CH483473A

CH483473A - Als Bindemittel für Strassenbeläge verwendbare bituminöse Mischung

Info

Publication number: CH483473A
Application number: CH1529062A
Authority: CH
Inventors: Stern Robert
Original assignee: British Petroleum Co
Priority date: 1962-01-11
Filing date: 1962-12-29
Publication date: 1969-12-31
Also published as: FR1318777A; AT242052B; GB1010070A

Description

Als Bindemittel für Strassenbeläge verwendbare bituminöse Mischung
Ein Strassenbelag wird Deformationen unterworfen, wenn der Strassenunterbau Deformationen erleidet, wie dies z. B. der Fall ist, wenn eine Strasse durch ein Fahrzeug mit hoher Achsbelastung befahren wird und der Strassenunterbau dabei elastisch deformiert wird. Solche Deformationen können verringert werden, wenn man starke Fundierungen vorsieht, aber selbstverständlich ist es erwünscht, dass der Strassenbelag sich den elastischen Deformationen des Strassenunterbaues anpassen kann. Bei Verwendung eines Bindemittels mit hohem Zug/Druck Modul werden durch die Deformationen des Strassenbelags, welche eintreten, wenn der Strassenunterbau deformiert wird, grössere Kräfte in den Belagsschichten wirksam, als es der Fall ist, wenn ein Bindemittel mit kleinerem Zug/Druck-Modul verwendet wird.

Diese grösseren Kräfte erhöhen die Gefahr von Belagsbrüchen.

Der Zug/Druck-Modul eines Bindemittels erhöht sich bei Abnahme der Temperatur; deshalb ist die Gefahr des Brechens eines Strassenbelages bei kaltem Wetter grösser.

Ein Bindemittel mit niedrigem Zug/Druck-Modul hat ein hohes Durchdringungsvermögen (IP 49/58). Die temperaturbedingte Veränderung des Durchdringungsvermögens kann durch den Durchdringungsindex, der oft Pfeiffer und van Doormaal > > -Durchdringungsindex genannt wird, gemessen werden. Dieser Durchdringungsindex wird aus dem Erweichungspunkt und der Durchdringung bei 250C bestimmt. Ein entsprechendes Nomogramm findet sich auf Seite 745 des Werkes Modern Petroleum Technology , 3. Ausgabe, 1962. Ein hoher Durchdringungsindex deutet auf eine verhältnismässig kleine Änderung des Durchdringungsvermögens bei Temperaturänderung hin.

Damit ein Bindemittel für Strassenbeläge die vorstehend erwähnten Anforderungen erfüllt, muss es
1. ein hohes Durchdringungsvermögen und
2. einen hohen Durchdringungsindex aufweisen.

Die Erfindung betrifft nun ein Petroleumbitumen, welches diese Anforderungen erfüllt.

Gegenstand der Erfindung ist eine als Bindemittel für Strassenbeläge verwendbare bituminöse Mischung, wel che dadurch gekennzeichnet ist, dass sie 50-96 Gew.-% oxydiertes Bitumen, welches einen Penetrationsindex nach Pfeiffer und van Doormaal von wenigstens +2, eine Eindringtiefe nach ASTM D5 von 10-50 mm/ 10 bei 250C und einen Erweichungspunkt nach ASTM D 36 von wenigstens 650C aufweist, und 4-50 Gew.- , wo eines
Petroleumöles, welches bei 760 mm Hg einen Anfangs siedepunkt von wenigstens 3600C aufweist, enthält.

Der Erweichungspunkt des oxydierten Bitumens (IP 58/56) liegt vorzugsweise bei etwa 900C und seine Eindringtiefe beträgt mit Vorteil etwa 40 mm/ 10. Der Penetrationsindex dieses Bitumens beträgt vorzugsweise nicht weniger als +3.

Das Petroleumöl soll vorzugsweise so beschaffen sein, dass bei einer Temperatur von 400-6000C und einem Druck von 760 mm Hg 50% überdestillieren. Dieses Petroleumöl hat bei einer Temperatur von 50 C zweckmäs sig eine Viskosität von 300-500 cSt.

Wenn das verwendete öl vorherrschend paraffinischer Art ist, hat es eine besonders vorteilhafte Wirkung auf den Penetrationsindex. Leider hat aber die Verwendung eines Öles, welches vollständig paraffinisch ist, den Nachteil, dass das fertige Gemisch schlechte Adhäsionseigenschaften aufweist.

Ein öl, welches zum Teil aromatisch und zum Teil paraffinisch ist, z.B. in gleichen Mengen, ist in bezug auf den Penetrationsindex etwas weniger vorteilhaft als ein rein paraffinisches öl, aber es verursacht keine Verschlechterung der Adhäsionseigenschaften. Die Petroleumindustrie erzeugt aromatisch-paraffinische Mischungen bei der üblichen Lösungsmittelraffinierung von Schmier ölen, wenn Ausgangsstoffe mit Lösungsmitteln wie Schwefeldioxyd, Phenol, Nitrobenzol, Furfurol, behandelt werden. Das Lösungsmittel scheidet die aromatischen Bestandteile aus dem Ausgangsstoff aus und diese werden in Form eines Öles, welches als aromatischer Extrakt) bekannt ist erhalten.

Dessen ungeachtet enthält dieser aromatische Extrakt etwa gleiche Mengen an paraffini schen wie an aromatischen Bestandteilen und diese aromatischen Extrakte sind besonders geeignet zur Herstellung der erfindungsgemässen Mischung.

Der erfindungsgemässen bituminösen Mischung können auch 0,04-10, vorzugsweise 0,2-1 Gew.-% eines natürlichen und/oder synthetischen Elastomers, welcher Latexform aufweisen und z.B. ein Alkylmethacrylat-Polymer, ein Butadien/Styrol-Mischpolymerisat oder ein Butadien/Acrylnitril Mischpolymerisat sein kann, zugemischt werden.

Der Polymerzusatz verbessert das Bindemittel hinsichtlich seiner Duktilität (IP 32/55).

Die erfindungsgemässe bituminöse Mischung kann ferner zwecks Erzeugung eines Verschnittbitumens, eines sogenannten cut-back -Bitumens in einem flüchtigen Lösungsmittel gelöst oder in einem flüchtigen Träger, z.B. Wasser, emulgiert werden.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der bituminösen Mischung zur Herstellung eines Strassenbelagmaterials durch Überziehen von körnigem, minerali schem Füllstoff mit der erfindungsgemässen Mischung.

Nachstehend werden als Beispiele zwei effindungsge- mässe bituminöse Mischungen beschrieben, welche als Bindemittel A und B bezeichnet werden.

Beide Bindemittel A und B wurden durch Zusammenmischen bei einer Temperatur von 1400C folgender Materialien hergestellt: Oxydiertes Bitumen : Dieses war ein in üblicher Weise hergestelltes, luftverblasenes Bitumen, welches folgende Eigenschaften aufwies:
Erweichungspunkt 900C
Eindringtiefe 40 mm/ 10
Penetrationsindex +5 Petroleurnök : Dieses war ein Furfurolextrakt, welcher durch Vakuumdestillation gewonnen wurde und welcher folgende Eigenschaften aufwies:
Anfänglicher Siedepunkt bei 750 mm Hg 3840C bei 760 mm Hg 50% überdestilliert bei 5000cd
Viskosität bei 500C 360 cSt Polvmetfiylacrylat : Dieses war ein polymerisierter Methacrylatester.

Die Zusammensetzungen der Bindemittel A und B sind aus der Tabelle I und einige ihrer Eigenschaften aus der Tabelle II ersichtlich.

Tabelle I Bindemittel A B Oxydiertes Bitumen 75 Gew. -% 74,7 Gew.-% Petroleumöl 25 Gew.-% 24,8 Gew.-% Polymethacrylat Keines 0,5 Gew.-%
Tabelle II Bindemittel A B Erweichungspunkt 490C 490C Eindringtiefe bei 250C 200 mm/l0 200 mm/l0 Penetrationsindex +4 +4 Duktilität 7 cm 58 cm
Wie aus der Tabelle II zu ersehen ist, hat das Binde mittel B eine viel grössere Duktilität als das Bindemittel A. Im übrigen haben die beiden Bindemittel ähnliche Eigenschaften. Vergleichsweise ist festzuhalten, dass ein durch direkte Destillation gewonnenes Bitumen mit einer Eindringtiefe von 200 mm/ 10 einen Penetrationsindex von etwa 0 aufweist.

Zwei Strassenbelagmaterialien, welche nachstehend als RSM A und RSM B bezeichnet werden, wurden durch Überziehen eines körnigen, mineralischen Materials mit 6 Gew.-%, bezogen auf dieses Material, der obenerwähnten Bindemittel A und B bei 1600C hergestellt.

RSM A wurde unter Verwendung des Bindemittels A und einer dioritisch/kalkigen Füllmasse und RSM B unter Verwendung des Bindemittels B und der gleichen Füllmasse hergestellt. Die Füllmasse hatte folgende Teil chengrössen: Teilchengrösse Gew.-% der gesamten Füllmasse 5 - 10 mm 30 2 - 5 mm 35 0,5 - 2 mm 20 0.2 - 0,5 mm 6 0,08 - 0,2 mm 2 unter 0,08 mm 7
RMS A und RSM B ergaben die aus der nachstehenden Tabelle III ersichtlichen Versuchsresultate.

In dieser Tabelle sind auch die entsprechenden Resultate angegeben, welche mit einem Strassenbelagmaterial, welches nachstehend mit RSM X bezeichnet wird, erzielt wurden, welches unter Verwendung eines Bitumens mit der gleichen Eindringtiefe wie die Bindemittel A und B, das aber durch direkte Destillation im Vakuum aus einem Rohöl aus dem mittleren Osten erzeugt wurde, hergestellt wurde. Dieses Bitumen wird nachstehend als Bindemittel X bezeichnet.

Tabelle III
RSM A B X Duriez-Stabilität nass kg/cm2 24 26 34 trocken kg/cm2 24 29 32 Eintauch/ Kompressions-Verhältnis 1,009 0,9 0,97 Marshall-Stabilität kg 720 650 500 Mesnager-Versuch kg 450 425 600
Der Marshall-Stabilitäts-Versuch ist beschrieben in American Society for Test Method's handbook > y unter der Code-Nummer D1559-58T.

Ein niedrigerer Wert für den Duriez- und den Mes nager-Versuch zeigt eine höhere Flexibilität und ein höhe rer Wert für den Marshall-Versuch eine grössere mecha nische Festigkeit an. Ein höheres Eintauch/Kompres sions-Verhältnis gibt eine bessere Beziehung zwischen
Nass- und Trockeneigenschaften an.

Der Zug/Druck-Modul eines elastischen Mediums kann aus der Kenntnis der Schallgeschwindigkeit in die sem Medium abgeleitet werden. Die Schallgeschwindig keit im Bindemittel A und im Bindemittel X wurden durch eine Resonanzmethode bei 10 C gemessen. Es mag zwar ungenau sein, ein Bitumen als elastisches Me dium zu betrachten. Die Zug/Druck-Moduls, abgeleitet von der Schallgeschwindigkeit, betrugen für Bindemittel X 2,3 X 1011 Dyns/cm2, für Bindemittel A 1,3 X 1011 Dyns/cm2.

Dies bedeutet, dass für eine gegebene Deformation der Zug im Bindemittel A etwa halb so gross ist wie derjenige im Bindemittel X. Das Bindemittel X ergab ein Zug/Druck-Modul von 1,3 X 1011 Dyns/cm2 bei einer Temperatur von +11 C, d.h. bei einer um 210C höheren Temperatur.

Die Bindemittel A und B wurden geprüft, indem ein Duriez-Versuchs-Stück bis zum Brechen zusammengedrückt und unter diesem Druck während 5 Minuten belassen wurde. Diese Druckbelastung wurde bis zum Zerfall des Versuchsstückes wiederholt. Das Versuchsstück mit Bindemittel A hielt vier Zyklen, dasjenige mit Bindemittel B sechs Zyklen stand.

Der Mesnager- und der Ouriez-Versuch werden beide an einem genau kreisrunden Zylinder aus Strassendeckenmaterial, d.h. aus Bindemittel und dem körnigen, mineralischen Material, bestehend, durchgeführt, wobei der Zylinder einen Radius von 4 cm und eine axiale Länge von 9-10 cm aufweist.

Beide Versuche werden so durchgeführt, dass der Zylinder zwischen parallelen Planplatten, welche mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/sec vorgeschoben werden, zusammengedrückt wird. Der Druck wird kontinuierlich registriert und der maximale Wert ergibt das Resultat des Versuches.

Beim Duriez-Versuch wird der Zylinder in Achsrichtung zusammengedrückt, wobei die Platten im rechten Winkel zur Achse des Zylinders stehen. Beim Mesnager-Versuch wird der Zylinder radial zusammengedrückt, wobei die Platten parallel zur Achse des Zylinders sind.

Unmittelbar vor einem Versuch wird der Zylinder während einer Woche bei einer Temperatur von 180C in Luft einer relativen Feuchtigkeit von 50% gelagert.

Im Gegensatz zu diesem Duriez-trocken-Versuch wird der Duriez-nass-Versuch mit einem Zylinder durchgeführt, welcher während einer Woche bei einer Temperatur von 180C unter Wasser gelagert wurde. Der Durieznass-Versuch ergibt üblicherweise ein etwas niedrigeres Resultat als der Duriez-trocken-Versuch. Das Nass-Resultat dividiert durch das Trocken-Resultat ergibt das Eintauch-Compressions-Verhältnis.

Die wirkliche Kompression wird immer bei einer Temperatur von 180C durchgeführt.

Die Abkürzung IP, (IP , gefolgt von einer Zahl, welche in der Beschreibung verwendet wird, gibt die Code
Nummer eines Versuches an, welcher im Werk The British Institute of Petroleum's handbook Test methods beschrieben ist.

Claims

PATENTANSPRUCH 1 Als Bindemittel für Strassenbeläge verwendbare bituminöse Mischung, dadurch gekennzeichnet, dass sie 5090 Gew.-% oxydiertes Bitumen, welches einen Penetrationsindex nach Pfeiffer und van Doormaal von mindestens +2, eine Eindringtiefe nach ASTM D5 von 1050 mm/ 10 bei 250C und einen Erweichungspunkt nach ASTM D36 von mindestens 650C aufweist, 4-50 Gew.-% eines Petroleumöls, welches bei 760 Torr einen Anfangssiedepunkt von wenigstens 3600C aufweist, enthält.

UNTERANSPRÜCHE 1. Mischung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das darin enthaltene oxydierte Bitumen ein luftverblasenes Bitumen ist, welches bei 250C eine Eindringtiefe von 40 mm/ 10, einen Erweichungspunkt von angenähert 900C und einen Penetrationsindex von mindestens + 3 aufweist.

2. Mischung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Petroleumöl ein aromatischer Extrakt ist, der bei 760 Torr und bei einer Temperature von 4006000C zu 50% überdestilliert und bei 500C eine Viskosität von 300-500 cSt aufweist.

3. Mischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich 0,04-10 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Mischung, eines natürlichen und/oder synthetischen Elastomers enthält.

4. Mischung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,2 bis 1 Gew.-% Elastomer enthält.

5. Mischung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer in Latexform vorliegt.

6. Mischung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ein Butadien/Acrylnitriloder ein Butadien-Styrol-Mischpolymerisat ist.

7. Mischung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein flüchtiges Lösungsmittel oder ein flüchtiges Emulsionsmittel enthält.

8. Mischung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das flüchtige Emulsionsmittel Wasser ist.

PATENTANSPRUCH II Verwendung der bituminösen Mischung nach Patentanspruch I, zur Herstellung eines Strassenbelagmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass ein körniger, mineralischer Füllstoff mit der bituminösen Mischung überzogen wird.