DK152713C - Belaegningsmasse til gader, veje, parkeringspladse r, med mere og fremgangsmaade til fremstilling af belaegningsmassen. - Google Patents

Description

i

DK 152713 C

Opfindelsen angår en belægningsmasse med drænende virkning til gader, veje, parkeringspladser med mere og bestående af en blanding af stenmateriale, bitumen (asfalt) og et fibermateriale. Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til fremstilling af en sådan belægningsmasse med drænende egenskaber.

De nu sædvanlige høje hastigheder for køretøjer har skabt et behov for, at regnvand hurtigt forsvinder fra vejbanens overflade. Den alvorligste konsekvens af vand på vejbanen er akvaplaning, ved hvilken et køretøjsdæk adskilles fra vandbanen af en vandfilm. Akvaplaning, som forekommer allerede ved forholdsvis lave hastigheder, anses for at være årsagen til adskillige alvorlige trafikulykker. Også på anden måde kan vand på vejbanen forårsage besvær fx ved, at bildæk sprøjter vand op og forringer udsynet.

En nogenlunde hurtig afledning af vand kan ganske vist opnås ved, at vejbanen udformes oprundet, men på grund af slitage, specielt ved anvendelse af pigdæk, og på grund af den sammenpakning og deformation, som tung trafik medfører, dannes forsænkede hjulspor, hvor vand kan samles på trods af, at vejbanen er oprundet.

De vandfyldte hjulspor forøger naturligvis risikoen for akvaplaning og kan ved vintertide ved hurtige temperaturskift forvandles til forræderiske ispletter.

Et andet problem, som især er kommet frem ved anlæggelse af store asfalt- eller betonbelagte parkeringspladser, er, at disse tætte overfladebelægninger medfører forstyrrelse i den naturlige perkolation eller afdræning. Regnvandet formår ikke at trænge gennem de tætte belægninger og føres således ikke tilbage som grundvand, men samles som overfladevand, der igen må afledes og endog ofte renses. Selv om der normalt ikke forekommer problemer med akvaplaning på parkeringspladser, bør disse være så vandfrie som muligt, idet mennesker må gå der.

2

DK 152713 C

En løsning på de nævnte problemer har været at give vejbanen eller parkeringspladsen en belægning med et stort hulrumsindhold, så at belægningen derved bliver vandgennem-trængelig. Ved sådanne belægningsmasser, der består af stenmateriale med bitumen og bindemiddel, og som altså består af groft og fint materiale, har man givet belægningsmassen et lavt indhold af fint materiale, så at massen får et stort antal kommunikerende hulrum. Da altså kun en del af hulrumsvolumenet for stenmaterialet udfyldes af asfalt eller andet fint materiale, bliver der et vist hulrumsvolumen tilbage i den færdige belægningsmasse. Dette hulrumsvolumen ligger i vel drænende masser på mindst 15-25%, hvilket skal sammenlignes med normale, ikke-drænende belægningsmasser, som ifølge gældende (svenske) bestemmelser skal have et hulrumsvolumen på 2-6%.

Erfaringerne med såkaldte ABØ-masser (engelsk: open-grades asphalt friction courses) har vist, at sådanne masser foruden de nævnte dræningsegenskaber har flere andre gode egenskaber. Blandt disse bemærkes, at de mod gummidæk giver en høj friktion og en støjsvag kørsel. Vejmarkeringer ses bedre og holder længere over for slitage. Især ved nattetide giver både belægninger af denne type mindre reflekser end de traditionelle tætte belægninger.

ABØ-masserne har imidlertid også visse ulemper: ABØ-masser kan på grund af deres porøsitet ikke lægges hvor som helst, fx ikke på revnede underlag. Udlægningen kræver også, at særlige regler iagttages. Hvor de såkaldte ABØ-masser er nødvendige, har de dog alt i alt overvejende positive egenskaber.

Fremstillingen af sådanne drænende belægningsmasser giver imidlertid store problemer. Ved normal temperatur for blanding af stenmassen og bitumenet, som for bitumenet med temperaturbetegnelsen A-120 eller A-135 (ved 500 cSt) ligger ved 150-160°C, løber bitumenet (asfalten) af stenene, idet der ikke findes tilstrækkeligt mange fine korn til 3

DK 152713 C

at tilbageholde den let flydende bitumen. Denne afløbning af bitumenet fører bl.a. til "afkorning" eller segregation ved håndtering, transport og udlægning, idet grovere korn adskilles fra finere korn og giver anledning til såkaldt stenslip i den færdige belægning, hvilket altsammen skyldes, at belægningsraassen ikke kan bringes til at indeholde tilstrækkelig meget bitumen.

For at løse dette problem har man forsøgt at foretage blandingen ved lavere temperatur. Det har vist sig, at man ved en blandingstemperatur på 115-120°C får en så ringe afløbning af bitumen fra stenmaterialet, at der kan fremstilles drænende belægningsmasser med et bitumenindhold, der er tilstrækkelig stort til, at der ikke forekommer nogen væsentlig afløbning eller noget væsentligt stenslip. Den lave blandingstemperatur har imidlertid medført nye problemer. For at eliminere indvirkning af forekommende restfugtighed i stenmaterialet, der hindrer bitumenet i at væde stenoverfladerne, må man bl.a. tilsætte et fugtnings-forbedrende middel. Hidtil har man til dette formål anvendt visse aminer, fx en alkylamin i en mængde på ca. 0,4% beregnet på mængden af bitumen. Aminer udspreder imidlertid en ubehagelig lugt såvel ved fremstillingen af bitumen på asfaltfabrikken som ved udlægningen af belægningsmassen.

Man har også anvendt læsket kalk i en mængde på fx 1,5% beregnet på mængden af stenmateriale for at eliminere restfugtigheden i stenmaterialet.

Da imidlertid såvel aminer som læsket kalk er klassificeret som skadelige stoffer, må der ved anvendelsen af disse midler iagttages særlige sikkerhedsforanstaltninger. Den lavere blandingstemperatur for asfalt og stenmateriale kræver også en tidsrøvende og dyr omstilling af asfaltfabrikken. Den ved lav temperatur blandede belægningsmasse udviser også en ufordelagtig tendens til efterpakning eller -komprimering, hvilket specielt i sommertiden ved hård trafikbelastning viser sig dels ved, at der opstår for- 4

DK 152713 C

holdsvis kraftige hjulspor, og dels ved, at den efter-pakkede del af belægningen får en fortætning, især af overfladen, hvilket fører til, at belægningens drænerings-evne formindskes netop der, hvor den er mest påkrævet.

Det er tidligere blevet foreslået af forøge viskositeten for asfaltbindemiddel ved en tilsætning af et finkornet fyIdemateriale. Ifølge svensk patentskrift nr. 211.163 får man pr. vægtenhed en særlig stor effekt, hvis fyldemateria-let udgøres af mineralfibre med en diameter på 5-15 μια. En forøgelse af viskositeten ved iblanding af fyldemateriale giver en mindre asfaltafløbning fra stenmaterialet, men det er forekommet selvfølgeligt for fagmanden, at en viskositetsforøgelse ved iblanding af fyldemateriale skulle give samme efterpakningsproblem som en viskositetsforøgelse ved temperatur sænkning. Den i patentskriftet foreslåede metode er derfor ikke blevet anvendt i noget større omfang.

Det har nu overraskende vist sig, at man kan løse begge de ovennævnte problemer, altså dels undgå bitumenafløbning fra stenmaterialet og dels undgå det besværlige efterpakningsproblem, og dette er muligt også ved denne blanding ved bitumenets normale blandingstemperatur på 150-160°C.

Belægningsmassen ifølge opfindelsen, der er af den indledningsvis nævnte art, er ejendommelig ved, at stenmaterialet har et så lavt indhold af fint materiale, at belægningsmassen får et forholdsvis stort antal kommunikerende hulrum med et hulrums volumen i belægningsmassen på mindst 15%, fortrinsvis 15-25%, at stenmaterialet hovedsageligt indeholder stenpartikler med en gennemsnitlig diameter på mellem 2 og 12 mm, idet ca. 50% af stenmaterialet har en partikelstørrelse på mellem 8 og 12 mm, at fibermaterialet i belægningsmassen er af en type, der ikke opløses eller blødgøres i bitumen (asfalt), og som har en gennemsnitlig fiberdiameter på ca. 3 μια, idet størstedelen af fibrene ligger inden for området 1-5 jum, at fibermaterialet er behandlet med et befugtningsmiddel, fx et kationisk 5

DK 152713 C

tensid, og at fibermaterialet forekommer i en mængde på mellem 0,5 og 20 vægtprocent beregnet på basis af bitumen-mængden (asfaltmængden).

En sådan belægningsmasse kan i overensstemmelse med opfindelsen fremstilles ved, at stenmateriale med et lavt indhold af fint materiale, hvilket stenmateriale hovedsageligt indeholder stenpartikler med en gennemsnitlig diameter på mellem 2 og 12 mm, idet ca. 50% af stenmaterialet har en partikelstørrelse på mellem 8 og 12 mm, blandes med bitumen (asfalt) med en temperatur på 140-170°c, typisk ved bitume-nets normale blandingstemperatur på 150-160°C, i nærværelse af mellem 0,5 og 20 vægtprocent - beregnet på basis af mængden af bitumen (asfalt) - af et fibermateriale af en type, som ikke opløses eller blødgøres i bitumenet (asfalten) , og som udgøres af mineralfibre med en gennemsnitlig fiberdiameter på ca. 3μιιι, idet størstedelen af fibrene ligger inden for området l-5-μιη, at mineralfibrene indblandes på en sådan måde, at de bliver i hovedsagen jævnt fordelt og frilagt fra hinanden i belægningsmassen, og at fibermaterialet behandles med et befugtningsmiddel. Vedhæftningen mellem bitumen og stenmateriale påvirkes ikke af fiber iblandingen, og dette indebærer, at der ikke behøver at blive tilsat særlige vedhæftningsforbedrende midler. Da temperaturen under blandingen holdes på normalt niveau, behøver man på asfaltfabrikken ikke at foretage tidsrøvende og komplicerede omstillinger, og det har vist sig, at en belægningsmasse af den nævnte type giver helt acceptable værdier, hvad angår efterpakning eller komprimering. Derved elimineres eller væsentligt reduceres det ovennævnte problem med fortætning af belægningsmassens overflade og dermed den formindskede dræningsevne på grund af trykket fra køretøjshjulene.

Foruden kravet om, at det tilsatte fibermateriale skal have en vis lille middeldiameter, kræves det også, at fibrene skal være bestandige og ikke må blødgøres ved den aktuelle blandingstemperatur. Det har vist sig, at der opnås særlig 6

DK 152713 C

gode resultater med mineralfibre, der har en gennemsnitlig fiberdiameter på mindre end 5 μιη og mere end 1 μη. Forsøg har vist, at fibre, der er grovere end 5 μιη, ikke har en tilstrækkelig viskositetsforøgende effekt og tilsyneladende heller ikke armerer den færdige bindemiddelfilm lige så godt. Det sidste kan muligvis forklares ved, at de i alt for stor udstrækning har tilbøjelighed til at orientere sig parallelt med stenenes og dermed også i bindemiddelfilmens plan. Anvender man derimod fibre med en middeldiameter, der er mindre end 1 μιη, påvirkes viskositeten ganske vist, men den armerende effekt er dårlig. Der foreligger således et område på 1-5 μιη for middeldiameteren, som i denne sammenhæng synes at være optimalt.

Det har også vist sig at være en fordel, hvis mineralfibrene kan bringes til at optræde adskilt fra hinanden i bitu-menfasen, så at de ikke danner knuder og totter. Forekomsten af sådanne knuder eller totter kan forhindres ved, at fibermaterialet indblandes i bitumenet (asfalten), inden bitumenet blandes med stenmaterialet. Da fibrene i forvejen er blevet behandlet med et i og for sig kendt befugtnings-middel, fx kationisk tensid, inden fibermaterialet indblandes i bitumenfasen, lettes indblandingen af fibre yderligere.

Bitumenets fugtning af fiberoverfladerne kan også lettes ved, at alt fugt fjernes fra fibrene ved, at fibermaterialet tørres fuldstændigt, inden det indblandes i bitumenfasen.

Iblandingen af fibermaterialet i bitumenet (asfalten) sker passende, inden stenmaterialet tilsættes. En god og totfri iblanding kan opnås, hvis bitumenet i forbindelse med iblandingen af fibrene opvarmes til en temperatur på fx 20-40° C over den normale blandingstemperatur for bitumen og stenmateriale, hvorefter fibermaterialet afkøles til stenmaterialets temperatur og blandes med stenmaterialet.

Denne temporære temperaturforhøjelse har især en god effekt 7

DK 152713 C

i det tilfælde, fugtningsevnen mellem bitumen og fibre er blevet forbedret ved, at fiberoverfladerne er blevet behandlet med et eller andet fugtemiddel eller ved, at fibrene er blevet tørret. På grund af risikoen for antændelse ved den forhøjede temperatur bør processen foregå lukket.

Forsøg har vist, at der ved under 0,5% af fibermaterialet ikke opnås en tilstrækkelig stor effekt til, at den er teknisk-økonomisk interessant, dvs. kan motivere iblandings- og fiberomkostningerne. Endvidere har forsøg vist, at et indhold, der er højere end 20%, ikke giver forbedrede egenskaber, som modsvarer omkostningerne til ekstra fibre.

I det følgende vil der blive givet nogle eksempler på opfindelsen.

EKSEMPEL 1 I et chargeblandingsværk for bitumenmasser indførtes 3144 kg af et stenmateriale med følgende fordeling af gennemsnitlig størrelse: <2 mm 7% 2-4 mm 18% 00 1 'tf mm 24% 8-12 mm 51% >12 mm 0%

Stenmaterialet opvarmedes til 160° C. 160 kg bitumen med benævnelsestemperaturen A-135 tilførtes ved 160°C gennem 40 st dyser. Kort før bitumenets indføring tilførtes stenmaterialet 32 kg mineralfibre af den type, der går under varebetegnelsen INORPHIL 057", og som fremstilles og markedsføres af Rockwool AB. "INORPHIL 057" er et mineralfi-bermateriale, hvis middelfiberdiameter er ca. 3 μια, og i hvilket størstedelen af fibrene ligger inden for området 1-5 μκι. Til karakterisering af længden findes der ingen 8

DK 152713 C

antagelige direkte metoder. Man kan i stedet passende måle det såkaldte fortykkelsestal (nf), der udgøres af

»?o hvor η er viskositeten af en opslæmning af 0,5 g tørre fibre i 200 ml ethylenglycol ved 20°C, og η0 er viskositeten for samme ethylenglycol uden fibre, ligeledes ved 20°C pg målt med samme udstyr, nemlig et Brookfield-viskosimeter med spindel LV 1 eller tilsvarende. For INORPHIL 057 gælder fortykkelsestallet 1,8-6,0.

Efter afsluttet blanding udtoges massen, og afløbningen af bitumenet fra stenmaterialet observeredes og bedømtes. Bedømmelsen, der blev foretaget efter nedenstående skala, viste et klart antageligt resultat, punkt B nedenfor. Efterpakningen bedømtes til at være lav for en drænerende belægningsmasse af denne type og viste sig at svare til den normale efterpakning ved konventionelle ikke-drænende belægningsmasser.

Afløbningen af bitumenet fra stenmaterialet bestemtes på følgende måde: 1000 g af massen blev udtaget og placeret med et minimum af håndtering på en cirkulær varmebestandig glasplade med en diameter på 203 mm. Glaspladen blev anbragt i et varmeskab ved en temperatur på 160“ C og blev betragtet nedefra efter 60 minutter. Følgende bedømmelsesskala blev anvendt: A bitumen kun i kontaktpunkterne mellem sten og glas.

B små bitumenklatter i hvert kontaktpunkt.

C flere større bitumenklatter i nogle af kontaktpunkterne.

D større bitumenklatter ved hvert kontaktpunkt.

9

DK 152713 C

EKSEMPEL 2-5

Samme metode anvendes som i eksempel 1, men med den forskel, at der tilsættes henholdsvis 16, 6,4, 1,3 og 0,65 kg mineralfibre af typen "INORPHIL 057". Resultatet er angivet 5 i nedenstående tabel. Det fremgår, at en mindre tilsætning af mineralfibre end ca. 0,5% gav en mangelfuld af løbning og desuden en ikke tilfredsstillende værdi for efterpakning i den færdige asfaltmasse.

EKSEMPEL 6 10 I et chargeblandingsværk for asfaltmasser indførtes 3158 kg af et stenmateriale med samme størrelsesfordeling som i eksempel 1. Stenene blev opvarmet til 160°C. Separat opvarmedes samtidigt 166 kg bitumen med benævnelsestemperaturen A-135 til 160°C, og til det varme bitumen tilsattes 16 kg 15 mineralfibre af samme type som i eksempel 1. Bitumenet og mineralfibrene blev blandet og tilsattes ved opretholdt temperatur til det opvarmede stenmateriale, og det hele blev blandet.

Afløbningen blev observeret og bedømt på samme måde som i 20 eksempel 1. Trods den mindre mængde mineralfibre viste belægningsmassen samme afløbnings- og efterpakningsegen-skaber som i eksempel l.

EKSEMPEL 7-8

Samme metode som i eksempel 6 blev gentaget med den for-25 skel, at der i stedet for 6,4 kg tilsattes henholdsvis 1,3 og 0,65 kg mineralfibre af samme type som i eksempel 6. Resultatet er angivet i nedenstående tabel. Det fremgår, at også i dette tilfælde giver en tilsætning af mineralfibre på mindre end ca. 0,5% et utilfredsstillende resultat.

10

DK 152713 C

EKSEMPEL 9

Fremgangsmåden ifølge eksempel 6 blev gentaget, men med den forskel, at asfalt blev opvarmet til 190°C før iblandingen af mineralfibrene, og at der i dette tilfælde tilsattes mineralfibre af typen "INORPHIL 057" i samme mængde som i eksempel 6. Blandingen af bitumen og mineralfibre blev afkølet til 160°C før sammenblandingen med stenmaterialet.

Resultatet er angivet i tabellen.

EKSEMPEL 10-11

Fremgangsmåden ifølge eksempel 9 blev gentaget, men i dette tilfælde tilsattes henholdsvis 1,3 og 0,65 kg mineralfibre. Det i tabellen angivne resultat bekræfter, at en tilsætning af mineralfibre på mindre end ca. 0,5% beregnet på bitumen-mængden giver et utilfredsstillende resultat.

Af løbningen observeredes og bedømtes på samme måde som i de tidligere eksempler, og belægningsmassen viste sig at have samme gode egenskaber som i de tidligere eksempler.

Ved den ekstra opvarmning af bitumenmassen i forbindelse med iblandingen af mineralfibrene kunne mineralfibermængden således formindskes yderligere, uden at afløbnings- og efterpakningsegenskaberne blev forringet.

EKSEMPEL 12

Til sammenligning blev fremgangsmåden ifølge eksempel 1-5 gentaget, men i stedet for mineralfibrene "INORPHIL 057" tilsattes her mineralfibre med en gennemsnitlig fiberdiameter på 6-8 μιη. Af løbnings- og efterpakningsegenskaberne observeredes på samme måde som i de tidligere eksempler. De grove fibre blev fremstillet ved, at man ud fra grovfibret 11

DK 152713 C

basaltuld separerede og fjernede alt ufibreret materiale samt en del af fibrene under 5 μιη. Afløbningen viste sig at være større end i eksemplerne 1-5 og bedømtes til at være ikke-antagelige (D), se tabellen nedenfor.

5 EKSEMPEL 13

Fremgangsmåden ifølge eksempel 1 blev gentaget, men med et mineralfibermateriale, hvis gennemsnitlige fiberdiameter var mindre end 1 μπι. Afløbnings- og efterpakningsegenska-berne blev observeret, og afløbningen viste sig at være 10 ikke-antagelig (E), og efterpakningsegenskaberne var betydeligt højere end i eksemplerne 1-5.

Den nedenstående tabel bestyrker klart forbindelsen mellem fibergrovheden og af løbningsforekomsten hos bitumen-stenma-terialet og dermed også forbindelsen mellem fibergrovheden 15 og den færdigt udlagte belægningsmasses porøsitet og vand-gennemtrængelighed. Det fremgår således klart, at fibre med større diameter end ca. 5 μι har dårligere af løbningsværdi end fibre, der ligger inden for området 1-5 μπι.

Claims (6)

1. Belægningsmasse med drænende virkning, til gader, veje, parkeringspladser med mere og bestående af en blanding af stenmateriale, bitumen (asfalt) og fibermateriale, kendetegnet ved, at stenmaterialet har et så lavt indhold af fint materiale, at belægningsmassen får et forholdsvis stort antal kommunikerende hulrum med et huirumsvolumen i belægningsmassen på mindst 15%, fortrinsvis 15-25%, DK 152713 C at stenmaterialet hovedsageligt indeholder stenartikler med en gennemsnitlig diameter på mellem 2 og 12 mm, idet ca. 50% af stenmaterialet har en partikelstørrelse på mellem 8 og 12 mm, at fibermaterialet i belægningsmassen er af en type, der ikke opløses eller blødgøres i bitumen (asfalt), og som har en gennemsnitlig fiberdiameter på ca. 3 Mm, idet størstedelen af fibrene ligger inden for området 1-5 Mm, at fibermaterialet er behandlet med et befugt-ningsmiddel, fx en kationisk tensid, og at fibermaterialet forekommer i en mængde på mellem 0,5 og 20 vægtprocent beregnet på basis af bitumen-mængden (asfaltmængden).

2. Fremgangsmåde til fremstilling af en belægningsmasse med drænende egenskaber ifølge krav 1 og bestående af en blanding af stenmateriale, bitumen (asfalt) og fibermateriale, kendetegnet ved, at stenmateriale med et lavt indhold af fint materiale, hvilket stenmateriale hovedsagelig indeholder stenpartikler med en gennemsnitlig diameter på mellem 2 og 12 mm, idet ca. 50% af stenmaterialet har en partikelstørrelse på mellem 8 og 12 mm, blandes med bitumen (asfalt) med en temperatur på 140-170°c i nærværelse af mellem 0,5 og 20 vægtprocent - beregnet på basis af mængden af bitumen (asfalt) - af et fibermateriale af en type, som ikke opløses eller blødgøres i bitumenet (asfalten) , og som udgøres af mineralfibre med en gennemsnitlig fiberdiameter på ca. 3 p, idet størstedelen af fibrene ligger inden for området 1-5 pm, at mineralfibrene indblandes på en sådan måde, at de bliver i hovedsagen jævnt fordelt og frilagt fra hinanden i belægningsmassen, og at fibermaterialet behandles med et befugtningsmiddel.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at fibermaterialet indblandes i bitumenet (asfalten), inden bitumenet blandes med stenmaterialet. DK 152713 C

4. Fremgangsmåde ifølge krav 2 eller 3, kendetegnet ved, at befugtningsmidlet tilføres fibermaterialet, inden dette indblandes i bitumenfasen (asfaltfasen).

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 2-4, kendetegnet ved, at fibermaterialet tørres fuldstændigt, inden det indblandes i bitumenfasen.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 4, 10 kendetegnet ved, at bitumenet (asfalten) med iblandet fibermateriale opvarmes til en temperatur på omkring 20-40° C over blandingstemperaturen for bitumen og stenmateriale, hvorefter bitumenet afkøles til stenmaterialets temperatur og blandes med stenmaterialet.