DK146262B - Fremgangsmaade til fremstilling af fabriksblandet asfaltbeton - Google Patents

Description

os) DANMARK ( ξ£? ); fV p.a/

dg FREMLÆGGELSESSKRIFT (,,)146262 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Patentansøgning nr.: 5871/71 (51) Int.CI.3: C 08 L 95/00 (22) Indleveringsdag: 01 dec 1971 (41) Aim. tilgængelig: 03 jun 1972 (44) Fremlagt: 15 aug 1983 (86) International ansøgning nr.: - (30) Prioritet: 02 dec 1970 SE16307/70 (71) Ansøger: KARL GUNNAR *OHLSON; 281 00 Haessleholm, SE.

(72) Opfinder: Samme.

(74) Fuldmægtig: Kontor for Industriel Eneret (54) Fremgangsmåde til fremstilling af fabriksblandet asfaltbeton

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af en fabriksblandet asfaltbeton, ved hvilken det benyttede stenmateriale tørres og opvarmes og en grovere materialeportion skilles fra og det benyttede bituminøse bindemiddel opvarmes, hvorpå stenmateriale og bituminøst bindemiddel blandes i opvarmet tilstand i en blander, idet eventuelt fyldstof udover det støv, som indgår i stenmaterialet, også tilsættes i blanderen.

® Betingelserne ved en sådan varmblanding af asfaltbeton i

CM

(q en asfaltfabrik er helt anderledes end ved anvendelse af asfalt- Φ opløsninger eller asfaltemulsioner, såsom bituminøst bindemiddel, i stedet for asfalt, som ved opvarmning overføres til en let flydende væskeform. Der er udfærdiget forskrifter angående be-Q skaffenheden af de til asfaltbeton anvendte materialer. Den an vendte asfalt skal ifølge forskrifterne sædvanligvis have en viskositet på 500 centistokes ved en temperatur på 120-140υ0 2 146262 eller en penetration på 50-250. Såvel asfalt som stenmaterialet skal ved blandingen være opvarmet til en temperatur mellem 140° og 170°C. Stenmaterialet skal bestå af korn eller stykker med forskellige størrelser, og kornstørrelsesfordelingen skal være tilpasset en foreskreven kontinuerlig sigteanalysekurve. Stenmaterialet kan med fordel bestå af knuste sten, men grus og sand kan også anvendes. Den maksimale størrelse af stenstykkerne kan variere i betydelig grad for de forskellige asfaltbetoner, såsom fra en maksimal størrelse på 4 mm og op til en maksimal størrelse på 25 mm og endog mere. Størrelsesfordelingen af stenmateriale-stykkerne strækker sig egentlig helt ned til 0 mm, men i tilfælde af stenmateriale med en mindre kornstørrelse end 0,074 mm eller i visse tilfælde 0,09 mm taler man om støv, hvis det optræder i det opvarmede stenmateriale, og fyldstof, hvis det tilsættes separat. Afhængigt af forskrifterne tilsætter man et sådant fyldstof eller man undlader separat tilsætning af et sådant fyldstof.

Ved den kendte, for tiden sædvanlige fremgangsmåde tørres og opvarmes alt stenmaterialet, der derpå indføres i en blander eventuelt sammen med separat fyldstoftilsætning og blandes der i 10-15 sek., hvorpå den til den anførte temperatur opvarmede asfalt indføres i en forud fastsat mængde i blanderen, hvorpå blandingen fortsættes i passende tid. Den ved blandingen fremstillede asfaltbetonmasse udtages derpå fra blanderen og transporteres til en arbejdsplads, hvor massen udlægges i varm tilstand på et forberedt underlag og komprimeres ved tromling. Por at det herved fremstillede asfaltbetonlag skal få så gode egenskaber som muligt er det absolut nødvendigt, at stenmaterialer stykkernes overflader så fuldstændigt som muligt er dækket med en vedhæftende asfaltfilm og at blandingen er fri for store ansamlinger eller klumper af finkornet materiale. Det viser sig, at de kendte metoder til fremstilling af fabriksblandet asfaltbeton ikke kan opfylde disse krav, også selv om blandingstiden forlænges langt ud over hvad der er økonomisk forsvarligt med hensyn til udnyttelsesgraden af de kostbare asfaltfabrikker.

Det har nu vist sig at ved anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved det i kravets kendetegnende del anførte, opnås at stenmaterialets overflade grundigt dækkes med en asfaltfilm og at blandingen er fri for store an- 146262 3 samlinger eller klumper af finkornet materiale.

Ved blandingen bliver den grovere materialeportions stykker eller korn overtrukket med en asfaltfilm på alle overflader.

Som følge af størrelsen og vægten af den grovere materialeportions stykker forbliver disse frit bevægelige i forhold til hinanden og klæber ikke sammen til klumper (danner ikke aggregater). Når den grovere materialeportions stykker er helt overtrukne med en asfaltfilm sættes den finere materialeportion og eventuelt fyldstof til blanderen. Disse små korn "bepudrer" og synker ind i asfaltfilmen på den grovere materialeportions stykker eller korn og giver asfaltfilmen en cremeagtig konsistens. Den færdigblandede asfaltbetonmasse kan beskrives som en dej med bestanddelene i homogen blanding uden svært brydelige klumpedannelser.

Man kan sige, at dejen er opbygget af enheder, som hver består af et korn eller et stykke af den grovere materialeportion med et kontinuerligt og helt dækkende, cremeagtigt asfaltlag med deri indlejrede korn af den finere materialeportion(og eventuelt fyldstof), og enhederne er sammenklæbet til en sådan dej ved hjælp af det cremeagtige asfaltlag, hvilket er nødvendigt for at forhindre segregering ved den efterfølgende håntering af as-faltbetonmassen.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen opnås en overraskende stor forbedring af asfaltbetonmassens Marshallstabilitet.

Hvis man ved den kendte ovenfor nævnte metode og ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvender samme bestanddele vil det vise sig, at den færdigblandede betonmasse, der er fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen får en Marshallstabilitet, som er 100% større end når asfaltbetonmassen fremstilles ved den kendte metode. Desuden opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, at den totale blandingstid er meget kort, og at den nødvendige asfaltmængde bliver mindre, hvilket alt sammen bidrager til en billiggørelse i forhold til de gængse metoder.

Det har også vist sig, at anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen medfører, at den fra blanderen udtagne, færdigblandede betonmasse overhovedet ikke har tilbøjelighed til separering, dvs. den ved blandingen opnåede homogenitet af massen forstyrres ikke ved den håndtering, som massen udsættes for efter udtagningen fra blanderen, og det færdige asfaltbetonlag har en betydelig mindre tilbøjelighed til "blødning" end tilsvarende asfaltbetonlag, hvor materialet er blandet på kendt måde.

4 146262

Opfindelsen er baseret på den iagttagelse, at det er vigtigt at bibeholde asfaltens viskositet ved blandingen på en lav værdi, hvilket opnås ved asfaltens opvarmning til en foreskreven temperatur . Ved den ovennævnte kendte blandingsmetode har det vist sig, at asfalten, som sættes til blanderen i letflydende væskeform, hurtigt omdannes til en cremeagtig konsistens, til trods for at der ikke sker temperatursænkning, eftersom stenmaterialet har hovedsagelig samme temperatur som asfalten. Det cremeagtige asfalt har meget svært ved at danne overtræk på de større stykker eller korn af stenmaterialet, og der opstår kraftig klumpedannelse i blanderen. Det fænomen, at asfaltvæsken omdannes således at den får cremeagtig konsistens har vist sig at bero på, at de mindste korn i stenmaterialet optræder på en anden måde overfor asfaltvæsken end de grovere korn. De korn i stenmaterialet, som er mindre end en vis størrelse, som varierer noget afhængig af sådanne faktorer som stenmaterialets art og vægtfylde og asfaltraateria-lets art, har den egenskab, at de efter at de er indført i asfaltvæsken til forskel fra større korn ikke har mulighed for under tyngdekraftens påvirkning atter at forlade væsken gennem dennes overflade som et frit korn forsynet med et asfaltovertræk.

De små korn, som ved den kendte blandingsmetode kommer i berøring med asfaltvæsken allerede ved begyndelsen af blandingsforløbet, indfanges således af og forbliver i asfaltvæsken og giver denne en cremeagtig konsistens, inden asfaltvæsken når at overtrække de større korn med en kontinuerlig og helt afdækkende asfaltfilm.

Denne iagttagelse udnyttes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen på den måde, at alle de stenmaterialekorn, som er tilstrækkelig store til i blanderen at kunne optræde som separate, frie, asfaltovertrukne korn eller stykker, først blandes med hele asfaltvæsken, som herved opretholder sin lave viskositet og dermed evne til at udstyre kornene med en kontinuerlig asfaltfilm på alle overflader, inden de mindre stenmaterialekorn indføres i blanderen. Efter tilsætningen af disse mindre korn til blanderen synker de ind i de større korns asfaltfilm, hvorved disse film får cremeagtig konsistens. Denne forøgelse af asfaltens viskositet ved dette stadium af asfaltbetonmassens tilberedning forhindrer ikke at der kan opnås fuldstændig dækning af alle stenmaterialekornene med asfaltfilmen, thi de større korn er 146262 5 allerede helt overtrukne med asfalt, og de mindre korn bliver også dækket med asfalt på alle overflader, eftersom de indlejres i de større korns asfaltovertræk. Forøgelsen af asfaltens viskositet ved dette stadium af massens tilberedning er af vigtighed, idet asfaltfilmens overgang til cremeagtig konsistens medfører, at den færdige masses tilbøjelighed til adskillelse helt forhindres, og at massen ved udlægning som et lag på et underlag umiddelbart udviser så god stabilitet, at laget uden henstand kan komprimeres ved tromling.

Man har undersøgt mange forskellige slags stenmaterialer, og det har vist sig, at den kornstørrelsesgrænse, ved hvilken stenmaterialet opdeles i en grovere fraktion, som først skal blandes med al asfalten i blanderen, og den finere fraktion, som senere skal tilsættes i blanderen er maksimalt 2 mm og er i de fleste tilfælde ikke mere end nogle tiendedele mm derunder. Ved anvendelsen af grænsen 2 rom opnås der altid en kraftig forbedring af Marshallstabiliteten sammenlignet med de kendte blandingsmetoder, men til opnåelse af de største Marshallstabiliteter må man ofte sætte grænsen ved en noget mindre kornstørrelse, f.eks.

1,7 mm.

Era GB patentskrift nr. 334.558 kendes en metode der er af samme type som fremgangsmåden ifølge opfindelsen, men blandingen udføres i tre trin, nemlig: 1) Stenmateriale, som er større end 3 mm og støvfrit, blandes med bindemiddel.

2) Stenmateriale i størrelsesområdet 0,3-3 mm, som er støvfrit, indblandes sammen med eventuelt yderligere bindemiddei.

3) Fyldstof indblandes.

De væsentlige forskelle i forhold til den ifølge opfindelsen angivne fremgangsmåde er at stenfraktionen i trin 2) skal være støvfri og at fyldstoffet skal indblandes i trin 3). Disse forskelle medfører, at den kendte britiske metode ikke kan give en asfaltbeton med en så god homogenitet og kvalitet som den der opnås med fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Dette fremgår af de i omstående eksempel 3 beskrevne sammenligningsforsøg.

Fra US patentskrift nr. 923.891, der er fra 1909, kendes en fremgangsmåde, ved hvilken bindemidlet ganske vist er opvarmet, men stenmaterialet anvendes koldt og er dermed heller ikke tørt.

På den gamle måde fra år 1909 kan man ikke tilberede en asfaltmasse, som opfylder de moderne kvalitetskrav. Ifølge patentskrif- 6 146262 tet opdeles stenmaterialet i en grovfraktion/ som indeholder sten mellem 19 mm og 50 mm, og en finfraktion, som indeholder partikler fra 9 mm til støv. Grovfraktionen blandes med alt det nødvendige bindemiddel og derefter indblandes finfraktionen. Den amerikanske fremgangsmåde gør det ikke muligt at opnå den ved den foreliggende opfindelse vundne tekniske effekt.

For det første indeholder finfraktionen så grove sten (op til 9 mm), at de under ingen forhold kan indkapsles i bindemiddel-filmen på grovfraktionens sten eller som det angives i patentkravet belægge overfladerne af den grovere materialeportions med asfalten overtrukne sten. For det andet vil det opvarmede bindemiddel, når det udbredes på grovfraktionens kolde stenflader, Øjeblikkeligt forøge sin viskositet ved afkøling i så høk grad, at der ikke opnås nogen indkapsling i den egentlige betydning, når finfraktionen senere tilsættes. Det amerikanske patentskrift angiver således intet om den foreliggende opfindelse og giver heller ikke samme tekniske virkning som opfindelsen.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen skal nu belyses nærmere i det følgende ved hjælp af nogle udførelseseksempler, hvori der foretages sammenligning med den i indledningen beskrevne kendte almindeligt anvendte fremgangsmåde, en i visse tilfælde anvendt modifikation af denne samt den ligeledes i indledningen beskrevne fremgangsmåde ifølge GB patentskrift nr. 334.588.

Eksempel 1

Som stenmateriale benyttes Vægt%

Knust sten, kornstørrelse 2-12 mm 75,4

Sand fra naturen, kornstørrelse 0,09-2 mm 18,8

Fyldstof, kornstørrelse 0-0,09 mm 5,8

Som bituminøst bindemiddel anvendes asfalt med en penetration på 80, og den anvendte asfaltmængde er 4,5 vægt% af al stenmaterialet.

Alt stenmaterialet tørres og opvarmes til blandingstemperaturen. Der fremstilles to blandinger med asfalt. Den ene blanding A udføres på den i indledningen beskrevne kendte måde ved at alt stenmaterialet indføres i asfaltfabrikkens blander og blandes i 146262 7 15 sek., hvorefter den til blandingstemperaturen opvarmede asfalt hældes i blanderen, og blandingen fortsættes i 40 sek.

Herefter udtages blandingen A fra blanderen og anbringes på konventionel måde som et kørebanelag på et forberedt underlag. Blandingen A giver en Marshallstabilitet på 390 kg.

Den anden blanding B fremstilles ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Det tørrede og opvarmede stenmateriale opdeles i en grovere materialeportion, som udgøres af det knuste stenmateriale og således har en kornstørrelse mellem 2 og 12 mm, og en finere materialeportion, som udgøres af sand og fyldstof og således har en kornstørrelse mellem 0 og 2 mm. Den grovere materialeportion, hvis korn hovedsagelig er støvfri, indføres først i asfaltværkets blander og blandes i 15 sek., hvorpå al asfalten tilsættes, og blandingen fortsættes i yderligere 15 sek. Derefter tilsættes den finere materialeportion, og blandingen fortsættes i yderligere 15 sek., hvorpå massen tømmes ud fra blanderen og på konventionel måde anbringes som et asfaltbetonlag på et forberedt lag. Blandingen B giver en Marshallstabilitet på 650 kg.

Ved at gå frem på samme måde som ved fremstilling af blandingen B, idet dog asfaltmængden kun er 3,4% af alt stenmaterialet fås en Marshallstabilitet på 560 kg.

Ved fremstilling af blandingen B kan man med uændret resultat spare 15 sek. blandingstid ved at udelade blandingen af den grovere materialeportion i 15 sek. før tilsætningen af asfalten, dvs. den grovere materialeportion og asfalten kan indføres samtidigt i blanderen og blandes i 15. sek., inden den finere materialeportion tilsættes. Den grovere materialeportions blanding sammen med asfalten i 15 sek. er tilstrækkeligt til at den grovere materialeportions korn bliver fordelt homogent i blanderen fordi disse korn er tilstrækkeligt store til at optræde som særskilte, asfaltovertrukne partikler i blanderen og ikke medfører nogen forøgelse af asfaltvæskens viskositet.

Eksempel 2

Den ifølge Marshallmetoden målte hulrumsprocentværdi hos en fremstillet asfaltbetonmasse kan anses for at afspejle massens homogenitet og dermed dens kvalitet. Jo lavere hulrumsprocentværdi, desto større homogenitet og bedre kvalitet. En sammenligning i denne henseende blev foretaget mellem fremgangsmåden ifølge opfindelsen (I), den ovennævnte, i indledningen først be- 8 146262 skrevne kendte fremgangsmåde (II) og en modifikation (III) af den sidstnævnte fremgangsmåde. Ved modifikationen (III) blandes først alt stenmateriale (sammen med det deri værende støv) med alt bindemidlet, inden der indblandes, kompleterende fyldstof.

Ved de tre metoder benyttedes samme udgangsmateriale i samme forhold og ved hver metode anvendtes den bedst mulige behandlingsmåde. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen indførtes asfalten i blanderen samtidigt med den grovere- materialeportion. For hver metode fremstilledes der 27 blandinger, hvis hulrumsprocentværdi måltes, hvorefter middelværdien og standdard-afvigelsen beregnedes.

For fremgangsmåden ifølge opfindelsen (I) vandtes en mid-. .delværdi på 1,25% hulrum med en standdardafvigelse på 0,30.

For den sædvanlige kendte fremgangsmåde (II) vandtes en middelværdi på 2,15% med en standdardafvigelse på 1,41. For den kendte, modificerede fremgangsmåde (III) vandtes en middelværdi på 2,39% med en standdardafvigelse på 1,01.

Den lave middelværdi for hulrumsprocenten for de ifølge opfindelsen fremstillede blandinger viser, at de er betydeligt mere homogene og af højere kvalitet end de andre blandinger ifølge de kendte metoder (II) og (III). Den ved udførelse af opfindelsen opnåede lave standdardafvigelse antyder også, at den høje kvalitet og homogeniteten kan opnås med god reproducerbarhed.

Af de vundne resultater kan man også se, at den modificerede metode (III) giver dårligere homogenitet og kvalitet end den almindelige kendte fremgangsmåde (II). Dette skyldes åbenbart at det er praktisk umuligt at fordele det sidst tilsatte fyldstof homogent i den forud dannede blanding, som består af alt bindemidlet og alt stenmaterialet (med det deri værende støv) og som er gjort dejagtigt ved hjælp af stenmaterialets korn med en størrelse på under 2 mm.

Eksempel 3

Der er også udført sammenligningsforsøg mellem fremgangsmåden ifølge opfindelsen og den metode, der er kendt fra GB patentskrift nr. 334.588. Ved de udførte sammenligningsforsøg fremstilledes asfaltbetonblandinger af det samme udgangsmateriale i de samme indbyrdes forhold ved anvendelse af henholds- 146262 9 vis fremgangsmåden ifølge det britiske patentskrift og fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Der fremstilledes dels blandinger med 6,2 vægt% asfalt og dels blandinger med 5,0 vægt% asfalt.

Med 6,2 vægt% bindemiddel gav den britiske metode en Mar-shallstabilitet på 500, mens fremgangsmåden ifølge opfindelsen gav 760, og stivheden, der anses for at være et mål for massens kvalitet, var for den britiske metode 230 og for fremgangsmåden ifølge opfindelsen 320. Med 5,0 vægt% bindemiddel var stabiliteten for den britiske metode 470 og ifølge opfindelsen 1080, mens stivheden var henholdsvis 250 og 600. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen var således klart bedre end den britiske metode, navnlig ved det lave bindemiddelindhold.

De i den foregående beskrivelse anførte kornstørrelser angiver som sædvanlig maskevidden. Når, der således f.eks. tales om korn med en størrelse på 2 mm, menes der korn, som kan gå i-gennem en sigte med en maskevidde på 2 mm.