DE4032218A1

DE4032218A1 - Verfahren zur herstellung von asphaltmischungen

Info

Publication number: DE4032218A1
Application number: DE4032218A
Authority: DE
Inventors: Andre Constant Clemen Gastmans
Original assignee: NYNAES NV
Current assignee: NYNAES NV
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1990-10-11
Publication date: 1991-04-18
Also published as: FI904875A0; FI904875A7; DK245590D0; NO904376D0; NO904376L; EP0422315A1; DK245590A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Asphaltmischungen, die mineralische Zuschläge, zumindest ein Polymeres und Bitumen enthalten.

Seit Ende der 60er Jahre werden Polymere dem Bitumen (der Ausdruck "Bitumen", wie er hier und in den Ansprüchen verwendet wird, hat die in Europa übliche Bedeutung und gilt als Synonym für den in den USA benutzten Ausdruck "Asphalt") zugemischt, um die rheologischen Eigenschaften des Bitumens zu verbessern. Durch Verwendung verschiedener Polymere, wie Styrol-Butadien- Styrol-Copolymere (SBS), Ethylenvinylacetat-Copolymere (EVA), Ethylen-Propylen-Dien-Copolymere (EPDM) und andere, wird der Brechpunkt nach Fraaß gesenkt und der Erweichungspunkt (Ring- und -Kugel) erhöht.

Dies bedeutet, daß die Differenz zwischen dem Brechpunkt nach Fraaß und dem Erweichungspunkt sehr stark vergrößert wird. Dies bedeutet auch, daß die Viskositätsempfindlichkeit gegenüber Temperaturveränderungen herabgesetzt wird. Dieses alles bedeutet, daß die Einbeziehung von Polymeren in ein Bitumen die rheologischen und mechanischen Eigenschaften des Polymer- Bitumen-(PmB)-Gemisches verbessert.

Die klassische Art der Herstellung von Asphaltmischungen aus mineralischen Zuschlägen, zumindest einem Polymeren und Bitumen besteht darin, daß zuerst eine Mischung aus Bitumen und (einem) Polymeren hergestellt wird, und die Mischung dann in einer Asphaltmischeinheit auf ein Zuschlaggemisch von Steinen, Sanden und Füllstoffen gegeben wird (vgl. z. B. EP-B1-00 01 440).

Ein normales Verfahren zur Herstellung von PmB-Mischungen besteht darin, daß das bzw. die Polymere in das Bitumen unter Rühren bei erhöhten Temperaturen eingebracht werden (vgl. z. B. EP-B1-00 01 440, oben erwähnt). Wenn das verwendete Bitumen und das bzw. die verwendeten Polymere nicht völlig kompatibel sind, tritt bei der Lagerung der PmB-Mischung eine Trennung auf. Die Polymeren neigen dazu, teilweise aufzurahmen, und gleichzeitig neigen die Asphalte des Bitumens zum Ausfällen. Bei einem Vergleich des Erweichungspunktes (Ring-und-Kugel) vom oberen Ende und vom Boden des Behälters, in dem die Heißlagerung durchgeführt wird, wird ein erheblicher Unterschied beobachtet.

Zur Überwindung dieser Lagerschwierigkeiten sind mehrere Lösungen vorgeschlagen worden. So schlägt die EP-A3-01 46 163 das Einmischen der Mischung von Bitumen und der Polymere in die Zuschläge vor (in dieser Druckschrift wird der US-Ausdruck "Asphalt" verwendet).

Die EP-A1-02 05 774 lehrt die Verwendung eines zweiten Styrol- Butadien-Kautschuks.

Gemäß der EP-A3-01 74 795 sollen 0,01 bis 0,6% Schwefel als Zusatzstoff verwendet werden.

Die EP-A1-01 75 608 beschreibt die Verwendung einer Gammastrahlung oder einer chemischen Verbindung mit Peroxiden und Hydroperoxiden unter Wirkung von Sauerstoff.

Die EP-A1-00 96 638 lehrt die Verwendung von Polysulphiden.

Gelegentlich wird eine Grundmischung von Bitumen mit einem hohen Polymeranteil hergestellt. Diese Grundmischung wird mit Bitumen kurz vor der Verwendung auf eine gewünschte Menge des Polymeren in der endgültigen Mischung zurückgemischt (EP-A1-00 96 638).

Es ist eine Tatsache, daß es schwierig ist, kompatible Mischungen mit langer Lagerstabilität, was keine Trennung in der Mischung bedeutet, herzustellen.

Zur vollen Ausnutzung des Polymeren im PmB-Gemisch muß das Polymere im Gemisch fein verteilt werden. Dies erfordert in manchen Fällen die Verwendung langer Mischzeiten, hochgradiger Schermischer und hoher Temperaturen. In manchen Fällen ist es nicht möglich, bei allen Kombinationen von Polymerarten, Bitumenarten, Polymermengen und Bitumenmengen diese feinen Verteilungen herzustellen, selbst wenn lange Mischzeiten, hochgradige Schermischgeräte oder hohe Temperaturen verwendet werden. In manchen Fällen wird die feine Verteilung erst nach einer teilweisen Depolymerisation und chemischen Umwandlung des Polymeren erreicht.

Die endgültige PmB-Mischung besitzt eine gut definierte Polymerkonzentration. In der Praxis ist es jedoch nicht so selbstverständlich, daß sämtliche Asphaltmischungen die gleiche Polymerkonzentration in der Mischung verlangen. Es ist sehr gut möglich, daß ein Bauunternehmer zur gleichen Zeit mehrere Baustellen mit verschiedenen Asphaltzusammensetzungen hat. Die Verwendung eines fertig gemischten PmB bringt in solchen Fällen Probleme mit sich. Der Unternehmer benötigt verschiedene Gefäße zur Lagerung fertig gemischter Zusammensetzungen, die in sich verschiedene Mengen von Polymeren enthalten.

Sobald sich das fertige PmB in dem Gefäß befindet, wird dieses Gefäß für andere Bindemittel immobilisiert. Der Unternehmer muß ferner die genaue Menge des fertigen PmB kaufen. Dieses fertige PmB, das teuer ist, wird nicht in normalen Asphaltmischungen wegen des in diesem Fall wirtschaftlichen Nachteils verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Asphaltmischungen zu schaffen, das die oben angeführten Schwierigkeiten in bezug auf die Lagerungsstabilität vermeidet und die Möglichkeit schafft, daß ein und dieselbe Grundmischung für verschiedene Endpolymergehalte verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Bei der Herstellung eines Straightrun-Bitumens hängen die Eigenschaften des verbleibenden Produkts im Vakuumturm von den Destillationsbedingungen in diesem Vakuumturm ab: Temperatur, verbleibender Druck, Menge des überhitzten Dampfes im Boden des Turms und Durchsatz.

Als Beispiel ist der Unterschied zwischen einem Straightrun- Bitumen mit einer Durchdringung (Penetration) bei 25°C/5′′/100 gr von 60 und einem mit einer Durchdringung (Penetration) von 40 die kleine Menge sehr schweren Öls zwischen dem echten Siedepunkt einer 60-Durchdringung und dem einer 40-Durchdringung. Dies sei die Ölmenge A.

Nimmt man danach die 40-Durchdringung und gibt die Menge A des sehr schweren Öls zurück, beträgt die Durchdringung der erhaltenen Mischung 60.

Gibt man mehr von diesem Öl zu (eine Menge A+X%), so wird die Durchdringung des Endproduktes höher und der Erweichungspunkt niedriger.

Wenn jetzt eine bestimmte Menge eines Polymeren (etwa 5%) in die Menge A des sehr schwachen Öles eingemischt wird und auf ein Bitumen mit einer 40-Durchdringung gegeben wird, besitzt das Endprodukt die gleichen Eigenschaften wie die Mischung einer 60-Durchdringung mit 5% des Polymeren, da die 40-Durchdringung +A% des sehr schweren Öles eine 60-Durchdringung ergibt.

Der große Vorteil der Vorgemisch-Mischung zwischen dem Polymeren und (sehr) schwerem Öl, das in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist die absolute Stabilität dieses Gemisches. Die Verarbeitungszeit ist sozusagen unendlich. Diese Mischung kann bei 165°C sehr lange ohne jede Trennung gelagert werden.

Ein weiterer Vorteil ist die sehr kurze Mischzeit (15 bis 30 Minuten) zwischen dem Polymeren und dem (sehr) schweren Öl zur Herstellung der Vormischung. Übliche Niedrig-Scher-Mischer sind zur Herstellung der Vormischung ausreichend.

Zum Einmischen eines Polymeren in ein Bitumen ist bei Befolgung der klassischen Herstellungsart die Mischzeit sehr viel länger. Eine normale Mischzeit liegt, selbst bei Hoch- Scher-Mischern, zwischen 2 und 10 Stunden.

Außerdem kann bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das verwendete Bitumen ein 40-Durchdringungs-Bitumen sein. Dies bedeutet einen Vorteil angesichts der Tatsache, daß ein 40-Durchdringungs-Bitumen eine reguläre Qualität im Werk ist. Dies bedeutet wiederum den weiteren Vorteil, daß der Unternehmer seinen gewöhnlichen Grundbitumentank verwenden kann.

Durch Verwendung der gleichen Vormischung und des gleichen Grundbitumens ist es möglich, mit verschiedenen Vormischungsmengen nahezu die gleiche Enddurchdringung der Endmischung mit unterschiedlichen Erweichungspunkten zu erhalten. Diese Erweichungspunkte korrespondieren mit verschiedenen Endmengen des Polymeren in der Asphaltendmischung (vgl. nachfolgendes Beispiel 8).

Das Verfahren nach der Erfindung kann chargenweise oder kontinuierlich mit Einrichtungen durchgeführt werden, die von herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Asphaltmischungen, die mineralischen Zuschläge, zumindest ein Polymeres und Bitumen enthalten, bekannt sind.

Gemäß einer Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in einem chargenweisen Betrieb werden die mineralischen Zuschläge zuerst mit dem Vorgemisch des schweren bis sehr schweren Öls und des bzw. der Polymeren gemischt, vorzugsweise bis das Vorgemisch zumindest im wesentlichen gleichmäßig in der Mischung verteilt ist, wonach das Bitumen zugesetzt und das Mischen fortgesetzt wird, bis eine gleichmäßige Verteilung des Bitumens in der Mischung erreicht worden ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung im Chargenbetrieb werden die mineralischen Zuschläge zuerst mit dem Bitumen gemischt, vorzugsweise bis das Bitumen zumindest im wesentlichen gleichmäßig in der Mischung verteilt ist, woraufhin das Vorgemisch zugesetzt und das Mischen fortgesetzt wird, bis eine gleichmäßige Verteilung des Vorgemisches in der Mischung erreicht worden ist.

Nach einer dritten Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung im Chargenbetrieb werden das Vorgemisch und das Bitumen gleichzeitig den mineralischen Zuschlägen während des Mischens zugesetzt, und das Mischen wird fortgesetzt, bis eine gleichmäßige Verteilung des Vorgemisches und des Bitumens in der Mischung erreicht worden ist.

Wenn das Verfahren nach der Erfindung kontinuierlich durchgeführt wird, werden die zu mischenden Materialien kontinuierlich durch ein Mischgerät unter Durchmischung hindurchgeführt, wobei das Vorgemisch und das Bitumen den mineralischen Zuschlägen vorzugsweise bei verschiedenen Stufen während des Durchgangs der Zuschlagstoffe durch die Mischvorrichtung zugeführt werden. Das Vorgemisch und das Bitumen können in einer willkürlichen Reihenfolge den mineralischen Zuschlägen zugeführt werden, jedoch wird vorzugsweise das Vorgemisch zuerst und das Bitumen in einer Stufe zugesetzt, in der eine zumindest einigermaßen gleichmäßige Verteilung des Vorgemisches in der Mischung mit den mineralischen Zuschlägen erreicht worden ist.

Die z. Zt. am meisten bevorzugte Art der Durchführung der Erfindung ist ein chargenweiser Betrieb, bei dem das Vorgemisch den mineralischen Zuschlägen in einer Mischvorrichtung unter Durchdringung zugesetzt und nach Erreichen einer zumindest im wesentlichen gleichmäßigen Verteilung des Vorgemisches in der Mischung das Bitumen zugesetzt und das Mischen fortgesetzt wird, bis eine gleichmäßige Verteilung des Bitumens in der Mischung erreicht worden ist.

Die in dem Verfahren der Erfindung verwendeten mineralischen Zuschläge können die üblicherweise bei Asphaltmischungen verwendeten sein und Steine sowie Sandmaterialien umfassen.

Beispiele von Steinmaterialien bei derartigen mineralischen Zuschlägen sind Kies, Porphyr, Granit, Dolerit, Kalkstein und viele andere Steinsorten.

Beispiele von Sandmaterialien bei derartigen mineralischen Zuschlägen sind die gemahlenen Sande der oben erwähnten Steine und ferner natürliche Sande.

Die in dem Verfahren gemäß der Erfindung zu verwendenden Polymere sind beispielsweise alle Arten von Polymeren, die normalerweise in der Asphaltindustrie verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie mit den schweren bis sehr schweren Ölen kompatibel sind, z. B. SBS, EVA und EPDM.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können Füllstoffe und/oder Fasern gesondert von den Arbeitsgängen A und B zugesetzt werden.

Alle üblicherweise in Asphaltmischungen verwendeten Füllstoffe und Fasern werden für eine Verwendung gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung für geeignet gehalten, z. B. Füllstoffe wie Feinmaterial der oben erwähnten Steine, Flugasche, Zement, Kalk, Stäube, Feinstoffe aus chemischen Prozessen und andere, sowie Fasern, wie Cellulosefasern, Gesteinsfasern, Asbest und andere.

Nach der vorliegenden Erfindung kann eine Reihe von Ölen zur Herstellung des Vorgemisches verwendet werden. Der Ausdruck "schweres bis sehr schweres Öl" wird im Vorstehenden und in den Ansprüchen zur Bezeichnung öliger Substanzen von erheblicher Viskosität verwendet. Im allgemeinen soll die Viskosität (gemessen mit einem Höppler-Viskosimeter bei 40°C) zumindest 50 mm²/s, vorzugsweise zumindest 200 mm²/s, insbesondere zumindest 400 mm²/s, betragen. Öle, die eine wie oben angegeben gemessene Viskosität von 1000 bis 2000 mm²/s oder darüber aufweisen, werden als "sehr schwere Öle" angesehen. Im allgemeinen ist die Viskosität niedriger als 9000 mm²/s, vorzugsweise niedriger als 4000 mm²/s.

Beispiele von Erzeugnissen, die als schweres bis sehr schweres Öl gemäß der Erfindung verwendet werden können, sind Schmieröle, schwere und sehr schwere Erdöldestillate, Extrakte, Prozeßöle, Teeröle, Rückstandsöle aus Krackvorgängen, Weichbitumen und Mischungen derartiger Erzeugnisse.

Die Menge dieser Öle im Vorgemisch hängt von der Lös- und Mischbarkeit sowie der Arbeits- und Lagertemperatur ab. Im allgemeinen beträgt die Ölmenge 30 bis 99 Gew.-% des Vorgemisches, insbesondere 55 bis 90 Gew.-% des Vorgemisches und vorzugsweise 64 bis 85 Gew.-% des Vorgemisches.

Die Mischung der Zuschläge mit dem Vorgemisch und dem Bitumen ruft eine ausgezeichnete Verteilung der Polymere durch das gesamte Asphaltgemisch hindurch hervor.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dem Bitumen ein Vernetzungsmittel vor dem oben erwähnten Arbeitsgang B oder während des Arbeitsgangs B den dem Mischen ausgesetzten Materialien zugesetzt.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der Erhöhung der Stabilität der Asphaltmischung beim Lagern.

Ein weiterer Nachteil dieser Ausführungsform ist der Überschuß an mechanischer Festigkeit, den man durch diese Vernetzung des Polymeren erhält. Jedoch liegt ein Nachteil beim Eingeben eines Vernetzungsmittels in das fertiggemischte Polymer-Bitumen in der Tatsache, daß die Gesamtmenge des Polymeren niedrig (3 bis 5 Gew.-% berechnet nach dem Bitumengewicht) gehalten werden muß, um eine ausreichende Pumpfähigkeit zu gewährleisten. Wenn nämlich höhere Polymermengen verwendet werden, findet ein schnelles Erstarren mit all seinen negativen Erscheinungen statt.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Lösung auch für diese Schwierigkeit insofern vor, als das Vernetzungsmittel in das Grundbitumen (45-Eindringung oder jedes andere Bitumen) eingemischt werden kann, das im Werk für den Mischvorgang bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In diesem Fall muß das Vernetzungsmittel eine ausreichende Hitzestabilität für eine längere Kontaktzeit mit Bitumen bei erhöhter Temperatur (150°C bis 175°C) aufweisen.

Das Vernetzungsmittel wird unter den herkömmlicherweise für Vernetzungen des jeweiligen bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Polymeren zur Anwendung kommenden Substanzen ausgewählt.

Als Bitumen können auch alle Arten von herkömmlicherweise in klassischen Asphaltmischungen verwendeten Bindemitteln bei der vorliegenden Erfindung Anwendung finden. Beispiele derartiger Bindemittel sind Straightrun-Bitumen, halbgeblasenes Bitumen, lösungsmittelextrahiertes Bitumen, gekracktes Rückstandsbitumen, Teer und Mischungen zumindest zweier derartiger Materialien.

Die folgenden Beispiele werden zu Veranschaulichungszwecken gegeben und sind nicht als eine Beschränkung der beschriebenen Erfindung zu werten.

Versuchsteil Allgemeine Versuchsbedingungen Analysen

Erweichungspunkt: gemessen nach ASTM Nr. D 36
Durchdringung (Penetration): gemessen nach ASTM Nr. D 5
Brechpunkt nach Fraaß: gemessen nach DIN Nr. 52012
Viskosität: gemessen mit Höppler-Viskosimeter
Marshall-Verdichtung: Zur Herstellung einer Marshall-Tablette in einer Form von 4 Zoll (102 mm) Durchmesser wird eine ausreichende Menge beschichteter Asphaltmischung eingegeben, um nach einer Verdichtung eine Dicke von nahezu 2½ Zoll (64 mm) zu ergeben. Die Verdichtung erfolgt mit einem Fallgewichthammer (Gewicht: 4,54 kg; Fallhöhe: 45,7 mm) mit 50 Schlägen auf jede Seite der Tablette.

Zugspannung:
Die Zugspannung wird in einem Durchmesser kompressionstest mit einer Marshall-Presse gemessen. In dieser Presse wird eine Marshall-Tablette zwischen zwei horizontalen Platten gepreßt. Diese Anordnung der Tablette führt zu einem Zug in der beide Kontaktlinien verbindenden Durchmesserebene. Die Zugspannung wird wie folgt berechnet:

P = maximaler Druck in N
h = Dicke der Tablette in cm
D = Durchmesser der Tablette in cm (= 4 Zoll)

Iatroscan-Analyse:
Das Iatroscan-Gerät (TH 10), hergestellt von Iatron Laboratories Inc., Tokyo, Japan, kann eine chemische Analyse des Bitumens geben. Zur Trennung der gesättigten Kohlenwasserstoffe wird normales Heptan verwendet; zur Trennung der aromatischen Kohlenwasserstoffe wird ein Gemisch von 80% Toluol und 20% normales Heptan verwendet; zur Trennung der Harze wird ein Gemisch von 95% Dichlormethan und 5% Methanol verwendet. Die Asphaltene bleiben ungelöst.

Bei den Versuchen verwendete Öle

OF 60: sehr schweres Öl aus der Destillation von Laguna-Rohmaterial
d₁₅ 0,9817
Viskosität: 40°C, mm²/s 2250
Flammpunkt: °C 225

Zusammensetzung (Iatroscan):
Asphaltene % 12,06
Harze % 15,23
aromatische Kohlenwasserstoffe % 54,48
gesättigte Kohlenwasserstoffe % 16,13

H 450: schweres Nynas-Prozeßöl
d₁₅ 0,938
Viskosität: 40°C, mm²/2 430
Flammpunkt: °C 220

Zusammensetzung (Iatroscan):
Asphaltene % 1,05
Harze % 4,42
aromatische Kohlenwasserstoffe % 53,07
gesättigte Kohlenwasserstoffe % 41,01

TF 60: sehr schweres experimentelles Nynas-Prozeßöl
Viskosität: 40°C, mm²/s 1815

Zusammensetzung (Iatroscan):
Asphaltene % 2,01
Harze % 50,98
aromatische Kohlenwasserstoffe % 42,59
gesättigte Kohlenwasserstoffe % 2,45

Versuchsteil A Herstellung von Asphalt der Güteklasse offen

Asphalt der Güteklasse offen wird als Verschleißschicht verwendet. Der Asphalt der Güteklasse offen ermöglicht eine horizontale Wasserdrainage. Polymer-Bitumen-(PmB)-Bindemittel werden bei dieser Art von Zusammensetzungen extensiv verwendet.

Die bei den Versuchen verwendete Zuschlaggrundzusammensetzung war die folgende: (= Standart-Zuschlagmischung Güteklasse offen)

gebrochener Kies 7/10 (Wichte: 2,637): 82% (Gew.)
gebrochener Kiessand (Wichte: 2,681): 13% (Gew.)
Füllstoff Typ II (Flugaschenmischung, Dichte: 2,489): 5% (Gew.)

In den nachfolgenden Beispielen werden die angegebenen Mengen des Vorgemisches und des Bitumens stets als ein Prozentsatz von 100 Gewichtsteilen des als "Standart-Zuschlagsmischung" bezeichneten Zuschlags ausgedrückt.

Beispiel 1 Versuch 1

Das Mischen wurde in einem Mischer bei einer Temperatur von 175°C durchgeführt.

In einer ersten Stufe wurden die Steine und Sandbestandteile der Standart-Zuschlagmischung Güteklasse offen (siehe oben) mit 1,25% PMHS 1 Minute gemischt. Sodann wurde in einem zweiten Schritt 3,75% Bitumen, 45-Durchdringung, zugesetzt und das Mischen für eine ½ Minute fortgesetzt. Schließlich wurden in einem dritten Schritt die Füllstoffbestandteile der Standard- Zuschlagmischung Güteklasse offen zugesetzt und das Mischen eine Minute lang fortgesetzt.

Eigenschaften der erhaltenen Asphaltmischung:

Zugspannung bei 45°C : 6,95 N/cm²
Verformung: 1,7%

PMHS besteht aus

75% (Gew.) Nynas-Prozeßöl H 450
25% (Gew.) SBS TR 1101 (Shell)

Die oben erwähnte Mischung (1,25% PMHS und 3,75% Bitumen, 45-Durchdringung) enthält 25%×1,25=31,25 auf

Der Öl-+Bitumenteil beträgt:

=4,6875 Teile,
was bedeutet:

Die Mischung von 20% Öl H 450 und 80% Bitumen 45-Durchdringung hat eine Durchdringung von 277 bei 25°C/100 g/5′′.

Anmerkung

75% Öl H 450 und 25% SBS TR 1101 hat die folgenden Viskositäten:

bei
122°C: 4023 mm²/s
144°C: 1486 mm²/s
175°C: 477 mm²/s

Versuch 2 (Vergleich)

Das allgemeine Verfahren des Versuchs 1 wurde unter Verwendung der folgenden Parameter wiederholt:

Standard-Zuschlagmischung Güteklasse offen
Mischtemperatur: 150°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+5% Bitumen 276-Durchdringung: 1 min
Stufe 2: +Füllstoff: 1 min
Zugspannung bei 45°C: 4,62 N/cm²
Verformung: 1,7%

Dieses Beispiel zeigt eindeutig, daß das Polymere einen sehr aktiven Teil bei der mechanischen Widerstandsfähigkeit einnimmt.

Sollte SBS nicht im Bitumen über das gesamte Asphaltgemisch fein verteilt worden sein, sondern statt dessen als ungebundenes Material vorhanden sein, würde das endgültige Bindemittel im Versuch 1 ein weiches Bitumen mit etwa 275 Durchdringung sein. Wie im Versuch 2 gezeigt, wäre die Zugspannung dann niedrig.

Beispiel 2 Versuch 1

Das Mischen wurde wie im Beispiel 1 unter Verwendung der folgenden Parameter ausgeführt:

Standard-Zuschlagmischung Güteklasse offen
Mischtemperatur: 175°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+3,75% Bitumen 45- Durchdringung: 1,2 min
Stufe 2: Polymer-Bitumen: 1,25% Mischung PMF: 1 min
[Polymer-Mischung PMF=80% (Gew.) OF 60+20% (Gew.) SBS Finaprene 411 (von Fina)]
Stufe 3: +Füllstoff: weiteres Mischen: 1 min
Zugspannung bei 45°C: 8,76 N/cm²
Verformung: 1,7%.

Die Durchdringung der Mischung von 3,75 Gewichtsteilen Bitumen 45-Durchdringung+1,25 Gewichtsteilen PMF beträgt 94.

Versuch 2 (Vergleich)

Mischtemperatur: 160°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+5% Straightrun-Bitumen, 95-Durchdringung: 1 min
Stufe 2: +Füllstoff: weiteres Mischen: 1 min
Zugspannung bei 45°C: 8,66 N/cm²
Verformung: 1,7%.

Versuch 3 (Vergleich)

Gleiche Zusammensetzung der Arbeitsbedingungen wie im Versuch 2 jedoch unter Verwendung von Straightrun-Bitumen 190- Durchdringung anstelle von 95-Durchdringung.

Zugspannung bei 45°C: 6,28 N/cm²
Verformung: 1,7%.

Dieses Beispiel zeigt den aktiven Beitrag des Polymeren zu den Endeigenschaften des Asphalts.

Beispiel 3 Versuch 1

Das Mischen wurde wie im Beispiel 1 unter Verwendung der folgenden Parameter durchgeführt:

Standard-Zuschlagmischung Güteklasse offen
Mischtemperatur: 175°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+3,5% Bitumen, 45- Durchdringung: 1/2 min
Stufe 2: +Polymer-Bitumen: 1,5% PMF-Mischung: 1 min
[Polymer-Mischung PMF: 80% (Gew.) OF 60+20% (Gew.) SBS Finaprene F 411 (von Fina)]
Stufe 3: +Füllstoff: 1 min.
Zugspannung bei 45°C: 7,74 N/cm²
Verformung: 1,7%.

Versuch 2

Standard-Zuschlagmischung Güteklasse offen
Mischtemperatur: 175°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+1,5% PMF-Mischung: 1 min
Stufe 2: +3,5% Bitumen 45-Durchdringung: 1 min
Stufe 3: +Füllstoff: 1 min
Zugspannung bei 45°C: 7,75 N/cm²
Verformung: 1,7%.

Dieses Beispiel zeigt, daß die Endeigenschaften der Mischungen die gleichen sind, unabhängig von der Mischreihenfolge: Zuerst Vormischung des Polymeren und (sehr) schweren Öls und dann Bitumen oder erst Bitumen und dann Vormischen des Polymeren und (sehr) schweren Öls.

Beispiel 4

Das Mischen wurde wie im Beispiel 1 mit den folgenden Parametern durchgeführt:

Standard-Zuschlagmischung Güteklasse offen
Mischtemperatur: 175°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+1,25% Mischung PMTSF: 1 min
[Polymer-Mischung PMTFS=75% (Gew.) Öl TF 60+25% (Gew.) SBS TR 1101]
Stufe 2: +Bitumen 45-Durchdringung: 1 min
Stufe 3: +Füllstoff: 1 min
Zugspannung bei 45°C: 10,58 N/cm²
Verformung: 1,7%.

Dieses Beispiel zeigt die sehr hohe Zugspannung bei 45°C bei Verwendung von Versuchsöl Nynas TF 60.

Beispiel 5 Versuch 1

Standard-Zuschlagmischung Güteklasse offen
Mischtemperatur: 175°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+1,25% Polymer-Bitumen, PMS: 1 min
[Polymer-Mischung PMS=80% (Gew.) Öl OF 60+20% (Gew.) Cariflex TR 1101]
Stufe 2: +3,75% Bitumen 45-Durchdringung: 1 min
Stufe 3: +Füllstoff: 1 min
Zugspannung bei 45°C: 7,56 N/cm²
Verformung: 1,7%.

Anmerkung

80% (Gew.) Öl OF 60+20% (Gew.) Cariflex TR 1101 (Shell) hat die folgenden Viskositäten:

bei 129°C: 1074 mPa · s
bei 149°C: 616 mPa · s
bei 175°C: 337 mPa · s

Versuch 2

Standard-Zuschlagmischung.
Mischtemperatur: 175°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+1,25% PMS: 1 min
Stufe 2: +3,75% Bitumen 45-Durchdringung mit 0,3% Vernetzungsmittel Si 69
Degussa (berechnet auf 100% Bitumen): 1 min
Zugspannung bei 45°C: 9,15 N/cm²
Verformung: 1,7%.

Dieses Beispiel zeigt den bedeutenden Anstieg in der Zugspannung, wenn in der Bitumenphase ein Vernetzungsmittel zugesetzt wird.

Beispiel 6 Versuch 1

Standard-Zuschlagmischung Güteklasse offen
Mischtemperatur: 175°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+1,25% PMHS: 1 min
(75% Öl H 450+25% SBS TR 1101) (Shell)
Stufe 2: +3,75% Bitumen 45-Durchdringung: 1 min
Stufe 3: +Füllstoff: 1 min.

Anmerkung: Die Durchdringung einer Mischung zwischen 1,25 Gewichtsteilen PMHS und 3,75 Gewichtsteilen Bitumen 45-Durchdringung beträgt 98.

Versuch 2 (Vergleich)

Standard-Zuschlagmischung Güteklasse offen
Mischtemperatur: 155°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+5% Straightrun-Bitumen 95-Durchdringung: 1 min
Stufe 2: +Füllstoff: 1 min.

Zugspannung N/cm²

Dieses Beispiel zeigt als erstes deutlich die Wichtigkeit des Zusatzes von Polymeren zum Bitumen. Bei niedrigen Temperaturen ist die Zugspannung viel niedriger für PmB-Mischungen als für Straightrun-Bitumen der gleichen Durchdringung bei 25°C. Dies bedeutet, daß die Mischungen mit Straightrun-Bitumen sehr viel empfindlicher gegenüber Ermüdung und Rißbildung bei niedrigen Temperaturen sind als die Polymer-Bitumen-Asphaltmischungen. Andererseits zeigen die Mischungen mit PmB bei erhöhten Temperaturen eine höhere Zugspannung, was die größere Widerstandsfähigkeit gegen Riefenbildung anzeigt.

Beispiel 7 Versuch 1

Standard-Zuschlagmischung Güteklasse offen
Mischtemperatur: 175°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+Vormischung PMHS: 1 min
Stufe 2: +Bitumen 45-Durchdringung: 1 min
Stufe 3: +Füllstoff: 1 min

1 A: Vormischung PMHS: 3,0%
Bitumen 45-Durchdringung: 1,0%
Gesamt: 4,0%
Durchdringung=98

1 B: Vormischung PMHS: 3,375%
Bitumen 45-Durchdringung: 1,125%
Gesamt: 4,5%
Durchdringung=98

1 C: Vormischung PMHS: 3,75%
Bitumen 45-Durchdringung: 1,25%
Gesamt: 5,0%
Durchdringung=98

1 D: Vormischung PMHS: 4,125%
Bitumen 45-Durchdringung: 1,375%
Gesamt: 5,5%
Durchdringung=98

Versuch 2

Standard-Zuschlagmischung Güteklasse offen
Mischtemperatur: 160°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+Bitumen 95-Durchdringung: 1 min
Stufe 2: +Füllstoff: 1 min

2A: 4,0% Straightrun-Bitumen 95-Durchdringung
2B: 4,5% Straightrun-Bitumen 95-Durchdringung
2C: 5,0% Straightrun-Bitumen 95-Durchdringung
2D: 5,5% Straightrun-Bitumen 95-Durchdringung
(Die Mischung 2D ist "sehr fett", eine unbekannte Menge des Bitumens spülte von den Zuschlagstoffen ab).

Zugspannung N/cm² bei 15°C

Dieses Beispiel zeigt, daß die hohe Zugspannung im Straightrun- Bitumen, verglichen mit der viel niedrigeren Zugfestigkeit der PmB-Asphaltmischungen (bei 15°C) nicht der Bindermenge in der Asphaltmischungszusammensetzung zuzuschreiben ist, sondern direkt der Beschaffenheit des Binders.

Beispiel 8 Versuch 1

Eine Grund-PMF-Mischung aus 80% (Gew.) OF 60, 20% (Gew.) Finaprene 411 (Fina) wurde mit Straightrun-Bitumen 45-Durchdringung während 30 min bei 175°C gemischt.

Dieses Beispiel veranschaulicht den Einfluß einer Veränderung in der Menge der Vormischung PMF, die zu verschiedenen entsprechenden Polymermengen in den Polymer-Bitumen-Endmischungen und den entsprechenden Erweichungspunkten und Enddurchdringungen führt.

Die steigenden Mengen der PMF-Mischung bedeuten auch eine stetige Zunahme an schwerem Öl.

Andererseits nimmt die verbleibende Menge des Bitumens 45-Durchdringung die ganze Zeit ab. Das Ergebnis dieser beiden Wirkungen ist eine stetig weichere Mischung in dem Fall, daß das sehr schwere Öl mit dem Bitumen gemischt worden ist, ohne irgendeine vorteilhafte Wirkung des Polymeren.

Beispiel 2

Eine Grund-PMHF-Mischung aus 75% (Gew.) H 450 Öl, 25% (Gew.) Finaprene F 411 (Fina) wurde mit Straightrun-Bitumen 45-Durchdringung während 1 Stunde bei 190°C gemischt.

Dieser Versuch führt zu dem gleichen Schluß wie im Versuch 1 beschrieben.

Beispiele Teil B Herstellen von Asphaltbeton

Asphaltbeton wird in Verschleißschichten verwendet und hat etwa die folgende Zusammensetzung (Gew.-%)

Steine:\|55%
Sand:	38%
Füllstoff:	7%
Binder:	5,8-6,0%

Zum Herabsenken der Standardabweichungen bei den mechanischen Eigenschaften wurde die maximale Steingröße in den Versuchen auf 7 mm reduziert.

Die in den Versuchen verwendete Standardzusammensetzung ist folgende:

zerkleinerter Kiesel:
55% (Wichte: 2,637)
natürlicher Flußsand:	18% (Wichte: 2,650)
zerkleinerter Kiessand:	20% (Wichte: 2,681)
Füller Typ II:	7% (Wichte: 2,489)

Beispiel 9 Versuch 1

Standard-Zuschlagmischung für Asphaltbeton
Mischtemperatur: 175°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+1,5% PMHS: 1 min
[Polymer PMHS=75% (Gew.) Öl H 450+25% (Gew.) SBS TR 1101] (Shell)
Stufe 2: +4,5% Bitumen 45-Durchdringung: ½ min
Stufe 3: +Füllstoff: 1 min.

Versuch 2 (Vergleich)

Standard-Zuschlagmischung für Asphaltbeton
Mischtemperatur: 160°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+6% Straightrun-Bitumen, 45-Durchdringung: 1 min
Stufe 2: +Füllstoff: 1 min

Zugspannung N/cm²

Dieses Beispiel zeigt deutlich die gleichen Beobachtungen, wie sie mit dem Asphalt Güteklasse offen - vgl. Beispiel 6 - gemacht wurden. Bei niedriger Temperatur zeigen die Mischungen mit Polymer-Bitumen im Vormischungsprozeß eine viel niedrigere Zugspannung. Dies bedeutet eine geringere Ermüdungsempfindlichkeit. Bei höherer Temperatur zeigen die Mischungen im Vormischungsprozeß mit Polymeren eine höhere Belastungsfestigkeit, was einen höheren Widerstand gegenüber Riefenbildung anzeigt.

Beispiel 10 Versuch 1

Standard-Zuschlagmischung für Asphaltbeton
Mischtemperatur: 175°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+1,5% PMOFE: 1 min
[Polymer-Mischung PMOFE=60% (Gew.) Öl OF 60=32% (Gew.) EVA Polybilt 100+103 gleiche Teile] (Exxon)
Stufe 2: +4,5% Bitumen 45-Durchdringung: ½ min
Stufe 3: +Füllstoff: 1 min
Zugspannung bei 15°C: 117 N/cm²
Verformung: 2,0%.

Anmerkung

Die Enddurchdringung der Mischung: 1,5 Gewichtsteile PMOFE und 4,5 Gewichtsteile Bitumen 45-Durchdringung ist: 133.

Versuch 2 (Vergleich)

Standard-Zuschlagmischung für Asphaltbeton
Mischtemperatur: 155°C

Mischen:
Stufe 1: Steine+Sand+6% Straightrun-Bitumen Durchdringung 133: 1 min
Stufe 2: +Füllstoff: 1 min.
Zugspannung bei 15°C: 136 N/cm²
Verformung: 2,9%.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von mineralischen Zuschlagstoffen, zumindest ein Polymeres und Bitumen enthaltenden Asphaltmischungen, dadurch gekennzeichnet, daß die mineralischen Zuschlagstoffe in willkürlicher Reihenfolge mit

A) einem Vorgemisch von schwerem bis sehr schwerem Öl und zumindest einem Polymeren und
B) dem Bitumen gemischt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Füllstoffe und/oder Fasern gesondert von den Verfahrensmerkmalen A) und B) zugesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als schweres oder sehr schweres Öl ein schweres oder sehr schweres Erdöldestillat, ein Extrakt, ein Prozeßöl, ein Teeröl, ein Rückstandsöl aus einem Krackvorgang, ein Weichbitumen, ein Weichteer oder eine Mischung von zumindest zwei derartigen Materialien verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schwere oder sehr schwere Öl in einer Menge von 30 bis 99 Gew.-% des Vorgemisches verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vernetzungsmittel dem Bitumen vor dem Schritt B) oder den der Mischung unterworfenen Materialien während des Schrittes B) zugesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Bitumen ein Straightrun-Bitumen, ein halbgeblasenes Bitumen, natürliches Bitumen, Teer oder eine Mischung von zumindest zwei derartigen Materialien verwendet wird.