NO337632B1

NO337632B1 - Bitumen Bullets

Info

Publication number: NO337632B1
Application number: NO20093553A
Authority: NO
Inventors: John Charles Grønli
Original assignee: Sopekosten As
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2016-05-18
Also published as: WO2011074985A1; NO20093553A1

Description

Bitumenkuler Bitumen balls

Oppfinnelsens område Field of the invention

Den foreliggende oppfinnelse vedrører legemer av bitumen. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen utstyr for fremstilling av bitumenpartikler. The present invention relates to bodies of bitumen. More specifically, the invention relates to equipment for the production of bitumen particles.

Oppfinnelsens bakgrunn og kjent teknikk Background of the invention and prior art

Bitumen er den tyngste bestanddel i råolje og derved et destillasjonsrestprodukt fra raffinering. Bitumen, iblant feilaktig betegnet asfalt, finnes i mange naturlige og syntetiske sammensetninger. Bitumen er et svært tungtflytende bekaktig stoff som blir hardt ved lav temperatur. Ved temperatur under Fraas bruddpunktet, som bestemt ved EN 12593, dannes sprekker ved deformasjon av bitumen. Bitumen is the heaviest component in crude oil and is therefore a distillation residual product from refining. Bitumen, sometimes incorrectly called asphalt, is found in many natural and synthetic compositions. Bitumen is a very heavy-flowing pitch-like substance that hardens at low temperatures. At temperatures below the Fraas breaking point, as determined by EN 12593, cracks are formed by deformation of the bitumen.

En mulig anvendelse av bitumen er som fugemateriale mellom og eventuelt under belegningsstein, heller, blokker og andre materialer. Dette er beskrevet i norsk patentsøknad NO 2009 1508, idet et bitumenholdig fugemateriale kjøles ned og holdes nedkjølt ved legging av fugemateriale. I japansk patentpublikasjon JP 11152477 er fremstilling av bitumenlegemer med alkohol som kjølevæske beskrevet. Nærmere bestemt blir smeltet bitumen ved temperatur på typisk 120 - 200 °C dryppet eller senket ned i en omrørt, kjølende alkoholløsning. For å redusere de klebende egenskaper blir bitumenpartiklene påført et antiklebemiddel. Ifølge eksempelet i den japanske patentpublikasjon har de fremstilte bitumenpartikler en nokså variabel form og størrelse. A possible application of bitumen is as a jointing material between and possibly under paving stones, slabs, blocks and other materials. This is described in Norwegian patent application NO 2009 1508, in that a bitumen-containing grouting material is cooled down and kept cooled when the grouting material is laid. In Japanese patent publication JP 11152477, the production of bitumen bodies with alcohol as coolant is described. More specifically, molten bitumen at a temperature of typically 120 - 200 °C is dripped or lowered into a stirred, cooling alcohol solution. To reduce the adhesive properties, the bitumen particles are coated with an anti-adhesive agent. According to the example in the Japanese patent publication, the manufactured bitumen particles have a fairly variable shape and size.

Det er behov for teknologi som letter fremstilling av partikler av bitumen og transport og legging av bitumenholdig fugemateriale. There is a need for technology that facilitates the production of particles of bitumen and the transport and laying of bituminous jointing material.

Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention

Det ovennevnte behov imøtekommes ved at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et apparat for fremstilling av bitumenpartikler, særpreget ved at apparatet omfatter et formingsverktøy med flater som danner bitumenpartikler med ensartet form, en innretning for fukting med vann av nevnte flater og innretninger for å styre eller holde vanntemperaturen, idet bitumenkvaliteten er valgt og vanntemperaturen er styrt eller valgt slik at Fraas bruddpunktet for bitumenet ikke er mer enn 20 °C lavere enn vanntemperaturen og verktøyflatene som kommer i kontakt med bitumen er fremstilt av anodisert aluminium. The above-mentioned need is met in that the present invention provides an apparatus for the production of bitumen particles, characterized in that the apparatus comprises a forming tool with surfaces that form bitumen particles of a uniform shape, a device for wetting said surfaces with water and devices for controlling or maintaining the water temperature , as the bitumen quality is selected and the water temperature is controlled or selected so that the Fraas breaking point for the bitumen is not more than 20 °C lower than the water temperature and the tool surfaces that come into contact with the bitumen are made of anodised aluminium.

Det har overraskende vist seg at derved kan bitumenpartikler formes uten at de klistrer seg til verktøyet eller hverandre. Med en væske som ikke fukter bitumen men fukter verktøyets flater som former og kommer i kontakt med bitumenet, menes det at væsken har en kontaktvinkel for en dråpe av væsken på bitumen større enn 90°mens kontaktvinkelen for en dråpe av væsken på verktøyets formingsflater er mindre enn 90°. Dersom væsken er vann er verktøyet hydrofilt mens bitumen er hydrofobt. Kontaktvinkelen er vinkelen mellom grenseflaten væske/fast overflate og tangenten der dråpen møter overflaten rundt dråpens omkrets. En nærmere forklaring kan finnes på internettsidene http://en.wikipedia.org/wiki/Contact_angle og It has surprisingly been shown that bitumen particles can thereby be shaped without them sticking to the tool or to each other. With a liquid that does not wet the bitumen but wets the surfaces of the tool that forms and comes into contact with the bitumen, it is understood that the liquid has a contact angle for a drop of the liquid on the bitumen greater than 90°, while the contact angle for a drop of the liquid on the forming surfaces of the tool is smaller than 90°. If the liquid is water, the tool is hydrophilic, while bitumen is hydrophobic. The contact angle is the angle between the liquid/solid surface interface and the tangent where the droplet meets the surface around the droplet's circumference. A more detailed explanation can be found on the internet pages http://en.wikipedia.org/wiki/Contact_angle and

http://aluminium. matter. org.uk/content/html/ENG/default.asp?catid=107&pageid=2144 416260 http://aluminium. matters. org.uk/content/html/ENG/default.asp?catid=107&pageid=2144 416260

Apparatet omfatter med fordel en væskebeholder hvor formingsverktøyet er inneholdt. Med fordel er formingsverktøyet nedsenket i vann, fordi vann er ugiftig, ufarlig, billig, lett tilgjengelig og løser ikke bitumen. Alternativt kan andre væsker, som glykol eller alkohol benyttes, men mange slike andre væsker medfører ulemper med hensyn til miljø og helse og har oppløsende virkning på bitumen. Væsken kan også være en blanding av væsker, slik som vann blandet med glykol, slik at væsketemperaturen kan holdes lavere enn 0°C. The device advantageously comprises a liquid container in which the forming tool is contained. Advantageously, the forming tool is immersed in water, because water is non-toxic, harmless, cheap, easily available and does not dissolve bitumen. Alternatively, other liquids, such as glycol or alcohol, can be used, but many such other liquids cause disadvantages in terms of the environment and health and have a dissolving effect on bitumen. The liquid can also be a mixture of liquids, such as water mixed with glycol, so that the liquid temperature can be kept lower than 0°C.

Formingsverktøyet er fordelaktig fremstilt av anodisert aluminium og har form av to motstående hjul med halvkuleformede fordypninger fordelt rundt ytre omkrets av hjulflatene, hjulene er innrettet til å rotere motsatt og synkront som ført sammen, under tilførsel av bitumen fra en fødedel til fordypningene, til dannelse av bitumenkuler. Formingsverktøy av aluminium leder varme godt, hvilket er en fordel dersom bitumenet før forming er varmere enn væsken og verktøyet, idet bitumenet derved stivner litt og slipper verktøyet lettere. Formingsverktøyet kan ha i prinsippet enhver kjent utforming for dannelse av partikler, kuler eller legemer, slik som verktøy basert på kutting, stansing og/eller pressforming og andre kjente metoder, det ovennevnte er kun en foretrukket form av mange mulige. Verktøyflatene som kommer i kontakt med bitumen er av anodisert aluminium. The forming tool is advantageously made of anodized aluminum and is in the form of two opposed wheels with hemispherical recesses distributed around the outer circumference of the wheel surfaces, the wheels being arranged to rotate oppositely and synchronously as brought together, during the supply of bitumen from a feed portion to the recesses, to form bitumen balls. Aluminum forming tools conduct heat well, which is an advantage if the bitumen before forming is warmer than the liquid and the tool, as the bitumen thereby hardens a little and releases the tool more easily. The forming tool can in principle have any known design for forming particles, spheres or bodies, such as tools based on cutting, punching and/or press forming and other known methods, the above is only a preferred form of many possible ones. The tool surfaces that come into contact with bitumen are made of anodised aluminium.

Med begrepet bitumenpartikler menes det legemer av bitumen av enhver form, men fortrinnsvis av moderat eller liten størrelse og fortrinnsvis med ensartet form. By the term bitumen particles is meant bodies of bitumen of any shape, but preferably of moderate or small size and preferably of uniform shape.

Figurer Figures

Oppfinnelsen er illustrert ved hjelp av to figurer, hvor The invention is illustrated by means of two figures, where

Figur 1 illustrerer et apparat ifølge den foreliggende oppfinnelse, og Figure 1 illustrates an apparatus according to the present invention, and

Figur 2 illustrerer formingsverktøyet i apparatet på Fig. 1. Figure 2 illustrates the forming tool in the apparatus of Fig. 1.

Detaljert beskrivelse Detailed description

Det refereres til Fig. 1 som illustrerer et apparat 1 ifølge oppfinnelsen. Et formingsverktøy 2 kan skimtes. Apparatet omfatter en fødeinnretning 3 av enhver egnet type til føde, det vil si levering av bitumen til formingsverktøyet. Den illustrerte fødeinnretning er en slangepumpe, men andre pumper, slik som fortrengningspumper av nærnest enhver type, kan benyttes. Likeså kan fødeinnretningen være en ekstruderingsmaskin. Motorer og en pumpe for sirkulasjon av væske er også en del av det illustrerte apparat, men representerer ikke obligatoriske trekk. Det er ikke nødvendig å kjøle eller varme bitumenet, men det må velges en bitumenkvalitet med Fraas bruddpunkt lavere enn temperaturen som foreligger, for at bitumenet skal være godt formbart. For eksempel er bitumen grad 70/100 som har Fraas bruddpunkt ifølge EN 12593 på rundt -10 °C, godt anvendbart. Apparatet kan imidlertid med fordel inneholde varme og kjøleinnretninger, slik at bitumen kan leveres lettere med passende viskositet fra fødeinnretningen, ved en forhøyet temperatur, og kjøles ned i væsken slik at overflaten stivner litt. Således inneholder fødeinnretningen en varmeinnretning, eller ferdig oppvarmet bitumen leveres til fødeinnretningen. Dette kan medføre betydelig økt produksjon. I den illustrerte utførelse ble det med meget gode resultater benyttet vann med innhold av isbiter som væske. Apparatet kan i sin enkleste form kun omfatte selve formingsverktøyet inneholdt i en væskebeholder eller underlagt en væskestrømning, for eksempel i form av pregede motstilte hjul drevet med en håndsveiv. Reference is made to Fig. 1 which illustrates an apparatus 1 according to the invention. A shaping tool 2 can be seen. The apparatus comprises a feeding device 3 of any suitable type for feeding, i.e. delivery of bitumen to the forming tool. The feeding device illustrated is a hose pump, but other pumps, such as positive displacement pumps of almost any type, can be used. Likewise, the feeding device can be an extrusion machine. Motors and a pump for circulating liquid are also part of the illustrated apparatus, but do not represent mandatory features. It is not necessary to cool or heat the bitumen, but a bitumen quality with Fraa's breaking point lower than the existing temperature must be chosen, so that the bitumen is well mouldable. For example, bitumen grade 70/100, which has Fraa's breaking point according to EN 12593 of around -10 °C, is suitable for use. However, the apparatus can advantageously contain heating and cooling devices, so that bitumen can be delivered more easily with suitable viscosity from the feed device, at an elevated temperature, and cooled down in the liquid so that the surface hardens a little. Thus, the feed device contains a heating device, or fully heated bitumen is delivered to the feed device. This can lead to significantly increased production. In the illustrated embodiment, water containing ice cubes was used as liquid with very good results. In its simplest form, the apparatus can only comprise the forming tool itself contained in a liquid container or subject to a liquid flow, for example in the form of embossed opposed wheels driven by a hand crank.

Det refereres til Fig. 2 som viser formingsverktøyet 2 i apparatet illustrert på Fig. 1. Nærmere bestemt er formingsverktøyet to motstilte hjul eller valser med halvkuleformet preget overflatemønster, anordnet med opplagring og tilkobling til en drivinnretning slik som en motor. På figuren er formingsverktøyet ikke nedsenket i eller inneholdt i en væske, for klarhets skyld. Rotasjonen av det to hjul eller valser er motsatt, men rotasjonen er ellers synkron i hastighet mellom hjulene og med fordel nøye avpasset til fødeinnretningens leveringsrate. Bitumenkuler formes når bitumen føres mellom og forbi de motstilte roterende valsene, bitumenkulene faller ned i væsken under valsene, hvorfra bitumenkulene, fortrinnsvis nedkjølt i en kald væske slik som kaldt vann, kan pumpes til lagring og transport videre. Reference is made to Fig. 2 which shows the forming tool 2 in the apparatus illustrated in Fig. 1. More specifically, the forming tool is two opposed wheels or rollers with a hemispherical embossed surface pattern, arranged with storage and connection to a drive device such as a motor. In the figure, the forming tool is not immersed in or contained in a liquid, for the sake of clarity. The rotation of the two wheels or rollers is opposite, but the rotation is otherwise synchronous in speed between the wheels and advantageously carefully matched to the feed device's delivery rate. Bitumen balls are formed when the bitumen is fed between and past the opposed rotating rollers, the bitumen balls fall into the liquid below the rollers, from where the bitumen balls, preferably cooled in a cold liquid such as cold water, can be pumped for storage and further transport.

De produserte bitumenkuler har ved praktisk utprøving vist seg å kunne lagres, fraktes og leveres og pumpes ut som inneholdt i en væske, mest fordelaktig i vann, for eksempel i og fra en meieribil med pumpe. Med fordel inneholder vannet isbiter eller holdes ved en temperatur i området på 0-10 °C, mer fordelaktig 0-5 °C ettersom dette bedre forhindrer sammenklistring og letter pumping og levering. For lagring, transport og legging kan væsketemperaturen med fordel være ned mot Fraas bruddpunkt-temperaturen, slik at for tidlig sammenklistring og sprø knusing i praksis elimineres som en feilkilde. Etter utlegging vil vannet, uten signifikante forurensninger, renne bort eller fordampe, mens bitumenkulene naturlig vil klistre seg sammen. Det lar seg imidlertid gjøre også å benytte vann ved omgivelsestemperatur, men bitumenet bør ha et Fraas bruddpunkt som ikke ligger for lavt under en slik høyere vanntemperatur, eksempelvis ikke mer enn 20 °C, mer fordelaktig ikke mer enn 10-5 °C lavere enn vanntemperaturen. I kalde strøk bør det med fordel benyttes en mykere bitumen enn i tempererte strøk, mens i tempererte strøk bør det med fordel benyttes en mykere bitumen enn i varme strøk, slik at hardhet og sammenklistrende og selvreparerende egenskaper tilpasses stedet for anvendelse. Det bør følgelig brukes stivere bitumen ved økende temperatur. Eksempler på vanlige kvalitetsbetegnelser for anvendbart bitumen, basert på intervall for penetrasjonstall for vanlig bitumen (ikke polymer-modifisert) med tilhørende krav til høyeste Fraas bruddpunkt, med de stiveste kvaliteter nevnt først, er som følger : 35/50 -5°C, 50/70 -8°C, 70/100 -10°C, 100/150 -12°C, 250/330 -15°C og 330/430 -18°C. Verdiene er fra Vegvesenets håndbok 018. (Penetrasjonstallet er l/10mm inntrykking av nål ved 25°C) http://www.vegvesen.no/binary?id=198239 The produced bitumen balls have been shown in practical tests to be able to be stored, transported and delivered and pumped out as contained in a liquid, most advantageously in water, for example in and from a dairy truck with a pump. Advantageously, the water contains ice cubes or is kept at a temperature in the range of 0-10 °C, more advantageously 0-5 °C as this better prevents sticking and facilitates pumping and delivery. For storage, transport and laying, the liquid temperature can advantageously be down to the Fraas breaking point temperature, so that premature sticking and brittle crushing are practically eliminated as a source of error. After laying, the water, without significant contamination, will run off or evaporate, while the bitumen balls will naturally stick together. However, it is also possible to use water at ambient temperature, but the bitumen should have a Fraas breaking point that is not too low below such a higher water temperature, for example no more than 20 °C, more advantageously no more than 10-5 °C lower than the water temperature. In cold areas, a softer bitumen should preferably be used than in temperate areas, while in temperate areas, a softer bitumen should be preferably used than in warm areas, so that the hardness and adhesive and self-repairing properties are adapted to the place of use. Consequently, stiffer bitumen should be used at increasing temperatures. Examples of common quality designations for applicable bitumen, based on the interval for penetration numbers for normal bitumen (not polymer-modified) with associated requirements for the highest Fraas breaking point, with the stiffest qualities mentioned first, are as follows: 35/50 -5°C, 50 /70 -8°C, 70/100 -10°C, 100/150 -12°C, 250/330 -15°C and 330/430 -18°C. The values are from the Swedish Road Administration's handbook 018. (The penetration figure is l/10mm indentation of a needle at 25°C) http://www.vegvesen.no/binary?id=198239

For ytterligere informasjon refereres det til den internasjonale standard EN 1426:2007. For further information, reference is made to the international standard EN 1426:2007.

Øverste del av for eksempel en fuge kan inneholde hardere bitumen enn hoveddelen av fugen, for økt hardhet og bestandighet. En slik hardere bitumen er lettere å transportere og plassere, men kan kreve oppvarming for å danne et jevnt belegg dersom ikke omgivelsestemperaturen er tilstrekkelig høy. Forming av et slikt hardere bitumen kan med fordel utføres ved en høyere temperatur enn for mykere bitumen. Bitumen anses å være formbart ved temperaturer over Fraas bruddpunkt-temperaturen, slik at under selve formingen må denne temperatur ikke underskrides i gjennomsnitt. Bitumenpartikler kan formes mens bitumen avkjøles til en temperatur under Fraas bruddpunktet, men formingen må i hovedsak være ferdig innen nevnte temperatur underskrides. The upper part of, for example, a joint can contain harder bitumen than the main part of the joint, for increased hardness and durability. Such a harder bitumen is easier to transport and place, but may require heating to form an even coating if the ambient temperature is not sufficiently high. Shaping of such a harder bitumen can advantageously be carried out at a higher temperature than for softer bitumen. The bitumen is considered to be formable at temperatures above the Fraas breaking point temperature, so that during the actual forming this temperature must not fall below this temperature on average. Bitumen particles can be shaped while the bitumen cools to a temperature below the Fraas breaking point, but the shaping must essentially be finished before the said temperature falls below.

Claims

1. Apparatus for the production of bitumen particles, characterized in that the apparatus comprises a forming tool with surfaces that form bitumen particles of a uniform shape, a device for wetting said surfaces with water and devices for controlling or maintaining the water temperature, the bitumen quality being selected and the water temperature being controlled or selected so that Fraas' breaking point for the bitumen is no more than 20 °C lower than the water temperature and the tool surfaces that come into contact with the bitumen are made of anodised aluminium.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the forming tool is made of anodized aluminum and has the form of two opposite wheels with hemispherical recesses distributed around the outer circumference of the wheel surfaces, the wheels are arranged to rotate oppositely and synchronously as brought together, during the supply of bitumen from a feed part to the depressions, to form bitumen balls.

3. Apparatus according to one of claims 1-2, characterized in that the forming tool is immersed in water at 0 - 10 °C.