FI80286B - Ny, faergbar gatubelaeggning. - Google Patents

Description

1 80206

Uusi, värjättävissä oleva katupääiiyste

Keksintö kohdistuu kimmoisaan katujen pääilystysmassaan, joka käsittää sideaineella sidottua kiviainesta ja tarvittaessa väri- ja muita lisäaineita. Keksinnön mukainen katujen pääl-lystysmassa soveltuu erityisesti ei-mustien päällysteiden valmistukseen.

Päällystysmassat ovat tavallisesti bitumilla sidottua kiviainesta ja ne valetaan noin 1-5 cm kerroksiksi tien kantavan kerroksen päälle. Kiviaineksen kappalekoon valinnassa käytetään nk. suhteutusta, jossa järeimmät kivet ovat läpimitaltaan n. 8-25 mm. Näiden päällysteiden puute on niiden musta väri, joka johtuu sidosaineena käytetystä bitumista. Bitumi voidaan kuitenkin korvata värittömällä sidosaineella, joka edelleen voidaan pigmentoida halutun väriseksi. Värittömän hartsin käyttöä sidosainekomponenttina pääilystemassoissa on sovellettu Yhdysvalloissa ja Suomessakin 1970-luvulla. Tällöin on käytetty petrokemiallisia hiilivetyhartseja, jotka on saatu öljynjalostuksen eteeniyksikön sivutuotteista polymeroimalla tyydyttämättömiä C^-C^-hiilivetyjä. Tällaisten hartsien kauppanimiä ovat Escorez 1100 tai Piccopale. Petrokemialli-silla hiilivetyhartseilla on kuitenkin haittana se, että ne ovat kalliita eikä niillä saavuteta tarpeeksi kestäviä päällysteitä .

Mäntyhartsia ja sen johdannaisia on tähän asti käytetty vain pigmenttiä sisältävinä katumaaleina, jotka on levitetty kadulle 1-3 mm:n paksuisena, kovettuvana pinnoitteena. Tällainen katumaali on sinällään hauras eikä kestä asfalttibetonin koestukseen tarkoitettua Marshall-iujuustestiä.

Nyt on kuitenkin havaittu, että pehmennetty mänty-, kanto-tai pihkahartsi tai niiden johdannainen sopii erinomaisesti pääliystysmassojen sidosaineeksi. Pehmennettyyn hartsiin tai 2 80286 sen johdannaiseen perustuvalla sideaineella saavutetaan jopa erinomaisia päällystysmassan Marshall-lujuusarvoja.

Eo. keksinnön tarkoituksena on siis aikaansaada värjättävissä oleva, kimmoisa ja luja katujen päällystysmassa korvaamalla perinteiset päällystysmassan sideaineet uudella sideaineella, joka tekee massasta sekä värjättävän että entistä sitkeämmän. Keksinnölle on siten pääasiassa tunnusomaista se, mikä sanotaan patenttivaatimusten tunnusosassa. Samalla on myös löydetty uusi käyttö eräille tärkeille puunjalostusteollisuuden hartsituotteille.

Uuden päällystysmassan muodostavat seuraavat kolme pääkompo-nenttia: kiviaines, väri- ja täyteaineet mänty-, kanto- ja pihkahartsi ja niiden johdannaiset pehmentävä voiteluaine ja sen apuaineet apu- ja lisäaineet

Kiviainesta valittaessa voidaan käyttää kaikkia asfaittiteol-lisuuden kiviainessuhteutuksia. Hyvät tulokset on saavutettu jopa luonnon moreenia käyttämällä. Suhteutuksen järeimmät kivet voivat olla läpimitaltaan esim. 25 mm, 20 mm, 16 mm, 12 mm tai 8 mm. Yleensä ottaen järeimmästä kiviaineksesta saadaan kulutusta kestävämpää päällystysmassaa. Täyteaineeksi kiviaineksen seassa tai sellaisenaan kelpaa jokin tavanomainen täyteaine, kuten kalkkifilleri tai kaoliini.

Pigmenttinä voidaan käyttää mitä tahansa valmistus- ja käyttöolosuhteissa stabiilia pigmenttiä, jolla on toivottu väri. Sopivia pigmenttejä ovat epäorgaaniset pigmentit, esim. valkoinen titaanidioksidi, vihreä kromidioksidi tai punainen rautaoksidi.

3 80206

Sidosaineeksi keipaa selluloosateoilisuudesta saatava mänty-hartsi, kantohartsi, pihkahartsi tai jokin niiden johdannainen. Johdannainen voi esim. olla dimeeri, oligomeeri tai polymeeri tai sitten esteri jonkin 1- tai useampiarvoisen alkoholin, kuten trimetyylipropanolin, glyserolin tai pentaerytri-tolin kanssa. Johdannainen voi myös olla em. hartsien me-tallisuola, jolloin metalli on edullisesti sinkki, kalsium tai magnesium. Hartsia voidaan ennen sen di-, oligo- tai po-lymerointia, esteröintiä tai neutralointia suolaksi käsitellä jollakin tyydyttämättömällä dikarboksyylihapolla tai sen an-hydridillä, kuten fumaarihapolla, maleiinihapolla tai maleii-nihappoanhydridillä. Sidosaine voi myös olla mikä tahansa em. hartsien ja johdannaisten sopiva seos tai seos jonkin tunnetun hartsin kanssa.

On selvää, että johdannaiset ovat kalliimpia kuin hartsit ja sopivat siten paremmin erikoistarkoituksiin. Niinpä esim. mäntyhartsin esteri, joka on mäntyhartsia kalliimpi, sopii erinomaisesti erittäin lujien pääliystysmassojen valmistukseen .

Edulliseksi ja käyttökelpoiseksi yleishartsiksi on havaittu selluioosateollisuuden kiteinen mäntyhartsi, jonka pehmenemis-o piste on n. 65 C.

Katujen päällystysmassan tekemiseksi sitkeäksi ja kimmoisaksi tarvitaan hartsiaineksen lisäksi pehmentävää voiteluainetta. Voiteluaine voi olla mikä tahansa öljy, kuten mineraaliöljy, kasvisöljy tai mäntyöljy tai näiden johdannaiset. Voiteluaineen viskositeetti riippuu valmistus- ja käyttöolosuhteista ja se voi vaihdella välillä ISO 15 ja ISO 680, edullisesti välillä ISO 32 ja ISO 220. Tavanomaiseen käyttöön sopii hyvin esim. mineraaliöljy, jonka viskositeetti on ISO 220. Käyttämällä ohuempia öljyjä, esim. kasvisöljyä, jonka viskositeetti on ISO 32, voidaan aikaansaada pakkasenkestävämpiä laatuja ja käyttää työkohteissa alempia lämpötiloja.

4 80286

Sidosaineeseen on edullista lisätä kumia massan kylmälujuuden parantamiseksi. Tarkoitukseen voidaan käyttää mitä tahansa elastomeeria, mutta edullisimmaksi on todettu ns. kumiastaiteissa käytetyt elastomeerit, esim. Shellin Cariflex TR-tuotteet, jotka ovat styreenibutadieenielastomeereja.

Lisäämällä sidosaineeseen yhteensopivaa kestomuovia voidaan päällystysmassan lämpöherkkyyttä vähentää niin, ettei se haurastu kylmässä eikä pehmene lämmössä. Sopivia kestomuoveja ovat valmistuslämpötilassa sulavat polyolefiinit, kuten po-lyeteeni ja polypropeeni, polyamidit tai polyesterit.

Kaikkein edullisin päällystysmassa saadaan, jos sidosaineeseen lisätään sekä kumia että kestomuovia, jolloin tuotteella on sekä hyvä kylmälujuus että korkea pehmenemispiste.

Keksinnön mukaista sitkeää ja kimmoisaa katujen päällystys-massaa valmistettaessa voidaan käyttää tavallista asfaltteja asfaltointikoneistoa. Käytetty sidosainemäärä voi päällystyksen käyttötarkoituksesta riippuen vaihdella välillä 3-15 paino-% laskettuna koko päällystysmassasta. On edullista käyttää 5-7 paino-% sidosainetta ainakin silloin, kun sidos-aineena on mäntyhartsi. Sidosaine voi sisältää noin 10-40 paino-% pehmentävää voiteluainetta laskettuna sidosaineen koko massasta, mutta on edullista käyttää sitä noin 15-20 paino-%.

Kumia voidaan käyttää n. 1 - 20 paino-% sidosaineen massasta, jolloin sidosaineeksi lasketaan mäntyhartsi yhdessä voite-lyöljyn ja mahdollisten lisäaineiden kanssa. On edullista käyttää kumia noin 2-10 paino-% sidosaineen painosta. Muovia käytetään n. 1 - 20 paino-%, edullisesti 3-15 paino-% sidosaineen painosta.

Keksintöä selvitetään seuraavien esimerkkien avulla, joissa ilmoitettuja ainemääriä ja olosuhteita voidaan vaihdella. Esimerkit 1-3 käsittelevät tavallisen hartsin ja tavallisten n 5 80286 öljyjen muodostamia sidosaineita ja esimerkki 4 käsittelee hartsiesterin ja dieselöljyn erikoislujaa massaa aikaansaavaa sidosainetta. Pääliystysmassat on koestettu ASTM-standardin D 1559 eli nk. Marshall-kokeen avulla, jossa mitataan se voima, jolla syiinterimainen, 50-70 mm pituinen ja 100 mm halkaisijaltaan oleva massasylinteri murretaan rikki. Tämä koe on tärkein asfalttibetonin lujuustesti.

Esimerkki 1 Lähtöaineet ovat s A. Kiviaines, väri- ja täyteaineet:

Aine Karkeus Määrä

Kalkkivimurske 0 - 7 mm 1 800 g

Kvartsihiekka 3 - 5 mm 1 000 g

Hiekka 0-2 mm 660 g

Kalkkifilieri (seos) 250 g

Kaoliini 350 g

Titaanidioksidi (RN-56) 350 g ja B. Sidosaine

Aine Määrä Mäntyhartsi 300 g

Voiteluperusöljy (ISO 220) 70 g

Polyeteenimuovi (hiutaleina) 18 g

Ainekset A esikäsitellään kuumentamalla ne lämpökaapissa o o 160 -180 :een.

6 80286

Ainekset B esikäsiteiiään siten, että mäntyhartsi murskataan hienoksi ja siihen sekoitetaan voiteiuöijy ja muovi ja seos o kuumennetaan lämpökaapissa 160 seen homogeeniseksi nesteek- o si, tai mäntyhartsi sulatetaan 160 :ssa ja seostetaan öljy o ja muovi ylläpitämällä lämpötilaa 180 .

Aineksien A ja B sekoittaminen tapahtuu "päärynänmuotoisessa", nestekaasuliekillä ulkopuolelta kuumennetussa betonimyllyssä, o jossa lämpötila on noin 150 . Sekoitusaika on noin 1-2 minuuttia, jolloin massa on saanut paksun puuron tai puolijuok-sevan olomuodon. Pääilystysmassa on nyt kaadettavissa alustalle ja voidaan tiivistää tai jyrätä.

Tämän esimerkin puitteissa pidettiin kiviaines-, väri- ja täyteainemäärät (A) muuttumattomina, mutta aineyhdistelmässä B suoritettiin taulukossa 1 esitetyt vaihtelut ja saatiin niinikään taulukossa 1 esitetyt Marshal1-lujuusarvot.

Taulukko 1

Koe nro 1 2 A. ainekset (g) 4410 4410 Mäntyhartsi (g) 300 300

Voitelyöljy (ISO 220) (g) 70 150

Polyeteeni (g) 18 60

Sidosaine/massa x 100 8,1 paino-% 10,4 paino-% Öljyosa/sidosaine x 100 22,7 " 41,1 "

Marshall-arvo KN 7,0 4,6

Esimerkki 2

Seostettiin seuraavasti ja työtapa oli sama kuin esimerkissä 1.

7 80286 A. Kiviaines, väri- ja täyteaineet

Aine Karkeus Määrä

Kaikkifiileri 125 g " O - 0,074 mm 125 g " 0,074 - 0,125 mm 175 g " 0,125 - 0,250 mm 250 g " 0,250 - 0,5 mm 250 g " 0,5 - 2 mm 500 g " 2-6 mm 475 g " 6-12 mm 600 g

Titaanidioksidi 235 g A. yhteensä 2 735 g B. Sidosaine

Aine Määrä Mäntyhartsi 160 g

Kasvisöljy (ISO 32) 30 g B. yhteensä 190 g

Sidosaineet/massa x 100 6,5 paino-% Öijyosa/sidosaineet x 100 15,8 "

Marshail-arvo (keskim.) KN 6,0

Esimerkki 3 Tässä esimerkissä aines A on muuten sama kuin esimerkissä 2, mutta titaanidioksidi korvataan seuraaviila pigmenteillä: e 80206

Aine Määrä

Titaanidioksidi 100 g

Kromidioksidi 135 g (vihreä) A. yhteensä 2 735 g B. Sidosaine

Aine Määrä Mäntyhartsi 162 g

Perusöljy (mineraali) ISO 220 38 g B. yhteensä 200 g

Sidosaineet/massa x 100 6,8 paino-% Öljyosa/sidosaineet x 100 19 "

Marshall-arvo (keskim.) KN 8,4

Esimerkki 4

Seostettiin seuraavasti ja työtapa oli sama kuin esimerkissä 1.

A. Kiviaines, väri- ja täyteaineet

Aine Määrä

Moreeni 920 g

Titaanidioksidi 80 g

Kaoliini 80 g A. yhteensä 1 080 g 9 80286 B. Sidosaine

Aine Määrä Mäntyhartsin esteri* 90 g

Dieselöljyä 18 g

Polypropeenia 5 g B. yhteensä 113 g

Sidosaineet/raaka-aineet x 100 9,47 %

Marshall-arvo KN 34 * = Mäntyhartsin esteri on fumaarihapolla modifioitu mänty-hartsi, jossa esteröivä alkoholi on pentaerytritoli ja glyseroli.

Esimerkki 5

Suoritettiin kylmälujuuden mittaaminen määrittämällä koekappaleen murtumispiste Fraass (IP 80/53) alennettaessa lämpötilaa, ja lämpölujuuden mittaaminen määrittämällä pehmenemispiste rengas-kuulamenetelmällä (ASTM D 2398-76). Koetulokset sideaineen eri koostumukselle on esitetty seuraavassa taulukossa.

Sideaineen koostumus Murtumis- Pehmenemis- .... o o

Koe Hartsi Öljy- Oljymäärä Kumi Muovi piste C piste C

g laatu g 99 (Fraass) 1 100 kö 19 -3 i 2 100 k220 25 -2 i 3 100 k32 25 -5 i 4 100 kö 25 6 -34 i 5 100 k32 25 7 -17 i 6 100 k32 47 11 -36 i 7 100 k32 25 7 10 -14 > 92 8 100 kö 25 6 10 -21 44 10 80206

Selitykset: käytetty hartsi oli pehmeää, muuntamatonta mänty-hartsia, käytetty kumi oli SBR-kumia (Cariflex TR-1101) ja käytetty muovi oli polyeteeni.

kö = kasvisöljy k220 = mineraaliöljy, jonka viskositeetti oli 220 cSt/40 . o k32 = mineraaliöljy, jonka viskositeetti oli 32 cSt/40 i = liian pehmeä mitattavaksi rengaskuulamenetelmäiiä

Koostumuksilla pyritään arvoihin, jotka murtumispisteen koh- o dalla on välillä -12 ja -16 C ja pehmenemispisteen kohdalla o > 40 C.

Tuloksista ilmenee, että kumi parantaa kylmälujuutta, mutta että tarvitaan sekä kumia että muovia, jotta tuotteella olisi sekä hyvä kylmälujuus että hyvä lämmönkestävyys (korkea pehmenemispiste) , Nähdään, että koe 8 on lähellä ihannetta meidän ilmastossamme, kun taas koe 7 edustaa ihannekoostumusta lämpimässä ilmastossa.

Mäntyhartsin tai sen johdannaisten käyttö oikein pehmennettynä antaa huomattavasti paremman tarttuvuuden kiviainekseen kuin petrokemiailiset tuotteet, ne ovat hinnaltaan merkittävästi huokeampia ja ovat kotimaasta saatavia. Huomattavaa lisäksi on, että mäntyöljyhartsilla saadaan paljon lujempia tiepääi-lysteitä kuin bitumilla. Esimerkiksi Marshall-arvo mäntyhart-siperusteiselle päällysteelle on 6-9 KN, kun se on bitumipe-rusteiselie päällysteelle 4-6 KN. Kulutuskestävyys nastarenkaita vastaan on ainakin yhtä hyvä kuin asfalttibetonilla. Kasvisöljyjen käyttö parantaa sidosaineen lämpötilaherkkyyttä ja pakkaskestävyyttä, samoin kuin oikean viskositeetin valinta yleensäkin.

Eo. keksinnön mukaisia värillisiä ja vaaleita pääilystemassoja voidaan käyttää erikoisteissä, teiden risteyksissä osoittamaan vaara-aluetta, tienpiennarosassa, pihoissa ja pihakäytävissä, kävelytasoissa ja silloissa.

Claims (11)

1. Katujen kimmoisa päällystysmassa, joka käsittää sidos-aineella sidottua kiviainesta ja tarvittaessa väri-, täyte- ja muita lisäaineita, tunnettu siitä, että sidosaine muodostuu oleellisesti mäntyhartsista, kantohartsista, pihkahartsista, niiden johdannaisista tai jostakin näiden aineiden muodostamasta seoksesta, em. hartsiaineita pehmentävästä voiteluaineesta, ja edullisesti kumista ja/tai muovista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen päällystysmassa, tunnettu siitä, että sidosaineen määrä on noin 3 - 15 %, edullisesti noin 5 - 7 % koko päällystysmassan painosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen päällystysmassa, tunnettu siitä, että pehmentävän voiteluaineen määrä muodostaa noin 10 - 40 %, edullisesti noin 15 - 20 % sidosaineen painosta.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen päällystysmassa, tunnettu siitä, että sidosaine sisältää apuaineena kumia ja muovia.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen päällystysmassa, tunnettu siitä, että kumi on styreenibutadiee-nikumia.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen päällystysmassa, tunnettu siitä, että kumin määrä on n. 1 - 20 %, edullisesti n. 2 - 10 % sidosaineen painosta.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen päällystysmassa, tunnettu siitä, että muovi on polyolefiini, kuten polypropeeni, polyeteeni tai polyamidi tai polyesteri.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen päällystysmassa, tunnettu siitä, että muovin määrä on n. 1 - 20 %, edullisesti 3 - 15 % sidosaineen painosta. i2 80206

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen päällys-tysmassa, tunnettu siitä, että voiteluaineen viskositeetti on välillä ISO 15 ja ISO 680, edullisesti välillä ISO 32 ja ISO 220, ja että se edullisesti on mineraali-, kasvis- tai mäntyöljyperustainen voiteluaine.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen päällys-tysmassa, tunnettu siitä, että mainittu kiviaines on tie-normiston mukainen kiviseostus, luonnon moreeni tai muu päällysteissä käytetty kiviseos.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen päällys-tysmassa, tunnettu siitä, että väriaineena käytetään epäorgaanisia pigmenttejä.