DE4017377A1 - Strassenbelag-gemisch und verfahren zur herstellung eines strassenbelags - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gemisch, das als ein verbesserter Straßenbelag bestimmt ist, der eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen das Eindringen in die abschließende Decke und/oder die Grunddecke aufweist, insbesondere ein Straßenbelag aus Hydrokarbon-Beton. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung dieses Straßenbelags.

Im Dokument US-A-37 28 211 ist bereits die Verwendung von synthetischen oder mineralischen Fasern, wie Glasfasern oder Nylonfasern, in Asphalt beschrieben.

Aus dem Dokument US-A-43 60 483 ist die Verwendung von oberflächenbehandelten Glasfasern in Bitumengemischen bekannt, um diese zu verstärken.

Das Dokument EP-A-00 58 290 bezieht sich auf ein Asphaltgemisch, das Mineralfasern enthält.

Das Dokument EP-A-00 18 491 beschreibt eine Bewehrung für bituminöse Beläge, die aus Fasern und Fäden aus Polypropylenfasern besteht. Man hat aber festgestellt, daß die Polypropylenfasern kein für die Temperaturen geeignetes Verhalten bewirken, die bei der Verwendung von Bitumengemischen auftreten, insbesondere Temperaturen über 160°C.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein für einen Straßenbelag bestimmtes Gemisch zu schaffen, bei dem eine erhöhte Energie für die Bruchbildung erforderlich ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein als Straßenbelag bestimmtes Gemisch zu schaffen, bei dem die Kohäsion des Hydrokarbon- Bindemittels erhöht ist, und insbesondere ein Gemisch der oben genannten Art, das einen erhöhten Widerstand gegen die Verformung durch Kriechen oder Eindringen aufweist.

Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch ein Gemisch gelöst, das einen an sich bekannten Hydrokarbon- Beton und Acrylnitril-Fasern enthält, vorzugsweise in Nierenform.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist unter "Hydrokarbon-Beton" jede Mischung eines Hydrokarbon- Bindemittels mit mineralischen Zuschlagstoffen zu verstehen, wie Kies, Splitt, Sand, Füllstoff usw. Unter "Hydrokarbon-Bindemittel" ist jedes Bindemittel auf der Grundlage von Bitumen, Teer oder einer Mischung davon sowie durch die Zugabe von Polymeren und/oder Ölen jeglicher Art modifiziertes Bindemittel zu verstehen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Acrylnitril-Fasern im wesentlichen eine Länge zwischen 2 und 20 mm auf.

Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens enthält das Gemisch diese Acrylnitril-Fasern mit einem Anteil von 0,1 bis 1%. Tatsächlich liefert ein Gehalt von weniger als 0,1% kein wirtschaftlich interessantes Ergebnis, und bei Gehalten über 1% treten Schwierigkeiten bei der Mischung auf, ohne daß man ein wesentlich verbessertes Ergebnis erhält.

Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Straßenbelags, wobei man einen an sich bekannten Hydrokarbon-Beton warm mit Acrylnitril-Fasern mischt. Man bringt die so erhaltene Mischung auf den zu bedeckenden Träger auf und führt eine Verdichtung in herkömmlicher Weise durch.

Die Kohäsion des so erhaltenen Straßenbelags auf dem zu bedeckenden Träger hängt im wesentlichen von drei Parametern ab:

• 1. den inter- und intramolekulären Kräften, eine dem Material innewohnende Eigenschaft;
• 2. den Adhäsionskräften; die Adhäsion wird beeinflußt:
  • - durch die chemische Eigenschaft der einander berührenden Körper;
  • - durch die Vorbehandlung der Oberflächen der in Berührung stehenden Körper: die Erfindung erstreckt sich auf jeden Zusatz zum Hydrokarbon-Bindemittel, der die Verbesserung der Bindung zum Ziel hat.

Die Kohäsion wird um so größer sein wenn:

• - die Umhüllung der Fasern durch das Bitumen groß ist;
• - die Oberflächenausdehnung der Fasern groß ist.

Dies bedeutet, daß für ein vorgegebenes Fasergewicht die Gestaltung der Fasern so sein sollte, daß sie eine möglichst große Oberfläche aufweisen, was dadurch erreicht werden kann, daß die Querschnittsfläche der Fasern verringert und/oder die Art des Querschnitts geändert wird. Es versteht sich, daß diese Ausdehnung der Oberfläche für einen vorgegebenen Gehalt an Hydrokarbon- Bindemittel einen bestimmten Wert nicht überschreiten darf, um sicherzustellen, daß die Umhüllung der Fasern vollständig ist.

Man stellt fest, daß die enthaltenen Fasern während des Verdichtungsvorgangs nicht wesentlich verformt werden. Sie verbinden daher nicht die Zuschlagstoffe miteinander und sind nicht notwendigerweise untereinander verbunden.

Der erfindungsgemäße Belag verbessert wesentlich den Widerstand gegen Kriechen oder, mit anderen Worten, die thermische Empfindlichkeit der "Bindemittel"-Phase. Ein gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellter Hydrokarbon-Beton weist daher keine wesentliche Erhöhung der Bruchspannung unter Druck auf. Vielmehr wird die Bruchenergie mit einem Faktor von 1,5 bis 2 multipliziert, verglichen mit einem Hydrokarbon-Beton herkömmlicher Art. Daraus folgt eine erhebliche Verbesserung des Eindringwiderstands unter statischer, dynamischer oder periodischer Belastung oder unter der Wirkung einer Temperaturerhöhung. Es ist wichtig festzustellen, daß eine vollständige Umhüllung jeder Faser durch das Hydrokarbon- Bindemittel sichergestellt sein muß. Um dies zu erreichen, erfolgt das Einbringen der Fasern vorzugsweise in der Mischvorrichtung für den Hydrokarbon-Beton.

Das Einbringen der Fasern auf der Baustelle sollte nur dann in Betracht gezogen werden, wenn eine vollständige Umhüllung gleichwohl sichergestellt ist.

Andererseits ist zu bemerken, daß eine Verringerung der thermischen Empfindlichkeit des Bindemittels auch durch die Zugabe von Füllstoffen oder Zuschlagstoffen oder durch die Verwendung von härteren Bindemitteln erreicht werden kann. Diese Techniken verringern jedoch die Verformbarkeit des Bindemittels und somit seinen Widerstand gegen Reißen; diese Nachteile ergeben sich bei der Erfindung nicht.

Man kann auch von einem Bindemittel Gebrauch machen, das behandelt wurde, um die Adhäsion oder die Aufrechterhaltung der Adhäsion an den Fasern zu verbessern.

Die Erfindung wird nachfolgend in Einzelheiten in Beispielen anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm des Ergebnisses eines Kriechversuchs ohne Fasern;

Fig. 2 und 3 Diagramme der Ergebnisse von Kriechversuchen an Gemischen, die Acrylnitril-Fasern enthalten; und

Fig. 4 eine Darstellung der Ergebnisse eines Eindringversuchs.

In den verschiedenen, nachfolgend beschriebenen Versuchen wurden Gemische mit verschiedenen Fasergehalten verglichen, wobei der Hydrokarbon-Beton streng identisch gehalten wurde.

Das Gemisch enthält:

Granulat
10/20:	8%
7/10:	29,4%
2/7:	17%
0/2:	37%
Füllstoff:	8,6%
Bitumen:	6%
und Fasern:	0,3% Probe Nr. 1
	0,3% Probe Nr. 2
	0% Probe Nr. 3

Die Mischung wird in einem beheizten Rührwerk bei 160°C hergestellt. Die Mischung wird dann in eine Form (100 × 100 × 5 cm) gegeben, wo sie mittels einer Vibratorplatte verdichtet wird.

Es wurden Eindringversuche durchgeführt, und das Ziel dieses Versuchs ist es, unter den gegebenen Versuchsbedingungen die Empfindlichkeit eines verdichteten Hydrokarbongemischs gegen Eindringen zu ermitteln. Die Oberfläche einer Probe aus Hydrokarbon-Gemisch wird der Wirkung von zwei belasteten Rädern ausgesetzt.

Ein Bohrkern von ±63 cm Durchmesser und 5 cm Dicke wird in eine auf der Drehscheibe eines Verkehrssimulators befestigte Form eingesetzt. Die beiden Räder drehen sich in einer festen vertikalen Ebene um eine horizontale Achse. Diese Räder werden mittels einer Reihe von Gewichten von 10 kg belastet.

Kennwerte:
- maximale Geschwindigkeit: ±1 m/s
- auf jedes Rad aufgebrachte Gewichte: 40 kg
- Reifen Vredestein 260 × 85-4 P/R
- Versuchstemperatur 40 ±1°C.

Ein Zähler ermöglicht die Bestimmung der Anzahl der Umdrehungen, und die Messungen der Eindringtiefe werden mittels einer Vergleichseinrichtung durchgeführt. Die Messungen erfolgen auf zwei senkrechten Durchmessern.

Die Ergebnisse sind in Fig. 4 dargestellt.

Die Eindruckmessungen haben die folgenden Maximalwerte ergeben:

• - Probe 1: d=3,6 mm
• - Probe 2: d=3,6 mm
• - Probe 3: d=9,6 mm.

Somit ist deutlich ein besseres Verhalten der erfindungsgemäßen Gemische festzustellen.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Gemischs werden auch durch einen Kriechversuch deutlich.

Die Bohrkerne des Typs MARSHALL (Durchmesser 10 cm; h= 6,5 cm) werden in ein thermostatisch geregeltes Glycerinbad gebracht. Eine Temperatur-Programmsteuerung ermöglicht es, die Temperatur kontinuierlich zu ändern.

Eine zusätzliche Belastung ist vorgesehen, um die Gleichmäßigkeit der Temperatur in dem Bad zu verbessern. Gewichte werden auf die Probe in der Weise aufgebracht, daß die ausgeübte Druckbelastung 1,5 kg/cm² beträgt. Eine Vergleichseinrichtung ermöglicht es, die Veränderung des Materialverhaltens in Abhängigkeit von der Temperatur zu verfolgen.

Verschiedene Gemische wurden dem Versuch unterzogen, insbesondere ein Bitumengemisch, das keine Fasern enthält (Fig. 1), ein Bitumengemisch, das Acrylnitril-Fasern VF 10 30/6 (DOLANIT HOECHST) enthält (Fig. 2) und ein Gemisch, das Acrylnitril-Fasern VF 11 100/6 (DOLANIT HOECHST) (Fig. 3) enthält, jeweils im Verhältnis von 0,3%.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt, in denen das Einsinken (in mm) in Abhängigkeit von der Temperatur (°C) angegeben ist. Es ergibt sich, daß das Verhalten des Gemischs, das Fasern enthält, bei den Temperaturen der realen Verwendung wesentlich besser ist.

Man kann den erfindungsgemäßen Straßenbelag als Verschleißdecke oder als Unterdecke verwenden, ggf. kombiniert mit einer Decke, die aus Metallfasern enthaltendem Hydrokarbon besteht.

Außer einer wirksamen Oberflächenausdehnung, die die Adhäsion in dem Bitumengemisch verbessert, verbessern die Fasern in Nierenform auch den Zusammenhalt durch einen zusätzlichen Mechanismus, der eine mechanische Wirkung ist, durch die das Bindemittel "eingeklemmt" wird in dem Hohlraum zwischen den beiden Wölbungen der Nierenform.

Außerdem haben die Fasern in Nierenform eine geringe Neigung, sich bei dem Mischvorgang des Gemischs zusammenzuballen, weil es hierzu notwendig wäre, daß die Fasern derart flächig aneiander liegen, daß die Wölbungen in die Hohlräume "eingreifen", was statistisch wenig wahrscheinlich ist.

Claims (7)

1. Straßenbelag-Gemisch, enthaltend einen an sich bekannten Hydrokarbon-Beton und Acrylnitril-Fasern, vorzugsweise in Nierenform.

2. Straßenbelag-Gemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Fasern im wesentlichen eine Länge zwischen 2 und 20 mm aufweisen.

3. Straßenbelag-Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die Fasern mit einem Anteil im wesentlichen von 0,1 bis 1 Gewichtsprozent enthält.

4. Straßenbelag-Gemisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Durchmesser zwischen 10 und 120 µm haben.

5. Verfahren zur Herstellung eines Straßenbelags, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hydrokarbon-Beton bekannter Art warm mit Acrylnitril-Fasern, vorzugsweise in Nierenform, in einem Verhältnis von 0,1 bis 1 Gewichtsprozent gemischt wird, daß eine.so erhaltene Mischung auf den zu bedeckenden Träger aufgebracht wird und daß eine Verdichtung in herkömmlicher Weise erfolgt.

6. Verwendung des Gemischs nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Verschleißdecke oder als Unterdecke, ggf. kombiniert mit einer Decke, die aus Metallfasern enthaltendem Hydrokarbon-Beton besteht.

7. Verwendung des Gemischs nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als eine gegen Eindringverformung widerstandsfähige Decke.