DE69924685T2

DE69924685T2 - Gummi-modifizierter Bitumen-Strassenbelag

Info

Publication number: DE69924685T2
Application number: DE69924685T
Authority: DE
Inventors: Bernard Burns
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2019-10-14
Also published as: CA2286539A1; EP0994161A2; DE69924685D1; CZ296325B6; JP3735217B2; PT994161E; JP2000119530A; EP0994161B1; EP0994161A3; KR100477181B1; KR20000029121A; CZ9903667A3; CA2286539C; ATE293148T1; KR20040019040A; ES2241222T3; US5936015A; DK0994161T3

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Asphalt- oder Bitumenstraßenbeläge, die durch die Zugabe von Gummi, insbesondere von Gummigranulat, wie z. B. gemahlenem Reifengummi aus ausgemusterten Reifen, modifiziert sind.
Hintergrund der Erfindung
In einer Erdölraffinerie hergestellter konventioneller Asphaltzement (AZ) muss modifiziert werden, um seine Eigenschaften als Bindemittel zu verbessern. Bei aus der Erdölraffinierung gewonnenem Asphaltzement handelt es sich um ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und heterozyklischen Verbindungen, zu denen unter anderem aus polynuklearen Kohlenwasserstoffen mit relativ hohem Molekulargewicht entstandene Asphaltene und Maltene gehören. Je nach Ursprung, d. h., ob der Asphalt aus Rohöl gewonnen wird oder aus der Raffinerie stammt, ist der Asphalt unterschiedlich beschaffen. Ein Asphaltbindemittel ist definiert als der Stoff, der die Zuschlagspartikel, z. B. Schotter, Steine, Füllstoffe, zusammenhält und so den Asphaltbeton bildet.
Verschiedene Modifizierer sind bekannt und kommen kommerziell zum Einsatz, um die Eigenschaften und die Lebensdauer von Asphaltstraßenbelägen zu verbessern. Eine Materialkategorie, die heißem Asphalt zugesetzt wird, sind polymere Modifizierer. Ein weithin verbreitetes Polymer, das dem Asphalt bei hoher Temperatur zugegeben wird, ist das Block-Copolymer Styrol-Butadien-Styrol (SBS), wobei SBS typischerweise weniger als 10 Gewichts-% des Asphaltbindemittelgemischs ausmacht. Auch wenn gewisse physikalische Eigenschaften und Leistungsmerkmale des aufgebrachten Asphaltbetons verbessert werden, ist die Verwendung von SBS mit mehreren Nachteilen verbunden, hierzu gehören seine Unlöslichkeit im Asphalt und die Tatsache, dass sich SBS absetzt und bei der Lagerung im Asphalt nach oben wandert, wenn das Gemisch nicht fortlaufend in geeigneter Weise gemischt wird. Bei einem Einsatz zusammen mit GTR kommt es bei der Lagerung des Asphalt-SBS-Gemischs zu einer Erhöhung der Viskosität. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von SBS als Modifizierer ist, dass relative hohe Anteile des Polymers erforderlich sind, um in dem bundesweit geltenden Test für Asphaltbindemittel („PG") im Rahmen des US-amerikanischen „Strategic Highway Research Program" (SHRP) Verbesserungen in der gleichen Größenordnung zu erzielen.
Auch Polypropylen wird kommerziell als Modifizierer verwendet, doch genau wie SBS bildet dieser Stoff keine echte Lösung mit dem Asphalt und wenn das mechanische Rühren und/oder die Umwälzung des Gemischs eingestellt wird oder eine gewisse Intensität unterschreitet, setzt sich das Polymeradditiv in einer eigenen Schicht an der Oberfläche des heißen Asphalts in der Verarbeitungsanlage ab.
Ein weiteres polymeres Material, das als Asphaltmodifizierer vorgeschlagen wurde, ist Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR). SBR-haltiger modifizierter Asphalt ergibt jedoch einen Belag, der relativ stark klebt und dazu führt, dass sich an Schnecken, Trichtern, Schaufeln und Abziehern von Asphaltiermaschinen unerwünschtes Material ansammelt. Dieser Effekt zeigt sich darüber hinaus daran, dass beim Walzen des heißen Betons auf der Straße Material an der Oberfläche der Walze haften bleibt. Dies kann nur dadurch eingedämmt werden kann, dass man den Asphalt vor dem Walzen auf etwa unter 150°F(65°C) abkühlen lässt. Außerdem neigt der fertige Betonstraßenbelag unter gewissen klimatischen Bedingungen stärker zur Bildung von „Spinnweben" oder feinen Oberflächenrissen.
Auch bei verschiedenen anderen Polymeren, darunter gummiartigen Terpolymeren, wurde offenbart, dass sie als Asphaltmodifizierer in Frage kommen. Beispielsweise offenbart USP 5,733,955 die Zugabe eines gummiartigen Polymers als Modifizierer, das aus einem konjugierten Diolefin-Monomer, einem aromatischen Vinyl-Monomer und Isobutoxylmethylacrylamid besteht, die das Gerüst des Polymers bilden. In USP 5,773,496 wird ein Asphaltmodifizierer offenbart, bei dem es sich um ein Gemisch aus Schwefel und einem aus einem linearen Copolymer, nämlich einem Styrolkonjugierten Dien-Block-Copolymer, und ein ähnliches lineares Copolymer mit spezifiziertem Molekulargewicht handelt. Diese oder andere polymere Modifizierer sind von kommerziellen Asphaltierunternehmen anscheinend aber nicht angenommen worden.
Ein Material, das als Asphaltzementmodifizierer angenommen wurde, ist Gummigranulat. Die Hauptquelle für Gummigranulat in den USA und anderswo in der ganzen Welt ist gemahlener Reifengummi (GRT) aus ausgemusterten Reifen. Die U.S. Federal Highway Administration (FHWA) hat Gummigranulat aus Altreifen für den Einsatz als Modifizierer von Asphaltzement in Autobahnbelägen zugelassen. Die Verwendung von Gummigranulat als Modifizierer für Asphaltzement anstelle von anderen „frischen" polymeren Modifizierern wurde von verschiedener Stelle als Lösung für das stetig wachsende Problem einer umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Entsorgung von alten Reifen gepriesen.
Gummigranulat oder GRT mit unterschiedlicher Partikelgröße wurde in den heißen Asphaltzement eingearbeitet, auch wenn Materialien mit relativ kleiner Partikelgröße, die durch ein Sieb mit der Maschenweite 40 oder kleiner hindurchpassen, bevorzugt werden. Zwei elementare Arten von Gummigranulat stehen zur Verfügung und werden durch ihr jeweiliges Herstellungsverfahren unterschieden. Kryogener GRT entsteht, indem man den Reifen in relativ große Stücke schreddert und den Gummi dann unter kryogenen Bedingungen mahlt. Bei der Herstellung von GRT, der bei Umgebungstemperatur oder warm gemahlenen wird, herrschen dagegen keine kryogenen Bedingungen. Kryogener GRT weist bei der rasterelektronenmikroskopischen Untersuchung (REM) eine gewisse regelmäßige Beschaffenheit und Partikel mit allgemein ebenen kleinflächigen Oberflächen auf, wie bei der Zerkleinerung des auf Tieftemperatur gefrorenen kristallinen Reifengummis zu erwarten ist. Im Gegensatz dazu besitzen bei Umgebungstemperatur gemahlene GRT-Partikel ein unregelmäßiges Erscheinungsbild mit ausgeprägten „Ranken", die daher rühren, dass die Gummistruktur auseinander gerissen und geschreddert wird (im Vergleich zur kryogenen Zerkleinerung) und gegenüber den durch den kryogenen Prozess entstandenen Partikeln eine deutliche größere Oberfläche besitzt.
Die Verwendung von GRT als Modifzierer für Asphaltzement, der als Bindemittel in Straßenbelägen zum Einsatz kommt, bietet mehrere Vorteile, darunter eine elastischere Straßenoberfläche, die unter der Last des fahrenden Fahrzeugverkehrs federt, so dass dünne Eisflächen noch während der Entstehung zerstört werden. Die Straßenoberfläche ist außerdem dunkler und absorbiert daher mehr Sonnenenergie, so dass sich bildendes Eis geschmolzen wird und nasse Flächen schneller trocknen. Der Zusatz von GRT verbessert darüber hinaus die Rutschfestigkeit. Allerdings sind die Möglichkeiten, dass die Asphaltene und Maltene und die Gummipartikel eine chemische Bindung eingehen, begrenzt und eine gleichmäßige Verteilung des GRT in dem Asphaltzement ist schwierig. Aufgrund dieser chemischen und physikalischen Beschränkungen bilden sich in dem GRT-haltigen Straßenbelag bei ständigem Verkehr und/oder schweren Lasten immer noch Spurrillen und in Bereichen, in denen gebremst und rasch beschleunigt wird, schiebt sich der Belag außerdem auf.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher ein verbessertes gummi-modifiziertes Asphaltbindemittel, das die Leistungsmerkmale von Gummigranulat oder GRT enthaltenden Asphaltstraßenbelägen verbessert.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein verbesserter Prozess für die Herstellung von gummimodifizierten Asphaltbindemitteln.
Ein wichtiges Ziel der Erfindung sind darüber hinaus ein verbesserter Prozess und ein verbessertes Material für Straßenbeläge, bei denen die weit reichende Akzeptanz und Verwendung von GRT aus Altreifen gefördert und so das Recycling von ausgemusterten Reifen vorangebracht wird, um ein großes ökologisches und ökonomisches Problem in den USA und anderswo in der ganzen Welt zu lösen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, ein verbesserter gummi-modifizierter Asphaltstraßenbelag, der in bestehenden Asphaltmischern und Asphaltiermaschinen hergestellt werden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Asphaltbindemittel mit aufgrund einer Vernetzung verbesserten Eigenschaften, das bei der Aufbringung auf schlecht vorbereiteten Untergründen einen besseren Asphaltbeton ergibt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist außerdem ein verbessertes gummi-modifiziertes Asphaltbindemittel, bei dem kommerziell verfügbare polymere Modifizierer zum Einsatz kommen und das sich wirtschaftlicher herstellen und verarbeiten lässt als derzeit verwendete polymere Modifizierer und Additive.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung besteht ein verbessertes gummi-modifiziertes Asphaltbindemittel aus etwa 30 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-% Asphaltzement, etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% Gummigranulat und etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% Polyoktenamer. In einer bevorzugten Ausprägung der Erfindung besteht das gummi-modifizierte Asphaltbindemittel aus etwas 80 Gew.-% bis 95 Gew.-% Asphaltzement, etwa 2 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% Gummigranulat und etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% Polyoktenamer. Festgestellt wurde, dass sich die oben genannten Ziele der Erfindung und andere Vorteile durch die Beimengung eines geringen Anteils eines Polyoktenamers zu dem erhitzten flüssigen Asphaltzement erreichen lassen. Das Polyoktenamer wird dem geschmolzenen Asphaltzement in trockner Partikelform bei einer Temperatur von etwa 325° F(163°C) zugesetzt, wobei das Gemisch gerührt oder auf sonstige Weise hin- und herbewegt wird (z. B. durch Umwälzpumpen), bis das Polyoktenamer aufgelöst und sorgfältig vermischt ist. Das Gummigranulat kann dem heißen Asphaltzement zusammen mit den Polyoktenamer-Pellets oder nach der Verteilung der Polyoktenamer-Pellets und vor oder nach dem Schmelzen und Vermischen dieser Pellets zugegeben werden.
Das Polyoktenamer ist ein zyklisches Makromolekül mit kristalliner Struktur und niedrigerer Viskosität oberhalb seines Schmelzpunktes. Das Makromolekül besitzt einen hohen Anteil an Doppelbindungen, was eine Vernetzung ermöglicht und ein gummiartiges Polymer ergibt. Wichtig ist, dass das Polyoktenamer beim Schmelzen eine mit Honig vergleichbare Viskosität und Klebrigkeit aufweist. Diese Eigenschaften des geschmolzenen Materials helfen beim Einmischen des GRT in den Asphaltzement. Aufgrund seiner großen Anzahl an Doppelbindungen kann das Polyoktenamer mit verfügbaren Stellen, z. B dem Schwefel der Asphaltbestandteile, und insbesondere den Asphaltenen und Maltenen reagieren, wobei gleichzeitig eine große Anzahl von Stellen für die Reaktion mit dem Schwefel an der Oberfläche des GRT oder Gummigranulats als der anderen wesentlichen Komponente des Bindemittels übrig bleibt. Nach der Abkühlung und Vernetzung ist das Polyoktenamer nicht klebrig und es vermindert die Klebrigkeit des GTR-Asphaltbindemittels, so dass nur wenig Asphalt von der Straßenoberfläche aufgenommen wird und die Straße daher sehr viel früher gewalzt werden kann, solange sie noch heiß ist.
Ein geeignetes Polymer steht bei der HGIs AG in Marl, Deutschland, und ihrem Händler in den USA, der Firma Creanova Inc. in Somerset, New Jersey, unter dem Markennamen VESTENAMER^® zur Verfügung. Die bevorzugte Form des Polyoktenamers ist das Trans-Polyoktenamer, das auch als „Trans-Oktenamer-Kautschuk" (TOR) bezeichnet wird. Zwei Typen des VESTENAMER^® Trans-Polyoktenamers sind kommerziell verfügbar: „8012" bezeichnet ein Material mit einem Trans-Anteil von etwa 129°F/80% (und einem Cis-Anteil von 20%) und einem Schmelzpunkt von etwa 54°C. „6213" bezeichnet ein Material mit einem Trans-Anteil von etwa 60% (und einem Cis-Anteil von 40%) und einem Schmelzpunkt von 86°F/30°C. Diese beiden Polymere besitzen an jedem achten Kohlenstoffatom im Ring eine Doppelbindung. Die bevorzugte Form des TOR beim praktischen Einsatz der Erfindung besitzt einen Trans-Anteil von etwa 80%. Allerdings können Verbindungen mit anderen Verhältnissen zwischen den Cis- und Trans-Isomerenformen des Polyoktenamers auch durch Blenden verfügbarer Produkte zur Verwendung in der Erfindung erreicht werden. Verbindungen dieser Kategorie können nach den Ausführungen von USP 3,804,803 hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausprägung der Erfindung werden der GTR und das Polyoktenamer zu dem heißen verflüssigten Asphaltzement (AZ) hinzu gegeben, dessen Temperatur im Bereich von etwa 280°F bis etwa 350°F (etwa 138°C bis etwa 177°C) gehalten wird. Die bevorzugte Temperatur liegt bei etwa 320°F bis etwa 350°F (etwa 160°C bis etwa 177°C) und hängt von den Eigenschaften und Merkmalen des Asphaltzements ab, die wie bereits erklärt je nach Ursprung unterschiedlich sein können.
In einer bevorzugten Ausprägung werden der Asphaltzement und der GTR in dem vorgeschriebenen Temperaturbereich gehalten, bis eine homogene Masse entstanden ist. In vielen bestehenden Baustellenanlagen erfolgt das Mischen häufig durch eine oder mehrere Umwälzpumpen in dem AZ-Heizbehälter. In einer besonders bevorzugten Ausprägung des Prozesses geschieht das Mischen mit scherarmen rotierenden Blättern, Schaufeln o. ä., was zu einer gleichmäßigeren Verteilung der trockenen und nassen Materialien in dem viskosen Asphaltzement führt. Gemischt wird etwa 30 Minuten bis etwa zwei Stunden lang. Beim Mischen wird das Polyoktenamer geschmolzen und die Doppelbindungen beginnen mit dem Schwefel in dem Asphaltzement sowie dem Schwefel an der Oberfläche des GTR zu reagieren. Im Hinblick auf diesen Oberflächeneffekt ist GTR mit einer möglichst großen Oberfläche wünschenswert.
Nachdem der AZ und der GTR oder sonstiges Gummigranulat vermischt wurden, wird das trockene Polyoktenamer zugegeben und das Mischen fortgesetzt. In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung wird der GTR als frei fließendes Material zu dem AZ hinzu gegeben, während der AZ umgewälzt und/oder auf sonstige Weise vermischt wird, um die Beschichtung der GTR-Partikel mit dem Asphaltzement zu erleichtern. Anschließend wird auch das Polyoktenamer in trockener Form zugegeben und das Mischen fortgesetzt, während sich das Material auflöst und eine Lösung mit dem AZ bildet. Auf diese Weise kommt es zur Reaktion und Vernetzung der Doppelbindungen des Polyoktenamers mit dem Schwefel und anderen reaktiven Stellen an der Oberfläche des GTR. Nach derzeitigem Verständnis führen der Prozess und das Gemisch dadurch zu einem besseren Asphaltbindemittel, dass die Vernetzung der Asphaltene und anderer reaktiver Stellen des AZ mit den reaktiven Stellen des GTR durch die große Zahl von vorhandenen Doppelbindungen in dem Polymer, d. h. an jedem achten Kohlenstoffatom, erhöht wird.
Die bevorzugte Form des Gummigranulats ist gemahlener Reifengummi, der durch das so genannte Warmmahlen oder Mahlen bei Umgebungstemperatur hergestellt wird. Durch das Schreddern und Auseinanderreißen des Reifengummis bei Umgebungstemperaturen entstehen unregelmäßige Partikel mit großer Oberfläche, die die Anzahl der für die Bindung oder Vernetzung mit dem Polyoktenamer zur Verfügung stehenden reaktiven Stellen wünschenswert erhöhen. GTR kann aus einer Vielzahl von Quellen stammen und das Material lässt sich in vulkanisierter und entvulkanisierter Form verwenden. Eingesetzt werden kann entvulkanisierter GTR, der durch ein oxidatives oder reduktives Verfahren erzeugt wird. Für die Anwendung der Erfindung werden sortierte Materialien mit Partikelgrößen, die durch Siebe mit einer Maschenweite von 20 bis 80 passen, bevorzugt. Doch es kann jeder GTR mit einer Partikelgröße, die durch ein Sieb mit einer Maschenweite von weniger als etwa 10 hindurchpasst, zum Einsatz kommen.
Verschiedene GTR-Typen oder -Sorten stehen zur Verfügung und sind für die Anwendung der Erfindung geeignet. Beispielweise werden konventionelle PKW-Reifen von ihren Herstellern so formuliert, dass sie gewisse Fahr- und Komforteigenschaften aufweisen. Reifen für LKW und Geländefahrzeuge erfordern andere Eigenschaften und werden daher anders formuliert. Ein andere Quelle für Gummigranulat, das für eine Verwendung in dem Material geeignet ist, sind gemahlene Industriegummiabfälle. Diese können entweder bei Umgebungstemperatur oder kryogen gemahlen werden. Sie können gemischt werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen und Spezifikationen zu erfüllen.
Bei dem Zuschlagstoff, der bei der Herstellung des Asphaltzements zum Einsatz kommt, kann es sich um einen üblichen Standardzuschlagstoff oder um ein Gemisch aus verschiedenen Standardzuschlagstoffen handeln, darunter Kies, zerkleinerter Fels, Schotter, Stein, Grubenkies und recyclierter Straßenbelag.
Zur Verbesserung gewisser Leistungsspezifikationen können dem der Erfindung entsprechenden Asphaltbindemittel Additive zugesetzt werden. Festgestellt wurde, dass man dem Asphaltbindemittel gemäß der Erfindung, das allgemein nach der obigen Beschreibung hergestellt wird, Mineralöl zugeben kann, um den PG-Wert innerhalb eines akzeptablen Bereichs zu halten.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Erfindungsausprägung
Beschrieben werden Autobahnstraßenbeläge, bei denen das verbesserte Asphaltbindemittel entsprechend der Erfindung zum Einsatz kommt. Bei der allgemeinen Anwendung der Methode wird ein den Spezifikationen für US-Bundesautobahnen entsprechender Asphaltzement an einem Asphaltterminal in einen erhitzten Mischbehälter mit einem Fassungsvermögen von 10.000 Gallonen oder in einen Umwälzkesselwagen im Asphaltzementwerk gegeben. Der Asphaltzement wird bei einer Temperatur zwischen 280°F und 350°F (138°C und 177°C) gehalten, wobei die Durchschnitttemperatur am oberen Ende des Temperaturbereichs liegt, d. h. 320°F bis 340°F (160°C bis 171°C). Der Asphaltzement wird mit Hilfe einer Umwälzpumpe und/oder einer zusätzlichen Mischvorrichtung umgewälzt. Um das Beimischen der weiteren Bestandteile zu erleichtern, kann der beheizte Terminalbehälter außerdem mit einem Hilfsrührwerk in Form einer exzentrisch montierten Doppelschraube u. ä. ausgerüstet werden. Für die Zugabe weiterer Bestandteile im Asphaltzementwerk werden die anderen Bestandteile (GTR, Polyoktenamer) der Mischtrommel zusammen mit dem Zuschlagstoff und dem Asphaltzement zugegeben, der ein GTR-Band enthalten kann.
Im Folgenden werden typische Materialien dargestellt, bei denen repräsentative Formen von gemahlenem Gummi und Gummipartikeln zum Einsatz kommen. Wie einem normal technisch Bewanderten einleuchtet, können die jeweiligen Anteile und Bestandteile verändert werden, um örtliche Spezifikationen oder klimatische und sonstige spezifische Bedingungen zu erfüllen.
Beispiel 1
Ein Asphaltbindemittel wird hergestellt, indem man 91,5 Teile 58-28-Asphaltzement auf eine Temperatur zwischen 280°F und 320°F (138°C und 160°C) erhitzt und unter fortlaufendem Mischen 8 Teile gemahlenen PKW-Reifengummi, der durch ein Sieb mit der Maschenweite 80 hindurchpasst, hinzu gibt. Etwa 2 Stunden lang wird weiter gemischt, bis eine homogene Masse entstanden ist. Das Mischen wird fortgesetzt und 0,5 Teile Polyoktenamer mit 80% Trans-Polyoktenamer-Anteil (VESTENAMER^® 8012) werden hinzu gegeben, dabei wird etwa 30 Minuten weiter gemischt, bis sich das Polyoktenamer in dem Asphalt aufgelöst hat. Anschließend werden 6 Teile dieses Asphaltbindemittels zu 94 Teilen eines Standardsteinzuschlagstoffs in einem konventionellen oder vertikalen diskontinuierlichen Trommelproduktionsmischer hinzugeben, um den Asphaltbeton herzustellen. Der Asphaltbeton wird dann mit Hilfe von üblichen Asphaltierverfahren auf einen in geeigneter Weise vorbereiteten Untergrund aufgebracht, so dass eine Straßenfläche mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegenüber Spurrillen und Aufschieben sowie der Bildung von dünnen Eisflächen entsteht.
Beispiel 2
Ein Asphaltbindemittel wird hergestellt, indem man 80 Teile 58-28-Asphaltzement auf eine Temperatur zwischen 280°F und 320°F (138°C und 160°C) erhitzt und unter fortlaufendem Mischen 18 Teile gemahlenen LKW-Reifengummi, der durch ein Sieb mit der Maschenweite 40 hindurchpasst, hinzu gibt. Etwa 3 Stunden lang wird weiter gemischt, bis eine homogene Masse entstanden ist. Das Mischen wird fortgesetzt und 2 Teile Polyoktenamer mit 60% Trans-Anteil (VESTENAMER^® 6213) werden hinzu gegeben, wobei etwa 30 Minuten weiter gemischt wird, bis sich das Polyoktenamer in dem Asphalt aufgelöst hat. Das gemischte Asphaltbindemittel wird aus dem Mischer in einen isolierten LKW zum Transport zur Asphaltierbaustelle gegeben, die von dem Asphaltiermischwerk entfernt gelegen ist. Anschließend werden 8 Teile dieses Asphaltbindemittels mit 92 Teilen eines Standardzuschlagstoffs im Trichter einer Asphaltiermaschine gemischt, um Asphaltbeton herzustellen, der auf eine entsprechende vorbereitete Straßenfläche aufgebracht wird.
Beispiel 3
Ein Asphaltbindemittel wird hergestellt, indem man 99 Teile 50-30 Asphaltzement auf eine Temperatur zwischen 280°F und 350°F (138°C und 177°C) erhitzt und 0,9 Teile von kryogen gemahlenen Industriegummiabfällen hinzu gibt. Etwa 1 Stunde wird weiter gemischt, bis eine homogene Masse entstanden ist. Anschließend werden 0,1 Teile Polyoktenamer mit 80% Trans-Anteil (VESTENAMER^® 8012) hinzu gegeben, wobei etwa 15 Minuten weiter gemischt wird, bis sich das Polyoktenamer in dem Asphalt gelöst hat und das Bindemittel entstanden ist. Anschließend werden 7 Teile dieses Asphaltbindemittels mit einem Zuschlagstoffgemisch aus 90 Teilen Grubenkies und 3 Teilen Recyclingglas in einem Universalmischer zu Asphaltbeton vermischt, mit dem dann in einer Dicke von etwa zwei Zoll (5 cm) der Belag auf einer entsprechend vorbereiteten Straßenfläche erneuert wird.
Beispiel 4
Ein Asphaltbindemittel wird hergestellt, indem man 80 Teile 64-8-Asphaltzement auf eine Temperatur zwischen 280°F und 320°F (138°C und 160°C) erhitzt und unter fortlaufendem Mischen 10 Teile von bei Umgebungstemperatur gemahlenem Geländewagenreifengummi hinzu gibt. Etwa 1,5 Stunden lang wird weiter gemischt, bis eine homogene Masse entstanden ist, dann werden 10 Teile Polyoktenamer mit 80% Trans-Anteil (VESTENAMER^® 8012) hinzu gegeben, wobei etwa 1,5 Stunden weiter gemischt wird, bis sich das Polyoktenamer in dem Asphalt aufgelöst hat und das Bindemittel entstanden ist. Danach werden 10 Teile dieses Asphaltbindemittels zu einem Gemisch aus 80 Teilen Kies und 10 Teilen gemahlenem Reifengummi, der durch ein Sieb mit der Maschenweite 10 hindurchpasst, in einem vertikalen Mischer hinzu gegeben, um den Asphaltzement herzustellen. Der entstehende Asphaltzement wird in einen LKW zum Transport zur Asphaltierbaustelle gegeben, wo er auf einem planierten Untergrund verteilt und gewalzt wird und einen Parkplatz und Zufahrtsstraßen ergibt.
Beispiel 5
Hergestellt wird ein Autobahnstraßenbelag, bei dem folgende Zusammensetzung von Zuschlagstoffen verwendet wird.
Die Zuschlagstoffe mit einem Gesamtgewicht von 4.650 lbs (2.106 kg) werden von Lagersilos im Freien über ein flexibles Förderbandsystem in einen beheizten Trommelmischer mit einer waagerechter Schnecke transportiert, der bei einer Temperatur von etwa 300°F bis 400°F (149°C bis 204°C) gehalten wird, damit etwaige Feuchtigkeit verdunstet. Die getrockneten Zuschlagstoffe werden bei einer Temperatur von etwa 340°–350°F(171°–177°C) abgelassen.
Die erhitzten Zuschlagstoffe werden in einen Trommelmischer mit einem Paar gegenläufig drehender Blätter abgelassen, der durch Öl beheizt und bei einer Temperatur von etwa 340°F (171° C) gehalten wird. Anschließend werden vierzig lbs #10 GTR und drei (3) lbs (1,36 kg) Trans-Polyoktenamer VESTENAMER^® 8012 in den Trommelmischer hinzu gegeben und etwa 5 bis 10 Sekunden bei 90 Umdrehungen pro Minute vermischt.
Als nächstes werden 350 lbs (158 kg) eines Gemischs aus 7% GTR in Asphaltzement bei etwa 340°F (171°C) in den Trommelmischer gegeben. Nachdem dies etwa 30 bis 35 Sekunden vermischt wurde, wird der Asphaltbeton in einen LKW für den Transport zur Asphaltierbaustelle umgeladen, wo er umgehend aus dem Silo in eine Asphaltiermaschine gelangt. Der Straßenbelag wird aus dem Silo ausgetragen und durch einen Schneckenförderer von 12 Zoll (30,5 cm) weiter vermischt, der das Material hin zum Maschinenaustritt befördert. Ein Paar gegenläufig drehender Schneckenförderer von 6 Zoll (15 cm) verteilen den Asphaltbeton gleichmäßig entlang des vorderen Maschinenaustritts, wo der Beton auf den vorbereiteten Straßenuntergrund aufgebracht wird. Die Temperatur des Straßenbelags beträgt beim Aufbringen etwa 270°F (132°C) und seit dem anfänglichen Vermischen des Polyoktenamers mit dem GTR/Asphaltzement ist etwa eine Stunde vergangen.
Nach dem Aufbringen des Straßenbelags gemäß der Erfindung wurde mit dem Verdichten durch Straßenwalzen begonnen und etwa dreißig Minuten fortgesetzt, um den Belag auf einem Straßenabschnitt mit dieser Asphaltbetoncharge fertig zu stellen. Die Temperatur der verdichteten Straßenoberfläche betrug bei diesem Vorgang mehr als 150°F (65,5°C). Beim Walzen wurde beobachtet, dass sich an der Oberfläche des Belags entsprechend der Erfindung das Anhaften auf der Walze im Vergleich zu GTR-Asphaltbeton ohne das Polyoktenamer deutlich verringert hat. Der heiße Asphaltbeton konnte deutlich früher als bei nach dem bekannten Stand der Technik entsprechenden Belägen gewalzt werden, die zunächst abkühlen müssen, um die Aufnahme von Material von der asphaltierten Fläche zu verringern. Zu beobachten war des Weiteren, dass der Belag leicht aus dem LKW in die Asphaltiermaschine umgeladen werden konnte und dass das Material nicht an den Oberfläche der Maschine oder den Flanken der verschiedenen Schneckenförderer, mit denen es in Berührung kam, anhaftete.
Nach der Bewertung wirtschaftlicher Daten kann ein Asphaltbindemittel entsprechend der Erfindung im Vergleich zu einem mit SBS modifizierten Bindemittel überlegende Leistungsmerkmale bei erheblichen Kosteneinsparungen bieten. Zu diesen Vorteilen gehören ein gleichmäßigeres Vermischen der Bestandteile, eine geringere Klebrigkeit des gummimodifizierten Asphalts, durch die sich die Aufnahme von Material von der Straßenfläche verringert (Asphalt, der an den beheizten Walzzylindern haften bleibt), und ein schnelleres Asphaltieren (die Walzen können schneller auf der heißen Oberfläche eingesetzt werden), wodurch die Straße außerdem einen besseren fertig bearbeiteten Belag erhält. Die Erfindung kann somit also die Vorteile einer besseren Straßenfläche für weniger Geld bieten, wodurch sich entweder größere Strecken im Rahmen des genehmigten Budgets asphaltieren oder Einsparungen bei den Projektkosten erzielen lassen.

Claims

Ein gummi-modifizierter Bitumen-Straßenbelag, bestehend aus: (a) 80 bis 99 Gew.-% Asphaltzement, (b) 0,5 bis 20 Gew.-% Gummigranulat und (c) 0,01 bis 10 Gew.-% Polyoktenamer.
Der gummi-modifizierte Bitumen-Straßenbelag gemäß Anspruch 1, bestehend aus (a) 80 bis 95 Gew.-% Asphaltzement, (b) 2 bis 15 Gew.-% Gummigranulat und (c) 0,2 bis 5 Gew.-% Polyoktenamer.
Der gummi-modifizierte Bitumen-Straßenbelag gemäß Anspruch 1, bei dem es sich bei dem Polyoktenamer um einen Trans-Polyoktenamer-Gummi handelt.
Der gummi-modifizierte Bitumen-Straßenbelag gemäß Anspruch 3 bei dem der Trans-Polyoktenamer-Gummi einen Schmelzpunkt von etwa 129°F (54°C) besitzt.
Der gummi-modifizierte Bitumen-Straßenbelag gemäß Anspruch 3, bei dem sich etwa 80% der Doppelbindungen des Trans-Polyoktenamers an der Trans-Position befinden.
Der gummi-modifizierte Bitumen-Straßenbelag gemäß Anspruch 3, bei dem das Trans-Polyoktenamer einen Schmelzpunkt von etwa 86°F (30°C) besitzt.
Der gummi-modifizierte Bitumen-Straßenbelag gemäß Anspruch 3, bei dem sich etwa 60% der Doppelbindungen des Trans-Polyoktenamers an der Trans-Position befinden.
Verfahren zur Herstellung eines Bitumen-Straßenbelags, bestehend aus: a) der Erhitzung von Asphaltzement auf eine Temperatur zwischen 280°F und 350°F (zwischen 138°C und 177°C), b) der Zugabe von 0,5 bis 20 Gewichtsprozent Gummigranulat abhängig vom Gesamtgewicht des Straßenbelags und der Zugabe von 0,01 bis 10 Gewichtsprozent Polyoktenamer abhängig vom Gesamtgewicht des Straßenbelags zu dem erhitzten Asphaltzement und c) dem Vermischen des Asphaltzements, des Gummigranulats und des Polyoktenamers, bis sich das Polyoktenamer auflöst und einen homogenen Straßenbelag bildet.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem die Temperatur des Belags während des Mischens in Schritt (c) zwischen 280°F und 350°F (zwischen 138°C und 177°C) gehalten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das Mischen in Schritt (c) über einen Zeitraum zwischen 30 Minuten und drei Stunden fortgesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das Polyoktenamer in dem erhitzten Asphaltzement nach der Zugabe des Gummigranulats gelöst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das Polyoktenamer einen Schmelzpunkt von etwa 129°F(54°C) besitzt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem es sich bei dem Gummigranulat um gemahlenen Reifengummi handelt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem der gemahlene Reifengummi von Reifen stammt, die bei Umgebungstemperaturen gemahlen wurden.
Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem der gemahlene Reifengummi eine Partikelgröße aufweist, die durch ein Sieb mit der Maschenweite 40 hindurchpasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, der als weiteren Schritt die Zugabe von Additiven zur Verbesserung der Eigenschaften zu dem Straßenbelag umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem der Straßenbelag gemischt wird, indem man ihn durch eine Umwälzpumpe führt.
Verfahren zur Herstellung eines Asphaltbeton-Straßenbelags, bestehend aus einem Asphaltbindemittel und einem Zuschlagstoff, wobei der Prozess aus den folgenden Schritten besteht: a) der Erhitzung des Asphaltzements auf eine Temperatur zwischen 280°F und 350°F (zwischen 138°C und 177°C), b) der Zugabe von 0,5 bis 20 Gewichtsprozent Gummigranulat abhängig vom Gesamtgewicht des Straßenbelags und der Zugabe von 0,01 bis 10 Gewichtsprozent Polyoktenamer abhängig vom Gesamtgewicht des Straßenbelags zu dem erhitzten Asphaltzement und c) dem Vermischen des Asphaltzements, des Gummigranulats und des Polyoktenamers, bis sich das Polyoktenamer auflöst und einen homogenen Straßenbelag bildet. d) dem Zusammenführen des erhitzten Straßenbelags und des Zuschlagstoffs, e) dem Vermischen des Straßenbelags und des Zuschlagstoffs, um den Zuschlagstoff gleichmäßig mit dem heißen Straßenbelag zu überziehen, so dass ein homogener Asphaltbeton-Straßenbelag entsteht.
Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem das Mischen in Schritt (e) Teil eines im Wesentlichen kontinuierlichen Prozesses ist.
Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem das Mischen in Schritt (e) im Trichter einer Asphaltiermaschine stattfindet.
Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem der Zuschlagstoff recycliertes Asphaltierungsmaterial enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem das Mischen in Schritt (e) in einem vertikalen diskontinuierlichen Produktionsmischer erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem die Schritte (a)–(c) an einem Ort erfolgen, der von dem Ort, an dem die Schritte (d) und (e) stattfinden, entfernt gelegen ist, und der Prozess als weiteren Schritt den Transport des Bitumenbelags in einem isolierten Tank zu der entfernt gelegenen Stelle umfasst.
Ein Straßenbelag, bestehend aus einem Bitumenbelag und einem mineralischen Zuschlagstoff, bei dem der Bitumenbelag aus Asphaltzement, Polyoktenamer und Gummigranulat besteht.
Der Straßenbelag gemäß Anspruch 24, bei dem es sich bei dem Polyoktenamer um ein Trans-Polyoktenamer handelt, bei dem sich etwa 80% der Doppelbindungen an der Trans-Position befinden und das einen Schmelzpunkt von etwa 129°F (54°C) besitzt.
Der Straßenbelag gemäß Anspruch 24, der weiterhin gesiebte Partikel aus gemahlenem Gummi enthält, die durch ein Sieb mit der Maschenweite 10 hindurchpassen und von einem Sieb mit der Maschenweite 20 zurückgehalten werden.
Eine asphaltierte Oberfläche, bestehend aus einem Bitumenbelag und einem mineralischen Zuschlagstoff, bei dem der Bitumenbelag aus Asphaltzement, Polyoktenamer und Gummigranulat besteht.
Die asphaltierte Oberfläche gemäß Anspruch 27, bei der sich es bei dem Polyoktenamer um ein Trans-Polyoktenamer handelt, bei dem sich etwa 80% der Doppelbindungen an der Trans-Position befinden und das einen Schmelzpunkt von etwa 129°F(54°C) besitzt.
Methode zur Erhöhung der Verträglichkeit von Gummigranulat und Asphaltzement in einem Bitumen-Straßenbelag, die darin besteht, dass man dem Belag abhängig vom Gesamtgewicht des Bitumen-Straßenbelags zwischen 0,01 und 10 Gewichtsprozent Polyoktenamer zusetzt.
Die Methode gemäß Anspruch 28, bei der es sich bei dem Gummigranulat um gemahlenen Reifengummi handelt.
Die Methode gemäß Anspruch 30, bei dem der gemahlene Gummi aus Partikeln besteht, die durch ein Sieb mit der Maschenweite 40 hindurchpassen.
Die Methode gemäß Anspruch 29, bei der das Gummigranulat abhängig vom Gewicht des Bitumen-Straßenbelags zwischen 0,5 und 20 Gewichtsprozent ausmacht.
Die Methode gemäß Anspruch 29, bei der es sich bei dem Polyoktenamer um ein isomeres Gemisch handelt, das zu etwa 80% aus Trans-Polyoktenamer und etwa 20% aus Cis-Polyoktenamer besteht.
Die Methode gemäß Anspruch 29, bei der das Polyoktenamer vor dem Zusatz des Gummigranulats in den geschmolzenen Asphaltzement gemischt wird.
Die Methode gemäß Anspruch 29, bei der der Bitumen-Straßenbelag hergestellt wird, indem man den Asphaltzement, das Trans-Polyoktenamer und den gemahlenen Reifengummi bei einer Temperatur zwischen 280°F und 350°F (138°C und 177°C) während einer im voraus bestimmten Dauer zwischen 30 Minuten und zwei Stunden mischt.
Die Methode gemäß Anspruch 35, bei der die Dauer hinreicht, um eine erhebliche Vernetzung zwischen dem Polyoktenamer und dem Asphaltzement und dem gemahlenen Reifengummi zu gestatten.