DD206491A3

DD206491A3 - Kaltverarbeitbares gemisch fuer strassenbauzwecke

Info

Publication number: DD206491A3
Application number: DD24077182A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Bischof; Bernhard Giersberg; Werner Goziewski; Juergen Heynert; Johannes Kreis; Werner Lier; Gerhard Moser; Franz Mueller; Volker Pehse; Guenter Salewski; Wilfried Schellenberger; Ulrich Zander
Original assignee: Petrolchemisches Kombinat
Priority date: 1982-06-16
Filing date: 1982-06-16
Publication date: 1984-01-25
Also published as: CS255518B1; BG48393A1; CS388783A1

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EIN KALTVERARBEITBARES GEMISCH FUER STRASSENBAUZWECKE AUS MINERALBAUSTOFFEN, ZUSAETZEN UND BITUMENEMULISIONEN ZUR ERZIELUNG BITUMINOESER STRASSENBELAEGE, DIE NACH KURZER ZEIT ABBINDEN UND BEFAHRBAR WERDEN. DAS BITUMENGEMISCH SOLL AUCH BEI NIEDRIGEN TEMPERATUREN ZWISCHEN 15 GRAD CEL HERGESTELLBAR SEIN. DAS ERFINDUNGSGEMAESSE GEMISCH IST GEKENNZEICHNET DURCH EINEN GEHALT VON 0,01 BIS 5MA.-% VON SALZEN TERTIAERER ALKOXYLIERTER AMINE IN DER GESAMTMISCHUNG UNTER VERWENDUNG VON KATIONENAKTIVER, ANIONENAKTIVER ODER NICHTIONOGENER BITUMENEMULSIONEN.

Description

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Kaltverarbeitbares Gemiach für Straßenbauswecke

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein kaltvererbeit bares Gemiach für Straßenbauzwecke, inabesondere für bituminöse Schlämmen und ähnliche Sanierungsmaßnahmen aus Mineralbaustoffen, Zusätzen und Bitumenemulsionen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Sanierungsarbeiten für Straßen werden vor allem durch Oberflächenbehandlungen öder bituminöse Schlämmen ausgeführt· Dabei werden Bitumen-Mineralgemische mit genau eingestellten Rezepturen verwendet. Das bituminöse Bindemittel kann ale Heißbitumen oder in gelöster Form als Verschnitt- oder Kaltbitumen oder vor allem als Bitumenemulsion eingesetzt werden. Moderne Verfahren arbeiten vorrangig mit Bitumenemulsionen, die als anionen- oder kationenaktive oder nichtionische Produkte vorliegen. Infolge ihrer guten Eigenschaften haben sich vor allem kationenaktive Bitumenemulsionen weltweit durchgesetzt. Durch die verwendeten kationenaktiven Emulgatoren werden die emulgierten Bitumenteilchen positiv aufgeladen. Da andererseits die verwendeten Gesteinsbaustoffe an der Oberfläche zumeist negativ geladen sind, z· B. Quarz, Quarzit, Porphyr, Granit u. a., kommt es zwischen Bitumen und Mineral zu einem festen Haftverbund. Bei Verwendung anionenaktiver bituminöser Emulsionen wird dieser Haftverbund besonders gut mit solchen Minera lien erreicht, die oberflächlich positiv geladen sind, z. B.

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Basalt. Beim Einsatz der anionenaktiven Emulsionen bei anderen Gesteinen iat der Brechvorgang gar nicht oder nur schlecht zu regeln« Im allgemeinen ist ein völliges Abbinden erst nach dem Verdunsten des Wassers erfolgt. In gleicher Weise reagieren auch nichtionogene Emulsionen. Zur Verkürzung der Abbindezeit werden oft hydraulisch abbindende Stoffe, wie Zement oder gebrannter Kalk, hinzugefügt. Der Nachteil dieser Verfahren besteht in der langen Abbindezeit, wodurch teilweise unvertretbar lange Sperrzeiten für die zu sanierenden Straßen notwendig sind· In modernen Schlämmegeräten, die auf Fahrzeugen montiert sind, werden vorrangig kationenaktive Bitumenemulsionen und Gesteinsbaustoffe kontinuierlich dosiert, gemischt und auf die StraßenoTJerflache aufgetragen. Je nach Stabilität der Emulsionen tritt ein mehr oder minder schneller Brechvorgang ein, bei dem das Bitumen mit dem Mineral einen festen Belag bildet, das Wasser ausgeschieden wird und abfließt. Durch dieses Verfahren können die Brechzeiten und damit auch die Sperrzeiten für die entsprechenden Straßen verkürzt werden. Für diese Verfahren gibt es zumeist speziell eingestellte Bitumenemulsionen mit vorher erprobten Emulgatorarten und -mengen. Pur bituminöse Schlämmen werden zumeist stabile Emulsionen benötigt, die den Mischvorgang und das Ausbringen möglichst ohne vorherigen Brechvorgang überstehen. Zur weiteren Stabilisierung d*s Schlämmegemisches werden zusätzlich noch V/asser und sogenannte Maskierungsmittel hinzugegeben. Diese Mittel haben die Aufgabe, das Mineralgemisch vor dem Vermischen mit der bituminösen Emulsion zu benetzen. Allgemein werden hierfür solche Stoffe verwendet, die dem Emulgator der Emulsion ähnlich bzw. gleichartig sind. So werden für kationenaktive Emulsionen auch wäßrige Lösungen von kationenaktiven Tensiden als Maskierungsmittel benutzt. Ähnliche Verhältnisse liegen bei anderen Bauweisen, wie Flickungen oder bei der Herstellung von Kaltasphalten vor.

Der lachteil der bekannten Verfahren liegt in den durch die Maskierung und die Verwendung stabiler Emulsionen zg. langen Abbindezeiten des Bitumengemisches, der Gefahr der Reemulgierbarkeit der frischen Beläge und der zu geringen Festigkeitsund Abriebwerte der bituminösen Schichten. Weiterhin sind die bekannten Verfahren nur bei trockner und warmer Witterung mit

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Temperaturen über 15 O ausführbar und daher nur auf eine eng begrenzte Jahreszeit beschränkt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein kaltverarbeitbares Gemisch für Straßenbauzwecke aus Mineralbaustoffen und Bitumenemulsionenf das vorrangig im Schlämmeverfahren hergestellt werden soll und mit dem die Nachteile der nach dem Stand der Technik bekannten Gemische beseitigt werden. Dabei sollen bituminöse Straßenbeläge erhalten werden, die nach kurzer Zeit abbinden und dadurch befahrbar werden. Das Bitumengemisch soll auch bei niedrigen Temperaturen zwischen 5 und 15 ⁰C herstellbar sein und zu Straßenbelägen führen, die eine hohe Lebensdauer auch bei schwerem Verkehr besitzen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kaltverarbeitbares Gemisch für Straßenbauzwecke aus Mineralbaustoffen, Zusätzen und Bitumenemulsionen zu entwickeln, das im Schlämmeverfahren und für andere kalteinbaufähige Gemische, wie Asphalt beton, Tragschichten u. a. herstellbar ist, das kurz nach der Verlegung abbindet, dadurch nicht reemulgierbar ist und befahrbar wird und das bituminöse Beläge mit hoher Festigkeit auch bei niedrigen Temperaturen bildet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein kaltverarbeit bares Gemisch aus Mineralbaustoffen, Zusätzen und Bitumenemulsionen, die 0,01 bis 5 Ma.-% von Salzen tertiärer alkoxyliertei Amine mit der Formel enthalten:

^R1 -

-CH- 0)

-CH- 0).

H H

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wobei R- ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 12 bis 22, vorzugsweise 16 bis 18 Kohlenstoffatomen, Ii₂ und R^ ein CH^- oder CgHc-Radikal oder ein H~Atom, A" ein Anion, vorzugsweise HSO₄"*, Cl" oder CH₃COO"" und χ + y § 20 sind. Die Bitumenemulsionen können beliebiger Art sein, sowohl ajaionen- oder kationenaktiv als auch nichtionogen*

Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch Einsatz von tertiären Salzen alkoxylierter Amine im Bitumengemisch gena,u regelbare Brechzeiten erzielt werden können. Die erfindungs;-gernäß vorgeschlagenen Salze der alkoxylierten Amine werden vorteilhaft in wäßriger Lösung mit einem pH-Wert von 1 bis 6 a.ls Maskierungsmittel in bituminösen Schlämmeverfahren eingesetzt. Pur das Gemisch eignen sich vor allem solche Miheralbaustoffe, die an der Oberfläche negativ geladen sind, wie beispielsweise Quarz, Quarzite, Porphyr, Quarzporphyr, Granit, Diabas u. ä;. Die Salze der alkoxylierten Amine blockieren die Gesteinsoberfläche, so daß die nachfolgend eingemischte Bitumenemulsion zunächst unbeeinflußt nefeen dem Gesteinsmaterial im kaltverarbeitbaren Gemisch vorhanden ist. Nach einer gewissen Zeit, die von der Menge und der Zusammensetzung der Salze der alkoxylierten Amine abhängig ist, bricht jedoch das gesamte Gemisch schlagartig und scheidet das Emulsionswasser ab. Es bildet sich sehr schnell ein wasserfester, nicht reemulgierbarer Belag mit hoher Verschleißfestigkeit. Die regenerierte Straße kann nach kurzer Zeit befahren werden. Dieser Brechvorgang findet auch bei Temperaturen unter 15 bis zu +5 ⁰C statt. Die zeitliche Verzögerung des Brechvorganges bis zu seiner schlagartigen Auslösung kann durch die Menge der Salze der alkoxylierten Amine in weitem Bereich nach Wunsch eingestellt werden. So ist es auch möglich, eine Verzögerung bis zu 2 Stunden zu erreichen, wenn über 3 Ma.-#, berechnet auf das Mineralgemisch, von den vorgeschlagenen Salzen eingemischt werden. Weiterhin ist äine zeitliche Regulierung auch durch Einstellung des pH-Wertes möglich. Bei Verwendung kationenaktiver Bitumenemulsionen wird durch Erniedrigung der pH-Werte eine Verlängerung des Brechzeitbeginns erreicht. Gleichzeitig ist damit eine Verminderung des Zusatzes an den vorgeschlagenen Salzen möglich.

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Bei Verwendung nichtionogener und anionenaktiver Bitumenemulsionen, müssen dagegen höhere pH-Werte in der Maskierungslösung eingestellt werden. PH-Werte unter 5 führen bei diesen Emulsionen meist zu spontanem Brechen dea Gemisches. Die Verwen-* dung der vorgeschlagenen tertiären Salze der alkoxylierten Amine als Maskierungsmittel führt in jedem Falle nach Vollendung des Brechvorganges zu verschleißfesten und abriebbeständigen Belägen. Das ist um so überraschender, da alle bisher verwendeten und bekannten Maskierungsmittel mit steigender Menge zu immer weicheren, lockeren und nur schlecht abbindenden Belägen führten. Unabhängig von der verwendeten Menge an Maskierung mittel in Form der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Salze der alkoxylierten Amine wurden in jedem Fall ein Schichtdickenabrieb bei 25 ⁰G nach 24 h V/a ss er lagerung von unter 1,0 kg/m ermittelt, während bei Verwendung bekannter Maskierungsmittel, besonders bei Anwendung höherer Konzentrationen, der geforderte Schichtenabrieb von unter 1,5 kg/m teilweise weit überschritten wurde.

Ausführungsbe^iele

Die nachfolgend aufgeführten Ausführungsbeispiele sind auf der Grundlage folgender bekannter Bitumenemulsionen mit einen Bitumenanteil von jeweils 60 %·-# B 200 aufgebaut.

Emulsion 1 ist kationenaktiv und enthält 0,5 Ma.-% eines Diamin

als Emulgator mit der Formel R-UH-(CH₂)O-NH₂ . 2 HCl

mit R = C 12 bis C 20. Die Emulsion ist unstabil

und besitzt einen pH-Wert von 3·

Emulsion 2 ist kationenaktiv und enthält 0,5 Ma.-% eines langkettigen quartären Ammoniumsalzes als Emulgator mit oxäthylierten Gruppen und Salzsäure. Die Emulsion ist halbstabil und besitzt einen pH-Wert von 3-

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Emulsion 3 ist anionenaktiv und enthält 1,0 Ma.-# des Kaliumsalzes einer langkettigen Fettsäure als Emulgator. Die Emulsion ist unstabil und hat einen pH-Wert von 9«

Emulsion 4 ist nichtionogen und enthält 1,0 Ma.-% eines ethoxylierten Alkylphenols als Emulgator. Die Emulsion ist stabil und hat einen pH-Wert von 8.

Zur Bestimmung der Brechzeit und des Abriebes werden folgende Prüfmethoden angewendet s

* Bestimmung der Brechzeit

In einer Schale werden 100 g Brechsand 0/2 (Quarzporphyr) mit einem Feinanteil unter 0,02 mm von 12 % mit 10 g Wasser und dem zu prüfenden Maskierungsmittel gründlich vermischt. Danach werden 20 g Bitumenemulsion eingewogen. Eine Stoppuhr ist mit dem unmittelbar nachfolgendem Durchrühren in Gang zu setzen. Das Rühren erfolgt mit ca. 60 Rührbewegungen pro Minute mittels Metallspatecfc. Als Beginn der Brechzeit ist die Zeit zu bestimmen, bei der das leicht rührbare, breiförmige Gemisch eindickt und ein deutlich spürbarer Rührwiderstand zu bemerken ist. Die dabei ermittelte Zeit gilt in den folgenden Beispielen als Maß für die Brechzeit.

2. Bestimmung des Abriebs

Eine nach Vorschrift 1 hergestellte Mischung wird bis zur Hälfte der Zeit, die zum Erreichen des Brechens erforderlich ist, gerührt und zu Prüfkörpern gemäß Empfehlung Nr. Sw 17/01 und 17/02 für das Straßenwesen von der Hauptverwaltung des Straßenwesens der DDR vom August 1978 weiter verarbeitet. Die dabei hergestellten Prüfplatten werden auf Schichtdickenabrieb bei 298 K nach 1 h Wasserlagerung geprüft. Der dabei ermittelte Abrieb in kg/m gilt in den Beispielen als ^Maß für die Qualität des Strs^enbelages. Der Abrieb soll unter 1,5 kg/m liegen.

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1. Gemäß Priifmethode 1 werden die 4 beschriebenen Emulsionen eingesetzt. Dabei wird als Maskierungsmittel eine 35#ige wäßrige Lösung eines nach dem Stand der Technik bekannten Diamine verwendet. Der pH-Wert wird bei den Emulsionen 1 und 2 auf 3, bei den Emulsionen 3 und 4 auf 6 eingestellt. In der Mischreihe I werden von dieser Lösung 1,0 %, bezogen auf das Gesteinsgemisch, in Mischreihe II 2,5 % und in Mischreihe III 5 % eingesetzt.

Die erhaltenen Brechzeiten und die Abriebwerte gemäß Beispiel 3 sind in Tabelle 1 enthalten.

Tabelle 1

Emulsion Emulsion Emulsion Emulsion 12 3 4

Misch reihe 1,0 %	Brechzeit τ Ce) ^x Abrieb (kg/m²)	5 3,5	10 O	,9	sofort 7	über 2,	2 O	h
Misch reihe 2,5 %	Brechzeit II ^(s) ¹¹ Abrieb (kg/m2)	20 2	50 1	,4	10 5	über 8	2	h
Misch reihe 5 %	Brechzeit III :,^B'. , (kg/m²)	180 20	60 15	min	20 8	über 35	2	h

Demgegenüber werden durch Anwendung vorliegender Erfindung folgende Ergebnisse erzielt:

2. Als Maskierungsmittel werden in 3 Mischreihen jeweils 1,0; 2,5; 5 und 7,5 % einer 35&igen wäßrigen Lösung eines Salzes eines alkoxylierten Amins mit der Formel

_{1 ß}

(CH₉ - CH₅ - O).,

^{2 2 3}

(CH₂ - CH₂ - O)₂

H H

HSO,

eingesetzt. Die erhaltenen Brechzeiten und die Abriebwerte sind in Tabelle 2 enthalten.

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Tabelle 2	Brechseit (s) Abrieb (kg/m²)	Emulsion 1	Emulsion 2	Emulsion 3 .	Emulsion 4
Reihe I 1,0 %	Brechseit (a) Abrieb (kg/m²)	12 0,85	19 0,48	10 1,2	20 min 0,75
Reihe II 2,5 %	Brechzeit (a) Abrieb (kg/m²)	60 0,25	92 0,15	30 0,52	60 min 0,75
Reihe III 5,0 %	Brechzeit (s) Abrieb (kg/m²)	240 0,75	360 0,54	90 0,59	über 2 h 0,91
Reihe IV 7,5 %	35 min 0,88	6 O min 0,78	120 0,95	über 2 h 1,2

3· Als Maskierungsmittel wird die wäßrige Lösung eines Gemisches von alkoxylierten Aminhydrochloriden mit der allgemeinen Formel

AGE₉ - CH - 0)_ H

- TTr ^{2 x}

(CHp - CH - O) H

Cl"

mit R₁ = C 12 bis 20, R₂ = H oder CH₃ oder C₃H₅ χ + y =

eingesetzt.

Es werden ähnliche Ergebnisse wie bei Beispiel 2 erzielt.

4» Als iiaskierungsmittel wird eine wäßrige Lösung eines Gemisches von essigsauren Salzen alkoxylierter Amine verwendet. Es werden ähnliche Ergebnisse wie in Beispiel 2 erzielt.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Kaltverarbeitbares Gemisch für Straßenbauzwecke aus Mineralbaustoffen, Zusätzen und Bitumen emulsion en," g Vk e η η zeichnet durch 0,01 bis 5 .*%.·««# von Salzen tertiärer alkoxylierter Amine mit der Formel

(CH₀ -CH-

(CH₀ - CH - 0)„ H H^l ^y

A"

wobei R- ein aliphatischer Kohlenwasaerstoffr.est mit 12 bis 22, vorzugsweise 16 bis 18 Kohlenstoffatomen, R₂ und R^ pin CHo- oder C₂H,--Radikal oder ein Η-Atom, A" ein Anion, vorzugsweise HSO."", Cl" oder CHoCOO" und χ + y ^" 20 ist.
2. Kaltverarbeitbares Gemisch nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bitumenemulsion kation aktiv ist.
3. Kaltverarbeitbares Gemisch nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bitumenemulsion anion enaktiv oder nichtionogen ist.