NO146063B - Mastiks-asfalt. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en bituminøs sammensetning av mastikstypen egnet for belegging av rørled-ninger, spesielt undervannsrørledninger.

Rørledninger, spesielt undervannsrørledninger,

er vanligvis belagt med betong for beskyttelse og belastning, untatt ved endene av hver rørlengde. Endene må være ubelagte slik at rørene kan sveises sammen på stedet (f.eks. på utleg-ningsfartøyet). Åpningene i betongbelegget ved sveisene må deretter fylles med et relativt hurtigherdende materiale. En mastiksasfalt blir vanligvis benyttet, idet mastiksen helles i en sylindrisk form som omgir åpningen. Mineraldelen i en mastiksasfalt utgjøres normalt av knust kalksten, men for rør-ledningsbelegg anvendes av og til sand. Grus blir også vanligvis inkorporert av økonomiske grunner.

Letingen etter råolje og naturgass i off-shore-området øker og derfor øker også behovet for undervannsrørled-ninger både for transport av olje og gass fra brønntoppen til en oppsamlingsplattform og/eller for transport til land. Tran-sporten av oljeprodukter og andre væsker eller gasser gjennom undervannsrørledninger er mindre godt utviklet, men kan øke. Avhengig av kvantiteten og typen av væske som skal transport-eres, kan rørledningene ha diametre som krever betongbelegg av en tykkelse på opptil 76 mm. Mastiksen for belegging ved sammenføyningene vil ha vesentlig samme tykkelse som betongen.

En typisk mastiksasfalt for undervannsrørledninger

utgjøres av:

20 vekt-5? bitumen

20 vekt-% kalksten eller sementfyllstoff (paserer

200 mesh BSS)

40 vekt-? sand til BS 594 standard

20 vekt-% grus (6,3-9,5 mm)

Med en slik blanding har imidlertid grusen en sterk tendens til å skille seg ut både under fremstilling og belegging. Dette problem kan overvinnes ved å sløyfe grusen, men dette øker omkostningene.

Det er nå funnet at standard sandkvaliteten BS 594, som anvendes ved fremstilling av varmvalse-asfalt for brolegg-ingsarbeid, ikke er den beste standard for mastiksasfalter basert på sand.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en mastiks-asfalt som er hellbar ved en temperatur på ca.

170°C, og er egnet for belegging av rørledninger, omfattende

8-22 vekt-% bitumen som har en gjennomtrengning

på 10 - 100 ved 25°C og et ring- og kule-mykningspunkt på

40 - 115°C,

8-25 vekt-% fyllstoff som passerer en 75 ym-

sikt, og

84 - 53 vekt-% aggregat i graderingsområdet fra større enn 75 ym til en maksimal partikkelstørrelse på

2,36 - 37j5 mm, kjennetegnét ved at aggregatet har en graderingskurve nær opptil en modifisert Fuller-kurve for partikler av den valgte maksimale partikkelstørrelse, idet nevnte modifiserte Fuller-kurve er Fuller-kurven omregnet til å utelukke materialet som passerer 75:ym-sikten, og at vektforholdet bitumen:fyllstoff er fra 1:0,8 til 1:1,2.

Fuller-kurver er graderingskurver som gir det minimale mellomrom og tetteste pakking og således det laveste mellomrom for sand og andre mineralske tilslagsmaterialer innehold-ende partikler av varierende størrelse. Formen på en Fuller-kurve avhenger av den maksimale partikkelstørrelse, men vil være en enkelt kurve for enhver gitt maksimal partikkelstørrelse. Partikkelform har også en viss innvirkning på pakkingen, men foreliggende oppfinnelse har vist.seg å være effektiv med tilslagsmaterialer som er en blanding av runde og kantete partikler oppnådd fra både naturlig forekommende og knuste tilslagsmaterialer. Den nøyaktige partikkelform anses derfor ikke som krit-isk .

Fuller-kurver er basert på den opservasjon at for lavest mellomrom følger partikkelstørrelsesfordelingen en bestemt lov, nemlig

Fuller-kurver kan således beregnes matematisk under anvendelse av den ovenfor angitte formel. Loven ble først fremsatt i en artikkel av Fuller og Thompson kalt "The Laws of Proportioning Concrete", utgitt i the Transactions of the American Society of Civil Engineers, 1907, 59, sidene 67-172. I den følgende tekst vil forskjellige Fuller-kurver bli identifisert ved den nominelle størrelse av de største partiklene som er tilstede, f.eks. "2,36 mm Fuller-kurven" er den Fuller-kurve for tilslagsmateriale hvis maksimale partikkelstørrelse er 2,36 mm.

En viss toleranse er nødvendig for å gi plass for det faktum at i en virkelig tilslagsmaterialeblanding hvis nominelle gradering tilsvarer den til en bestemt Fuller-kurve, kan det være en liten mengde tilslagsmateriale til stede som i virke-ligheten har en større størrelse enn det som er angitt eller til-siktet. Følgelig defineres tilslagsmaterialet som "nær opptil Fuller-kurven" og med dette menes at endepunktene for graderingskurven ikke er mer enn 5% over eller under Fuller-kurven og at ethvert mellomliggende punkt på kurven ikke er mer enn 10% over eller under Fuller-kurven.

Fyllstoffinneholdet i en mastiks har en dobbelt funksjon, idet det utgjør delvis den fineste del av mineralinn-holdet og virker delvis som et stivgjørende og modifiserende middel for bitumenmateriale. For tilslagsmaterialet nær opptil 2,36 mm Fuller-kurven, er det slik at mengden av materiale som er mindre enn 75 ym på denne Fuller-kurve, er omtrent det som kreves som fyllstoff for å gi en god mastiks. For 2,36 mm maksimal partikkelstørrelse kan således enten den normalte eller den modifiserte Fuller-kurve anvendes som et kriterium. Ettersom den maksimale partikkelstørrelse øker, vil imidlertid den mengde som paserer 75 ym på Fuller-kurven avta til et punkt hvor

den kan være utilstrekkelig i forhold til det nødvendige bitumeninnhold. For tilslagsmaterialer med større maksimal partikkel-størrelse bør derfor korreleringen være mellom tilslagsgradering-en (uten fyllstoff) og den modifiserte Fuller-kurve. Mengden som paserer en gitt mesh på en modifisert Fuller-kurve kan beregnes ut fra den normale Fuller-kurve som følger.

Mengde som paserer en gitt mesh-størrelse på modifisert Fuller-kurve

Tilslagsmaterialet i det området som er større enn

75 ym kan hensiktsmessig være sand med eller uten grus og kan være naturlig'forekommende eller knust materiale eller en bland-

ing av naturlig forekommende og knust materiale.

Fyllstoffet kan være et hvilket som helst egnet kjent mastiks-fyllstoffmateriale, f.eks. kalksten, Portlandsement eller kalk. Betegnelsen "fyllstoff" innebærer at materialet har partikkel-størrelser på vesentlig 75 ym eller mindre. Det skal imidler-

tid også forstås at fyllstoffinneholdet er det totale fyllstoff-innhold inkludert et eventuelt bidrag fra finere partikler som er tilstede i det benyttede grovere tilslagsmateriale.

Bitumenmateriale kan ha et gjennomslag på fra 10-

100 ved 25°C, fortrinnsvis 20-30. Det kan være petroleum-

bitumen eller kullkjærebek eller en blanding, og kan være rådest-illert eller blåst. Bitumenmateriale kan inneholde en mindre del av en gummi eller annen polymer for å modifisere dens viskoelas-tiske egenskaper. Den nøyaktige mengde bitumen som er nødvendig vil avhenge av graderingen av tilslagsmaterialet, spesielt dets maksimale partikkelstørrelse 'og kan velges, om nødvendig ved eksperimentering, slik at det oppnås gode helleegenskaper med minimale bitumeninnhold. For, ethvert gitt tilslagsmateriale med maksimal partikkelstørrelse tillater foreliggende oppfinnelse i allminnelighet en reduksjon i mengden av benyttet bitumenmateriale sammenlignet med tidligere benyttede asfalter. Mengden av bitumen er imidlertid fremdeles i overkant av det som skal til for kun å fylle hulrommene mellom mineralpartiklene.

Mykningspunktet (ring og kule) for bitumenmateriale kan være 40-115°C og kan varieres avhengig av den temperatur det er sannsynlig mastiksen vil bli utsatt for. Råolje ved et brønnhode kan ha en temperatur så høy som 80°C og mastiks for råolje-oppsamlingsrør anvender fortrinnsvis blåst bitumen med et mykningspunkt på 70-115°C. I hovedledningene for råoljetransport er det sannsynlig at råoljetemperaturene er lavere og det skulle være tilstrekkelig med rådestillerte bitumenmaterialer med myk-ningspunkter på iJ0-70°C.

De relative mengder av bitumen, fyllstoff og tilslagsmateriale innen de definerte områder, vil åpenbart måtte velges for ethvert gitt mastiksmateriale. Det optimale bitumen:fyllstoff-forhold skal være av størrelsesorden 1:1, dvs. fra 1:0,8 til 1:1,2 og bitumen- og finstoffinnholdene kan minskes ettersom den maksimale partik-kelstørrelse på tilslagsmaterialet øker. Forsøk har f.eks. vist at mastiksmaterialer med sammenlignbar helleevne og andre kvaliteter kan oppnås med følgende forhold mellom bitumen- og fyllstoff-innhold og maksimal partikkelstørrelse på tilslagsmaterialet:

Den maksimale partikkelstørrelse på aggregatet bør åpenbart ikke overskride tykkelsen på mastiksbelegget og kan fortrinnsvis være fra halvparten til 1/3 av tykkelsen.

Oppfinnelsen illustreres ved hjelp av de medfølg-ende figurer 1-3 og nedenstående eksempler.

Fig. l(a) viser Fuller-kurver for tilslagsmaterialer med maksimale partikkelstørrelser varierende fra 2,36 mm til 19 mm. Disse kurver ble oppnådd ved beregning under anvendelse av den første av de ovenfor angitte formler. Fig. l(b) viser Fuller-kurvene i.fig. l(a) omregnet slik at det materiale som paserer 75 ym er utelukket.

Eksempel 1

Det ble fremstilt en mastiksasfalt ved sammenblanding av

Fig. 2 viser også en kurve for sand med en maksimal partikkelstørrelse på 2,36 mm. Kurven er den riktige Fuller-kurve omregnet slik at det gis adgang for fraværet av materiale som paserer 75 ym-sikten. Den benyttede sand hadde en liten del materiale med en størrelse på opptil 4,76 mm, men dette var ikke tilstrekkelig til å ha en betydelig innvirkning på den fremstilte asfalt. Fig. 2 viser videre innhyllingskurven for sand ifølge BS 594 og dens medianlinje. Det fremgår at graderingskurven for den benyttede sand var relativt nær den 2,36 mm modifiserte Fuller-kurve og betydelig forskjellig fra BS 594-sanden med en mer kontinuerlig gradering gjennom hele partikkelstørrelsesområdet.

Fig. 3 viser graderingskurven for sanden i kombina-sjon med fyllstoff (hvor vektforholdene for totalt tilslagsmateriale og med utelukkelse av bitumen er 78,8% og 22,2% fyllstoff) og 2,36 mm Fuller-kurven. Igjen vil man se den store likhet mellom kurvene.

Den fremstilte asfalt ble testet for helleevne og segregering både- i laboratorie og ved forsøk i full målestokk.

I laboratoriet ble helleevnen'bestemt visuelt og subjektivt ved 170-190°C, idet det ikke er noen standardtest for helleevne. Segregering av tilslagsmaterialet ble bestemt ved helling av 500-1000 g av asfalten i en sylindrisk stålform. Denne ble holdt i en ovn ved 16 r 0 O C 1 to ti• mer ut1en omrøring, den fikk deretter an-ledning til å avkjøles hvoretter stålsylinderen ble fjernet. Prøven ble delt i to med en diamantsag og graden av segregering ble bestemt visuelt.

Forsøkene i full målestokk ble utført under anvendelse av et rør med en diameter på 91,5 cm og en sylindrisk form med diameter på 101,5 cm rundt røret, og fylling av mellomrommet med asfalt ved helling ved 170°C. Etter avkjøling ble formen fjernet og segregering ble bestemt ved å analysere deler av asfalten fjernet fra forskjellige steder rundt røret.

I både laboratorieforsøkene og forsøkene i full målestokk var helleevnen til asfalten like god som den til den kjente asfalt basert på BS 594 sand og grus (pea gravel). Det var også ubetydelig segregering av de større partikler. Med den tildigere kjente asfalt forekom det imidlertid en omfattende segeregering av grusen i begge forsøk.

Eksempel 2

Det ble fremstilt en mastiksasfalt ved sammenblanding av

II vekt-% bitumen som i eks. 1

11 vekt-% kalksten-fyllstoff som paserer 75 ura

78 vekt-% sand og grus (75 um opptil 19,0 mm).

Tilslagsmaterialet (sand og grus) hadde graderingen av en modifisert Fuller-kurve for et materiale med 19,0 mm maksimal partikkelstørrelse omregnet til å utelukke sand som paserer 75 ym, slik som vist i fig. l(b).

Ved testing for helleevne og segregering i labora-toriemålestokk som beskrevet i eks. 1, var helleevnen god og det var ubetydelig segregering av tilslagsmaterial til tross for at partikler så store som 19,0 mm var tilstede.

Eksempel 3

Det ble fremstilt en asfalt ved sammenblanding av 17 vekt-% blåst bitumen med en gjennomtrengning på 27 ved 25°C og et mykningspunkt (ring og kule) på 85°C

19,5 vekt-% kalksten-fyllstoff som paserer 75 ym 63,5 vekt-% sand som i eks. 1.

Mastiksmaterialet hadde de samme kvaliteter med hensyn til helleevne og ikke-segregering som mastiksmaterialet i eks. 1 og i tillegg kunne det oppvarmes til 75°C uten betydelig deformering eller siging sammenlignet med en temperatur på 60°C for mastiksmaterialet i eks. 1.

Claims (1)

1. Mastiks-asfalt som er hellbar ved temperaturer på ca. 170°C, og er egnet for belegging av rørledninger, omfattende 8-22 vekt-% bitumen som har en gjennomtrengning på 10 - 100 ved 25°C og et ring- og kule-mykningspunkt på 40 - 115°C, 8-25 vekt-% fyllstoff som passerer en 75 ym-sikt, og

   84 - 53 vekt-% aggregat i graderingsområdet fra større enn 75 ym til en maksimal partikkelstørrelse på 2,36- 37,5 mm,karakterisert ved at aggregatet har en graderingskurve nær opptil en modifisert Fuller-kurve for partikler av den valgte maksimale partikkel-størrelse, idet nevnte modifiserte Fuller-kurve er Fuller-kurven omregnet til å utelukke materialet som passerer 75 ym-sikten, og at vektforholdet bitumen:fyllstoff er fra 1:0,8 til 1:1,2.