NO115526B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av bituminøs mørtel av finkornet sand og kationiske

bitumenemulsjoner.

For overtrekning av veier anvendes der som

kjent dekker som har normal korning og som ofte

er fremstilt ved blanding av stenmaterialer med

bituminøse emulsjoner. Sand med normal korning underkastes ofte forbehandling som tar

sikte på å fremme bindemiddelemulsjonens hefteevne.

Når man har ønsket å anvende finkornede

materialer, f. eks. naturlige sandtyper eller sand

fremstilt ved knusning (som foruten å være finkornede inneholder en stor mengde fyllstoff), for

fremstilling av bituminøs mørtel (slurry seals)

beregnet for fremstilling f. eks. av et kompakt

overflatelag av et veidekke, har det hittil bare

vært bituminøse emulsjoner av den anioniske ty-pe som har vært aktuelle. Disse emulsjoner gir

gode resultater hva overtrekningen angår, men

er beheftet med den ulempe at de herdner for

langsomt,hvilket er ugunstig ved overtrekning av

veier, da disse ikke kan overlates til trafikantene

før etter relativt lang tid, avhengig av de klimat-iske forhold. På den annen side har slike veidekker fremstilt ved hjelp av anioniske emulsjoner den mangel at de under belegningen, og endog når de er i bruk, er meget følsomme overfor vann, hvilket er meget ugunstig.

Ved anvendelse av kationiske emulsjoner ville man unngå denne ulempe, men det har hittil vært regnet for å være vanskelig bare det å overtrekke grovkornet sand med lite innhold av fyllstoffer med denne type emulsjoner. Å fremstille finkornet bituminøs mørtel med kationiske emulsjoner har vært betraktet som absolutt umulig.

På grunn av den store ioniske tiltrekning som utøves av de mineralske materialer på de kationiske materialer som inneholdes i disse bi-tuminøse emulsjoner, brytes således slike emulsjoner meget raskt, uansett hvilken type mineralske materialer som anvendes, såsom kalkhol- dige eller kjs.elhqld.ige materialer, slik at det praktisk talt blir umuilg å overtrekke sådanne materialer med de nevnte emulsjoner.

Denne ulempe blir mer markert dess mer sanden inneholder av fyllstoffer. Man har derfor hittil måttet gi avkall på å fremstille kationiske bituminøs mørtel, til tross for de eksepsjonelle fordeler man ville kunne vente av den, og til tross for at dens anvendelse ville føre til den meget store fordel, spesielt ved anvendelse til veidekker, at den ville kunne utsettes for trafikk i lø-pet av meget kort tid, selv under ugunstige vær-= forhold. Dette siste er av stor betydning, spesielt ved veireparasjoner.

Foreliggende oppfinnelse har som mål å gjø-re kationiske bituminøse emulsjoner anvendba-re, på enkel måte og uten at der kreves oppvarm-ning, for fremstilling av finkornet bituminøs mørtel. Denne bituminøse mørtel muliggjør fremstilling av dekker som meget raskt kan utsettes for trafikk og som har mange fordelaktige egenskaper, idet de er tette og sklifri, ikke er øm-fintlige overfor vann osv.

Ved hjelp av oppfinnelsen tilveiebringes således en fremgangsmåte ved fremstilling av bitu-minøs mørtel og finkornet sand og kationiske bitumenemulsjoner, hvilken fremgangsmåte består av to på hverandre følgende blandetrinn, nemlig et forberedende trinn hvor sanden blandes med et overtrekks- og hefteforberedende materiale og et avsluttende trinn hvor den forbehandlede sand blandes med den kationiske emulsjon.. Fremgangsmåten utmerker seg ved at de to blandetrinn utføres umiddelbart etter hverandre og først på tidspunktet hvor den bituminøse mørtel skal anvendes eller utbres, og ved at overtrekksmidlet, som er forlikelig med den kationiske emulsjon, i det minste delvis består av et skummende, overflateaktivt middel som er i stand til midlertidig å danne en tixotrop pseudo-emulsjon med vann og sanden, hvorved det lufthol - dige miljø i pseudo-emulsjonen forhindrer ione-tiltrekningsreaksj onene mellom den kationiske i emulsjon og den finkornede sand og den derved

betingede for tidlige brytning av emulsjonen.

Utsettelsen av brytningen av emulsjonen oppnås som følge av samvirkningen av de føl-gende fenomener;

Der dannes på materialenes overflate en beskyttende barriére, fortrinnsvis ionisk, som ! midlertidig motvirker materialenes store affinitet til den kationiske emulsjon;

fukteoppløsningens overflatespenning ned-settes, hvilket fremmer homogen fuktning av sandmassen;

der dannes, fortrinnsvis ved omrøring i en egnet blander, et skum av fukteoppløsningen, hvilket skum ved å virke på lignende måte som ved flotasjon bevirker suspendering av sanden og oppretter en tiksotrpp eller pseudo-tiksotrop tilstand i massen. Denne tiksotrope suspensjon, som letter overtrekningen og hindrer sedimen- i tering a<y>sandmassen, forsvinner raskt når den i bituminøse mørtel spres ut i et tynt lag.

Tilsammen muliggjør disse' virkninger at > man kan utsette brytningen av den kationiske

emulsjon i tilstrekkelig lang tid til at overtrekningen kan utføres på effektiv måte, men brytningen skjer allikevel innen kort tid etter at massen er spredd ut.

De kationiske stoffer som anvendes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, velges blant stoffer som er dispergerbare eller oppløse-lige i vann, og som har de følgende egenskaper: polaritet som gir dem ionisk affinitet til

sanden,

evne til å nedsette overflatespenningen, evne til å virke skumdannende, skumregu-lerende og skumstabiliserende.

Disse stoffer velges fortrinnsvis blant lang-kjedede aminer og derivater derav, og velges mer spesielt blant de følgende forbindelser: A. Aminer og polyaminer, som kan foreligge i form av salter med en organisk eller uorganisk syre, og som svarer til den generelle formel: R-[NH-(CH2)p]n-NH2(1) i hvilken R betegner et mettet eller umettet, forgrenet eller uforgrenet, alifatisk eller cycloalifatisk hydrocarbonradikal med fra 8 til 22, fortrinnsvis fra 14 til 18, carbonatomer, n er et helt tall fra 1 til 8, fortrinnsvis fra 2 til 5, og p er et helt tall fra 2 til 6, fortrinnsvis fra 2 til 3.

Disse aminoforbindelser har adhesjonsvirk-ning ved at de adsorberes kationisk på over^flaten av materialene som skal overtrekkes. De forårsaker også skumdannelse og nedsetter overflatespenningen.

B. Nitrogenforbindelser svarende til den generelle formel:

i hvilken R, n og p har de ovenfor under punkt A angitte betydninger, og nn' + n" er et helt tall som kan variere fra 5 til 11, avhengig av den ønskede vannoppløselighet.

Disse forbindelser fremstilles vanligvis ved innføring av oxyethylengrupper eller oxypropy-lengrupper i alkylpolyalkylenpolyaminer.

Disse forbindelser bevirker skumdannelse og nedsetter overflatespenningen. De er også i be-sittelse av en hefteevne som forårsaker dannelse iv en beskyttende ionisk barriére.

C. Kvartære ammoniumsalter svarende til ien generelle formel:

hvilken Rt—R4betegner hydrocarbonradikaler ivorav minst ett har en forgrenet eller ufor-jrenet kjede med 8—22 carbonatomer, fortrinns-. ris 14—18 carbontatomer,

Disse forbindelser utøver en nedsettende virkning på overflatespenningen og er likeledes skumdannende. Få grunn av deres hefteevne fører de også til dannelse av en ionisk beskyt-telsesbarriére.

D. Aminoxyder og derivater derav, svarende til formlene:

hvor R er et mettet eller umettet, forgrenet eller uforgrenet, alifatisk eiler cycloalifatisk hydro-carbpnradikal med 8—22 carbonatomer, fortrinnsvis 10—14 carbonatomer, mens R' og R" er alifatiske radikaler med fra 1 til 3 carbonatomer, og n og n' er hele tall fra 2 til 16, fortrinnsvis fra 2 til 4.

Foretrukne eksempler på forbindelsene av formel (IV) er alkyl-dimethylamin^oxyd alkyl-diethylamin-oxyd og alkyl-dipropylamm-oxyd, og foretrukne forbin-delser av formel (V) er alkyl-dihydroxyethylaminpxyd og alkyl-polyhydrpxypropylamin-oxyd.

Disse aminoxyder har skumdannende virkning og virker som regulatorer og stabilisatorer for skum. Disse egenskaper er velkjente og dras nytte av til mange forskjellige formål. De for-ringer på ingen måte bindemidlets evne til å hefte til de mineralske partikler, da de er lite polare og er oppløselige i vann, hvorved de bort-skaffes med vannet når emulsjonen brytes. Dessuten gjør de det mulig å danne mer kon-sentrerte blandinger av A, B<p>g C med samme viskositet. Disse aminoxyder fremstilles fra tertiære aminer ved behandling på kjent måte av disse med hydrpgenperoks.yd, ozon eller annet oxydasj onsmiddel.

De under punktene A, B, C og D angitte materialer kan anvendes h<y>er for seg, i innbyr-des blandinger, eller også i blanding med ytter-ligere materialer, i mengdeforhold som vil variere med arten og korningen av den anvendte sand,

Også pH-verdien fpr den vandige oppløs-ning av materialene A, B og C er avhengig av den anvendte sand. I praksis vil i de fleste tilfelle denne pH-verdi fpr sand med en sandekvivalent på minst 30 ligge I området mellom 1,5<p>g 6, fortrinnsvis mellom 1.5Pg 4,

De kationiske stoffer f<p>r f prhåndskondis j o-nering av de finkornede sandmasser, pg som anvendes i den bituminøse emulsjon, kan være de samme, men er fortrinnsvis, forskjellige for å muliggjøre en passende forsinkelse av brytningen av emulsjonen alt etter forholdene under fremgangsmåtens utførelse.

Emulsjonens kationiske stoffer kan i visse tilfelle hvor forholdene hvorunder fremgangsmåten utføres er relativt enkle, være hvilke som helst hensiktsmessige kationiske stoffer, som kan være mindre effektive men billigere enn materialene av den type som er illustrert j eksemplene.

Som grensetilfelle kan fremgangsmåten ifølge ppppfinnelsen anvendes fpr forhåndskondisjonering av finkornet sand som inngår som bestanddel av sand med såkalt normal kprning. S<p>m et grensetilfelle kan endog fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes for overtrekning og utbred.ning av sammensatte sandmasser, som på forhånd kan være behandlet på en hvilken som helst kjent måte, i den hensikt å gjøre dem resi-stente på den ene side mot innvirkning av vann, og på den annen side mot utskillelse av deres forskjellige bestanddeler.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan i enkelte tilfelle tillate en viss dødtid mellom fukt-ningen av den finkornede sand og blandingen av denne med det behandlede bindemiddel, men dette tidsrom er nødvendigvis begrenset, da man ellers ikke fullt ut vil oppnå de ønskede resultater.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som spesielt anvendes på veidekker, kan med fordel utføres ved hjelp av en kontinuerlig virkende anordning for blanding og utbredning uten opp-varming av den bituminøse mørtel, Figuren på den vedføyede tegning viser et eksempel på en blandeanordning montert på en lastebil, for fremstilling av bituminøs mørtel beregnet for veiarbeider.

Den finkornede sand fylles i en måteholder 2, hvorfra sanden føres f. eks. ved hjelp av trans-portbånd 3, til en blander 4, som f. eks. kan være av skruetypen.

Det behandlede bindemiddel føres til blanderen 4, fra en beholder 5 for emulsjonen av bindemiddel, hvilken beholder 5 er utstyrt med en utmålingsinnretning, såsom en kran 6. Emulsjonen tilføres omtrent midt på blandeskruen.

Fra en beholder 8 for den vandige oppløsning eller dispersjon av stoffet f<p>r f<p>rhåndsfuktning av sanden taes oppløsningen eller dispersjonen ut ved 9, i en sone for kondisjonering av sanden, mellom enden av transportbåndet 3 og punktet 10 hvor emulsjonen tilsettes til skruen 7. En re-guleringsinnretning 11 muliggjør regulering etter ønske av dispersjonen for fuktning av den finkornede sand.

Blandingen av det behandlede bituminøse bindemiddel og den behandlede finkornede sand fordeles etter at den kpmmer ut av blanderen 4, ved hjelp av en utbredningsslede 12.

Man kan likeledes, f. eks. dersom man an-vender knuste sandmasser, anvende tp (eller fler-re) matebeholdere 2 som henholdsvis påfylles finkornet sand og ekstra finkornet sand (fyllstoff), idet eventuelt bare den ene av de. to typer sand (den s<p>m er best egnet til å behandles) underkastes forhåndskondisjonering, osv.

Eksempel 1.

100 g finkornet tørr kiselsand med følgende karakteristika:

sandekvivalent = 30

fyllstoffer: 15 %

korning: 0 — 5 mm

ble behandlet med en dispersjon i 10 g vann av 0,3 g aminoxyd fremstilt ut fra alkyldimethyl-amin, hvor alkylradikalet hadde den midlere sammensetning for kopra.

Det ble konstatert, og dette kunne gjøres vi-suelt, at den finkornede sandmasse var blitt overført i en midlertidig tilstand hvor den fore-lå som en pseudo-tiksotrop suspensjon som ovenfor angitt, som var tilstrekkelig og varte tilstrekkelig lenge til at man rakk å underkaste den en behandling med en vanlig kationisk emulsjon og å fremstille en fullverdig bituminøs mørtel. I det foreliggende tilfelle størknet massen etter omtrent 10 minutter.

Eksempel 2.

I dette forsøk, som ble utført om høsten under relativt gunstige hygrometiske forhold og ved omgivelsestemperatur omtrent 12°C, ble der behandlet 10 tonn knust, vasket sand med en korning som angitt i den nedenstående tabell:

Sanden var hovedsaklig kiselsand.

For behandling av denne sand ble det anvendt 1000 liter vann inneholdende oppløst 11 kg av et tripropylentetramin av formel (I) hvor R har 18 carbonatomer, n = 3 og p = 4. Dette poly-amin var fremstilt ut fra en kommersiell fettsyre med en sammensetning omtrent som følger:

Bindemidlet var en kationisk bituminøs emulsjon som ble fremstilt på vanlig måte etter følgende fremgangsmåte: Til 3 kg av en blanding av polyaminer hvis hovedbestanddel er et tripropylentetramin av formel (I) hvor R har 18 carbonatomer, n = 3 og p = 4, oppløst i 400 liter vann tilsettes ved 70°C 4 kg saltsyre av 22° Baumé. Det utveies 600 kg bitumen med penetrasjon 180/220 eller 80/100, som bringes til en temperatur på 120°C. Bitu-menen emulgeres i oppløsningen ved hjelp av et blandeapparat av «kolloidmølle»-typen. Den erholdte emulsjon har blant andre karakteristiske egenskaper den viskositet ved lav temperatur som vanligvis kreves av bitumen-emulsjoner.

Utførelsen av fremgangsmåten ifølge opp-

finnlesen tok omtrent 20 minutter. Det ble dan-net en bituminøs mørtel som hadde de ovennevnte fordeler. Ved utspredning av denne mørtel di-rekte på en vei i dårlig forfatning, ble det dan-net et veioverflatedekke av høy kvalitet, som kunne tas i bruk etter 40 minutter.

Eksempel 3.

10 tonn finkornet sand med samme korning som den i eksempel 2 anvendte sand og et vann-innhold på 7 pst. ble behandlet umiddelbart før

den ble blandet med den kationiske emulsjon, med en dispersjon i 200 liter vann av 1) 5,6 kg av en blanding av polyamider (om-hyllingsmiddel) forestret med HC1 inntil pH = 2,5. 2) 1,6 kg av det i foregående eksempel anvendte aminooxyd (skumdannende middel med passende stabilitet).

Den prosentvise mengde av skumningsmidlet relativt til omhyllingsmidlet var således 20 pst. Den kan vanligvis være fra 5 til 40 pst. og er fortrinnsvis mellom 20 og 30 pst.

Den anvendte kationiske emulsjon hadde

følgende sammensetning:

Den mengde emulsjon som ble anvendt for å overtrekke de 10 tonn med finkornet sand var 1500 kg.

Det ble derved erholdt en bituminøs mørtel av meget god kvalitet, som kunne tas i bruk i lø-pet av omtrent 20—40 minutter. Man har også kunnet konstatere at fremgangsmåten er effektiv også når man øker mengden av fyllstoff i den finkornede sand.

I de nedenstående eksempler 4—6, som mer spesielt angår ternære blandinger av de tre ovennevnte klasser av materialer A, B, C, består materialene A av alkyl-propylen-polyaminer svarende til den ovenstående generelle formel

(I).

Substitusjonsproduktene av .materialene angitt under A kan være produkter erholdt ved acylering med fettsyrer av høyere polyethylen-polyaminer, i hvilke kjeden som er bundet til den funksjonelle gruppe, inneholder 14—16: carbonatomer.

Den annen kategori av materialer, nemlig de som er angitt ovenfor under B, består av ik-ke-ioniske forbindelser som svarer til den ovennevnte generelle formel (II).

De siste bestanddeler av den vandige blanding, nemlig materialene angitt under C, består av kvartære ammoniumsalter av den generelle formel (III), og kan med fordel være dodecyldi-methylbenzylammoniumklorider.

Det er fordelaktig ved fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen at de organiske forbindelser som utgjør bestanddelene i den ternære vandige blanding, er forestret med en organisk eller uorganisk syre.

Den syre som anvendes, er fortrinnsvis saltsyre. Man kan imidlertid også anvende andre sy rer, f. eks. eddiksyre, og dessuten kan man anvende forbindelser A, B og C som er forestret hver for seg med forskjellige syrer.

Det relative mengdeforhold mellom de tre materialer A, B og C i oppløsningen er dessuten avhengig av beskaffenheten av overflaten av de materialer som skal overtrekkes, det vil i praksis si avhengig av deres kjemiske sammensetning. På det fysikalske plan er mengdeforholdet na-turligvis også avhengig av sandens korning og av partiklenes spesifikke overflate. Den mengde av komponent A som anvendes i den vandige ternære blanding, er desto større dess mindre bindémidlets affinitet til stenmaterialet er, fordi materialene A, som ovenfor angitt, får sin hefteevne forsterket ved kationisk adsorbsjon av aminfunksjonen på overflaten av mineralet som skal overtrekkes. Mengden av materialet C vil være desto mindre dess renere og glattere materialet er. Hva materialet B angår, er den mengde som-anvendes av dette, avhengig av den effektive spesifike overflate av sanden, som kan være mer eller mindre glatt. Ifølge et trekk ved oppfinnelsen varierer totalkonsentrasjonen av materialene A, B og C i vannet fra 1 til 3 pst.

På vektbasis inneholder den vandige opp-løsning av den ternære blanding av de organiske forbindelser A, B og C fra 1 til 5 kg rene produkter pr. tonn finkornede stenmaterialer som skal overtrekkes.

For bedre å illustrere de oppnådde resultater skal der i det nedenstående beskrives noen eksempler på overtrekning av forskjellige typer sand av forskjellig opprinnelse, men med en korning som er sammenlignet med den i eksempel 2 angitte. I eksemplene er alle deler på vektbasis.

Eksempel 4.

For å overtrekke en finkornet, knust sand med en korning tilsvarende den som ble anvendt i de foregående eksempler, kondisjoneres sanden etter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med en vandig oppløsning som pr. 150 deler vann inneholder 1 del av materialet A, 1 del av materialet B og 1 del av materialet C.

Den mengde bituminøs emulsj on av kationisk

type som anvendes for selve overtrekningen, er 150 deler. Den tid som går før emulsjonen brytes, bestemt etter konvensjonelle metoder, er 25 minutter.

Det oppnådde overtrekk er utmerket og opp-viser god hefteevne.

Eksempel 5.

For å overtrekke en finkornet sand tilsvarende den foregående, men av annen opprinnelse, kondisjoneres sanden med en vandig oppløsning inneholdende pr. 100 deler vann, 0,5 del av materialet A, 0,5 del av materialet B og 1 del av materialet C.

Den mengde bituminøs emulsjon av kationisk type som anvendes for den egentlige overtrekning, er 150 deler. Den tid som går før emulsjonen brytes, bestemt etter konvensjonelle metoder, er 40 minutter.

Det erholdte overtrekk er utmerket og opp-viser god hefteevne.

Eksempel 6.

For å overtrekke en annen finkornet sand med tilsvarende korning, fuktes sanden med en vandig oppløsning inneholdende pr. 150 deler vann, 1 del av materialet A, 2 deler av materialet B og 1,5 deler av materialet C.

Den mengde bituminøse emulsjon av kationisk type som anvendes for den egentlige overtrekning, er 150 deler. Den tid som går før emulsjonen brytes, bestemt etter konvensjonelle metoder, er 30 minutter.

Det erholdte overtrekk er utmerket og opp-viser god hefteevne.

Dersom man utfører de forsøk som er be-skrevet i eksemplene 4—6 uten anvendelse av noen pseudo-tiksotrop, fuktende vandig dispersjon av materialene A, B og C, vil man konstatere at overtrekningen umuliggjøres.

I det nedenstående er det i sammenlignings-øyemed gitt en tabell som viser den betydelige fordel som oppnås ved anvendelse av de fuktende, vandige oppløsninger eller dispersjoner i de tre eksemplene 4, 5 og 6.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av bitu-minøs mørtel av finkornet sand og kationiske bitumenemulsjoner, hvilken fremgangsmåte består av to på hverandre følgende blandetrinn nemlig et forberedende trinn hvor sanden blandes med et overtrekks- og hefteforberedende materiale og et avsluttende trinn hvor den f orbehandlede sand blandes med den kationiske emulsjon, karakterisert ved at de to blandetrinn utføres umiddelbart etter hverandre og først på tidspunktet hvor den bituminøse mørtel skal anvendes eller utbres, og ved at overtrekksmidlet, som er forlikelig med den kationiske emulsjon, i det minste delvis består av et skummende, overflateaktivt middel som er i stand til midlertidig å danne tiksotrop pseudo-emulsjon med vann og sanden, hvorved det luftholdige miljø i pseudo-emulsjonen forhindrer ipnetiltreknirigsreaksj on-ene mellom deri kationiske emulsjon og den finkornede sand og den derved betingede for tidlige brytning av emulsjonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav ^ karakterisert ved at der som behandlingsmiddel anvendes ett som er sammensatt av minst tre bestanddeler som angitt i det følgende:A) aminer eller polyaminer eller derivater derav av den generelle formel; R.LNH-CQH^-NHj, hvor R betegner et mettet etter umettet, forgrenet eller uf or grenet alifatisk eller cycloalifatisk hydrocarbonradikal med 8—22 carbonatomer, fortrinnsvis 14-—18 cajbonatomer, eiier et tilsvarende acylradikal hvor oxygenatpmet er bundet til det til nitrogena,tpmet bundne carponatom, n er et helt tall mellom 1 og 8, fortrinnsvis mellom 2 og 5, og p er et helt tall melloni 2 og 6, fortrinnsvis 2 eller 3, B) ikke-ionogene overflate^ ktive forbindelser med overveiende skum- og stabiliseringsvirk-ning for den kationjske emulsjon, spesielt forbindelser av formelen:

hvor summen (n n' + n") er et helt tall mellom 5 og 11, og C) organiske forbindelser med overveiende overflatespenningsnedsettende virkning, spesielt kvartære ammoriiumsalter.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at der som aktiv bestanddel A anvendes et produkt erholdt ved acylering av fettsyrer med høyere polyalkylener hvis kjede bundet til den funksjonelle gruppe inneholder mellom 14 og 18 carbonatomer.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av krevene 1—3, karakterisert ved at pH-verdien av den vandige blanding ligger mellom 1,5 og 6, for^ trinnsvis mellom 1,5 og 4.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-—4, karakterisert ved at de aktive bestanddeler av blandingen anvendes i form av salter av en organisk eller uorganisk syre, såsom saltsyre, eller éddiksyre.