SE445463B - Vegbeleggningskomposition innefattande ballast och asfalt - Google Patents

Description

L5 -25 H0 7909490-0 göres av en asfaltlösning eller är emulgerad betecknas såsom as- faltcement.

Ett stort problem med lösningar och emulsioner är deras låga adhesivitet med avseende på ballast i jämförelse med as- faltcement. Detta beror huvudsakligen på (a) det organiska lös- ningsmedlet eller oljan i lösningen och/eller (b) vattnet i emul- sionen eller på ballastmaterialytan som interfererar med bildan- det av en adhesiv bindning mellan ballastmaterialet och asfalten.

En teknik som har beskrivits för ökning av sådan adhesivitet an- ges i den amerikanska patentskriften 2 342 861. Exemplen i denna patentskrift belyser tillsatsen av en blytvål, speciellt blyoleat eller -naftenat, till asfaltlösningar eller -emulsioner för att deras adhesivitet med avseende på ballastmaterialet skall ökas.

Fastän samtliga utföringsexempel endast omfattar bly såsom metall- tvål för ökning av adhesiviteten antvdes det i patentskriften att andra tungmetallsalter av organiska syror skulle kunna användas inklusive följande metaller: Fe, Al, Mn, Zn, Co, Ni, Sn, Ca, Sr, Ba och Mg. I denna patentskrift beskrives en teknik för fram- ställning av metalltvålen genom upphettning av en blyoxid i när- varo av de önskvärda organiska syrorna. Sådana blytvålar till- sättes därefter den önskvärda asfalten.

Tungmetallsalter av högmolekylära organiska_syror, såsom naftenat eller linoleat, har anvzänts för att sprickbildning i blåsta eller oxiderade asfaltbeläggningar skall förhindras. Exempelvis beskrives i den amerikanska patentskriften 2 282 703 användningen av tungmetaller, såsom kobolt, mangan, järn, bly, vanadin eller zink som i detta syfte dispergeras i den blåsta asfalten.

Tungmetalltvålar har också beskrivits för användning såsom dispergeringsmedel i taktäckningsasfalt för att förstöring av as- falterlpå grund av “krokodílhudsbildning" skall förhindras. I den amerikanska patentskriften 2 928 753 beskrives de flervärda metallsalterna av kop- par, kobolt eller mangan i kombination med högmolekylära mono- karboxylsyror, såsom oljesyra eller naftensyra. Den slutprodukt som beskrives utgöres av en ballastfri beläggning med en tjocklek av 0,6ü mm på en aluminiumplåt som upphettats så att nivellering inträffar. i I den amerikanska patentskriften l 328 310 beskrives en asfaltvägbeläggningskomposition vari kopparsulfat har tillsatts asfalten för att dess fysikaliska egenskaper skall förbättras.

Andra föreningar beskrives inklusive sulfat eller selenat av alu- H0 7909490-0 mínium, krom, mangan, järn, indium, gallium och sulfat eller sele- nider av natrium, kalium, rubidium, ammonium, silver, guld, pla- tina eller tallium. Dessa föreningar är relativt olösliga i as- falten.

Enligt den amerikanska patentskriften l 505 880 tillsättes kopparslagg tillsammans med ballasten till asfalt för att seghe- ten av erhållen vägbeläggningskomposition skall ökas.

I den brittiska patentskriften 533 977 beskrives använd- ning av bly- eller järndubbelsalter av organiska syror för att adhesiviteten av asfalt med avseende på mineralballastmaterial skall förbättras. I förbigående anges också att andra två- och flervärda metaller, såsom aluminium, krom, koppar och kvicksilver, kan användas.

Enligt uppfinningen har det visat sig att upplösning av vissa organometallföreningar i asfaltcement och efterföljande blandning av denna med ballastmaterial ger en vägbeläggning med avsevärt förbättrade egenskaper, exempelvis då signifikant ök- ning av tryckhâllfasthet, böjhållfasthet och utmattningshållfast- het hos den färdiga, hårda, belagda vägen.

Asfaltcementen överföres till flytande tillstånd genom upphettning till en temperatur överstigande dess smält- eller mjukningspunkt och därefter tillsättes organometallföreningen därtill. Den metalljohhaltiga asfaltcementen kan därefter blandas i denna form direkt med ballastmaterialet för vägkonstruktioner.

Det har visat sig att den modifierade asfaltsmältan kan lagras såsom bulkvara före vägframställning utan att någon väsentlig förtjockning inträffar.

Ett syfte med uppfinningen är tillhandahållande av en mo- difierad asfaltcement-ballastvägbeläggningskomposition med excep- tionell hållfasthet och utmattningshållfasthet för användning vid byggande av vägar eller liknande.

Ett speciellt syfte med uppfinningen är tillhandahållande av en modifierad asfaltcement som uppvisar lämplig viskositet så- som bulkvara för vägbeläggning men som hårdnar till en asfaltce- ment av exceptionell hållfasthet efter vägbeläggning.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är tillhandahållan- de av en asfaltcement-ballastvägbeläggningskomposition med över- lägsen Marshall-stabilitet.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är tillhandahållan- de av en vägbeläggningskomposition av ovannämnda typ som bibehål- H0 7909490-0 ler en hög grad av hållfastheten vid förhöjda temperaturer under det att den bildar en böjlig vägbeläggning som uppvisar automatis- ka lagningsegenskaper. Ännu ett syfte med uppfinningen är tillhandahållande av ett förfarande för modifiering av mjuk asfaltcement så att en vägbeläggning bildas med förbättrade fysikaliska egenskaper.

Dessutom är ett syfte med uppfinningen tillhandahållande av en vägbeläggningskomposition vari sämre ballastmaterial kan utnyttjas.

Ytterligare syften och kännetecken framgår av följande beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen.

Dessa syften uppnås enligt uppfinningen med en vägbelägg- ningskomposition av i ingressen till kravet 1 angiven typ, vilken komposition uppvisar de särdrag som är angivna i den känneteck- nande delen av kravet 1.

Uppfinningen hänför sig således till en modifierad asfalt- cement, som kombinerad med ballast; bildar en vägbeläggningskom- position, som uppvisar signifikant förbättrade fysikaliska egenskaper. Asfaltcementen modifieras genom lösning av ett håll- fasthetsförbättringsmedel i form av åtminstone en organometall- förening i asfaltcementen under det att denna befinner sig i flytande tillstånd genom upphettning. Av nämnda organometallföre- ningar är sådana av mangan lämpliga varvid manganen kan användas i dess olika valensstadier, exempelvis +2, +3 eller högre. Bland- ningar av manganföreningar med organiska kobolt- eller koppar- föreningar är också lämpliga.

I samband med uppfinningen hänför sig uttrycket "asfalt- cement" till vilket som helst av ett flertal väsentligen icke blåsta eller icke oxiderade fasta eller halvfasta material vid rumstemperatur som gradvis övergår till flytande form vid upp- hettning. Dess övervägande beståndsdelar utgöres av bitumen, som erhålles såsom en återstod från raffineringsbearbetning. Ut- trycket utesluter emulsioner och lösningar av asfaltcement. Följ- aktligen innehåller den varken emulsíonens vattenfas eller de främmande petroleumlösningsmedlen eller oljorna som konventionellt sättes till asfaltcement för överföring av denna till en lösning.

Asfaltcementen kännetecknas i allmänhet av en penetreringsgrad lägre än 400 vid 25°C och en typisk penetreringsgrad av mellan H0 och 300 (ASTM Standard, metod D-É). Viskositeten av asfaltcemen- ten vid 60°C är mer än cirka 65 P.

U0 7909490-0 I det följande beskrives uppfinningen huvudsakligen med hänvisning till mangan såsom metall i organometallföreningen.

Det är betydelsefullt att Mn-jonen löses enligt uppfin- ningen genom hela asfalten så att dess hållfasthetsförbättrande effekt tilldelas slutprodukten på ett bestående sätt. För att optimal dispersion skall uppnås föreligger Mn-katalysatorn i form av en organisk Mn-förening som är löslig i en signifikant mängd av asfalten. De organiska föreningarna kan utgöras av icke-substituerade eller substituerade (exempelvis med svavel, speciellt sulfonat, eller med fosfor, speciellt fosfat) före- ningar. Anjonerna innefattar karboxisyror uppvisande upp till cirka 30 kolatomer i kedjan; såsom acetat; linoleat, oktoat, naftenat, oleat, dëflflïflti stearat och laurat samt blandningar av dessa eller med andra syror. Det har visat sig att anjoner härstammande från oktoat, naftenat och acetat utgör de ojäm- förligt mest effektiva av sådana som testats eftersom de är mest lösliga i asfaltcementen. Andra karboxisyror (exempelvis av den tertiära typen) kan också användas. Speciellt goda resultat er- hålles med mangan- (acetylacetonat)3. Sådana organiska mangan- föreningar tillsättes företrädesvis asfaltcementen i en utspädd flyktig lösning av organiskt lösningsmedel för att förbättrad dispersion och blandning skall uppnås. Typiska spädningsmedel utgöres av 5-12 viktprocent av metalljonen till total mängd tillsats. Sådana lösningsmedelshalter understiger 5 viktprocent av asfaltcementen, och understiger vanligen 2 viktprocent vilket är betydligt lägre än lösningsmedelshalten i en asfaltlösning.

I vilket fall som helst skulle det flyktiga lösningsmedlet enligt uppfinningen förångas vid blandningstemperaturen och följaktligen ej påverka adhesionen ogynnsamt.

Signifikanta förbättringar av den modifierade asfalten er- hålles genom tillsats av en relativt liten mängd av den organiska Sålunda ger en koncentration av manganjoner så en vägbeläggnings- Det har manganföreningen. låg som 0,01 viktprocent, baserat på asfalten, komposition med förbättrad tryckbelastningshållfasthet. visat sig att optimala egenskaper erhålles vid en minimal mängd av 0,05-0,5 viktprocent av manganjoner. Mangan-jonhalter över- stigande sådana koncentrationer, exempelvis l viktprocent ger en- dast upphov till marginella förbättringar. Av ekonomiska skäl utgör därför optimalt intervall 0,05-0,20 viktprocent total Mn- mängd baserad på asfalten.

Dessa organiska Mn-föreningar löses i asfaltcementen en- _25 HO 7909490-o 6 ligt uppfinningen genom upphettning av asfalten till en tempera- tur överstigande dess mjuknings- eller smältpunkt tills den är tillräckligt flytande för att den organiska Mn-metallföreningen skall dispergeras noggrant för upplösning. Denna teknik betecknas i det följande varmblandning. Metallkatalysatorn föreligger före- trädesvis i flytande form. För de flesta konventionella asfalt- cementtyper är temperaturen för att asfaltcementen skall bli fly- tande åtminstone lO0°C, och vanligen av storleksordningen 11o-12o°c :in temperaturer så höga sem 15o°c beroende på asfalt- typen. Vid sådana temperaturer reduceras asfaltkompositionens viskositet tillräckligt för att noggrann dispersion och lösning genom manuell blandning skall medges.

Varmblandningstekniken kan utnyttjas vfiien anordning belä- gen på avstånd från vägbyggnadsplatsen. Detta är möjligt efter- som organometallföreningen såsom angivits tidigare ej härdar as- faltcementen när den är i bulkform. Följaktligen kan den modifie- rade asfaltcementen lagras i bulkform tills den behövs. Vid kon- iventionell bearbetning upprätthålles den modifierade asfaltcemen- ten i ett flytande tillstånd från framställningstidpunkten, under normal lagring och transport till vägbyggnadsplatsen, under bland- ning med ballast och tills den slutliga vägbeläggningen sker. Så- som ett alternativ till på annan plats genomförd varmblandning kan den organiska Mn-föreningen tillsättes asfaltcementen på väg- byggnadsplatsen strax före vägbeläggning.

Den modifierade asfalten kännetecknas av en viskositet i flytande tillstånd vid en förhöjd temperatur för vägbyggnad som är jämförbar med den för konventionell asfalt. Såsom påpekas ne- dan uppvisar emellertid den hårdnade belagda vägen avsevärt för- bättrad hâllfasthet i jämförelse med en väg framställd med kon- ventionell asfaltcement.

På konventionellt sätt förblandas den varma blandade modi- fierade asfalten i flytande form med förupphettad, förtorkad ballast så att en homogen blandning av homogent belagd ballast bil- das i en vägbeläggningskomposition, vilket typiskt genomföras i en asfaltblandningsanläggning. Ballasten upphettas företrädesvis under sådana tids- och temperaturbetingelser att väsentligen all fri fuktighet avdrives föreblandning. Under blandning har både ballasten och asfaltcementen typiskt en temperatur av 100-l60°C.

Innan kompositionen har svalnat till en temperatur varvid den förlorar sin fluiditet sprids den på vägbädden och komprimeras.

Därefter får asfalten hårdna. Efter hârdnande innefattar vägen HO 7 .79Û949Û“Û ballast bunden genom en matris av modifierat asfaltbindemedel.

Det kan påpekas att godtagbart hårdnande sker vid omgiv- ningstemperaturer, exempelvis 22°C. Moderata höjningar (exem- pelvis till 5000) av temperaturen för hårdnande accelererar för- loppet. Mycket höga temperaturer, såsom sådana utnyttjas för blåst asfalt, dvs av storleksordningen 230°C, är däremot ej god- tagbara enligt föreliggande förfarande.

Ballasten enligt uppfinningen utgöres lämpligen av en så- dan typ som användes inom vägbyggnadsindustrin. Den kan variera från fina partiklar, såsom sand, till relativt grova partiklar, såsom krossad sten, grus eller slagg.

En större viktdel av ballasten blandas med en mindre vikt- del av asfaltcement. Förhållandet av ballast till modifieräd'i asfaltcement har ett värde typiskt för vägbeläggningsändamål.

Sålunda användes minst cirka 85 viktprocent av ballast, och van- ligen cirka 90-96 viktprocent, baserat på den totala vägbelägg- ningskompositionen, enligt uppfinningen.

Såsom påpekats tidigare har tungmetalltvålar använts i kom- bination med asfalt för ett antal olika ändamål. Exempelvis har de utnyttjats för undvikande av sprickbildning ilflåst asfalt och för förhindrande av "krokodilhudsbildnirxg" i taktäcldiingsnxaterial.

Sådana metalltvålar har också beskrivits för användning i vägbygg- nadskompositioner av ballast och asfaltlösningar eller -emulsioner för att asfaltens dåliga adhesivitet i dessa former med avseende på ballasten skall förbättras. Enligt tidigare känd teknik skul- le de flervärda tungmetalljonerna vara generellt ekvivalenta för detta ändamål. Exempelvis anges i den amerikanska patentskriften 2 SU2 861 experiment genomförda med användning av blytvâlar för ökning av asfaltens adhesivitet med avseende på ballast. I enlig- het med teknikens ståndpunkt anges i denna patentskrift att andra metaller, såsom järn, aluminium, mangan, zink, kobolt, nickel, tenn, kalcium, strontium, barium eller mmgæsiwm,också skulle kunna användas för samma ändamål. Emellertid finns det ingen som helst uppgift i någon tidigare skrift om att någon sådan tungmetall skulle kunna utnyttjas i något syfte vid varmblandningsteknik med användning av asfaltcement för framställning av en vägbeläggnings- komposition.

Med hänsyn till vad som varit känt tidigare är det följakt- ligen helt överraskande att tillsats av mangan till asfaltcement förbättrar hâllfastheten i stor utsträckning, förbättrar tempera- turkänsligheten samt också andra egenskaper för en ballastinne- - Ä0 7909490-0 8 hållande vägbeläggningskomposition med användning av en på så- dant sätt modifierad asfaltcement.

Enligt uppfinningen har det visat sig att mangan, för sig eller i kombination med koppar eller kobolt är väsentligt över- lägsen övriga tungmetaller för detta ändamål. Mangan tillhanda- håller de ojämförligt mest exceptionella egenskaperna och är lättillgänglig.

Det har vidare visat sig att användning av kobolt jämte mangan ger upphov till en synergistisk ökning av hållfastheten för ett vägbeläggningsskikt i jämförelse med användning av mangan eller kobolt enbart. _Kobolt vid så låga koncentrationer som 0,000l viktprocent, baserat på asfalten, ger gynnsamma egenska- per under det att exceptionellt gynnsamma egenskaper uppnås vid koncentrationer av 0,001-0,2 viktprooent vid användning i kombina- tion med ovan angivna förhållande av mangan till asfaltcement.

En fördel med användning av metalljonerna enligt uppfin- ningen är att vägar med hög hållfasthet kan byggas av relativt mjuk asfaltcement (exempelvis en sådan som kännetecknas av en penetreringsgrad så hög som 350-400 eller lägre).

Det förmodas att de extraordinära ökningarna i böjhåll- fasthet och utmattningshållfasthet som uppnås för dessa modifie- rade härdade asfalt-ballastkompositioner kan förklaras med föl- jande teori. Ræêt-välkänt att asfaltcement innehåller ett stort antal föreningar (exempelvis tetralin eller tetralinliknande strukturer) som lätt självoxideras. Baserat på experiment anta- ges det att mangan ger upphov till bildandet av en diketon och tetralin (l,ü-diketotetralin) som därefter bildar stabila, kemiskt resistenta komplex med metallen. Dessa komplex binder samman asfaltmolekylerna varigenom stora hållfasthetsökningar uppnås för erhållen asfalt-ballastkomposition i jämförelse med sådana som framställts i frånvaro av metall.

Det har visat sig att den modifierade asfalten enligt upp- finningen ej hårdnar eller härdas i bulkform. Den förblir vid en viskositet vid förhöjda temperaturer som överstiger dess smält- punkt som är jämförbar med den för icke modifierad asfalt. Följ- aktligen åstadkommer manganjonen endast härdning av asfalten ef- ter blandning därav med ballast. Det förmodas att detta fenomen kan förklaras av kravet att den modifierade asfalten skall utgöra en relativt tunn film, ett tillstånd vari den existerar i kombi- nation med ballast. Följaktligen har asfalten tendens att bilda 40 9 7909490-0 en tunn beläggning med en tjocklek av 5-l0 um på ytan av ballas- ten. Fastän den maximala tjockleken av den tunna filmen ej är kända förmodar man att filmen kan vara så tjock som 150 um eller mer. En förklaring till kravet att asfalten skall föreligga i form av en tunn film är att en viss mängd syre måste genomtränga filmen för att tidigare angivna komplex skall kunna bildas.

Man har antagit att en ökning av porförhållandet i den mo- difierade asfalt-ballastkompositionen orsakar en motsvarande ök- ning av härdningshastigheten. Detta överensstämmer med teorin att en viss mängd syrepenetrering av asfalten fordras för att angivna komplex skall bildas. Vid ett porförhâllande av 20 1 i en sandballastkomposition kan följaktligen signifikant härdning ske på en vecka. En typisk väg uppvisar ett porförhållande av storleksordningen 5-10 % som är tillräckligt för att fördelarna enligt uppfinningen skall uppnås.

Uppfinningen förklaras närmare i följande exempel. Det är uppenbart att däri angivna data endast är belysande och att ytterligare variationer och modifikationer av uppfinningen är möjliga.

Exempel l Jämförande tester genomfördes med olika övergångstungme- taller såsom tillsatser till asfaltcement. I varje test användes sand av typ AASHTO A-3, en flygsand, som blandades med en modi- fierad bitumenasfaltcement betecknad AR-8000 av ett asfaltinsti- « tut i ett förhållande av H viktdelar modifierad asfalt till 100 viktdelar sand. I varje test innefattade den modifierade as- falten en organometallförening (tvâlar av naftenat eller oktoat) i ett sådant förhållande att metallen utgjorde 0,2 viktprocent av asfalten. Tvålarna blandades i flytande form med den flytan- de asfalten vid förhöjda temperaturer (cirka ll0-120°C) som var tillräckliga för att asfalten skulle smälta. Försiktig manuell omröring av blandningen utnyttjades för att metallen skulle dis- pergeras noggrant i hela asfalten för upplösning.

Asfalten och sanden formades till korta miniatyrkärnor vid 15U - 15800 och formades vid denna temperatur. Därefter härdades kärnorna vid 50°C under sju dagar. Kärnorna testades med avseende på tryckhållfasthet vid såväl 22 som 50°C. Samma kärnor testades på nytt under samma betingelser efter två veckor. kärnorna i det andra testet hade en något större diameter vari- genom resultaten måste multipliceras med cirka 0,97 för korrek- 7909490-0 tion. Resultaten från testerna anges i följande tabell.

RESULTAT: TABELL I Belastning (kg) efter Belastning (kg) efter 1 vecka vid 50°C 2 veckor vid 5000 Härd_ 22°c test 5o°c test 22°c test 5o°c rest Metall- ning öppen Sluten öppen Sluten öppen Sluten öppen Sluten katalysator Mangan 478 häl 166 lül 539 539 l3ü 132 Koppar 292 292 60 H7 H23 MH3 69 66 Kobolt 3u3 379 55 Mo h13 434 M0 33 Sällsynta Jordarts- 229 240 12 13 297 307 9 10 metaller Järn 213 l9U 10 8 282 266 8 8 Zirkonium 102 100 3 '2 l2N 131 2 1 Nickel 78 73 3 2 182 179 H 3 Kalcium 69 53 1 l l3U 115 2 2 zink 56 58 1 1 izü 115 2 1 Bly, 53 50 1 0,5 110 117 - - Spalterna rubricerade"sluten“ indikerar att kompositionerna härdades i behållare för eliminering av det mesta av men ej all syrekontakt. Tryckhâllfastheterna för de partiellt inneslutna och .totalt exponerade proverna är jämförbara vilket indikerar att det ej finns någon signifikant effekt av en partiell begränsning av syre som tillföres kärnan under härdníng.

Av tabell I är det uppenbart att mangan utgör den ojämför- ligt mest föredragna organometallföreningen i alla tester. Emel- lertid ökar också koppar och kobolt extraordinärt den strukturella hållfastheten i jämförelse med återstoden av de testade metallerna.

Exempel 2 En serie av tester genmmïkfies på vägbelâggningsgrundkomposi- tionen enligt exempel 1 men varvid endast manganoktoat i en mängd av 0,2 Z av total asfaltmängd användes. Samma mängd asfalt och Resultaten av detta test är sammanställda Älla prover härdades vid 50°C under en vecka exponerade för luften. Likartade resultat erhölls vid läg- re omgivningstemperaturer (exempelvis 2200) vid längre härdnings- sandballast användes. i nedanstående tabell. tider. 7909490-0 ll TABELL II Icke modifie- Modifierad rad asfalt asfalt Tryckhållfasthetstest på en icke innesluten struktur: nålifastnet vid 22°c, xp/cmz 8,u 63,2 hållfastnet vid 5o°c, kp/cma o,3 20,3 - Marshall-stabilitetstest: stabilitet, kg llü 817 flöde, mm 3,56 3,05 - Statiskt böjtest: elasticitetsmodul kp/cmz 780 5175 brotthålifaschet, xp/amg 3,u 17,3 brottspänning (X l0”u) -* 152 - Dynamiskt utmattningstest: elasticitetsmodul, kp/cmz -X 60000 utmattningshållfasthet, e x 10-6 -x 80 X Dessa värden kunde ej bestämmas för obehandlade sand-asfalt- prover.

Det visade sig att slutgiltig hâllfasthet vid 22°C test- temperatur erhölls efter cirka fyra veckor fastän en längre tid fordrades för att slutgiltig hållfasthet skulle uppnås vid en testtemperatur av 50°C.

Det sätt varpå ett prov ej klarade testet var av plastisk art. Sådana "misslyckade" prover kunde testas på nytt flera gånger inom en relativt kort tidsperiod (exempelvis en eller tvâ dagar) och ändock ge ungefär samma hållfasthet. Detta indikerar en kombination av plastiskt flöde och tixotropt uppträdande, vil- ket medför ett hållfasthetsbibehâllande nära toppunkten och en återställande verkan därefter.

Marshall~stati1itetstestet avslöjade att stabiliteten öka- de med minskande hastighet efter en månad. statiska böjprover genomfördes genom formning av stavar med måtten 25-cm längd, 2 cm x 3 cm tvärsnitt. Stavarna härdades vid 22°C under cirka en månad och testades därefter under statisk böj- ning vid en trepunktsbelastning över en fri spännvidd av 22 cm.

Belastningshastigheten var 1,3 mm/min och temperaturen under tes- tet var 2200. Resultaten anges i ovanstående tabell. Brottböj- spänningen för staven av icke modifierad asfalt och sand kunde ej uppmätas eftersom denna deformerades kontinuerligt under det att 7909490-0 12 testet varade. Staven av modifierad asfalt hade en brottspänning som approximeradesgakmlatt elasticítetsspänningen nära brottbelast- ningen adderades till den plastiska spänningen vid brott.

Stavar av denna typ testades i en dynamisk utmattnings- maskin varvid de uppbars över en spännvidd av 220m och belastades upprepade gånger vid mittpunkten därav. Ett stålblad placerades tvärs under stavarna så att dessa sköts tillbaka uppåt varje gång belastningen avlägsnades. Belastningshastigheten var tre upprep- ningar per minut och testtemperaturen var 22°C.

Vid genomförande av utmattningstestet kunde inga menings- fulla resultat erhållas för stavar av icke modifierad asfalt ef- tersom dessa deformerades både vertikalt och lateralt under rela- tivt låga belastningsgrader. Resultaten från utmattningstestet avsattes på en log-log-skala vilket gav en ekvation i standardfor- men Nf = K(à)°, vari Nr betecknar antalet belastningsrepetitíoner före brott, e utgör motsvarande böjspänning och K och c utgör regressionskonstanter. K och c visade sig vara 1,82 x 1012 res- pektive 3,29, varvid e uttryckas i mikroenheter.

Den dynamiska elasticitetsmodulen för sand-asfaltstavarna visade sig vara av storleksordningen 59 500 kp/cmz. Vid denna modul hade den modifierade asfalt-sandprodukten förbättrats till värdet för asfaltbetong med avseende på utmattningslivslängd.

Exempel 3 Blandningar framställdes av asfalt plus 0,05 1, 0,1 Z och 0,2 1 mangan. Marshall-kärnor av standardtyp av asfaltbetong for- mades med Å Z bitumen. Hälften av kärnorna vid varje manganhalt infördes i en ugn vid 50°C. Den andra hälften kvarlämnades på bänken. Efter 7-dagars härdningstid genomfördes Marshall-stabi- litetstestet. Resultaten anges i tabell III nedan.

TABELL III ' % Mangan i asfalt Härdning och test 0205 0:10 0,20 22°c-naraning, Marshall-stabilitet (kg) - 168 H68 518 5o°c-näraning, Marshall-stabilitet 585 1221 1u62 Ett diagram över dessa data indikerar att maximal gynnsam effekt på stabiliteten per mängdenhet mangan är 0,08-0,12 %.

Manganbalter överstigande dessa värden ger högre stabilitet men lägre stabilitet per manganenhet.

Exempel U _ En serie av tester genomfördes för åskådliggörande av den 7909490-Û signifikanta hållfasthetsökningen som uppnås för kärnor vari en liten mängd av kobolt tillsatts tillsammans med mangan till asfal- ten. Dessutom jämfördes de relativa hållfasthetsvärdena som er- hållits med mangan, kobolt, koppar och järn.

De använda organometallföreningarna var av följande typ: mangannaftenat (6 % mangan), koboltnaftenat (6 % kobolt), kopparnaftenat (8 % koppar) och järnnaftenat (6 1 järn).

Bítumen (Dutch 80/100 penetrering) upphettades till l00°C och ovanstående metallföreningar tillsattes och löstes genom hela bitumenen. Därefter användes förfarandet från exempel 1 för fram- ställning av korta Harvard-kärnor i miniatyr formade med 4 % bi- tumen. Alla kärnorna härdades vid 45°C fram till testdatumet.

Varje kärna testades med avseende på tryckhållfasthet vid 45°C, hölls vid 45°C under åtminstone en timme och kyldes därefter un- der åtminstone l,5 h till rumstemperatur och testades på nytt vid denna temperatur. Resultaten av dessa tester anges itabell Ivnedan.

TABELL iv 8:80:- ï:::::â:::a::::8::f<:m> °C Metalljon 3 dagar 7 dagar 14 dagar 28 dagar 45 Mn (0,2%) + co (0,227%) 8,02 - 9,68 12,21 12,68 45 M6 <0,2%> + 06 <0,038z> - 1,00 6,66* 1,55 45 Mn (0,2%) + co (0.0o6%) - 5,54 6,07 7,57 45 Mn (0,21) + 06 (0,001%) 3,85 4,31 4,99 8,04 45 Mn (0,2z) 4,10 4,62 5,23 6,28 45 06 (0,2%) 3,64 3,24 2,61 3,30 45 cu (0,2%) 2,42 2,32 1,81 2,30 45 Fe (0,2%) 0,71 0,64 0,67 1,22 22 mn (0,2%) + co (0,227%) 13,99 15,91 19,81 21,24 22 Mn (0,2%) + co (0,38%) - 14,28 16,43* 15,95 22 Mn (0,2%) + co (0,006%) - 12,43 14,22 14,96 22 Mn (0,2z) + co (0,001%) 9,15 11,62 - 15,88 22 Mn (0,2%> 10,47 10,97 15,22 16,20 22 co (0,2z) 10,38 10,99 10,38 10,04 22 ou (0,2%) 6,12 7,34 8,15 8,76 22 Fe (0,2%) 3,76 4,07 4,73 7,21 x Testad vid 15 dagar, ej 14 dagar. _ 10 ' ÄO 1909490-o in Av ovanstående tabell är det uppenbart att kobolt ger vid låga halter en väsentlig ökning av hållfastheten för kompositio- nen vid den förhöjda temperaturen av 4500. Detta utgör ett bety- delsefullt test eftersom asfalten är svagast vid förhöjda tempe- raturer. Efter 28 dagar uppnåddes för kompositionen innehållande 0,2 % mangan och 0,001 % kobolt en hållfasthet av 8,0U i jämfö- relse med 6,28 för enbart mangan. Detta innebär en nästan 30-pro- centig hâllfasthetsökning genom en ökning av endast 0,5 % av den totala metalljonkoncentrationen.

Ett annat kännetecken i ovanstående tabell utgör de över- lägsna resultaten som uppnås med mangan i jämförelse med övriga metalljoner efter 28 dagar i H5°C-temperaturtestet.

Exempel 5 _ Ett annat jämförande test genomfördes för åskådliggörande av vikten av att mangan användes i en form av en löslig metall- organoförening i stället för en oorganisk olöslig form, såsom mangansulfat. För detta ändamål jämfördes mangannaftenat med mangansulfat.

Manganen (i naftenat- och sulfatform) sattes till asfalt (AR-H000-asfalt, Chevron) och blandades såsom anges i föregående Därefter bildades kärnor med användning av 5,2 i av så- exempel.

Kärnorna härdades vid 45°C dan modifierad asfalt och Irak-sand. under 8 dagar och testades därefter under sammanpressning i icke innesluten form vid 22°C och 45°C. Resultaten anges i tabell V nedan.

TABELL V Tryckhållfastnet (xp/ene) Behandling 5_5_°g 22°c Obehandlad 1,05 7,78 0,2% mangannaftenat lU,70 24,89 0,2% mangansulfat 2,37 l5,6ü Av det ovanstående är det uppenbart att vid 45°C var kärnan framställd med användning av asfalt behandlad med mangannaftenat mer än 6 gånger starkare än den behandlad med mangansulfat och var lä gånger starkare än kärnan härstammande från obehandlad as- Denna tabell belyser vikten av att mangan tillsättes as- falt. falten i en löslig form.

Exempel 6 Följande material användes: (Irak)-sand, ,79Q949fl-Û AR-ÄOOO (Chevron) bitumen, manganacetat, manganacetylacetonat Mn (AcAc)2, manganacetylacetonat, Mn (AcAc)3, manganbensoat, mangan-p-toluat, mangannaftenat och manganoktoat.

Manganföreningen sattes till bitumenen till en tillsatt mängd av 0,2 % mangan. För fallen acetylacetonat, bensoat och toluat löstes de fasta substanserna Dessa upphettades ytterligare och omrördes vid l20°C Mikroskopisk undersökning Denna rördes in vid ll0°C. ej snabbt. och 13500 före blandning med sanden. indikerar fortfarande varierande mängder av partikelformigt ma- terial i bitumenen.

Sand-asfalten blandades och komprímerades till korta mi- niatyrkärnor vid l35°C-lü0°C. Dessa härdades vid U5°C. Två kär- nor testades med avseende på tryckhållfasthet efter 7 dagar. De återstående 4 testades efter lä dagar.

TABELL VI Bitumen i en mängd av 5,2 Z av sandvikten.

Mn i Härdning Hållrastnec (kp/emz) Behandling Bit., % (dagar) ÄSOC 22°C - 0,00 8 1,05 7,78 Mn~naftenat 0,2 7 lU,70 22,75 " " 0,2 14 16,08 24,89 Mn-acetat 0,2 7 9,80 29,95 “ " 0,2 10 17,05 33,70 Mn-(AcAc)2 0,2 7 1,04 9,72 " " 0,2 14 1,70 14,69 Mn-(AcAc>3 0,2 7 19,76 35,59 " " 0,2 ih 20,92 38,2H 7909490-0 16 TABELL VII Bitumen i en mängd av H,8 % av sandvíkten.

Mn i Härdning Hållfasthet (kp/cmz) Behandling Bit., % (dagar) 4500 22°C - 0,00 7 0,68 7,62 Mn-naftenat 0,10 7 11,25 21,94 " " 0,10 ln 15,08 2},9U Mn-Oktøat 0,10 7 8,79 24,51 " " 0,10 IÄ 10,15 25,69 Mn-bensoat 0,10 7 0,87 9,Ä5 " " 0,10 ll: 1,89 13,78 Mn-p-toluat 0,10 7 1,80 11,20 " " 0,10 lfl 2,33 15,03 Acetylacetonat (Mn+++) pch acetat (Mn++) var höggradigt effektiva med avseende på att öka hâllfastheten. Dessa tester stöder slutsatsen att multipelformer av mangan (åtminstone +2 och +3) är effektiva i en sådan utsträckning som den är löslig i bitumen och kan lösas (eller joniseras).

Exempel 7 Följande material användes: Local-ballastx, Australisk 80/l0O-penetreringsbitumen, R-90, mangannaftenat (6 % Mn), manganoktoatxx (12 1 Mn), manganoktoat och koboltnaftenat för den australiska bítu- menen . xßallasten utgjordes av 1023 g av storleken 13-6 mm, 825 g av storleken 6 mm-nr 16 och lU52 g av nr 16-stoft för varje upp- Till denna mängd av 3300 g ballast, sattes Kärnorna blanda- sättning om 3 kärnor. 180 g av bitumen (behandlad eller obehandlad). des 3 åt gängen och formades vid lU0°C. xxTillhandahå1les av Tenneco under varubeteckningen Tenneco, innefattar mindre mängder av andra syragrupper (exempelvis G9, 010)' - Mn-naftenat användes för bitumen behandlad med 0,025 1 Mn och Mn-oktoat för bitumen behandlad med 0,05 % respektive 0,075 % Mn. Bitumen behandlad med 0,108 % metall behandlades med en blandning av manganoktoat (9 % Mn) och koboltnaftenat (6 1 Co).

Detta material innehöll 0,098 1 Mn een 0,009? i co. samtliga kärnor härdades vid 45°C tills de testades med avseende på Musmfll- stabilitet. 7909490-0 17 TABELL VIII Marshall- Behandlat Metall Vulkning stabili- Flöde ökning material % månader tet (kg) mm 1 - 0,000 0,5 948 302 0,0 - 0,000 3,0 1330 2,90 0,0 Mn-naftenat 0,025 0,5 1276 4,17 35 " " " 1,0 1277 3,25 26 " " " 3,0 1368 2,87 71 Mn-oktoat 0,050 0,5 1283 35 " " " 1,0 1095 3 02 8 I! YI H 3,0 14 Mn'0kt0at 0,075 0,5 1303 2,95 37 " " " 1,0 1218 20 n n n 3,0 1.579 3,00 23 Mn-oktoat + kobolt- naftenat (10:1) 0,108 1,0 1883 14,014 99 Mn-oktoat + kobolt- naftenat (l0:l) 0,108 2,0 2090 0,09 83 Exempel 8 Material, som användes: Irak-sand sand (AASHTO A-3-klassífisering) Chevron Ar-0000 bitumen australisk R-90 bitumen mangannaftenat (6 I Mn) manganbensoat (kristall) mangan-para-toluat (kristall) manganoktoat (6 % Mn) mangan-neo-dekanoat Bitumen uppvägdes i små provbehållare vid ll0°C eller läg- Manganföreningen tillsattes för åstadkommande Blandningen re temperatur. av en manganhalt i bitumen som anges i tabell IX. upphettades på nytt och omrördes tills en homogen dispersien åstadkoms. Provet upphettades därefter till 100-1HH°C och till- sattes under uppvägning i den förupphettade sanden för åstadkom- mande av den i tabell IX angivna bitumenprocenthalten.

Korta Harvard-miniatyrkärnor formades också det vid en temperatur av 100-10000 och härdades vid 0500. Härdningstiderna 7909490-0 1, anges i tabell VIII. Kärnorna testades med avseende på tryck- hållfasthet varvid hälften testades vid ü5°C och återstoden vid 22°c.

Kärnorna innehållande neo-dekanoat härdades vid 50°C.

TABELL IX _ fietall Härdning, Håll- 2 Bitu- 1 2 av dagar fasthet kp/cm Bitumen men 2 Behandling bitumen vid U5°C U5°C 22°C AR-4000 4,6 - -- 14 45° 0,68 7,62 AR-4000' 5,2 - -- 14 45° 1,05 7,78 AR-4000 4,6 Mn-nafcenat 0,10 7 45° 11,25 21,94 AR-4000 4,6 Mn-nafrenac 0,10 14 45° 16,08 23,34 AR-4000 5,2 Mn-naftenac 0,20 8 45° 14,70 24,89 AR-4000 4,6 Mn-bensoac 0,10 _ 7 45° 0,80 7,69 AR-4000 4,6 mn-benseat 0,10 14 45° 1,89 13,78 AR-4000 4,6 Mn-uoluat 0,10 7 45° 1,87 13,87 AR-4000 4,6 Mn-coluat 0,10 14 45° 2,33 15,03 AR-4000 4,6 Mn-oktaot 0,10 7 45° 8,79 24,51 AR-4000 4,6 Mn-oxcoat 0,10 14 45° 14,15 23,69 Dessa data erhölls alla på korta miniatyrsand-asfaltkärnor med användning av sand från Irak.

Följande är data från en Shayba-sand: Aust.R-90 Ausc.n-90 5,0 - -- 7 5o° 0,17 2,81 Aust.R-90 5,0 Mn-neo-aexa- 0,20 7 50° 4,22 11,72 noat Det är uppenbart att alla de olika syrasalterna av mangan gav förbättrad hâllfasthet, speciellt vid högre temperaturer.

Skillnaden i effekter förmodas bero på de relativa lösligheterna av de olika salterna.

Claims (5)

19 7909490-0 Patentkrav

1. Vägbeläggníngskomposition innefattande en större viktdel ballast och en mindre víktdel av väsentligen icke-blåst och icke-oxiderad asfalt, som varken utgör en lösning eller en emulsion, och som är närvarande såsom en beläggning på ballasten, k ä n n e t e c k n a d därav, att i asfalten är homogent dis- pergerad eller löst åtminstone en organometallförening i en form som är löslig i asfalten, som utgöres av ett mangan-, koppar- eller koboltsalt av en monokarboxylsyra uppvisande ej mer än 30 kolatomer, eller en blandning av tvâ eller flera därav, och som ingår i en mängd sådan att kompositionen inne- håller 0,01-0,5 %, baserat på vikten av asfalten, av mangan-, koppar- eller koboltjoner, eller en blandning därav, varvid asfalten innehållande organometallföreningen är blandad direkt och i varmt tillstånd med ballasten.

2. Komposition enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d

3. därav, att saltet utgöres av ett linoleat, oktoat, naftenat,

4. oleat, stearat eller laurat. 5. Komposition enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den innehåller åtminstone 85 viktprocent av ballasten. U. Komposition enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a d därav, att saltet bildas in situ genom reaktion av monokarboxylsyran, som ingår i asfalten, med en källa för åtminstone en av mangan, koppar och kobolt.

5. Komposition enligt något av kraven 1~3, k ä n n e - t e c k n a d därav, att saltet bildas före tillsats därav till asfalten.