NO165640B - Belegningsmasse med drenerende egenskaper, og fremgangsmaate for fremstilling av denne. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en belegningsmasse spesielt for gater, veier, parkeringsplasser num., som er basert på asfalt og blant annet inneholder et steinmateria.le med lavt innhold av fin-partikkelmateriale. Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte til fremstilling av en slik belegningsmasse.

De nå vanlige høye hastighetene på veitrafikkkjøretøy

har skapt et behov for at regnvann raskt forsvinner fra vei-banens overflate. Den alvorligste konsekvens av vannet på veibanen er vannplaning, hvorved dekket skilles fra veibanen av en vannfilm. Vannplaning, som kan forekomme allerede ved relativt lave hastigheter, anses å være årsaken til adskillige alvorlige trafikkulykker. Også på annen måte kan vann på veibanen forårsake vanskeligheter, f.eks. ved at bildekkene bryter opp vann som nedsetter sikten.

En noenlunde rask avrenning av vann kan riktignok tilveiebringes ved at veibanen utformes hvelvet, men på grunn av slitasje, spesielt ved anvendelse av pigger, og på grunn av den sammenpakning og deformasjon som tung trafikk tilveie-bringer, dannes det nedsenkte hjulspor der vann kan ansamles til tross for at veibanen er hvelvet.

De vannfylte hjulspor øker selvsagt risikoen for vannplaning og kan om vinteren ved hurtige temperaturvekslinger forvandles til forræderiske isflekker.

Et annet problem som særlig har oppstått ved anlegging

av store asfalt- eller betongbelagte parkeringsplasser er at disse tette overflatebelegg medfører forstyrrelser i den na-turlige perkolasjon eller drenering. Regnvannet klarer ikke å trenge igjennom de tette beleggene og føres ikke tilbake som grunnvann men samles som dagvann, som i sin tur må ledes bort og ofte også renses. Selv om problemer med vannplaning normalt ikke forekommer på parkeringsplasser så bør disse være så vannfri som mulig da mennesker må gå der.

En løsning på de nevnte problemer har vært å gi veibanen, parkeringsplassen eller lignende et belegg med et stort innehold av hulerom, slik at belegget derved blir vanngjennom-trengelig. Ved slike belegningsmasser, som består av steinmateriale med asfalt som bindemiddel, og som altså består av grovmateriale og finmateriale har man gitt belegningsmassen et lavt innhold av finmateriale, slik at massen får et stort antall kommuniserende hulrom. Ettersom bare en del av hul-romsvolumet for steinmaterialet fylles ut av asfalt eller annet fibermateriale, er det tilbake et visst hulromsvolum i den ferdige belegningsmasse. Dette hulromsvolum ligger i vel-drenerende masser ved minst 15-25 % sammenlignet med normale, ikke-drenerende belegningsmasser som ifølge gjeldende (svenske) bestemmelser skal ha et hulromsvolum på 2-6 %.

Erfaringene med slike såkalte ABØ-masser (engelsk Open-grades Asphalt Friction Courses) har vist at slike masser ved siden av den nevnte dreneringsegenskap har flere andre gode egenskaper. Blant annet merkes det at de mot gummidekk gir høy friksjon og en stille gang. Veimarkeringer synes bedre og holder lenger mot slitasje. Særlig om natten gir våte belegg av denne type mindre reflekser enn de tradisjonelle tette belegg.

ABØ-massene utviser imidlertid også visse ulemper. ABØ-masser kan på grunn av sin porøsitet ikke legges hvor som helst, eksempelvis ikke på sprukne underlag. Leggingen krever også at særskilte regler iakttas. Der de såkalte ABØ-massene behøves har de imidlertid totalt sett overveiende positive egenskaper.

Fremstillingen av slike drenerende belegningsmasser byr imidlertid på store problemer. Ved normal temperatur for blanding av steinmassen og asfalten, som for asfalt med tem-peraturbetegnelsen A-120 eller A-135 (ved 500 c'St) ligger ved 150-160°C, renner asfalten av steinen ettersom det ikke finnes tilstrekkelig meget finkorn for å holde tilbake den lettfly-tende asfalt. Denne avrenning av asfalten leder blant annet til "avkorning" eller segregering ved håndtering, transport og legging, ved at grovere korn skilles fra finere korn og gir opphav til såkalt steinslipp i det ferdige belegg, alt avhengig av at belegningsmassen ikke kan fåes til å inneholde tilstrekkelig meget asfalt.

For å løse dette problem har man forsøkt å' utføre blandingen ved lavere temperatur. Det har vist seg at man ved en blandingstemperatur på 115-120°C får en så liten avrenning av asfalt fra steinmaterialet at drenerende belegningsmasser kan fremstilles med tilstrekkelig høyt asfaltinnhold for at ingen vesentlig avkorning eller noe vesentlig steinslipp skal forekomme. Den lave blandingstemperatur har imidlertid medført nye problem. For å eliminere innvirkning av forekommende restfuktighet i steinmaterialet, hvilken hindrer asfalten fra å fukte steinoverflåtene, må man blant annet tilsette noe fuktningsforbedrende middel. Hittil har man for dette formål anvendt visse aminer, eksempelvis en alkylamin slik som "LILAMIN VP 75" i en mengde på ca. 0,4 % beregnet på mengden av asfalt. Aminer sprer imidlertid en ubehagelig lukt såvel ved fremstilling av asfalten i asfaltverket som ved utlegning av belegningsmassen.

Man har også anvendt lesket kalk i en mengde på eksempelvis 1,5 % beregnet på mengden av steinmaterialet for å eliminere restfuktigheten i steinmaterialet.

Da imidlertid såvel aminer som lesket kalk er klassifi-sert som farlige stoffer må særskilte forsiktighetsregler iakttas ved anvendelse av disse midler. Den lavere blandingstemperatur for asfalt og steinmateriale krever også en tidsødende og dyrebar omstilling av asfaltverket. Den ved lav temperatur blandede belegningsmasse viser også en ufordelaktig tendens til etterpakking eller -komprimering, som spesielt om sommeren ved hard trafikkbelastning viser seg dels ved at relativt kraftige hjulspor fremkommer, dels også at den etterpakkede del av belegget får en fortetning særskilt av overflaten, hvilket leder til at beleggets dreneringsevne minsker nettopp der den behøves som best.

Det har tidligere vært foreslått å øke viskositeten på asfaltbindemiddelet ved tilsetning av et finkornet fyllmateriale. Ifølge svensk patentskrift 211 163 får man per vekt-enhet særlig stor effekt hvis fyllmaterialet utgjøres av mineralfibre med en diameter på 5-15 ym. En økning av viskositeten ved innblanding av fyllmaterialet gir en mindre asfaltavrenning fra steinmaterialet, men det har fremstått som selvsagt for fagmannen at en viskositetsøkning ved innblanding av fyllmateriale skulle gi samme etterpakningsproblem som en viskositetsøkning gjennom temperatursenkning. Den i patentet foreslåtte metode har derfor ikke kommet til anvendelse i noe større omfang.

Det har nå overraskende vist seg at man ved å anvende mineralfibre av spesielle dimensjoner kan løse begge de ovenfor angitt problemer, altså delvis å unngå asfaltavrenning fra steinmaterialet, dels også å unngå det besværlige etterpakningsproblem, og dette er mulig også ved blanding ved asfaltens normale blandingstemperatur rundt 150-160°C. Dette har vist seg mulig hvis en tilstrekkelig stor mengde av et fibermateriale med tilstrekkelig tynne fibre innføres i as-faltfasen og blandingen skjer ved asfaltens normale blandingstemperatur rundt 150-160°C. Vedheftningen mellom asfalt og steinmateriale påvirkes ikke av fiberinnblandingen, og dette innebærer at ingen spesielle vedheftningsforbedrende midler behøver å tilsettes. Ved at temperaturen ved blandingen holdes på normalt nivå behøver ingen tidskrevende og kompli-serte omstillinger gjøres i asfaltverket, og det har vist seg at en belegningsmasse av angitte type gir helt akseptable verdier med hensyn til etterpakning eller komprimering. Derved elimineres eller reduseres vesentlig det ovenfor angitte problem med fortetning av belegningsmassens overflate og dermed den minskede dreneringsevne på grunn av trykket fra bil-hjulene.

Oppfinnelsen angår således en belegningsmasse med drenerende virkning for gater, veier, parkeringsplasser med mere, bestående av en blanding av steinmateriale, asfalt og mineralfibre og hvor steinmaterialet har et lavt innhold av finmateriale slik at belegningsmassen får et stort antall kommuniserende hulrom, hvilken belegningsmasse er kjennetegnet ved at massen hovedsakelig inneholder steinpartikler med en gjennomsnittlig diameter på mellom 2 og 12 mm, idet ca. 50% av steinmaterialet har en partikkelstørrelse på mellom 8 og 12 mm, og at mineralfibrene har en midlere diameter på mellom 1 og 5 pm og er tilsatt i en mengde på mellom 0,5 og 20 vekt%, beregnet på mengden asfalt.

Foruten kravet til at det tilsatte fibermaterialet skal ha en viss liten midlere diameter, kreves det også at fibrene skal være bestandige og ikke mykne ved den aktuelle blandins-temperatur.

Det har vist seg at særskilt gode resultater oppnås med mineralfibre som holder en gjennomsnittlig fiberdiameter på mindre enn 5 ym og mere enn 1 ym.

Prøver har vist at fibre som er større enn 5 ym ikke har tilstrekkelig viskositetsøkende effekt og armerer heller ikke den ferdige bindemiddelsfilm like bra. Det sistnevnte kan muligens forklares av at de er tilbøyelig i altfor stor grad til å orientere seg parallellt med steinens og dermed også

i bindemiddelfilmens plan.

Går man mot lavere gjennomsnittlige fiberdiameter enn

1 ym påvirkes riktignok viskositeten, men den armerende effekt er dårlig. Det foreligger således et område rundt 1 - 5 ym for den midlere diameter som i dette sammenheng synes å være optimalt.

Det har også vist seg å være en fordel hvis mineralfibrene kan fåes til å opptre fraskilt fra hverandre i asfalt-fasen, slik at de ikke danner knuter eller floker. Dannelse av slike knuter eller floker kan forhindres ved at fibrene tilsettes på egnet måte og ved at fibrene på forhånd behand-

les med et stoff som gjør det lettere for asfalten å fukte fiberoverflaten. For dette formål kan i og for seg kjente fuktemidler anvendes, f. eks. katjoniske tensider.

Asfaltens fukting av fiberoverflåtene kan også lettes

ved at all fuktighet fjernes fra fibrene ved tørkning før tilsetning av fibrene til asfaltmassen.

Oppfinnelsen angår enn videre en fremgangsmåte for fremstilling av en belegningsmasse med drenerende egenskaper og bestående av en blanding av steinmateriale, asfalt og mineralfibre og hvor steinmaterialet har et lavt innhold av finmateriale slik at belegningsmassen får et stort antall av kommuniserende hulrom, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at et steinmateriale med en gjennomsnittlig diameter på mol lom 2 og 12 mm, og hvor ca. 50% av steinmaterialet har en par-tikkelstørrelse på mellom 8 og 12 mm, blandes med asfalt ved en temperatur på 140-170°C i nærvær av mellom 0,5 og 20 vekt%, beregnet på mengden av asfalt, av mineralfibre med en midlere diameter som er mindre enn 5 pm og større enn 1 pm, og at mineralfibrene innblandes på en slik måte at de blir hovedsakelig jevnt fordelt og frilagt fra hverandre i asfaltmassen.

Innblanding av fibermaterialet skjer hensiktsmessig i asfalten innen steinmaterialet tilsettes. En god og flokefri innblanding kan tilveiebringes hvis asfalten i forbindelse med innblanding av fibrene oppvarmes til en temperatur på eksempelvis 20-40°C over den normale temperaturen for blanding med steinmateriale, og at asfalt-fiberblandingen før tilsetningen til steinmaterialet avkjøles til angitte normale blandingtemperatur. Denne temporære temperaturøkning gir spesielt god effekt i det tilfelle når fuktbarheten mellom asfalt- og fiber forbedres ved at fiberoverflåtene behandles med et fuktemiddel eller ved at fibrene tørkes. På grunn av risikoen for antennelse ved den forhøyede temperatur bør pro-sessen finne sted i lukkede betingelser. Oppfinnelsen angår altså en asfaltbasert belegningsmasse og en fremgangsmåte for fremstilling av en slik belegningsmasse, hvilken har drenerende egenskaper, og som inneholder et steinmateriale med et lavt innhold av finmaterial og med asfalt som bindemiddel. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skjer innblandingen av steinmaterialet ved en temperatur på asfalten rundt 150-160°C og i nærvær av 0,5-20 vekt% beregnet på asfaltmengden av et fibermateriale som hverken oppløses eller mykner i asfalten.

Forsøk har vist at under 0,5 % oppnås ikke tilstrekkelig stor effekt for at den er teknisk-økonomisk interessant, dvs. motivere innblandings- og fiberkostnaden. Videre har forsøk vist at høyere innhold enn 20 % ikké gir forbedrede egenskaper som tilsvarer kostnadene for mere fiber.

I det etterfølgende er angitt enkelte eksempler på oppfinnelsen .

Eksempel 1

I et satsblandeverk for asfaltmasser ble innført 3 144 kg av et steinmateriale med følgende fordeling av gjennomsnittlig størrelse:

Steinmaterialet ble oppvarmet til 160°C. 160 kg asfalt med benevningstemperaturen A 135 ble tilført ved 160°C gjennom 4 0 st dyser.

Kort før innføring av asfalten ble steinmaterialet til-ført 32 kg mineralfiber av den type som betegnes med varemerke "Inorphil 057". "Inorphil 057" er et mineralfibermateriale med en midlere fiberdiameter på ca. 3 ym og i hvilket hoved-delen av fibrene ligger i området 1 - 5 ym. For karakteri-sering av lengden finnes ingen godtagbare direkte metoder. Hensiktsmessig måles istedet det såkalte fortykningstall (n^) , hvilket utgjøres av

der rj_ er viskositeten hos en oppslemming av 0,5 g tørr fiber i 200 ml ethylenglykol ved 20°C, og rj_0 er viskositeten av samme ethylenglykol uten fiber også ved 20°C og målt med samme utstyr, et Brookfield viskosimeter med spindel LV 1 eller tilsvarende. For "Inorphil 057" gjelder fortykningstallet 1,8 - 6,0.

Etter avsluttet blanding ble massen tatt ut og avrenningen av asfalt fra steinmaterialet ble observert og bedømt. Bedømningen, som skjedde etter den nedenfor angitte skala viste et klart godtagbart resultat, punkt B i det etterføl-gende. Etterpakningen ble bedømt å være lav for en drenerende belegningsmasse av denne type, og viste seg å tilsvare normal etterpakning ved konvensjonelle ikke-drenerende belegningsmasser.

Avrenningen av asfalten fra steinmaterialet ble bestemt på følgende måte: 1 000 gram av massen ble tatt ut og plassert med et minimum av håndtering på en sirkulær varmebestandig glassplate med diameter 203 mm. Glassplaten ble plassert i et varmeskap ved 160°C og ble observert etter 60 minutter nedenfra. Føl-gende bedømningsskala ble anvendt: A Asfalt bare i kontaktpunktene mellom stein og glass. B Små asfaltklumper i hvert kontaktpunkt.

C Flere større asfaltklumper i enkelte av kontaktpunktene. D Større asfaltklumper ved hvert kontaktpunkt.

Eksempel 2- 5

Samme metode ble anvendt som i eksempel 1 med den forskjell at henholdsvis 16, 6,4, 1,3 og 0,65 kg mineralfiber av typen "Inorphil 057" ble tilsatt. Resultatet er angitt i den etterfølgende tabell. Det fremgår at en mindre tilsetning av mineralfiber enn ca. 0,5 % gav en utilfredsstillende avrenning og dessuten en ikke tilfredsstillende verdi og etterpakning i den ferdige asfaltmasse.

Eksempel 6

I et satsblandeverk for asfaltmasser ble innført 3 158 kg av et steinmateriale med samme størrelsesfordeling som i eksempel 1. Steinen ble oppvarmet til 160°C. Separat ble oppvarmet samtidig 166 kg asfalt med benevningstemperaturen A-135 til 160°C, og til den oppvarmede asfalt ble tilsatt 16 kg mineralfiber av samme type som i eksempel 1. Asfalten og mineralfibrene ble blandet og tilsatt under opprettholdelse av temperaturen til det oppvarmede steinmaterialet, og det hele ble blandet.

Avrenningen ble observert og bedømt på samme måte som i eksempel 1. Til tross for den mindre mengde mineralfiber ut-viste belegningsmassen samme avrennings- og etterpakningsegen-skaper som i eksempel 1.

Ekempel 7- 8

Samme metode ble gjentatt som angitt i eksempel 6 med den forskjell at i stedet for 6,4 kg ble det tilsatt 1,3 hhv. 0,65 kg mineralfiber av samme type som i eksempel 6. Resultatet er angitt i den etterfølgende tabell. Det fremgår at også i dette tilfellet gir en mindre tilsetning av mineralfiber enn ca. 0,5 % et utilfredsstillende resultat.

Eksempel 9

Fremgangsmåten ifølge eksempel 6 blir gjentatt med den forskjell at asfalten ble oppvarmet til 190°C før innblanding av mineralfibrene, og at det i dette tilfellet ble tilsatt mineralfiber av typen "Inorphil 057" i samme mengde som i eksempel 6. Blandingen av asfalt og mineralfibre ble avkjølt til 160°C før blandingen med steinmateriale.

Resultatet er angitt i tabellen.

Eksempel 10 - 11

Fremgangsmåten ifølge eksempel 9 ble gjentatt, men i disse tilfeller ble det tilsatt hhv. 1,3 og 0,65 kg mineralfiber. De i tabellen angitte resultater bekrefter at mineralfiber i en tilsetning på mindre enn ca. 0,5 % beregnet på asfaltmengden gir et utilfredsstillende resultat.

Avrenningen ble observert og bedømt på samme måte som

i de tidligere eksempler, og belegningsmassen viste seg å ha samme gode egenskaper som i de tidligere eksempler.

Ved den ekstra oppvarmingen av asfaltmassen i forbindelse med innblandingen av mineralfibrene kunne således mineralfi-bermengden minskes ytterligere uten at avrennings- og etter-

pakningsegenskapene ble nedsatt.

E ksempel 12

For sammenlignings skyld ble fremgangsmåten ifølge eksemplene 1-5 gjentatt, men i stedet for mineralfibrene "Inorphil 057" ble det her tilsatt mineralfiber med en gjennomsnittlig fiberdiameter på 6 - 8 pm. Avrennings- og etterpakningsegenskapene ble observert på samme måte som i de tidligere eksempler. Grovfibrene ble fremstilt ved at man fra grovfibrig basaltull separerte bort alt ikke-fibermateriale som en del av fibrene under 5 ym. Avrenningen viser seg å være større enn i eksemplene 1 - 5 og ble bedømt å være ikke-godtagbare (D), se tabellen.

Eksempel 13

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt men med

et mineralfibermateriale hvis gjennomsnittlige fiberdiameter var mindre enn 1 ym. Avrennings- og etterpakningsegenskapene ble observert, og avrenningen viste seg å være ikke-godtagbar (E), og etterpakningsegenskapene var betydelig høyere enn i eksempel 1-5.

Den etterfølgende tabell bestyrker klart forbindelsen mellom fiberstørrelsen og avrenningsfenomenet hos asfalt-stein-fibermaterialet og dermed også forbindelsen mellom fiberstør-relsen og den ferdiglagte belegningsmassens porositet og vann-gjennomslipplighet. Det fremgår således klart at fiber med større diameter enn ca. 5 ym har dårligere avrenningsverdi enn fibre som ligger innen området 1-5 ym.

Claims (6)

1. Belegningsmasse med drenerende virkning for gater, veier, parkeringsplasser med mere, bestående av en blanding av steinmateriale, asfalt og mineralfibre og hvor steinmaterialet har et lavt innhold av finmateriale slik at belegningsmassen får et stort antall kommuniserende hulrom, karakterisert ved at massen hovedsakelig inneholder steinpartikler med en gjennomsnittlig diameter på mellom 2 og 12 mm, idet ca. 50% av steinmaterialet har en partikkelstørrelse på mellom 8 og 12 mm, og at mineralfibrene har en midlere diameter på mellom 1 og 5 pm og er tilsatt i en mengde på mellom 0,5 og 20 vekt%, beregnet på mengden asfalt.

2. Belegningsmasse ifølge krav 1, karakterisert ved at mineralfibrene på forhånd er blitt behandlet med et fuktemiddel, f.eks. et kationisk tensid.

3. Fremgangsmåte for fremstilling av en belegningsmasse med drenerende egenskaper ifølge krav 1 eller 2 og bestående av en blanding av steinmateriale, asfalt og mineralfibre og hvor steinmaterialet har et lavt innhold av finmateriale slik at belegningsmassen får et stort antall av kommuniserende hulrom, karakterisert ved at et steinmateriale med en gjennomsnittlig diameter på mel lom 2 og 12 mm, og hvor ca. 50?o av steinmaterialet har en partikkelstørrelse på mellom 8 og 12 mm, blandes med asfalt ved en temperatur på 140-170°C i nærvær av mellom 0,5 og 20 vekt%, beregnet på mengden av asfalt, av mineralfibre med en midlere diameter som er mindre enn 5 pm og større enn 1 pm, og at mineralfibrene innblandes på en slik måte at de blir hovedsakelig jevnt fordelt og frilagt fra hverandre i asfaltmassen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at fibermaterialet på forhånd er behandlet med et fuktemiddel, f.eks. et kationisk tensid, innen fibermaterialet innblandes i asfaltmassen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at fibermaterialet tørkes fullstendig innen det innblandes i asfaltmassen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3-4, karakterisert ved at asfalten først oppvarmes til en temperatur på 20-40°C over blandingstemperaturen for asfalt og steinmateriale, hvoretter fibermaterialet innblandes i asfalten og asfalt-fiberblandingen avkjøles til blandingstemperaturen og innblandes i steinmaterialet.