DE2649696A1 - Mischgut zur herstellung eines eine eisbildung hemmenden und schnee tauenden strassenbelags - Google Patents

Description

PLASTIROUTE S.A. Genf (Schweiz)

Mischgut zur Herstellung eines eine Eisbildung hemmenden und Schnee tauenden Strassenbelags

(Zusatz zum Patent Nr. ... (Anmeldung P 24 26 200. 8-43)

Das Hauptpatent . . . (Patentanmeldung P 24 26 200.8-43) betrifft ein Mischgut zur Herstellung eines eine Eisbildung hemmenden und Schnee tauenden Strassenbelags, insbesondere aus einem bituminösen Material, mit auftauenden Zusätzen aus mit Wasser reagierenden Halogenidteilchen, vorzugsweise Calciumchlorid-Teilchen, Alkalimetallhydroxid-Teilchen, vorzugsweise Natriumhydroxid-Teilchen, und Calciumhydrid-Teilchen, wobei wenigstens der grösste Teil der Halogenid- und Alkalimetallhydroxid-Teilchen mit einer wasserdichten Umhüllung, vorzugsweise aus einem trocknenden OeI, wie Leinöl, oder aus einem Kunststoff, umgeben ist und wobei der Anteil der auftauenden Zusätze im Mischgut zwischen 2 und 7 Gewichts-% beträgt.

0900/P460. 12D. 19a Bll/jO/sch.

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Dabei bildet die die Zusatzteilchen umgebende Umhüllung eine Schutzschicht, die im wesentlichen erst durch Abrieb infolge des Fahrzeugverkehrs zerstört wird. Dadurch wird erreicht, dass nur indem Masse, wie der Strassenbelag durch Abnützung abgerieben wird, immer neue, ursprünglich tiefer liegende Teilchen an der Strassenoberfläche erscheinen und durch Freilegung ihres Teilchenkerns wirksam werden, so dass ihre auftauende Wirkung praktisch während der gesamten Lebensdauer des Strassenbelages erhalten bleibt.

Die auftauenden Zusätze werden vorzugsweise in Form eines fertig vorbereiteten Gemisches in die Mischanlage eingegeben, in welcher das Mischgut hergestellt und zwecks Verlegung aufbereitet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gemisch der Zusatzteilchen noch zu verbessern. Das wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die auftauenden Zusätze im Mischgut aus 90 - 97 Gewichtsteilen Halogenidteilchen, 3-10 Gewichtsteilen Alkalimetallhydroxid -Teilchen, 0,01 - 0,15 Gewichtsteilen Calciumhydrid und 2-4 Gewichtsteilen einer die Umhüllung bildenden Substanz bestehen.

Vorzugsweise sind alle auftauenden Zusatzteilchen mit einer Umhüllung wie Leinöl versehen. Das erleichtert die Herstellung des Zusatzgemisches, indem einfach alle drei Teilchenarten zusammen mit der Umhüllungssubstanz in einen Mischer eingegeben und gut durchmischt werden,

hydrid und konserviert auch weitgehend die Calciumlteilchen bis zum Abrieb der Umhüllung.

In den meisten Fällen lassen sich sehr gute Ergebnisse mit einem Zusatzgemisch erreichen, das 94 - 96 Gewichtsteile Calciumchlorid,

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4,5 - 5, 5 Gewichtsteile Natriumhydroxid, 0,015 - 0,03 Gewichtsteile Calciumhydrid und 2,5 - 3,5 Gewichtsteile Leinöl als Umhüllung s sub stanz enthält. Der Anteil des auftauenden Zusatzgemisches im Mischgut beträgt in den meisten Fällen vorzugsweise 4-6 Gewichts-%.

Bemerkenswert ist der überraschend geringe Calciumhydridanteil.

Praktische Versuche mit einem in der vorstehend erwähnten Zusammensetzung verwendeten Mischgut, das insbesondere an vereisungsgefährdeten Strass en- bzw. Autobahnabschnitten, vor allem Brücken, Tunnelauffahrten und Pass-Strassen, verlegt wurde, haben überraschend gute Ergebnisse geliefert. Unter Witterungs- und geografischen Bedingungen, bei denen sich auf konventionellen Fahrbahndecken Glatteis oder Schneeglätte bildete und welche daher eine häufige übliche Streusalz-Behandlung erforderlich machten, blieben die mit dem Mischgut nach der Erfindung hergestellten Strassenabschnitte praktisch eis- und schneefrei, ohne dass eine erhöhte Rutschgefahr oder eine Verminderung der Griffigkeit des Strassenbelags gegenüber normalen Fahrbahndecken festgestellt wurde.

Handelsübliches Calciumchlorid, das bisher schon als Streusalz eingesetzt wird und auf das im Folgenden Bezug genominen wird, ist das bevorzugte Halogenid. Jedoch sind prinzipiell auch andere Halogenide mit ähnlichen Eigenschaften, z.B. Magnesiumchlorid, verwendbar. Als Alkalimetallhydroxid ist handelsübliches Natriumhydroxid bzw. Aetznatron aus praktischen und kommerziellen Gründen bevorzugt; deshalb nimmt die nachstehende Beschreibung darauf Bezug, sie gilt jedoch im wesentlichen auch für das chemisch ähnliche Kaliumhydroxid, welches prinzipiell ebenfalls verwendbar wäre.

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Natriumhydroxid ist bisher als Streu-Taumittel im Strass enwinterdienst nicht verwendet worden, vermutlich deshalb nicht, weil man die starken Korrosionseigenschaften fürchtete und weil es ungefähr zwei- bis dreimal soviel kostet wie Calciumchlorid. Nun wurde jedoch überraschenderweise gefunden, dass Natriumhydroxid in den genannten, verhältnismässig geringen Konzentrationen als Mischgutzusatz nicht ohne weiteres vorhersehbare, erhebliche Vorteile mit sich bringt, die von der Fachwelt offenbar bisher nicht erkannt wurden. Wegen des geringen Anteils fällt der teuere Preis nicht wesentlich ins Gewicht, und es sind auch keine über die bisher in Kauf genommenen Korrosionseffekte von Streusalzen hinausgehenden nachteiligenWirkungen zu beobachten. Vielmehr zeigten zahlreiche Versuche und theoretische Ueberlegungen, dass Natriumhydroxid in den genannten geringen Konzentrationen die nachstehend erläuterten vorteilhaften Wirkungenm.it sich bringt, die wesentlich stärker sind als die üblichen bekannten Streu salz-Effekte.

Zunächst einmal bewirkt Natriumhydroxid, wie auch Calciumchlorid, durch Hydratation exotherme Reaktionen. Jedoch ist beim Natriumhydroxid sowohl die Lösungswärme, also im wesentlichen die Hydratationswärme, als auch die Gefrierpunkterniedrigung bei geringen Lösungskonzentrationen bis etwa 10 % wesentlich grosser als die von Calciumchlorid, welches erst mit steigender Lösungskonzentration über etwa 10 % hinaus in zunehm.endein.Mas se durch Hydratation Wärme freisetzt und den Wasser gefrierpunkt erniedrigt. Dagegen nimmt der exotherme Effekt bzw. die Stärke der Temperaturerniedrigung bei der Reaktion von Natriumhydroxid ab, wenn dessen Lösungskonzentration etwa 10 % übersteigt. Bei einer Lösungskonzentration von 5 % bzw. 10 % liegt die durch Natriumhydroxid bewirkte Gefrierpunkterniedrigung des Wassers bei minus 12 C bzw. minus 15 C;

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die Lösungswärme, bezogen auf eine Temperatur von 25 C, liegt bei einer Lösungskonzentration von 5 % - 10% bei ungefähr 255 ca]/g. Daher haben geringe Natriumhydroxid-Anteile starke Tauwirkungen.

Eine weitere spezifische Wirkung von Natriumhydroxid ist der sogenannte Oberflächeneffekt. Es wurde beobachtet, dass die Oberfläche von Strassenbelägen, die mit einem Mischgut nach der Erfindung verlegt wurden und durch regelmässigen Verkehr einen hinreichenden, die tauenden Zusatzteilchen freilegenden Abrieb erfahren, auch bei trockener Umgebung bzw. trockener Witterung praktisch stets eine gewisse Feuchtigkeit aufweisen, die von den Aetznatron-Teilchen ausgeht und sich um diese verbreitet. Dieser Oberflächeneffekt wird den besonderen hygroskopischen Eigenschaften von Natriumhydroxid zugeschrieben, das sehr stark Wasserdampf anzieht, daher um sich einen dünnen Feuchtigkeitsfilm bildet und zurückhält und dieses Wasser auch bei hohen Temperaturen nicht wieder abgibt; bekanntlich wird Natriumhydroxid selbst bei Erwärmung auf 1. 300 C noch nicht vollständig wasserf rei. Diese praktisch meist vorhandene Feuchtigkeit trägt erheblich dazu bei, dass gerade bei

ο kritischen Temperaturen um oder wenig unter 0 C Glatteis oder eine gefährliche Reifglätte gar nicht erst entstehen kann und fallender Schnee praktisch sofort getaut wird oder zumindest auf der Strassendecke nicht anfriert und daher leicht entfernbar ist. Wegen dieser Oberflächenfeuchtigkeit kann nicht nur das Aetznatron, sondern auch das Calciumchlorid auf der Strassenoberflache sofort seine exothermen bzw. den Gefrierpunkt erniedrigenden Reaktionen entfalten, ohne dass die für das Wirksarruwerden des Calciumchlorids erforderliche Luftoder natürliche Bodenfeuchtigkeit zu herrschen braucht. Das beschleunigt und verstärkt die Taueffekte.

Zu den bisher erläuterten Wirkungen des Natriumhydroxids kommt noch ein weiterer wichtiger Effekt, der bisher von der Fachwelt

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offensichtlich nicht erkannt worden ist. Die Kristallisation des Wassers, also die Entstehung von Schnee und Eis, beruht im wesentlichen auf der Bildung von Wasserstoffbrücken genannten Wasserstoffbindungen, durch welche die Sauerstoffatome zweier benachbarter Wassermoleküle miteinander verbunden werden und auch bereits im flüssigen Wasser Wassermoleküle assoziiert sind. Beim Eis kann in seiner stabilen Form eine Struktur derart angenommen werden, dass jedes Sauerstoffatom tetraedisch von

vier anderen Sauerstoffatomen im typischen Abstand von 2 , 76 A umgeben ist und dass auf jeder Verbindungslinie zweier Sauerstoffatome ein Wasserstoffatom unter Bildung einer Wasserstoffbrücke liegt. Ein Sauerstoffatom ist also nicht nur durch Kovalenz an zwei Was s er stoff atome mit einem O-H-Abstand von ungefähr 1 A, sondern auch durch die Wasserstoffbrücken an zwei weitere Wasserstoffatome gebunden.

Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, dass Natriumhydroxid in starkem Masse vorhandene Wasserstoffbrücken zerstört oder verdrängt und die Bildung von Wasserstoffbrücken verhindert, indem sich das Wasser stoff atom oder das Sauerstoffatom von NaOH zwischen das Wasserstoffatom eines Wassermoleküls und das Sauerstoffatom eines anderen Wassermoleküls schiebt, dadurch den für die Stabilität der Eiskristalle typischen O-O-Abstand von

ο 2, 76 A nfcmimai. verändert und ferner mit dem Wasser stoff atom oder dem Sauerstoffatom eines Wassermoleküls selber eine Brücke bildet. Es genügt offenbar, dass bereits ein einzelnes NaOH-Molekül in dieser Weise einen Eiskristall stört, um ein auch die benachbarten Kristalle beeinträchtigendes Ungleichgewicht zu erzeugen, welches die Auflösung der Kristalle und damit den Tauvorgang begünstigt.

Da ferner jedes NaOH-Molekül in der Regel mit 28 bis 56 oder mehr Wassermolekülen reagiert, während jedes Calciumchlorid-

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molekül mit 6 Molekülen reagiert, ist der Effekt einer verhältnismässig geringen Natriumhydroxid-Konzentration im Taumittel sehr stark. Durch Infrarot-Spektroskopie konnte das Verschwinden von Wasserstoffbrücken in Gegenwart von Natriumhydroxid bewiesen werden, da Wasserstoffbrücken im Infrarot-Spektrum charakteristische Linien erzeugen. Die Störung der Eiskristallbildung durch Natriumhydroxid wird nun durch die Gegenwart von Calciumchlorid verstärkt. Ausserdem bilden sich aus den Rückständen bzw. den Reaktionsprodukten von NaOH und CaQjJo weitere Verbindungen, die ihrerseits zusätzlich den Gefrierpunkt des Wassers herabsetzen.

Der günstige Kombinations effekt von Natriumhydroxid muss als überraschend betrachtet werden.

Die günstige Wirkung des Calciumhydrids, das nur in der angegebenen äusserst geringen Konzentration verwendet wird, besteht darin, dass es auch mit kaltem Wasser heftig unter Freisetzung von Wasserstoff reagiert, was die eishemmenden Effekte der beiden anderen Substanzen vervollständigt und über die Bildung von Salzsäure die Verbindung von Natrium und Chlor zu Kochsalz begünstigt.

Abschliessend wird ein Ausführungsbeispiel, mit dem gute Ergebnisse erzielt wurden, näher beschrieben. Zur Herstellung des Zusatzgemisches werden 950 Gewichtsteile Calciumchlorid in Form von handelsüblichen 77/80%igen Schuppen, 50 Gewichtsteile Natriumhydroxid in Form von handelsüblichen Schuppen, die praktisch wasserfrei sind und Konzentrationen von 98 - 100% aufweisen, und 0,2 Gewichtsteile handelsübliches Calciumhydrid sowie 30 Gewichtsteile gekochtes Leinöl, sogen. Standöl, in einen Mischer eingegeben und gut durchmischt, so dass praktisch alle Teilchen von einer

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Leinölumhüllung umgeben werden. Wenn die Gewichtsteile kg sind, dann liefern die angegebenen Werte ein Zusatzgemisch von 1030,2 kg.

Dieses Zusatzgemisch wird anschliessend in Säcke abgefüllt und zur Aufbereitungsstation für das Mischgut transportiert. Es sei angenommen, dass in der erhitzten Mischanlage dieser Station Mischgut-Chargen von jeweils 1600 kg hergestellt werden, die anschliessend auf Lastkraftwagen an die Baustelle gebracht werden. Zur Herstellung einer Mischgut-Charge werden 1296 kg Kies verschiedener Grossen, 130 kg Steinmehl als Füller, 94 kg Bitumen und 80 kg des fertig vorbereiteten Zusatzgemisches gut durchmischt, wobei natürlich die angegebenen Anteile in gewissen Fehlergrenzen, z.B. bis-um+ 5%, variieren können.

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Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE :

1. Mischgut zur Herstellung eines eine Eisbildung hemmenden und Schnee tauenden Strassenbelags, insbesondere aus einem bituminösen Material, mit auftauenden Zusätzen aus mit Wasser reagierenden Halogenidteilchen, vorzugweise Calcrumchlorid-Teilchen, Alkalimetallhydroxid-Teilchen, vorzugsweise Natriumhydroxid-Teilchen, und Calciumhydrid-Teilchen, wobei wenigstens der grösste Teil der Halogenid- und Alkalimetallhydroxid-Teilchen mit einer wasserdichten Umhüllung, vorzugsweise aus einem trocknenden OeI, wie Leinöl, oder aus einem Kunststoff, umgeben ist und wobei der Anteil der auftauenden Zusätze im Mischgut zwischen 2 und 7 Gewichts- % beträgt, nach dem Hauptpatent Nr. . . (Patentanmeldung P 24 26 200.8-43), dadurch gekennzeichnet, dass die auftauenden Zusätze aus 90 - 97 Gewichtsteilen Halogenidteilchen, 3-10 Gewichtsteilen Alkalimetallhydroxid-Teilchen, 0,01 - 0,15 Gewichtsteilen Calciumhydrid und 2-4 Gewichtsteilen einer die Umhüllung bildenden Substanz bestehen.

2. Mischgut nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Arten der auftauenden Zusatzteilchen mit einer wasserdichten Umhüllung versehen sind.

3. Mischgut nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zusätze aus 94 - 96, vorzugsweise 95 Gewichtsteilen Calciumchlorid, 4,5 - 5,5, vorzugsweise 5 Gewichtsteilen Natriumhydroxid, 0,015 - 0,03, vorzugsweise 0,02 Gewichtsteilen Calciumhydrid und 2,5 - 3,5, vorzugsweise 3 Gewichtsteilen Leinöl als Umhüllungs substanz zusammensetzen.

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4. Mischgut nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Zusätze im Mischgut 4-6, vorzugsweise 5 Gewichts-% beträgt.

5. Mischgut nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es 94 Gewichtsteile Bitumen, 1269 Gewichtsteile Kies verschiedener Grosse, 130 Gewichtsteile Steinmehl und 80 Gewichtsteile an auftauenden Zusätzen aufweist, wobei diese Anteile bis um + 5% variieren können.

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