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" Procédé de préparation des masses de bitume et de goudron, spéoialement pour la construction des routes et les travaux souterrains".
L'invention concerne un procédé de préparation des masses de bitume et de goudron, spécialement pour la con- struction des routes et les travaux souterrains. On sait que l'on réduit la tension superficielle des masses de bi- tume et de goudron employées dans la construction des rou- tes et comme matière isolante de l'eau dans les travaux souterrains et les travaux de fondation, vis-à-vis de la pierre, en leur ajoutant divers produits, par exemple des
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produits de la distillation de matières fossiles renfermant de notables proportions de bases fortement azotées.
Dans ].'emploi de ces matières azotées,agissant comme agents de mouillage, on est toujours forcé de recourir à un corps de nature étrangère. Orales essais systématiques de l'inventeur ont démontré que l'on peut accroître, non seule- ment le pouvoir mouillant, mais aussi la faculté lisnte des matières bitumineuses de tout genre, sans addition de matiè- res étrangères. Il est indifférent en l'occurrence que l'em- ploi des masses bitumineuses ou du goudron ait lieu à l'état d'émulsion ou à l'état de dilution par des solvants.
Tour accroître le pouvoir de mouillage ou de liaison on traite les matières dont les propriétés techniques doivent être modifiées ( améliorées ) à des températures moyennement élevées par l'air ou par l'oxygène et en même temps on leur ajoute, en faible quantité ( jusqu'à 3% maximum ) de l'acide sulfurique. Lors de cette opération, il se forme surtout des acides carboniques à haut poids moléculaire, des acides oxy- carboniques et aussi des acides sulfurés. En plus de ceux-ci il se forme des lactones par cyclique interne et polymérisa- tion. Les combinaisons formées peuvent donc avoir une molé- cule considérablement plus grande que les matières qui for- ment normalement les masses d'asphalte ou de poix.
Parmi ces corps, ce sont surtout les acides carboniques, les acides oxy-carboniques et les acides sulfurés qui accroissent le pouvoir mouillant des produits bitumineux en proportion con- sidérable; ils forment, en partie, de véritables combinaisons avec les éléments de la pierre, par exemple avec les carbona- tes et les oxydes.
A côté de ces actiors superficielles qui viennent d'être mentionnées interviennent tout particulière- ment les propriétés plus intenses de liaison des lactones, des polylactones et des hydrocarbures à haut poids moléculai- res formés par suite de transformations chimiques profondes.
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un a, on..Le reconnaitra, déjà proposé de raire appel à l'action simultanée de l'acide sulfurique et de l'air sur l'asphalte d'huile minérale ; mais on a employé en l'occur- rence des températures beaucoup plus élevées, en vue d'òb- 'tenir des produits à point de fusion particulièrement haut.
,Par suite de l'action des températures élevées, il se pro- duit une décomposition complète de l'acide sulfurique, ajou- té en assez grande quantité, et une dégradation des groupes carboxyliques des acides carboniques et des acides oxy-oar- boniques ; par contre, dans le procédé conforme à l'invention, les combinaisons d'addition formées à partir des constituants des matières initiales et de l'acide sulfurique et les acides et oxy-acides organiques formés se conservent pour la plus grande partie ; grâce à eux, les liants de routes formés mouillent convenablement la pierraille employée pour la con- struction de la route et en même temps la lient convenable- ment d'autant plus en présence des combinaisons à haut poids moléculaires formées par suite de combinaison cyclique interne.
Un autre avantage de l'invention est de pouvoir opérer avec un produit d'asphalte ou de goudron initialement fluide qui donne ensuite, sans durcir trop rapidement à l'air, un revêtement sûr, mince et uniforme à la surface de la pier- raille, revêtement qui subit une transformation chimique insensible. Lesproduits peuvent donc ê-tre aussi bien em- ployés pour le traitement du tablier de la route que - et ceci est particulièrement important pour la pratique - pour la mouillage de la pierraille, des brisures, etc. qui se trouvent le plus bas et ne seront incorporés à la route qu'après un certain temps.
Un autre avantage du procédé est le fait que grâce à l'emploi de bitume relativement fluide et oxydé par le pro- cédé du soufflage, on est indépendant des actions climati- ques. C'est précisément la pierraille humide qui est mouil-
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lée de façon particulièrement sûre, parce que la formation de sel est ainsi quelque peu accélérée, grâce à quoi les masses oxydées acquièrent une action en profondeur extra- ordinaire et insoupçonnée jusqu'alors. On peut augmenter cette action en se servant de mélanges de goudrons et d'asphalte, peu importe la nature des goudrons employés pour le mélange avant l'oxydation ou pendant celle-ci. Le procédé conforme à l'invention est applicable également au goudron de schiste et au goudron de lignite.
Dans le cas de goudron de schiste il est désirable que ce dernier soit aus- si exempt que possible de naphtaline car cette dernière, souvent, n'a pas donné de bons résultats pour les routes et les travaux de fondation. En cas d'emploi de matières ren- fermant de la parafinne, par exemple de goudrons et de li- gnite, l'oxydation doit s'accomplir un peu plus lentement et l'addition d'acide doit être un peu plus importante; dans ce cas toutefois des quantités de 3% suffisent aussi d'une fa- çon générale.
Au cours de la suite de ces travaux, on a fait cette constatation surprenante que l'on obtient une action parti- culièrement avantageuse en remplaçant le mélange des produits obtenus par distillation séparée par des goudrons bruts en mélange que l'on distille en commun ou avec des huiles miné- rales et en soumettant les résidus obtenus au traitement dé- crit.
On a obtenu aisi des avantages considérables et impré- visibles. Bout d'abord il n'est pas nécessaire de pousser la distillation loin que dans le cas où l'on désire à partir de goudron de houille seul obtenir une poix tendre, ou à partir de l'huile minérale obtenir une asphalte, même à bas point de fusion.
Il en résulte que l'on obtient des rendements beaucoup plus élevés, car une quantité beaucoup
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plus grande des matières'premières est transformée. Très vraisemblablement, ce résultat important provient du fait que les combinaisons non saturées des matières étrangères de départ, tout particulièrement, réagissent les unes avec les autres dès la distillation commune et par addition, com- binaison cyclique, condensation ou polymérisation donnent naissance à des accroissements moléculaires et à des accrois- sements de viscosité que l'on ne peut obtenir avec les gou- drons ou les huiles minérales qu'après'une distillation beau- coup plus prononcée.
Les résidus de la distillation commune possèdent surtout, en soi, un pouvoir mouillant et liant plus élevé que les mé- langes de résidus de la distillation extérieurement sembla- bles des goudrons et des huiles minérales séparées. On a notamment encore constaté que. les résidus mélangés préparés conformément à l'invention donnent, quand ils sont traités par l'air ou par l'oxygène avec action simultanée de l'acide suif crique ou d'autres matières oxydantes ou polymérisantes, .beaucoup plus rapidement et à températures encore plus basses les produits finales désirés dont les pouvoirs mouillants et liants sont également plus élevés que ceux des mélanges de résidus des distillations séparées traités en conséquence.
Dans tous les cas, de faibles additions d'huiles gras- ses de savons de résine, de peroxydes, de matières désignées sous le nom de siccatifs dans la technique de la peinture et ayant une action analogue, procurent d'autres améliora- tions dans la fabrication et pour diverses fins d'utilisa- tion.
De même, tous les produits préparés suivant les prooé- dé décrit,peuvent également subir le complément de travail à l'état d'émulsions aqueuses ou en dilution avec des sol- vants.
Les exemples qui suivent montrent la façon de travail- ler avec le nouveau procédé.
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..t:J.j! 1. un onaune par ne .La vapeur a.'eau. seone en en agitant,à la température de 120 degrés,les produits sui- vants : asphalte d'huile minérale 700 kilos goudron de schiste 200 " poix tendre de goudron de houille 100 "
Lorsque la température précitée est atteinte, on rem- place petit à petit la vapeur par de l'air. On ne maintient l'apport de vapeur que dans la mesure nécessaire pour ne pas faire monter exagérément les températures et pour exclure le danger d'incendie. Les vapeurs qui pourraient se former sont ramenées par le reflux ou condensées par des réfrigérants appropriés et récupérées comme distillats. A la température de 130 degrés environ on ajoute lentement de 2 à 10 kilos d'acide sulfurique. Une partie de l'acide s'échappe après réduction à l'état d'acide sulfureux.
Lorsque le produit est amené par oxydation ou polymérisation et combinaison cyclique interne à l'état physique désiré, on arrête l'ar- rivée de l'air et la matière est alors, en soi, prête à être employée, soit à l'état d'émulsion, soit à l'état dilué par des solvants, pour la construction des routes ou comme masse isolante et de charge.
EXEMPLE 2.
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<tb>
On <SEP> mélange <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> poix <SEP> tendre <SEP> de <SEP> goudron <SEP> de <SEP> houille <SEP> 700 <SEP> kilos
<tb>
<tb> Asphalte <SEP> d'huile <SEP> minétale <SEP> 200 <SEP> "
<tb>
<tb> poix <SEP> de <SEP> gouaron <SEP> de <SEP> lignite <SEP> 100 <SEP> "
<tb>
à1 à 10 kilos d'huile de lin et 0,5 kilo de borate de manganèse ou 0,2 kilo d'oxyde de cobalt ou de litharge ; les derniers adjuvants sont préalablement broyés uniformément avec les huiles grasses.
On chauffe le mélange, comme dans le premier exemple, à 120 degrés et on y insuffle de l'air en ajoutant des quantités à peu près égales d'acide sulfu- rique ou de petites quantités de persulfate, de perborate, de peracides, etc., jusqu'à ce que l'on atteigne un degré
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La durée du traitement par l'air peut évidemment osciller dans de larges limites, suivant la nature de la matière première et la consistance du produit final que l'on désire.
Comme directive, l'on peut dire que conformément à l'invention, on obtient par un traitement de quelques heures, par exemple de 8 heures, et par l'application de températures légèrement supérieures à 130 degrés,un produit que l'on ne peut préparer que par un traitement d'une durée de 24 heures et par l'application de températures beaucoup plus élevées par les méthodes usuelles sans que pour cela il possède les précieuses propriétés décrites de mouillage et de liaison.
Les indications de temps ne sont que des données relati- ves et non pas des valeurs limites.
EXEMPLE 3.
Un mélange composé des mêmes parties de goudron de houil- le brut et de goudron de schiste donne après enlèvement de la fraction de naphtaline, une matière première appropriée qui après un traitement par l'air de 5 à 6 heures fournit, à températures plus basses encore et avec une addition plus faible d'acide sulfurique ou de matières à action analogue,un produit de même consistance que celui des exemples précédents, mais possédant des propriétés physiques meilleures et un pou- voir liant et mouillant supérieur.
EXEMPLE 4.
En traitant des mélanges de goudron de lignite et d'huile minérale on obtient une matière première appropriée en enle- vant la fraction d'huile solaire ou d'huile de parafinne. Dans le travail ultérieur de ce résidu, on obtient, en ce qui con- cerne le temps, la température et les qualités, les mêmes avan- tages que dans l'exemple 3.
REVENDICATIONS.
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"Process for preparing masses of bitumen and tar, especially for road construction and underground works".
The invention relates to a process for the preparation of bitumen and tar masses, especially for road construction and underground works. It is known that the surface tension of the masses of bitumen and tar used in the construction of roads and as water insulating material in underground works and foundation works is reduced. stone, by adding various products to them, for example
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products of the distillation of fossil materials containing notable proportions of strongly nitrogenous bases.
In the employment of these nitrogenous materials, acting as wetting agents, one is always forced to resort to a body of a foreign nature. Oral systematic tests by the inventor have shown that it is possible to increase not only the wetting power, but also the smoothing capacity of bituminous materials of all kinds, without the addition of foreign matter. It is irrelevant in this case whether the bituminous masses or the tar are used in the form of an emulsion or in the form of dilution with solvents.
In turn, to increase the wetting or binding power, materials whose technical properties are to be modified (improved) are treated at moderately high temperatures by air or by oxygen and at the same time they are added in small quantities (up to 'to 3% maximum) of sulfuric acid. During this process, mainly high molecular weight carbonic acids, carbonic acids and also sulphurous acids are formed. In addition to these, lactones are formed by internal cyclic and polymerization. The combinations formed may therefore have a considerably larger molecule than the materials which normally form the masses of asphalt or pitch.
Among these substances, it is especially the carbonic acids, the oxy-carbonic acids and the sulphurous acids which increase the wetting power of bituminous products in considerable proportion; they form, in part, real combinations with the elements of stone, for example with carbonates and oxides.
In addition to these superficial acts which have just been mentioned, there are particularly the more intense binding properties of lactones, polylactones and high molecular weight hydrocarbons formed as a result of deep chemical transformations.
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un a, on..Le recognize, already proposed to appeal to the simultaneous action of sulfuric acid and air on the asphalt of mineral oil; however, much higher temperatures have been employed here in order to obtain particularly high melting point products.
As a result of the action of high temperatures, complete decomposition of the sulfuric acid, added in rather large quantities, and degradation of the carboxylic groups of carbonic acids and oxy-oarbonic acids takes place. ; on the other hand, in the process according to the invention, the addition combinations formed from the constituents of the starting materials and from the sulfuric acid and the organic acids and oxy-acids formed are retained for the most part; thanks to them, the road binders formed suitably wet the stone used for the construction of the road and at the same time bind it suitably all the more in the presence of the high molecular weight combinations formed as a result of internal cyclic combination .
Another advantage of the invention is to be able to operate with an initially fluid asphalt or tar product which then gives, without hardening too quickly in air, a safe, thin and uniform coating on the surface of the stone. , coating which undergoes an insensitive chemical transformation. The products can therefore be used as well for the treatment of the road deck as - and this is particularly important for the practice - for the wetting of the stones, broken pieces, etc. which are lowest and will only be incorporated into the road after a certain time.
Another advantage of the process is the fact that, thanks to the use of relatively fluid bitumen and oxidized by the blowing process, it is independent of climatic actions. It is precisely the damp gravel that is wet.
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This is particularly safe, because the salt formation is thus somewhat accelerated, thanks to which the oxidized masses acquire an extraordinary and hitherto unsuspected in-depth action. This action can be enhanced by using mixtures of tars and asphalt, regardless of the nature of the tars used in the mixture before or during oxidation. The process according to the invention is also applicable to shale tar and lignite tar.
In the case of shale tar, it is desirable that the latter be as free as possible from mothballs, since the latter has often not given good results for roads and foundation works. When using materials containing parafin, for example tars and li- nite, the oxidation must take place a little more slowly and the addition of acid must be a little more important; in this case, however, amounts of 3% are also generally sufficient.
In the course of this work, we made this surprising observation that a particularly advantageous action is obtained by replacing the mixture of products obtained by separate distillation with crude tars in a mixture which is distilled in common or with mineral oils and subjecting the residues obtained to the treatment described.
Considerable and unpredictable advantages have thus been obtained. First of all, it is not necessary to push the distillation further than in the case where it is desired from coal tar alone to obtain a soft pitch, or from mineral oil to obtain an asphalt, even at low melting point.
The result is that much higher yields are obtained, since a large quantity
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more of the raw materials are processed. Most likely, this important result arises from the fact that the unsaturated combinations of the starting foreign materials, in particular, react with each other upon common distillation and by addition, cyclic combination, condensation or polymerization give rise to increases. molecular and viscosity increases which can only be achieved with tars or mineral oils after much more severe distillation.
Above all, the residues from the common distillation possess, in themselves, a higher wetting and binding power than the mixtures of residues from the externally similar distillation of the tars and the separated mineral oils. In particular, it has also been observed that. the mixed residues prepared in accordance with the invention give, when they are treated with air or with oxygen with the simultaneous action of tallow acid or other oxidizing or polymerizing materials, much more rapidly and at still temperatures lower the desired end products whose wetting and binding powers are also higher than those of mixtures of residues from separate distillations treated accordingly.
In any event, small additions of fatty oils, resin soaps, peroxides, materials referred to as siccatives in the painting art and having a similar action, provide further improvements in the art. manufacture and for various purposes.
Likewise, all the products prepared according to the procedures described can also undergo the additional work in the form of aqueous emulsions or in dilution with solvents.
The following examples show how to work with the new process.
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..t: J.j! 1. one yellow per ne. Water vapor. seone while stirring, at a temperature of 120 degrees, the following products: mineral oil asphalt 700 kilos shale tar 200 "soft coal tar pitch 100"
When the above temperature is reached, the vapor is gradually replaced by air. The supply of steam is only maintained to the extent necessary not to excessively increase the temperatures and to exclude the danger of fire. The vapors which could form are brought back by reflux or condensed by suitable refrigerants and recovered as distillates. At a temperature of about 130 degrees, 2 to 10 kilograms of sulfuric acid are slowly added. Part of the acid escapes after reduction to the state of sulfurous acid.
When the product is brought by oxidation or polymerization and internal cyclic combination to the desired physical state, the inflow of air is stopped and the material is then, in itself, ready for use, either in the state. emulsion, either diluted with solvents, for road construction or as an insulating and filler mass.
EXAMPLE 2.
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<tb>
On <SEP> mix <SEP>: <SEP>
<tb>
<tb> pitch <SEP> soft <SEP> of <SEP> tar <SEP> of <SEP> coal <SEP> 700 <SEP> kilos
<tb>
<tb> Asphalt <SEP> of mineral oil <SEP> <SEP> 200 <SEP> "
<tb>
<tb> pitch <SEP> of <SEP> gouaron <SEP> of <SEP> lignite <SEP> 100 <SEP> "
<tb>
to1 to 10 kilograms of linseed oil and 0.5 kilograms of manganese borate or 0.2 kilograms of cobalt oxide or litharge; the last adjuvants are previously ground uniformly with the fatty oils.
The mixture is heated, as in the first example, to 120 degrees and air is blown into it, adding roughly equal amounts of sulfuric acid or small amounts of persulfate, perborate, peracids, etc. ., until one reaches a degree
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The duration of the air treatment can obviously vary within wide limits, depending on the nature of the raw material and the consistency of the final product that is desired.
As a guideline, we can say that according to the invention, we obtain by a treatment of a few hours, for example 8 hours, and by the application of temperatures slightly above 130 degrees, a product which cannot be obtained. can be prepared only by a treatment lasting 24 hours and by the application of much higher temperatures by the usual methods, without thereby having the valuable properties described of wetting and binding.
The time indications are only relative data and not limit values.
EXAMPLE 3.
A mixture composed of the same parts of crude coal tar and shale tar gives, after removal of the naphthalene fraction, a suitable raw material which after treatment in air for 5 to 6 hours gives, at lower temperatures again, and with a smaller addition of sulfuric acid or materials having a similar action, a product of the same consistency as that of the preceding examples, but having better physical properties and superior binding and wetting power.
EXAMPLE 4.
By processing mixtures of lignite tar and mineral oil, a suitable raw material is obtained by removing the fraction of solar oil or paraffin oil. In the further processing of this residue, the same advantages as in Example 3 are obtained with regard to time, temperature and qualities.
CLAIMS.
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