NO165641B - Fremgangsmaate for fremstilling av en trykkfast og hoeystabil belegningsmasse. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling og en anvendelse av en trykkfast og høystabil béleghingsmasse for sterkt belastede overflater, spesielt for trafikerte og belastede gate- eller veideler, og hovedsakelig inneholdende et steinmateriale som er bundet av en asfaltmasse.

Utviklingen av trafikken på gater og veier, både når det gjelder trafikkintensitet og de enkelte kjøretøys tyngde,

har ført til store krav til veibelegningenes stabilitet. I særlig høy grad gjelder dette ved utsatte steder slik som fremfor trafikklys, i veikryss, rundkjøringer m.m. der belegningsmasser bestående av et steinmateriale med asfalt som bindemiddel ofte utviser utilstrekkelig stabilitet.

En manglende stabilitet i belegningsmassen medfører at denne deformeres spesielt ved at kjøretøyhjulene på grunn av slitasje og sammenpakning av belegningsmassen danner ned-senkte hjulspor i veibanen, hvilket krever kostbart vedlike-hold. Vedlikeholdsarbeidene er på de utsatte steder dessuten meget vanskelig å utføre og bevirker trafikkforstyrrelser i høyere grad enn normal veivedlikehold.

Man har forsøkt å løse problemet med mangelfull stabilitet ved å anvende såkalte skjellettmasser, dvs. masser der kornstørrelsen i steinmaterialet er gradert slik at belast-ningen hovedsakelig overføres via grove steinkorn, som støter mot hverandre. Risikoen for avsetninger eller sammenpakning av belegningsmassen har på denne måte kunne minskes ved at steinpartiklene i steinmaterialet har mindre mulighet til å omgruppere seg jo færre steiner som deltar i belastningsover-føringen.

Kravet til bindemiddelets egenskaper øker imidlertid i tilsvarende grad, og i realiteten har bindemiddelets karakter blitt den mest vesentlige faktor for belegningsmassen. Det er således vesentlig at bindemiddelet låser steinpartiklene effektivt i sine inntatte stillinger og forhindrer forskyvning eller omgruppering av steinpartiklene. Bindemiddelevnen kan økes ved at en større mengde bindemiddel i forhold til mengden av steinmateriale tilføres. Da oppstår imidlertid problemer med den såkalte asfaltavrenning, hvilket innebærer at den varme asfalt under blandingen med steinmateriale renner av steinpartiklene, hvilket delvis motvirker hensikten med binde-middelsøkningen, delvis også bevirker problemer ved lagring og transport. Bele gningsmassens stabilitet økes ikke nevne-verdi, muligens på grunn av såkalt kaldflyt i asfalten.

Man har forsøkt å løse dette problem ved tilsetning av et finkornet fyllmateriale, men resultatet synes ikke å bli tilfredsstillende. Tydeligvis går skjellettprinsippet delvis tapt ved tilsetning av finkornet fyllmateriale.

Det har blitt gjort forsøk på å løse dette problem ved tilsetning av asbest-fiber. Asbest-fiber har ikke vist seg å gi skjellettmasser tilstrekkelig stabilitetsøkning med de innhold som teknisk sett kan anvendes. Sannsynligvis beror dette på asbest-fibrenes evne til å hake i hverandre og danne større aggregater. Kjennskap til asbest-fibrenes helsefare gjør det dessuten utelukket å anvende asbest i veibelegg.

I svensk patentskrift 211.163 beskrives også et beleg-ningsmateriale som inneholder mineralfibre med en diameter på mellom 5 og 15 ura. Heller ikke de foreslåtte grove mineralfibre har vist seg å være anvendbare. Sannsynligvis er disse tilbøyelig til å orientere seg parallellt med steinoverflåtene i asfalt-steinmassen og dermed i bindemiddelfilmens plan. De bidrar derved neppe til skjellettmassens stabilitet. Ingen av eie foreslåtte metoder har derfor kommet til noen større praktisk anvendelse.

Det har nå overraskende vist seg at en tilsetning av et mineralfibermateriale med en liten fiberdiameter, fortrinnsvis et fibermateriale med en midlere diameter som er mindre enn 5 ym, og der fibrene er jevnt fordelt i asfalten hovedsakelig som enkeltfibre, kraftig minsker el-ler eliminerer bindemiddelet eller asfaltens ovenfor angitte kaldflytprob-lemer. Dermed får man en bindemiddelfase med egenskaper som gir den ferdige belegningsmassen betydelig øket stabilitet sammenlignet med tidligere kjente belegningsmasser uten at viskositeten ved blandingstemperaturen blir for høy for en hurtig og god blanding. Den økede stabilitet beror på en øket styrke i bindemiddelet, hvilken sannsynligvis delvis beror på den økede tykkelse på bindemiddelsfilmen rundt stein-kornene, delvis også på at det tilsatte fibermaterialet, som er jevnt fordelt som enkelte fibre i asfalten, har en armer-ende virkning.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for fremstilling av en trykkfast og høystabil belegningsmasse for sterkt belastede overflater, fortrinnsvis slik som belegg for gater og veier, spesielt belegg i gatekryss, foran stopplys, i rundkjøringer og andre sterkt trafikkerte trafikknutepunkter, hvilken belegningsmasse hovedsakelig inneholder et stenmateriale som er bundet av en asfaltmasse, hvorved asfalt

oppvarmes til en temperatur som minst overensstemmer med anbefalt temperatur på 150-160°C for blanding av asfalten med stenmateriale, parallelt med dette oppvarmes stenmaterialet til anbefalt blandingstemperatur, den oppvarmede asfalt og det oppvarmede stenmateriale blandes til en homogen blanding i proporsjonene 15-25 vektdeler stenmateriale pr. vektdel asfalt, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at det tilsettes til stenmaterialet eller til asfalten 0,5 - 20 vekt%, beregnet på mengden av asfalt, av mineralfibre med en gjennomsnittlig fiberdiameter på mellom 1 og 5 um, og at fibermaterialet behandles med et fuktemiddel, f.eks. kationisk

—tensid før-tilsetning av fibermaterialet til asfalten.

Som fiber kan anvendes mange forskjellige typer material forutsatt at fibrene ikke smelter i asfalten, som under blandingen med steinmaterialet holder en témpertur på 140-170 eller fortrinnsvis 150-160°C, og under forutsetning at fibrene er forholds-vis stive og bibeholder i det minste en vesentlig stivhet i den varme asfalten. Som spesielt egnet material har vist seg mineralfibre, eksempelvis steinfibre, dvs. fibre fremstilt ved smeltning av stein slik som diabas og etterfølgende fib-rering av smeiten.

Som ovenfor angitt skal den gjennomsnittlige fiberdiameter være mindre enn 5 ym. Når den gjennomsnittlige fiberdiameteren underskrider 1 ym minsker fibrenes gunstige effekt merkbart, sannsynligvis på grunn av at tynne fibre uunngåelig kortes ned betydelig under blandingsoperasjonen. Den gjennomsnittlige fiberdiameteren bør altså ligge mellom 1 og 5 ym. For å gi ønsket effekt, bør fibrene tilsettes i en vektmengde mellom 0,5 og 20 % av asfaltvekten, hvilket tilsvarer ca.

0,03 - 1,2 vekt% av den ferdige belegningsmasse.

Det er vesentlig at fibrene ikke foreligger i form av floker eller andre sammenbakte aggregater. Dette kan tilveie-bringes gjennom en riktig utført innblandingsteknikk. For å lette fordelingen av fibrene og unngå flokedannelse og for å tilveiebringe en optimal fuktning av fiberoverflåtene med asfalt kan det være fordelaktig at fibrene overflatebehandles med et egnet middel. For formålet kan hvilke som helst upolare forbindelser anvendes, eksempelvis fuktemidler slik som kat-joniske tensider i form av tertiære eller kvartære ammonium-forbindelser.

Det er også fordelaktig at fibrene er så tørre som mulig ved innblandingen i asfalten, og for å oppnå en effekt lignen-de den nevnte behandling med fuktemiddel kan det være fordelaktig før innblandingen av fibrene i asfalt- eller belegningsmassen å tørke fibrene slik at hoveddelen av de vannmolekyler som normalt er absorbert til fibrenes overflate fjernes.

Innblanding av fibrene kan skje ved tilsetning til steinmaterialet innen asfalten innblandes i disse, eller fibrene kan innblandes i den ferdige asfalt-steinmassen. Spesiell god effekt erholdes imidlertid hvis fibrene blandes med as-faltmassen innen denne tilsettes til steinmaterialet. Dette letter innblandingen og homogeniseringen av fibrene, og blandingen av fiber- og asfaltmaterialet kan skje på en meget skånsom måte for fibrene, slik at fibrene ikke brytes i stykker.

En jevn og flokefri fordeling av fibrene i asfalten be-gunstiges ytterligere hvis asfalten i forbindelse med innblandingen av fibrene oppvarmes, f.eks. 20-40°C over den temperatur på 150-160°C ved hvilken blandingen av asfalt- og steinmateriale skjer, hvoretter asfalt-fiberblandingen avkjøles til denne temperatur og innblandes i steinmaterialet. Temperatur-økningen senker viskositeten på asfalten og letter dermed en homogen og skånsom innblanding av fibermaterialet og letter ennvidere ved denne forhøyede temperatur fuktingen av fiber-overflatene, og dispergeringen av fibrene i asfalten går ras-kere og skjer mer effektivt.

For å bedømme innvirkning av innblandingen av fibermaterialet på asfaltbeleggets stabilitet ble det fremstilt et an-tall fibermasser etter tre forskjellige metoder og innen hver gruppe med forskjellig mengde innblandet fibermateriale.

Eksempel 1

I et blandingsanlegg for asfaltmasser ble det innført

3 100 kilo steinmateriale med en viss gitt fordeling av den gjennomsnittlige kornstørrelse. Steinmaterialet ble oppvarmet til 160°C, og til steinmaterialet ble det tilsatt 5,8 kg av et mineralfibermateriale angitt som "INORPHIL 057", hvilket materieale har en midlere fiberdiameter på 3 pm, og i hvilket hoveddelen av fibrene ligger innen området 1-5 urn. For karakterisering av fiberlengden finnes det ingen godtagbare direkte metoder. Hensiktsmessig måles i stedet det såkalte fortykningstall (n^), som beregnes ved ligningen

der er viskositeten på en oppslemming av 1,5 g tørre fibre i 200 ml ethylenglykol ved 20°C, og der qQ er viskositeten på samme ethylenglykol uten fiber, likeledes ved 20°C målt med samme utstyr, nemlig Brookfield viskosimeter med spindel LV1 eller tilsvarende. For "INORPHIL 057" gjelder fortyknings-tallet 1,0 - 5,0.

Til blandingen av steinmaterialet og fibermaterialet ble innblandet 195 kg asfalt.

Etter avsluttet blanding ble massen tatt ut og dens stabilitet eller etterpakningstendens ble målt. Dette skjer på følgende måte: En avpasset mengde belegningsmasse legges ut i ramme av vinkelstål 80 x 80 mm. Rammen, hvis lengde er 2 000 ml og bredde 4 00 mm ligger på et betonggulv. Belegningsmassen iso-leres fra betonggulvet med en aluminiumsfolie.

Etter to døgn ved ca. 1 8°C måles høydeposisjonen for åtte punkter utetter rammens midtlinje i forhold til rammen. Punk-tenes innbyrdes avstand er 200 mm. Målepunktene utgjøres av en 20 mm sirkulær brikke som ved målingen legges på målepunk-tet.

Deretter rulles en sylindrisk valse med bredde 100 mm og diameter 350 mm belastet med 200 kg fem ganger frem og fem ganger tilbake over massen utetter midtlinjen. De nevnte målepunktene oppmåles på nytt og differansen mot det opprinne-lige mål anvendes som et mål på massens etterpakning. Verdiene sammenlignes med etterpakningen i en normalmasse hvorved føl-gende vurderingsgrunnlag anvendes: "normal", 0,8 - 1,2 x normalmassens deformasjon "noe etterpakning", 1,2 - 1,6 x normalmassens deformasjon "tydelig etterpakning", mer enn 1,6 x normalmassens

deformasjon.

Prøven viste i dette tilfellet en tydelig etterpakningstendens.

Eksempel 2 - 6

Eksempel 1 ble gjentatt med samme type mineralfiber men med forskjellig mengde innblandet fiber. Innblandingsmengden og resultatet er angitt i den etterfølgende tabell.

Eksemp el 7- 9

I disse eksempler ble mineralfibermaterialet innblandet

i den varme asfalt innen asfalt-mineralfiberblandingen ble tilsatt og innblandet i steinmaterialet. Resultatene er an-titt i tabell 3.

Eksempel 10- 12

I disse eksempler ble asfalten oppvarmet til 190°C, hvoretter mineralfibermaterialet ble innblandet i asfalten, asfalt-mineralfiberblandingen ble avkjølt til 160°C og ble innblandet i steinmaterialet. Resultatene er angitt i den etterfølgende tabell.

Eksempel 13

I dette eksempel ble det som sammenligning anvendt mineralfibre med en gjennomsnittlig diameter på 6 - 8 ym, men ble forøvrig utført på samme måte som i eksempel 1.

Eksempel 14

I dette tilfellet ble det anvendt samme type mineralfiber som i eksempel 1 - 12, men for å fastslå innvirkningen av fiberlengden ble fibermaterialet malt slik at det fikk et fortykningstall på 0,2.

Fra den ovenfor angitte tabell fremgår det at den minste mengde innblandet fiber har vesentlig betydning for materialets stabilitet eller etterpakningstendens. Ved en innblanding på 0,3 vekt% fibermaterial av den angitte type får man ifølge eksempel 1 - 6 en tydelig etterpakningstendens og ifølge eksempel 7 - 12 er viss etterpakningstendens. I de tilfeller hvor innblandingsprosenten ligger på ca. 0,5 eller høyere får man derimot en normal etterpakning. Dette gjelder spesielt når innblandingen skjer ifølge eksempel 7-9 hhv. 10 - 12. Tabellen viser også at grovfiber ifølge eksempel 13 gir en tydelig etterpakningstendens, og at altså fiber med en midlere diameter på mindre enn 5 ym har vesentlig bedre egenskaper enn grovere fibre. Tabellen viser også at fiberlengden har en viss innvirkning, ved at det malte fibermaterialet som anvendes i eksempel 14 gir en påtagelig etterpakningstendens.

På den medfølgende tegning er det vist skjematisk et anlegg for fremstilling av belegningsmassen ifølge oppfinnelsen. I en tank 1 utstyrt med varmespiraler 2 oppvarmes en asfaltmasse 3 til normal blandingstemperatur, eller som ovenfor angitt til en temperatur som ligger 20-40°C over denne blandingstemperatur. Den varme asfalt pumpes ved hjelp av en pumpe 4 satsvis over i en blandingsbeholder 5, hvilken er utstyrt med en rører 6, og til hvilken mineralfiber satsvis tilsettes fra en beholder 7. Etter omrøring til homogen blanding pumpes asfalt-fibermassen ved hjelp av en pumpe 8 gjennom en varme-veksler 9, der temperaturen på asfalt-fiberblandingen korri-geres til riktig innblandingstemperatur med steinmassen. I det tilfellet at blandingen av asfalt og mineralfiber har funnet sted ved forhøyet temperatur avkjøles massen, og i det tilfellet at blandingen har funnet sted ved den normale inn-blandingstemperaturen på eksempelvis 150-160°C og en viss av-kjøling eventuelt har funnet sted under håndteringen av massen, kan en viss temperaturøkende korrigering være nødvendig.

Steinmaterialet oppvarmes i en beholder 10 utstyrt med oppvarmingsorgan 11, og overføres derfra satsvis til en rote-rende blandetrommel 12. Massen fra blandingsbeholder 5 for asfalt og mineralfiber pumpes likeledes satsvis gjennom varme-veksler 9 til blandingstrommelen 12, og blandes med steinmaterialet ved samme temperatur på de to faser.

Som tidligere angitt kan mineralfibermaterialet tilsettes direkte fra mineralfiberbeholderen 7 til blandingstrommelen 12 for asfalt og steinmaterial, og i dette tilfelle pumpes selvsagt asfalten direkte fra asfalttanken 1 til blandingstrommelen 12.

Det er inneforstått at den ovenfor angitte beskrivelse og det på tegningen viste anlegg bare utgjør illustrerende eksempler, at mange forskjellige modifikasjoner kan forekomme innen rammen av de etterfølgende patentkrav.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en trykkfast og høystabil belegningsmasse for sterkt belastede overflater, fortrinnsvis slik som belegg for gater og veier, spesielt belegg i gatekryss, foran stopplys, i rundkjøringer og. andre sterkt trafikkerte trafikknutepunkter, hvilken belegningsmasse hovedsakelig inneholder et stenmateriale som er bundet av en asfaltmasse, hvorved asfalt (3) oppvarmes til en temperatur som minst overensstemmer med anbefalt temperatur på 150-160°C for blanding av asfalten med stenmateriale, parallelt med dette oppvarmes stenmaterialet til anbefalt blandingstemperatur, den oppvarmede asfalt og det oppvarmede stenmateriale blandes til en homogen blanding i proporsjonene 15-25 vektdeler stenmateriale pr. vektdel asfalt, karakterisert ved at det tilsettes til stenmaterialet eller til asfalten 0,5 - 20 vekt%, beregnet på mengden av asfalt, av mineralfibre med en gjennomsnittlig fiberdiameter på mellom 1 og 5 pm, og at fibermaterialet behandles med et fuktemiddel, f.eks. kationisk tensid før tilsetning av fibermaterialet til asfalten.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fibermaterialet tilsettes til den oppvarmede asfalt og blandes til en homogen masse av i asfalten dispergerte fibre, innen asfalten innblandes i stenmaterialet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at asfalten oppvarmes til en temperatur som ligger 20-40°C over den anbefalte blandingstemperatur for asfaliy&tenmasse før tilsetning av fibermaterialet til asfalten, eller før blanding av asfalten og fibermaterialet til den homogene masse.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1,

2 eller 3, karakterisert ved at fibermaterialet gjennomtørkes fullstendig før tilsetning til asfaltmaterialet.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 2-5, karakterisert ved at asf altyfciber-blandingen avkjøles til anbefalt innblandingstemperatur før blanding av asfalt^Eibermasse med stenmaterialet.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at det tilsatte fibermateriale er valgt blant en gruppe materi-aler med et fortykningstall ifølge foran angitte definisjon på mellom 1,0 og 5,0.