FI72993C - Foerfarande foer framstaellning av en tryckhaollfast och hoegstabil belaeggningsmassa. - Google Patents

Description

72993 1 Menetelmä puristuslujan ja erittäin stabiilin päällystemassan valmistamiseksi Förfarande för framställning av en tryckhallfast och högstabil beläggningsmassa 5

Keksinnön kohteena on menetelmä puristuslujan ja erittäin stabiilin päällystemassan valmistamiseksi voimakkaasti kuormitettuja pintoja varten, joka massa sisältää pääasiassa kivimateriaalia, joka on sidottu asfaltti-10 massalla, jolloin asfaltti lämmitetään lämpötilaan, joka on vähintään yhtä pitävä asfaltin ja kivimateriaalin sekoitukselle suositellun lämpötilan kanssa, lämmitetään rinnakkain tämän kanssa kivimateriaali suositeltuun sekoituslämpötilaan, lämmitetty asfaltti ja lämmitetty kivimateriaali sekoitetaan homogeeniseksi seokseksi suhteessa 15-25 paino-osaa 15 kivimateriaalia yhtä asfalttipaino-osaa kohden.

Tässä hakemuksessa sanalla asfaltti tarkoitetaan bitumia tai bitumi-pitoista suurimolekyylistä hiilivetyä.

20 Liikenteen kehitys kaduilla ja teillä, mitä tulee sekä liikenteen voimakkuuteen että yksittäisten ajoneuvojen painoon, on johtanut suuriin tiepäällysteiden stabiliteettiin kohdistuviin vaatimuksiin. Erityisen suuressa määrin tämä koskee vaaranalaisia paikkoja, kuten liikennevaloja, teiden risteyksiä, liikenneympyröitä jne., missä päällystemas-25 soilla, jotka muodostuvat kivimateriaalista, jossa on asfalttia sideaineena, usein on riittämätön stabiliteetti.

Puutteellinen päällystemassan stabiliteetti aiheuttaa tämän muodonmuutoksen etenkin sen johdosta, että ajoneuvon pyörät muodostavat päällys-30 temassan kulutuksen ja yhteenpakkautumisen johdosta painuneita pyörä-- uria ajorataan, mitkä tarvitsevat kallista kunnossapitoa. Kunnossapito työt ovat vaaranalaisissa paikoissa sitä paitsi hyvin vaivalloisia suorittaa ja aiheuttavat liikennehäiriöitä suuremmassa määrin kuin normaalissa teiden kunnossapidossa.

35 _____ -- Τ“· 72993 2 1 Puutteellisen stabiliteetin aiheuttamaa ongelmaa on yritetty ratkaista käyttämällä nk. runkomassoja, s.o. massoja, joissa kivimateriaalin raekoko on asteitettu siten, että kuormitus siirretään pääasiassa karkeiden kivirakeiden kautta, jotka tukeutuvat toisiaan vasten. Päällyste-5 massan painumis- tai yhteenpakkautumisvaaraa on tällä tavalla voitu vähentää niin, että kivimateriaalin kivihiukkasilla on pienempi mahdollisuus ryhmittyä uudelleen, mitä harvempia kiviä osallistuu kuormituksen siirtoon.

10 Sideaineen ominaisuuksille asetetut vaatimukset kasvavat kuitenkin vastaavassa määrin, ja todellisuudessa sideaineen laadusta on tullut pääl-lystemassan stabiliteetille olennaisin tekijä. Siten on olennaista, että sideaine lukitsee kivihiukkaset tehokkaasti niiden asemiin ja estää kivihiukkasten siirtymisiä tai uudelleenryhmittymisiä. Sideai-15 neen kykyä voidaan lisätä siten, että lisätään suurempi määrä sideainetta suhteessa kivimateriaalin määrään. Tällöin muodostuu kuitenkin nk. asfalttivalunnan ongelma, mikä tarkoittaa, että lämmin asfaltti valuu sekoitettaessa se kivimateriaalin kanssa kivihiukkasista, mikä osittain vaikuttaa sideaineen lisäyksen tarkoitusta vastaan, osit-20 tain myös aiheuttaa ongelmia varastoinnissa, ja kuljetuksessa. Pääl-lystemassan stabiliteettia ei lisätä mainittavasti mahdollisesti riippuen asfaltin nk. kylmäjuoksusta.

Tämä ongelma on yritetty ratkaista lisäämällä hienorakeista fillerima-25 teriaalia, mutta tulos ei näytä tulevan tyydyttäväksi. Ilmeisesti run-koperiaate menee osittain hukkaan lisättäessä hienorakeista fillerima-teriaalia.

Ongelmaa on yritetty ratkaista lisäämällä asbestikuituja. Asbestikuidut 30 eivät ole osoittautuneet tuottavan runkomassojen riittävää stabiliteetin kasvua niillä pitoisuuksilla, joita voidaan teknisesti katsottuna käyttää. Luultavasti tämä riippuu asbestikuitujen kyvystä kiinnittyä toisiinsa ja muodostaa suurempia kokonaisuuksia. Tiedot asbestikuitujen terveysvaaroista ovat sitä paitsi sulkeneet pois asbestin käytön 35 tiepäällysteissä.

3 72993 1 Ruotsalaisessa patentissa 211.163 selitetään myös päällystemateriaalia, joka sisältää mineraalikuituja, joiden läpimitta on 5-15 pm. Myöskään ehdotetut karkeat mineraalikuidut eivät ole osoittautuneet käyttökelpoisiksi. Luultavasti ne pyrkivät suuntautumaan yhdensuuntaises-5 ti kivipintojen kanssa asfalttikivimassassa ja siten sideainekalvon tasossa. Ne tuskin edistävät tällöin runkomassan stabiliteettia. Mitään ehdotetuista menetelmistä ei tästä syystä ole otettu suurempaan käytännön käyttöön.

10 Nyt on yllättäen osoittautunut, että lisäämällä mineraalikuitumateri-aalia, jossa on pieni kuituläpimitta, mieluummin kuitumateriaalia, jonka keskimääräinen läpimitta on pienempi kuin 5 pm, ja jossa kuidut ovat tasaisesti jakautuneet asfalttimassaan pääasiassa yksittäisinä kuituina, vähennetään voimakkaasti sideainetta tai asfaltin yllä mai-15 nittuja kylmäjuoksuongelmia tai eliminoidaan ne. Tällöin saadaan ominaisuuksiltaan sellainen sideainefaasi, joka antaa valmiille päällys-temassalle huomattavasti lisääntyneen stabiliteetin verrattuna aikaisemmin tunnettuihin päällystemassoihin ilman, että viskositeetista tulee sekoituslämpötilassa liian korkea nopealle ja hyvälle sekoittumi-20 selle. Lisääntynyt stabiliteetti riippuu sideaineen kasvaneesta lujuu-desta, mikä luultavasti riippuu osittain lisääntyneestä paksuudesta sideainekalvolla kivirakeiden ympärillä, osittain siitä, että myös lisätyllä kuitumateriaalilla, joka on tasaisesti jakautunut yksittäisinä kuituina asfaltissa, on vahvistava vaikutus.

25

Kuituina voidaan käyttää useita erityyppisiä materiaaleja edellyttäen, että kuidut eivät sula asfaltissa, joka sekoitettaessa kivimateriaalin kanssa on n. 140-170, mieluummin 150-160°C:n lämpötilassa, ja : edellyttäen, että kuidut ovat suhteellisen jäykkiä ja säilyttävät ai- 30 nakin olennaisen jäykkyyden lämpimässä asfaltissa. Erityisen sopivaksi materiaaliksi ovat osoittautuneet mineraalikuidut, esim. kivikui-dut, s.o. kuidut, jotka on valmistettu sulattamalla kivi diabaasina ja kuiduttamalla tämän jälkeen sulate.

35 Kuten yllä on mainittu, tulee keskimääräisen kuituläpimitan olla alle 5 pm. Kun keskimääräinen kuituläpimitta alittaa 1 pm:n, vähenee kui- __- - Έ7......

72993 4 1 tujen edullinen vaikutus huomattavasti luultavasti sen johdosta, että ohuet kuidut väistämättömästi katkeavat suureksi osaksi sekoituksen yhteydessä. Keskimääräisen kuituläpimitan tulee siis olla 1 - <5 jum. Halutun vaikutuksen aikaansaamiseksi tulee kuituja lisätä 0,5-20% asfal-5 tin painosta, mikä vastaa suunnilleen 0,03-1,2 painoprosenttia valmiista päällystemassasta.

Olennaista on, että kuidut eivät esiinny tukkojen tai muiden yhteen-pakkautuneiden kokonaisuuksien muodossa. Tämä voidaan saada aikaan oi-10 kein suoritetun sekoitustekniikan avulla. Kuitujen jakautumisen helpottamiseksi ja tukkojen muodostumisen välttämiseksi ja kuitupintojen optimaalisen kostutuksen aikaansaamiseksi asfaltilla voi olla edullista pintakäsitellä kuidut jollakin sopivalla aineella. Tähän tarkoitukseen voidaan käyttää kaikenlaisia polaarittomia yhdisteitä, 15 esim. kostutusaineita, kuten kationisia tensidejä tertiääristen tai kvartaäristen ammoniumyhdisteiden muodossa.

Samoin on edullista, että kuidut ovat mahdollisimman kuivia sekoitettaessa asfalttiin, ja jotta saataisiin aikaan vaikutus, joka on saman-20 kaltainen kuin mainittu käsittely kostutusaineella, voi olla edullista kuivata kuidut ennen niiden sekoittamista asfaltti- tai päällyste-massaan niin, että poistetaan pääosa niistä vesimolekyyleistä, jotka normaalisti ovat absorboituneina kuitujen pintoihin.

25 Kuitujen lisäys voi tapahtua lisäämällä ne kivimateriaaliin ennen kuin asfaltti sekoitetaan näihin, tai kuidut voidaan sekoittaa valmiiseen asfaltti-kivimassaan. Erityisen hyvä vaikutus saadaan kuitenkin aikaan, jos kuidut sekoitetaan asfalttimassaan ennen kuin tämä lisätään kivimateriaaliin. Tämä helpottaa kuitujen sekoittumista ja homogenoin-30 tia, ja kuitu- ja asfalttimateriaalin sekoitus voi tapahtua kuiduille hyvin hellävaraisella tavalla, niin että kuidut eivät katkea.

Kuitujen tasaista ja tukotonta jakautumista asfaltissa edistetään edelleen, jos asfaltti lämmitetään kuitujen sekoittamisen yhteydessä, esim. 35 20-40°C sen n. 150-160°C:n lämpötilan yläpuolelle, jossa asfaltti- ja 5 72993 1 kivimateriaalin sekoittaminen tapahtuu, minkä jälkeen asfaltti-kuitu-seos jäähdytetään tähän lämpötilaan ja sekoitetaan kivimateriaalin kanssa. Lämpötilan korottaminen alentaa asfaltin viskositeettia ja edistää siten kuitumateriaalin homogeenista ja hellävaraista sekoittu-5 mistä, ja edelleen edistetään tässä korotetussa lämpötilassa kuitupintojen kostutusta, ja kuitujen dispergointi asfaltissa tapahtuu nopeammin ja tehokkaammin.

Kuitumateriaalin lisäyksen asfalttipäällysteen stabiliteettiin tuotta-10 man vaikutuksen arvostelemiseksi valmistettiin useita kuitumassoja kolmen erilaisen menetelmän mukaisesti ja jokaisessa ryhmässä oli erilainen määrä lisättyjä kuitumateriaaleja.

Esimerkki 1 15

Asfalttimassojen sekoituslaitteeseen johdettiin 3.100 kg kivimateriaalia, jossa on tietty määrätty keskimääräisen raekoon jakautuma. Kivimateriaali lämmitettiin 160°C:n lämpötilaan ja kivimateriaaliin lisättiin 5,8 kg mineraalikuitumateriaalia, merkiltään "INORPHIL 057", 20 valmistaja Rockwool AB, missä materiaalissa on keskimääräisenä kuitu-läpimittana noin 3 pm ja jossa pääosa kuiduista oli läpimitaltaan 1-5 μm.

Kuitupituuden määritykselle ei ole mitään hyväksyttävää suoraa menetel-25 mää. Mieluummin mitataan sen sijaan nk. sakeutusluku (n^) , joka lasketaan yhtälöllä

ή - nQ

ηί=--- 30 ° jossa Π on lietteen viskositeetti, jossa on 1,5 g kuivaa kuitua 200 ml:ssa eteeniglykolia 20°C:ssa, ja jossa yhtälössä on saman eteeni-glykolin viskositeetti ilman kuituja samoin 20°C:ssa mitattuna samalla 35 laitteella, nimittäin Brookfield-viskosimetrillä, jossa oli kara LVI tai vastaava. "INORPHIL 057":lie sakeutusluku on 1,0-5,0.

72993 6 1 Esimerkki 1

Kivimateriaalin ja kuitumateriaalin seokseen lisättiin 195 kg asfalttia.

5

Sekoituksen jälkeen otettiin massa pois ja sen stabiliteetti tai jälki-tiivistymistaipumus mitattiin. Tämä tapahtuu seuraavan menetelmän mukaisesti: 10 Sovitettu määrä päällystemassaa asetettiin 8C x 80 mm:n kulmateräksestä olevaan kehykseen. Kehys, jonka pituus on 2000 mm ja leveys 40 mm asetetaan betonilattialle. Päällystemassa eristetään betonilattiasta alumiinikalvolla .

15 Kahden vuorokauden kuluttua n. 18°C:ssa mitataan korkeusasemat kahdella kohdalle kehyksen keskilinjaa pitkin kehyksen suhteen. Kohtien keskinäinen etäisyys on 200 mm. Mittakohta muodostetaan 20 mm:n pyöreäs-tä levystä, joka mittauksessa asetetaan mittakohdan päälle.

20 Tämän jälkeen pyöritetään sylinterimäistä telaa, jonka leveys on 100 mm ja läpimitta 350 mm ja joka on kuormitettu 200 kg:lla, viisi kertaa eteenpäin ja viisi kertaa taaksepäin massan päällä keskilinjaa pitkin. Mainitut mittakohdat mitataan uudestaan ja erotusta alkuperäisen mitan suhteen käytetään mittana massan jälkitiivistymiselle. Arvoja verra-25 taan normaalimassan jälkitiivistymiseen, jolloin käytetään seuraavia arviointiperusteita: "normaali", 0,8 - 1,2 x normaalimassan muodonmuutos, "tietty jälkitiivistyminen", 1,2 - 1,6 x normaalimassan muodonmuutos, "selvä jälkitiivistyminen" yli 1,6 x normaalimassan muodonmuutos.

30

Koe osoitti tässä tapauksessa selvää jälkitiivistymistaipumusta. Esimerkit 2-6 35 Esimerkki 1 toistettiin samalla mineraalikuitujen tyypillä, mutta li- 7 72993 1 sättyjä kuituja oli eri määrä. Lisäysmäärä ja tulos on esitetty alla olevassa taulukossa.

Esimerkit 7-9 5 Näissä esimerkeissä lisättiin mineraalikuitumateriaali lämmitettyyn asfalttiin ennen kuin asfaltti-mineraalikuituseos lisättiin ja sekoitettiin kivimateriaaliin. Tulokset on esitetty taulukossa 3 alhaalla.

10 Esimerkit 10-12 Näissä esimerkeissä lämmitettiin asfaltti 190°C:n lämpötilaan, minkä jälkeen mineraalikuitumateriaali lisättiin asfalttiin, asfaltti-mineraalikuituseos jäähdytettiin 160°C:n lämpötilaan ja sekoitettiin kivi-15 materiaaliin. Tulokset esitetään alla olevassa taulukossa.

Esimerkki 13 Tässä esimerkissä käytettiin vertailuna mineraalikuituja, joiden kes-20 kimääräinen läpimitta oli 6-8 jum, mutta muutoin meneteltiin samalla tavalla kuin yllä olevassa esimerkissä 1.

Esimerkki 14 25 Tässä, esimerkissä käytettiin samantyyppisiä mineraalikuituja kuin esimerkeissä 1-12, mutta kuitupituuden vaikutuksen toteamiseksi jauhettiin kuitumateriaali siten, että sen sakeutusluku oli 0,2.

30 35 .__ — T^- 8 72993 1 Taulukko ! ~j I ! ; f

Esi- ; . Jalkitiivis- ! i ! 5 merkki Kuitutyyppi i kg kuituja ; % asfaltista i tyminen > ! i : -i----i- 1 : INORPHIL 057 0,6 · 0,3% selvä 2 " 1,2 0,6% tietty 3 : " 3,9 ' 2,0% normaali Ί0 4 " 13,6 7,0% normaali 5 " 39,0 | 20,0% normaali 6 " 58,5 30,0% normaali 7 INORPHIL 057 0,6 0,3% tietty 8 ' " 1,2 0,6% tietty 15 9 " 3,9 2,0% normaali 10 INORPHIL 057 0,6 0,3% tietty 11 " 1,2 0,6% normaali 12 " 3,9 2,0% normaali 13 karkea 6-8 pm 13,6 7,0% selvä 20 14 INORPHIL tietty/ jauhettu 13,6 7,0% selvä > __

Yllä olevasta taulukosta nähdään, että pienimmällä lisättyjen kuitujen 25 määrällä on olennainen merkitys materiaalin stabiliteetille tai jälki-tiivistymistaipumukselle. Lisättäessä 0,3 painoprosenttia esitetyn tyyppistä kuitumateriaalia saadaan esimerkkien 1-6 mukaisesti selvä jälkitiivistymistaipumus ja esimerkkien 7-12 mukaisesti tietty jälki-tiivistymistaipumus. Niissä tapauksissa, joissa lisäysprosentti on 30 suunnilleen 0,5 tai korkeampi, saadaan sitä vastoin normaali jälki-tiivistyminen. Tämä pätee etenkin silloin, kun lisäys tapahtuu esimerkkien 7-9 tai vast. 10-12 mukaisesti. Taulukko osoittaa myös, että esimerkin 13 mukaiset karkeat kuidut tuottavat selvän jälkitiivis-tymistaipumuksen, ja että siis kuiduilla, joiden keskimääräisenä läpi-35 mittana on alle 5 pm, on olennaisesti paremmat ominaisuudet kuin karkeammilla kuiduilla. Taulukko osoittaa myös, että esimerkissä 14 käytetty jauhettu kuitumateriaali tuottaa selvän jälkitiivistymistaipu-muksen.

9 72993 1 Oheisessa piirustuksessa esitetään kaaviomaisesti laite keksinnön mu-kaisen päällystemassan valmistamiseksi. Lämpökierukoilla 2 varustetussa tankissa 1 lämmitetään asfalttimassa 3 normaaliin sekoituslämpöti-laan tai, kuten yllä mainittiin, lämpötilaan, joka on 20-40°C tämän 5 sekoituslämpötilan yläpuolella. Lämmin asfaltti pumpataan pumpun 4 avulla annoksittain sekoitussäiliöön 5, joka on varustettu sekoitti-mella 6, ja jonne mineraalikuidut on lisätty annoksittain säiliöstä 7. Sekoitetaan seos homogeeniseksi, minkä jälkeen asfaltti-kuitumassa pumpataan pumpun 8 avulla lämmönvaihtimen 9 läpi, missä asfaltti-kuitu-10 seoksen lämpötila korjataan oikeaan kivimassan sekoituslämpötilaan. Siinä tapauksessa, että asfaltin ja mineraalikuitujen sekoittaminen on tapahtunut korotetussa lämpötilassa, massa jäähdytetään, ja siinä tapauksessa, että sekoittaminen on tapahtunut normaalissa sekoitus-lämpötilassa, joka on esimerkiksi 150-160°C ja määrättyä jäähtymistä 15 on tapahtunut massan käsittelyn aikana, voi tietty lämpötilaa korottava korjaus olla tarpeellista.

Kivimateriaali lämmitetään säiliössä 10, joka on varustettu lämmitys-elimellä 11, ja siirretään siitä annoksittain pyörivään sekoitinrum-20 puun 12. Asfaltin ja mineraalikuitujen sekoitussäiliöstä 5 tuleva massa pumpataan samoin annoksittain lämmönvaihtimen 9 kautta sekoitusrum-puun 12 ja sekoitetaan kivimateriaalin kanssa molempien faasien ollessa samassa lämpötilassa.

25 Kuten mainittiin aikaisemmin, voidaan mineraalikuitumateriaali johtaa suoraan mineraalikuitusäiliöstä 7 asfaltin ja mineraalikuitujen sekoi-tusrumpuun 12, ja tässä tapauksessa pumpataan asfaltti tietenkin myös suoraan asfalttitankista 1 sekoitusrumpuun 12.

30 On selvää, että yllä oleva selitys ja piirustuksessa esitetty laite ovat vain esimerkkinä, ja että monia erilaisia muunnelmia voi esiintyä seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

35

Claims (6)

1. Menetelmä puristuslujan ja erittäin stabiilin päällystemassan valmistamiseksi voimakkaasti kuormitettuja pintoja varten, joka massa 5 sisältää pääasiassa kivimateriaalia, joka on sidottu asfalttimassal-la, jolloin asfaltti (3) lämmitetään lämpötilaan,.joka on vähintään yhtä pitävä asfaltin ja kivimateriaalin sekoitukselle suositellun lämpötilan kanssa, lämmitetään rinnakkain tämän kanssa kivimateriaali suositeltuun sekoituslämpötilaan, lämmitetty asfaltti ja lämmitetty 10 kivimateriaali sekoitetaan homogeeniseksi seokseksi suhteessa 15-25 paino-osaa kivimateriaalia yhtä asfalttipaino-osaa kohden, tunnettu siitä, että käsittelyn kuluessa lisätään 0,5-20 painoprosenttia mineraalikuitumateriaalia laskettuna asfaltin painosta, jonka materiaalin keskimääräinen kuituläpimitta on välillä 1 ja <5 um ja joka 15 on tyypiltään sellaista, että se ei liukene missään olennaisessa määrin lämpimään massaan eikä pehmene siinä ja joka on käsitelty kostutus-aineella, esim. kationisella tensidillä ennen mineraalikuitumateriaalin lisäämistä asfalttiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mineraalikuitumateriaali lisätään lämmitettyyn asfalttiin ja sekoitetaan asfalttiin dispergoituneiden kuitujen homogeeniseksi massaksi ennen kuin asfalttikuitumassa lisätään kivimateriaaliin.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että asfaltti lämmitetään lämpötilaan, joka on 20-40°C asfalttikivi-massan suositellun sekoituslämpötilan yläpuolella ennen mineraalikuitumateriaalin lisäämistä asfalttiin tai ennen asfaltin ja mineraalikuitumateriaalin sekoittamista kivimateriaaliin. 30

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mineraalikuitumateriaali kuivataan täysin ennen sen lisäämistä asfalttimateriaaliin.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että asfaltti-kuituseos jäähdytetään suositeltuun sekoi- 72993 1 tuslämpötilaan ennen asfalttikuitumassan sekoittamista kivimateriaalin kanssa.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että lisätty mineraalikuitumateriaali valitaan materiaaliryhmästä, jonka sakeutusluku on esitetyn määritelmän mukaisesti 1,0-5,0. 10 15 20 25 30 35 ___- - - - T^· ___ 72993