
minimale mittlere ausgeübte
Belastungsdruck geringer als etwa 10 kPa ist. Solch ein niedriger
ausgeübter Druck
würde nur
geeignet sein für
z. B. ein Asphaltmischgut, das in Wohngebietsstraßen verwendet wird,
bei denen ein größerer Anteil
des viskoelastischen Bindemittels verwendet werden kann und der Grad
der Aufnahme des Aggregats, der für Bereiche mit hohem Verkehr
notwendig ist, nicht erforderlich ist.
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Vorteilhafterweise,
wie vorstehend erläutert, können die
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung es ermöglichen,
dass die Asphaltunterlage in einem einzigen Durchlauf bis zu dem
gewünschten Grad
verdichtet werden, obwohl Variationen in der Verdichtbarkeit der
Asphaltkomponenten, der Dicke der Asphaltunterlage und der Substrattemperatur
Anpassungen der Temperatur des Asphaltmischguts und der Belastungsdauer
erforderlich machen können,
um dies zu erreichen. Entsprechend erlaubt es die vorliegende Erfindung,
dass dickere Asphaltschichten verlegt und verdichtet werden können.
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Das
Band in dem verwendeten Verdichter gemäß diesem Aspekt der Erfindung
kann in Längsrichtung
unterteilt sein, um zwei parallele Spuren zu bilden, welche verschieden
angetrieben werden können,
um ein Drehen des Verdichters zu erleichtern. Mit einem Elastomerband
können
verschiedene Drücke
auf entgegengesetzte Seiten des Bandes ausgeübt werden, um ein Drehen zu
erleichtern. Alternativ kann ein Verdichter mit einem einzigen Band
durch die vorstehend erwähnte
Verbindung mit dem Fertiger gesteuert werden, oder durch eine steuerbare Traktoreinheit
hinter dem Verdichter. Solch eine Traktoreinheit kann vom bekannten
Typ für
die Benutzung mit existierenden Verdichtern sein und kann einen Laufbahn-,
Reifen- oder Rollenantrieb
einschließen, der
ausgebildet ist, um eine zusätzliche
Verdichtung und/oder eine Oberflächenstruktur
des Asphalts bereitzustellen. Alternativ kann wiederum der Verdichter
in geeigneter Weise zwei in Längsrichtung
beabstandete Bänder
aufweisen, wobei der Verdichter drehbar zwischen diesen Bändern angebracht
ist, um ein Drehen zu erleichtern. Durch das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Verdichterfläche
des Bandes in die Unterlagenfläche
eingreifen, im Wesentlichen ohne eine relative Gleitbewegung in
der Richtung des Voranschreitens zwischen diesen, da das Band oder
jedes Band sich mit der Fortschrittsgeschwindigkeit des Verdichters über der Asphaltunterlage
dreht. Es wird betont, dass eine geringe relative Gleitbewegung
zumindest teilweise in einer seitwärts gerichteten Richtung auftritt,
wenn sich der Verdichter dreht, jedoch wird diese relative Gleitbewegung
bei der Verwendung des Verdichters normalerweise genügend klein
sein, so dass dies im Wesentlichen nicht nachteilhaft für die Verdichtung des
Asphalts ist. In bevorzugten Verdichtungsprozeduren in dem Verfahren
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wird jede Drehung des Verdichters, um die Richtung
der Verdichtung umzudrehen, auf einer Unterlage durchgeführt, die
bereits verdichtet wurde.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung, wie er in Anspruch 19 definiert ist,
wird ein Verdichter bereitgestellt mit zwei longitudinal beabstandeten
Stützanordnungen,
die miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine der Stützanordnungen für ein Lenken
des Verdichters ausgebildet ist, und mit einer Antriebsquelle zum
Antreiben wenigstens einer der Stützanordnungen, und wobei wenigstens eine
der Stützanordnungen
eine modulare Verdichtereinheit umfasst mit einem Verdichterband
und Stützmitteln
für das
Band, die einen ebenen unteren Lauf des Bandes definieren, der eine
Verdichterfläche
bildet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verdichter bereitgestellt
mit zumindest zwei longitudinal beabstandeten modularen Verdichtereinheiten,
die relativ miteinander verbunden sind, und mit einer Antriebsquelle
zum Antreiben wenigstens einer der modularen Verdichtereinheiten,
wobei wenigstens eine der modularen Verdichtereinheiten so anpassbar
ist, dass ein Lenken des Verdichters möglich ist, und wobei jede der
modularen Verdichtereinheiten ein Verdichterband und Stützmittel
für das Band
aufweist, die einen ebenen unteren Lauf des Bandes definieren, der
eine Verdichterfläche
bildet.
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Der
Verdichter gemäß diesen
Aspekten der Erfindung ist insbesondere geeignet für die Verwendung
mit einer heißen
Asphaltmischgutunterlage, er kann jedoch auch für die Verdichtung von anderen Straßenbelagsmaterialien
verwendet werden.
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Falls
nur eine der Stützanordnungen
eine modulare Verdichtereinheit aufweist, kann die andere Stützanordnung,
relativ zu welcher sie verbunden ist, beispielsweise ein Asphaltspritzgerät sein,
welches in diesem Fall gemäß dem Verfahren
des ersten Aspektes der Erfindung verwendet werden kann, oder einer
lenkbaren Traktoreinheit, in welchem Fall der Verdichter gemäß jedem
Verfahren des ersten und zweiten Aspektes der Erfindung verwendet
werden kann. Bei diesen Ausführungsbeispielen
ist die modulare Verdichtereinheit bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise,
drehbar durch eine Kupplung mit der anderen Stützanordnung verbunden.
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In Übereinstimmung
mit dem vorstehend erläuterten
Aspekt umfassen beide Stützanordnungen alternativ
modulare Verdichtereinheiten mit jeweils einem Verdichterband und
Stützmitteln
für das
Band, die einen ebenen unteren Lauf des Bandes definieren, der eine
Verdichterfläche
bildet. Die Einheiten können
beispielsweise durch eine Kupplung an einem Ende der Einheit drehbar
zueinander miteinander verbunden sein. In diesem Ausführungsbeispiel sind
die zwei modularen Verdichtereinheiten bevorzugt drehbar zueinander,
beispielsweise durch hydraulische Mittel, um den Verdichter zu drehen.
Bei dieser Anordnung ersetzen die zwei modularen Verdichtereinheiten
vorzugsweise zwei Stahltrommelmodule eines bekannten gelenkigen
Zweitrommel-Rollenverdichters.
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Alternativ
wiederum kann die andere Stützanordnung
beispielsweise zwei Bandverdichter umfassen, die Seite an Seite
verbunden sind, optional beabstandet voneinander, wobei die eine
modulare Verdichtereinheit ausgebildet ist, den Abschnitt der Unterlage
zwischen den beabstandeten Bandverdichtern zu verdichten. Die modulare
Verdichtereinheit und die zwei beabstandeten Bandverdichter können relativ
zueinander drehbar sein, beispielsweise durch hydraulische Mittel,
um den Verdichter zu drehen. Diese Anordnung kann vorteilhafterweise
die Verdichtungsbreite bei einem einzigen Durchlauf vergrößern.
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Es
wird betont, dass, wenn der Verdichter gemäß diesem Aspekt der Erfindung,
eine einzelne modulare Verdichtereinheit und die vorstehend erwähnte drehbare
Traktoreinheit oder Verdichter mit zwei Seite an Seite angeordneten
Bändern
oder zwei relativ zueinander drehbaren Verdichtereinheiten aufweist,
der Verdichter vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, gemäß dem Verfahren
des ersten oder zweiten Aspektes der Erfindung verwendet wird.
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Vorzugsweise
wird die modulare Verdichtereinheit oder wenigstens eine der modularen
Verdichtereinheiten angetrieben und zwar dadurch, dass die Drehung
seines Bandes angetrieben wird.
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Weiter
bevorzugt ist die modulare Verdichtereinheit oder jede modulare
Verdichtereinheit in einem Verdichter gemäß diesen Aspekten der Erfindung
ist ausgebildet, um die oder jede Trommelanordnung in einem herkömmlichen
Rollenverdichter zu ersetzen.
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Der
untere Lauf des Bandes, in dem oder in jeder modularen Verdichtereinheit
ist bevorzugt wenigstens 1 m lang und kann bis zu 2 oder 3 m oder mehr
sein. Das Band in jedem Aspekt der Erfindung kann für eine Drehung
des Verdichters durch geeignete Mittel unterstützt sein. Beispielsweise erstreckt sich
in einem Ausführungsbeispiel
das Band zwischen zwei oder mehreren Trommeln oder Rollen, wie z.
B. zwei Trommeln mit großem
Durchmesser oder einer einzigen Trommel mit größerem Durchmesser bei dem vorderen
Ende des Verdichters, der bevorzugt angetrieben ist, um, wie bereits
erläutert, ein
Gleiten zu erleichtern, und zwei kleinere Trommeln bzw. Rollen,
welche den oberen und unteren Lauf des Bandes am hinteren Ende des
Verdichters definieren. In einem anderen Ausführungsbeispiel erstreckt sich
der untere Lauf des Bandes zwischen zwei relativ kleinen Trommeln
oder Rollen und zumindest eine obere Rolle, die größer sein
kann, stützt den
oberen Lauf des Bandes. Zwischen dem vorderen und hinteren Ende
des unteren Laufs kann das Band auch durch irgendwelche geeigneten
Mittel gestützt
sein oder im Eingriff mit diesen sein, um den gewünschten
konstanten oder allmählich
ansteigenden Belastungsdruck auf die Oberfläche bereitzustellen. Beispielsweise
kann das zuvor erwähnte
Stahlsegmentband durch beabstandete Innen- oder andere Führungsmittel
unterstützt
sein, wohingegen das zuvor erwähnte
elastomere Band durch ein Feld von Zwischenrollen oder Trommeln
oder durch eine Gleitoberfläche
unterstützt
sein kann.
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Die
Breite des Bandes in dem Verdichter, der bei dem ersten Aspekt der
Erfindung benutzt wird, ist bevorzugt im Wesentlichen die selbe,
wie die des Spritzgerätes
des Fertigers, beispielsweise 4 m, sie kann jedoch auch geringer
sein. Für
kleinere Projekte, die eine Manövrierfähigkeit
des Verdichters erfordern, kann es beispielsweise dienlich sein,
eine schmalere Bandbreite zu haben wie etwa die Hälfte der
Breite des Spritzgerätes
oder weniger. Entsprechend kann die Bandbreite in einigen Fällen bevorzugt
kleiner sein als die des Spritzgeräts, beispielsweise 2 m oder
weniger.
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Gemäß jedem
Aspekt der Erfindung kann das Band durch irgendwelche geeigneten
Mittel gebildet sein, wobei die spezifischen Erfordernisse der jeweiligen
Anwendung des Verdichters zu berücksichtigen
sind. Somit kann das Band ein elastomeres Material, wie laminiertes
Gummi, umfassen, wie es beispielsweise in der zuvor erwähnten US-Patentbeschreibung
beschrieben wurde. Alternativ kann das Band eine Reihe drehbar verbundener
starrer Segmente umfassen, oder beispielsweise von einem Netz oder
gewebtem Draht gebildet sein. Solche Segmente, solch ein Netz oder
Draht können
aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material gebildet sein.
Solch ein nicht elastomeres Band kann elastomere Pads haben, die
an der äußeren Oberfläche des
Bandes befestigt sind, um die Materialoberfläche zu kontaktieren.
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Die
Verwendung eines elastomeren Bandes oder eines Bandes mit elastomeren
Pads, die an diesem befestigt sind, auf einem heißen Asphaltmischgut
wird üblicherweise
eine bessere Oberflächenstruktur
auf dem verdichteten Asphalt bereitstellen als bei Verwendung eines
nicht elastomeren Bandes, und zwar alleine auf Grund der Verdichtung
des Bitumens auf der Oberfläche
des Asphalts durch das elastomere Material um grobkörnige Aggregatanteile herum.
Wenn allerdings ein nicht elastomeres Band alleine verwendet wird,
kann ein ähnlicher
Effekt durch aufeinanderfolgendes Rollen der Oberfläche mit
einem gummibereiften Roller erzielt werden.
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Um
einen Wärmeverlust
zu vermeiden, ist beispielsweise ein heißes Asphaltmischgut während der
Verdichtung, außer
bei dem unteren Lauf des Verdichterbandes, in jedem Aspekt vorteilhafterweise innerhalb
des Verdichters eingeschlossen. Der Einschluss kann teilweise oder
insgesamt durch eine isolierende Abdeckung gebildet sein und erstreckt sich
bevorzugt zumindest im Wesentlichen über das Band bis zu der Ebene
der Verdichtungsoberfläche. Solch
eine Abdeckung kann aus einem oder mehreren Teilen gebildet sein,
z. B. aus verstärktem
Kunststoff, wie Fieberglas, oder einem Metall, wie Aluminium oder
Stahl mit oder ohne einer isolierenden Unterlage. Das Band kann
teilweise von einem Stützsystem
für das
Band umschlossen sein.
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Unter
bestimmten Umständen,
insbesondere, jedoch nicht nur, bei Verfahren, bei denen der Verdichter
nicht bei einer heißen
Asphaltunterlage verwendet wird, kann es vorteilhaft sein, das Verdichterband
zu erwärmen.
Das Verdichterband wird bevorzugt wenigstens bis zu einer bevorzugten
Temperatur der Asphaltunterlage bei der Verdichtung erwärmt, z.
B. auf etwa 120°C
bis etwa 150°C
oder mehr, und kann die Asphaltunterlage während der Verdichtung erwärmen. Das
Erwärmen
des Verdichterbandes kann auch sicherstellen, dass das Bitumen auf
der Oberfläche
der Asphaltunterlage im Wesentlichen nicht an dem Verdichterband
haftet.
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Das
Verdichterband kann durch irgendwelche geeigneten Mittel erwärmt werden,
beispielsweise durch einen Heißdampfgenerator
oder eine Erwärmung
mit direkter Flamme, wie ein Propanflammenerwärmer. Solche Erwärmungsmittel
können ferngesteuert
sein, beispielsweise durch einen auf den Verdichter gerichteten
Infrarotsensor.
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Alternativ
oder zusätzlich
umfasst der Verdichter vorzugsweise ein oder mehrere Reservoirs für heiße Flüssigkeit
benachbart zu dem Band. Die heiße
Flüssigkeit
kann z. B. heißes Öl oder Bitumen sein.
Für jedes
Reservoir können
Mittel zum Erwärmen
der Flüssigkeit
darin umfasst sein, sowie Mittel zum Einbringen und Ausbringen der
Flüssigkeit
von dem Reservoir.
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Die
Trommel oder Rolle, die zu dem Verdichterband gehört, kann
als ein Reservoir für
die heiße Flüssigkeit
dienen. Alternativ oder zusätzlich
kann ein separates Reservoir mit heißer Flüssigkeit zwischen zwei solcher
Trommeln oder Rollen oder benachbart zu einer einzigen solcher Trommel
oder Rolle vorgesehen sein.
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Verschiedene
Ausführungsbeispiele
des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß einem oder mehreren Aspekten
der Erfindung werden nun mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fertigers und einer Verdichtervorrichtung,
die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
hintereinander arbeiten und bei einem konstanten Abstand über Relativabstandssensoren
gehalten werden;
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2 ist
eine Aufsicht des Fertigers und der Verdichtervorrichtung, wie sie
in 1 dargestellt sind und welche die Relativabstandssensoren
deutlich zeigt;
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3 und 4 entsprechen
den 1 und 2, zeigen jedoch eine Modifikation,
bei der der Fertiger und die Verdichtervorrichtung körperlich
verbunden sind;
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5 ist
eine Seitenansicht der Verdichtervorrichtung, die mit einem herkömmlichen
Traktor von eines gelenkigen Rollenverdichter verbunden ist;
-
6 ist
eine Draufsicht der Verdichtervorrichtung und des Traktors, die
in 3 dargestellt sind, und
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7 und 8 zeigen
eine Seitenaufrissansicht bzw. eine Draufsicht einer mit eigenem
Antrieb versehenen Verdichteranordnung gemäß der Erfindung, die zwei gelenkige
modulare Verdichtereinheiten verwendet.
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Mit
Bezug zu den 1 und 2 verdichtet ein
Verdichter 10 eine Asphaltunterlage 20, die durch ein
Spritzgerät 24 eines
Fertigers 22 auf eine zuvor präparierte Basisfläche 15 aufgebracht
wurde. Der Verdichter 10 ist ein Bandverdichter und folgt
unmittelbar hinter dem Fertiger 22.
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Der
Verdichter 10 weist eine Drehtrommel 12 mit großem Durchmesser
am vorderen Ende benachbart zu dem Fertiger 22 auf, eine
obere querlaufende Rolle 14a und eine untere querlaufende
Rolle 14b am hinteren Ende, und ein Reservoir 13 für heiße Flüssigkeit,
das zwischen der Drehtrommel 12 und den Rollen 14a und 14b angeordnet
ist. Das Reservoir 13 für
heiße
Flüssigkeit
und die Drehtrommel 12 enthalten erwärmtes Öl oder Bitumen bei einer Temperatur
von etwa 150°C.
Die Trommel 12, die Rollen 14a und b und
das Reservoir 13 werden durch ein Gestell 17 gehalten,
das schematisch durch ein einziges Rahmenelement dargestellt ist.
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Das
beschichtete elastomere Band 11 erstreckt sich um die Drehtrommel 12 und
die Rollen 14a und 14b. Die Drehtrommel 12 wird
durch einen hydraulischen Hilfsantrieb 19 angetrieben und überträgt damit
die Drehung auf das Band 11 und den Antrieb auf den Verdichter.
Das Band 11, die Trommel 12 und die Rollen 14a und 14b sind
in Längsrichtung unterteilt
mit separaten Antrieben für
die zwei Hälften der
Trommel 12, um eine Drehung des Verdichters zu ermöglichen.
Das elastomere Band kann bevorzugt durch z. B. ein Stahlband ersetzt
werden, das elastomere Pads an diesem befestigt hat.
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Der
untere Lauf des geteilten Bandes 11 zwischen der Trommel 12 und
der Rolle 14b wird gegen eine Ablenkung nach oben bei der
Ebene der gemeinsamen Tangente der Trommel 12 und der Rolle 14b durch
eine Gleitoberfläche
gehalten, die von der Unterseite des Reservoirs 13 gebildet
ist. Bevorzugt wird ein nicht gezeigtes Feld mit kleinen Rollen
unter dem Reservoir 13 bereitgestellt, um das Band in seiner
Ebene des unteren Laufs zu halten.
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Der
Verdichter 10 beinhaltet auch eine thermisch isolierende
Abdeckung 16, die nah über
der Vorderseite, der Oberseite und der Rückseite des Verdichters liegt
und die einen Wärmeverlust
für diese
Abschnitte des Bandes, die nicht die Oberfläche der Asphaltunterlage kontaktieren,
vermeidet. Die Abdeckung 16 kann auch die Seiten des Verdichters 10 abdecken
und dadurch einen weiteren Wärmeverlust
von der Trommel 12 und dem Reservoir 13 und somit
auch von dem Asphalt vermeiden.
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Der
Verdichter 10 schreitet mit einem Abstand von etwa 1 bis
2 m hinter dem Fertiger 22 mit der Geschwindigkeit des
Fertigers voran. Genauer gesagt, ist der Abstand zwischen der Außenkante 23 des
Spritzgeräts 24 für den Asphalt
und einer vorderen Kante 11a des unteren Laufs des geteilten
Bandes 11 etwa zwischen 1 und 2 m. Der Abstand wird über Relativabstand-Sensormittel 18 konstant
gehalten, die bei geeigneten Positionen auf jeder Seite des Verdichters 10 und
des Fertigers 22 angeordnet sind. Die Relativabstand-Sensormittel 18 auf
jeder Seite können
beispielsweise einen Infrarot- oder Laserstrahlemitter enthalten,
der auf dem Spritzgerät 24 befestigt
ist, um einen entgegen der Fortschrittsbewegung gerichteten Strahl
auf ein Ziel zu richten, das auf einem vorwärts gerichteten Element 19 auf
dem Verdichter 10 gehalten ist. Das Ziel hat eine Nullposition
und eine oder mehrere Plus- und Minuspositionen auf entsprechenden
Seiten der Nullposition. Die gegenwärtige Drehgeschwindigkeit der
entsprechenden Trommel 12 und des Bandes 11 wird
beibehalten, wenn der Strahl die Nullposition des Ziels trifft,
jedoch wird die Geschwindigkeit zeitweise erhöht oder erniedrigt, falls der
Strahl eine Plus- bzw. Minusposition trifft. Solche Sensormittel
sind bekannt, werden jedoch nur zu Darstellungszwecken gezeigt.
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Typischerweise
bewegt sich der Fertiger 22 mit einer Geschwindigkeit von
etwa 0,1 m/s während des
Aufbringens der Asphaltunterlage 20. Damit ergibt sich,
dass die Geschwindigkeit des Verdichters 10 wesentlich
geringer ist als bei herkömmlicherweise
verwendeten Verdichter in Asphaltverdichtungsverfahren. Nachdem
der Verdichter 10 unmittelbar hinter dem Fertiger 22 folgt,
ist ferner die Temperatur der Asphaltunterlage 20 bei der
Spritztemperatur oder im Wesentlichen die selbe, wenn die Verdichtung
beginnt. Die Erwärmung
des Bandes 10 durch die heiße Flüssigkeit in der Trommel 12 und
dem Reservoir 13 und die Abdeckung 16 vermeidet
einen Wärmeverlust
während
der Verdichtung, so dass die Temperatur bei der Verdichtung 150°C oder mehr sein
kann.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, ist die Breite Y
des Verdichters 10 und des Bandes 11 4 m und damit
so, dass die volle Breite der Asphaltunterlage 20, die
durch das Spritzgerät 24 aufgebracht worden
ist, von dem Band 11 in einem einzigen Durchlauf des Verdichters 10 abgedeckt
wird. Die Kontaktlänge
X, die durch den unteren Lauf des Bandes 11 definiert ist,
ist 3 m. Für
einen Verdichter, der eine Gesamtmasse von 24 Tonnen (240 kN) einschließlich der
heißen
Flüssigkeit
in der Trommel 12 und dem Reservoir 13 besitzt,
wird ein gleichförmiger Belastungsdruck
von 20 kPa durch den unteren Lauf des Bandes ausgeübt. Angenommen,
die Geschwindigkeit sei 0,1 m/s (typisch für eine Versetzungsrate von
1000 Tonnen pro 6 Stunden pro Tag pro Fertiger, Verlegen von Asphalt
in einer 50 mm dicken Schicht), dann ist die Belastungsdauer bei
irgendeinem Punkt auf der Asphaltunterlage unter dem Verdichterband etwa
30 Sekunden. Bei dieser Belastungsdauer und bei 150°C wird die
Bindemittelsteifheit etwa 0,05 Pa sein.
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Die
vorstehend erwähnte
Größe des Verdichters
wird bei Projekten großer
Dimension verwendet. Bei Projekten mit kleinerer Dimension kann der
Verdichter 10 einen sehr viel kleineren „Fußabdruck" haben, beispielsweise
eine Kontaktlänge
X von 2 m und eine Breite von 2 oder 4 m. Ein kleinerer Fußabdruck
wird üblicherweise
mit einer geringeren Gesamtmasse des Verdichters 10 korrespondieren. Falls
dem so ist, kann dies durch eine Vergrößerung der Temperatur in dem
Verfahren ausgeglichen werden. In einem solchen Fall kann ein Stahlsegmentband 11,
das durch eine direkte Flamme erwärmt wird, verwendet werden.
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Nun
mit Bezug zu den 3 und 4 wird eine
Modifikation des Verdichters 10 der 1 und 2 gezeigt,
bei der der Verdichter 10 körperlich mit dem Fertiger 22 verbunden
ist. Der Verdichter 10 behält seinen eigenen Hilfsantrieb
für die
Trommel 12, so dass die Fortschrittsgeschwindigkeit des
Verdichters auf die des Fertigers gesetzt werden kann. Somit dient
die mechanische Verbindung zwischen dem Fertiger und dem Verdichter
nur der Bereitstellung einer Steuerung für den Verdichter.
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Die
mechanische Verbindung ist schematisch als Bügel 26 gezeigt, der
sich von dem vorderen Ende des Rahmens 17 des Verdichters
zu den Seiten des Spritzgeräts 14 und
nach innen zu einer Kupplung 28 unterhalb des Fertigers
erstreckt. Die Kupplung 28 kann eine starre oder drehbare
Verbindung zwischen dem Fertiger und dem Verdichter für Kurven
mit großem
Radius vorgesehen sein, denen die Vorrichtung ausgesetzt wird.
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Im
Betrieb, wenn sich der Fertiger dreht, wird dies von dem Bügel 26 wahrgenommen,
welcher die selbe Bewegung auf den Verdichter überträgt. Eine ähnliche Funktion kann dadurch
erreicht werden, dass der Bügel 26 z.
B. durch eine einfache Kabelanordnung ersetzt wird.
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4 zeigt
die längsseitige
Aufteilung des Verdichters einschließlich der Trommeln, Rollen
und des Bandes, und hieraus ergibt sich, dass der Verdichter aus
im Wesentlichen identischen Modulen aufgebaut sein kann, z. B. mit
1 m Breite, die Seite an Seite aneinander befestigt sind, um die
gewünschte Breite
des Verdichters zu bilden. Falls jedes der zwei Bänder in
dem Verdichter oder jedes äußere Band ihre
eigene Antriebsquelle hat, kann die Drehgeschwindigkeit dieser Bänder individuell
angepasst werden, um ein Drehen des Verdichters zu erleichtern.
Das innere Band braucht nicht angetrieben zu werden.
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Die 5 und 6 stellen
besser eine alternative Anordnung des Verdichters für eine Verwendung
im Allgemeinen für
kleiner dimensionierte Projekte dar. In den 3 und 4 hat
der Verdichter 30 im Wesentlichen den selben Aufbau wie
der Verdichter 10, der in den 1 und 2 gezeigt
ist, so dass er nicht weiter im Detail erläutert wird. Der Verdichter 30 umfasst
eine Drehtrommel 32 mit großer Dimension, die einen hydraulischen
Hilfsantrieb hat, ein Reser voir 34 für heiße Flüssigkeit, obere und untere
quergerichtete Rollen 36 bzw. 38, ein Rahmen 40,
der die Trommel und Rollen trägt,
ein sich drehendes Band 42 und eine thermisch isolierende
Abdeckung 44. In diesem Ausführungsbeispiel wird allerdings
anstatt unmittelbar hinter dem Fertiger, wie in den 1 bis 4 gehalten
zu werden, der Verdichter 30 von hinten durch einen konventionellen Traktor 46 von
einem gelenkigen Rollenverdichter gelenkt, wobei der Verdichter
an dem Traktor mittels einer Schwenkverbindung 48 mit einem
Ende des Gerüsts 40 befestigt
ist. Wie zuvor hat das Band 42 einen im Wesentlichen starren
ebenen unteren Lauf, doch für
eine verbesserte Manövrierfähigkeit
kann der untere Lauf eine geringere Länge von z. B. 2 m oder weniger
haben.
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Ein
einzelnes Band 42, ob elastomer oder nicht elastomer, kann
bei diesem Ausführungsbeispiel
verwendet werden, nachdem das Lenken durch den Traktor 46 ausgeführt wird,
der flüssigkeitsgefüllte glatte
Reifen mit großem
Durchmesser hat.
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Wie
bei dem Verdichter 10 der 1 bis 4,
kann ein Reservoir 32 und 34 für heiße Flüssigkeit durch ein Heißdampfgebläse oder
einen Heizer mit direkter Flamme für das Band verbessert oder ersetzt
werden. Eine derartige Erwärmung
kann im Inneren des Bandes durchgeführt werden, z. B. auf dem oberen
Lauf oder extern, z. B. zwischen der Abdeckung 44 und der
Trommel 32 benachbart zu dem unteren Lauf. Eine solche
Erwärmung
des Bandes kann auch verwendet werden, um dem Asphalt während der
Verdichtung Wärme
zuzuführen,
wobei in diesem Fall eine zufriedenstellende Verdichtung mit viskosem
Fluss des Bindemittels erreicht werden kann, obwohl der Asphalt
in einem größeren Ausmaß vor der
Verdichtung abkühlen
konnte.
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Der
Verdichter 30 umfasst ein hydraulisches Hebesystem 52,
das ausgebildet ist das Band 42 vom Boden abzuheben, so
dass das Band sich frei drehen kann, während der Verdichter steht.
Dies erleichtert ein Erwärmen
des Bandes sogar vor dem Beginn des Verdichterlaufs. Das Hebesystem
wird von dem Rahmen 40 bei entgegengesetzten Enden des
Verdichters an der Drehverbindung 48 gehalten und umfasst
eine Radanordnung 54, derart, dass sie auch verwendet werden
kann, den Transport und die Manövrierfähigkeit
bei Nichtbenutzung zu erleichtern.
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Der
Verdichter kann bei Geschwindigkeiten von bis zu etwa 0,7 m/s betrieben
werden, was sogar mit einer Länge
des unteren Lauf des Bandes von z. B. 2 m eine Verdichtungsdauer
von etwa 3 Sekunden in einem einzigen Durchlauf bereitstellen wird,
d. h. im Wesentlichen mehr als im Stand der Technik beschrieben.
Dennoch wird der Verdichter 30 bevorzugt bei Geschwindigkeiten
geringer als 0,7 m/s, z. B. bei etwa 0,5 m/s oder weniger betrieben,
wodurch die Belastungsdauer in einem einzigen Durchlauf erhöht wird.
Der Verdichter 30 kann in der Weise verwendet werden, wie
sie mit Bezug zu dem Verdichter 10 beschrieben wurde, d.
h. unmittelbar hinter dem Fertiger und im Wesentlichen mit der selben
Geschwindigkeit wie der Fertiger voranschreitend, jedoch wird der
Verdichter 30 gewöhnlich
unabhängig
von dem Fertiger bei höheren
Geschwindigkeiten benutzt. Unter diesen Umständen kann der Verdichter 30 leicht mehrere
Durchläufe über die
Asphaltunterlage durchführen
und so das gewünschte
Maß an
Verdichtung bereitstellen. Jeder Durchlauf kann zwischen dem Fertiger
sein und bis zu z. B. 400 m vor oder hinter dem Fertiger und die
Geschwindigkeit des Verdichters kann angepasst werden, um zu ermöglichen,
dass der Verdichter sich an die Geschwindigkeit des Fertigers bei
der erforderlichen Anzahl an Durchläufen hält. Der Verdichter kann einen
gleichförmigen
Belastungsdruck von 20 kPa ausüben.
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Nun
mit Bezug zu den 7 und 8 ist ein
Verdichter 60 gemäß der Erfindung
gezeigt, der in exakt der selben Weise wie der Verdichter 30 der 5 und 6 benutzt
werden soll. Der Verdichter 60 zeigt allerdings eine modulare
Form der Bandverdichtereinheit, wobei zwei der selben die Doppelstahltrommeln
in einem bekannten gelenkigen Doppeltrommelverdichter ersetzen.
Der bekannte Verdichter umfasst ein Antriebs- und Steuermodul 64 und
zwei Trommelmodule, die teilweise durch gestrichelte Linien 66 dargestellt
sind, welche die Trommeln darstellen.
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Jedes
Verdichtermodul 62 umfasst einen typischen Rahmen 68 mit
einer Kupplung 70 an einem Ende für eine Drehverbindung mit dem
Antriebs- und Steuermodul 64, welches zwischen und oberhalb
der Verdichtermodule 62 sitzt. Bei dem Rahmen 68 in
bekannten Verdichtern ist die Trommel 66 innerhalb des Rahmens
gelagert. Anstatt dessen ist eine kleinere obere Trommel 72 für ein elastomeres
oder nicht elastomeres Band 74 innerhalb des Rahmens in
der selben Weise gelagert. Unterhalb der Trommel 72 stützt der
Rahmen 68 eine untere Rollenanordnung 76 für das Band.
Die Rollenanordnung 76 umfasst vordere und hintere Rollen 78 bzw. 80 mit
kleinerem Durchmesser als die Trommel 72 und ein Feld kleinerer
Zwischenrol len 82. Die Rollen 78, 80 und 82 definieren
einen ebenen unteren Lauf des Bandes, der die Verdichterfläche des
Verdichtermoduls 62 definiert. Der untere Lauf des Bandes 74 in
jedem Verdichtermodul hat bevorzugt eine Länge von 1,5 bis 2 m, jedoch
kann er auch länger
oder kürzer
sein. Wie in 8 gezeigt, ist die Bandbreite
etwa 2 m, um mit Standardtrommelmodulen zu korrespondieren, sie kann
jedoch auch breiter oder weniger breit sein.
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Die
Trommel 72 in jedem Verdichtermodul 62 wird in
der selben Weise angetrieben wie die bekannte Trommel 66 durch
das Antriebs- und Steuermodul 64 durch einen hydraulischen
Hilfsantrieb (nicht gezeigt). Zusätzlich zu der gemeinsamen Verbindung des
Verdichtermoduls 62 über
das Antriebs- und Steuermodul 64, sind die Verdichtungsmodule
durch eine hydraulische Lenkramme 84 verbunden oder vorzugsweise
durch zwei hydraulische Lenkrammen, auf jeder Seite der Kupplungen 70 eine.
Die hydraulische Ramme oder die Rammen 84 werden durch eine
hydraulische Ventilanordnung (nicht gezeigt) gesteuert, welche Lenksignale
von dem Antrieb des Verdichters empfängt.
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Jedes
Verdichtermodul 62 hat das Band 74 insgesamt umschlossen,
außer
für den
unteren Lauf unterhalb der Abdeckung 86. Die Abdeckung
hilft dem Wärmeverlust
von der Unterlage 88 während der
Verdichtung entgegenzuwirken, sie enthält bevorzugt jedoch auch eine
Wärmeumgebung
für das Band.
Solch eine Wärmeumgebung
kann z. B. dadurch bereitgestellt werden, dass heiße Flüssigkeit
in der Trommel 72 vorgesehen ist oder bevorzugt durch überhitzten
Dampf bereitgestellt werden, der dem Gehäuse unterhalb der Abdeckung
durch einen Heizer auf dem Verdichtermodul zugeführt wird oder bevorzugter auf
dem Antriebs- und Steuermodul 64. Das Erwärmen des
Bandes hilft, die gewünschte
Verdichtungstemperatur beizubehalten, obwohl ein spezieller Abschnitt
der Unterlage 88 unter die Temperatur während des Zeitintervalls abkühlen kann,
die der Verdichter 60 über
sie läuft.
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Mit
Bezug zu 7 wird bemerkt, dass jedes Verdichtermodul 62 eine
im Wesentlichen niedrigere Drehachse der Trommel 72 als
in dem Fall für
die Trommel 66 in existierenden Trommelmodulen besitzt,
was zu einer verbesserten Sicherheit insbesondere bei Gefällen führt.
-
Es
wird betont, dass das Verdichtermodul 62 leicht den Verdichter 30 in
den 5 und 6 ersetzen kann, sowie mit einigen
Modifikationen den Verdichter 10 in den 1 bis 4.
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In
jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele
umfasst der Bandverdichter vorteilhafterweise Mittel (nicht gezeigt)
zum Spannen des Bandes. Solche Mittel können eine Rolle oder Trommel, die
hydraulisch versetzbar ist, umfassen.
-
Es
wurde gefunden, dass vorteilhafterweise das Asphaltverdichtungsverfahren
und Verdichter gemäß verschiedener
Aspekte der Erfindung Asphalt bereitstellen, der signifikant weniger
durchlässig
als Asphalt ist, der mit herkömmlichen
Einrichtungen und Techniken verdichtet wurde. Diesbezügliche Versuche
wurden in Übereinstimmung
mit der New South Wales Road and Traffic Authority (RTA) Standardtestverfahren
T168 (1990) unter dem Titel „Determination
of Insitu Infiltration of Water into a Road Pavement" durchgeführt. Gemäß diesem
Testverfahren wird kurz gesagt eine Sichtröhre, die mit Höhenmarkierungen
versehen ist, so positioniert, dass sie sich vertikal oberhalb des
zu testenden Bereichs erstreckt. Die Ansichtsröhre wird bei ihrer Basis durch eine
Grundplatte unterstützt.
Wasser wird in die Ansichtsröhre
eingeführt
und schnell auf die gewünschte
Höhe, wie
sie bei der Röhre
markiert ist, gebracht. Das Wasser fließt dann durch die Grundplatte
und kontaktiert die Bitumenoberfläche, die zu testen ist. Die
Rate, mit der die Wasseroberfläche
zwischen einer oberen und einer unteren Marke auf der Ansichtsröhre fällt, wird
aufgezeichnet und die Porosität
der zu testenden Oberfläche
wird berechnet.
-
Unter
Verwendung dieses Verfahrens wurde gefunden, dass beim Testen von
Asphalt, der gemäß den Aspekten
der Erfindung präpariert
wurde, die Zeit, die die Wasseroberfläche brauchte, um von 1 m auf
900 mm zu fallen, in der Größenordnung
von 10 bis 20 Sekunden war. Wenn herkömmlich verdichteter Asphalt
bei dem Versuchsort getestet wurde, war die Fließrate des Wassers in den Belag
so, dass die Wasseroberfläche
nur bei 200 bis 300 mm gehalten werden konnte. Es wird angenommen,
dass die höhere
Durchlässigkeit
herkömmlich
präparierter
Asphaltoberflächen
von Rollenaufbrechen oder dem Nichtverschluss von Lufthohlräumen und
Kapillaren herrühren
könnten,
die sich bei herkömmlichen
Techniken ergeben.