CH511053A - Verfahren zur Herstellung von Mischgut aus pulverigen bis körnigen Feststoffen und bituminösen Bindemitteln sowie Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung von Mischgut aus pulverigen bis körnigen Feststoffen und bituminösen Bindemitteln sowie Anwendung des Verfahrens
Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung bituminösen Mischgutes, z. B. für den Strassenbau, wird das auf einen geringen Restwassergehalt von etwa 0,5 % getrocknete und meist auf 160 bis 2000 C erhitzte Mineral, vorzugsweise klassiert, über eine Gattierungswaage dem Mischer zugeführt und hier mit bituminösem Bindemittel umhüllt. Voraussetzung für die Umhüllung ist, wie erwähnt, die thermische Vorbehandlung des Minerals, bei der eine Trennung der dem körnigen Gut anhaftenden Feinstpartikel und deren Aufnahme durch den Trocknungsgasstrom erfolgt.

  Um den Abgasstrom von seiner Staubbelastung zu befreien und diesen Staub dem Mischgut, in dem er eine wichtige Funktion ausübt, wieder zuführen zu können, sowie eine unzulässige hohe Staubemission zu verhindern, sind oft aufwendige technische Mittel, wie Zyklone, Nasswäscher, Filter usw. in einem solchen Umfange erforderlich, dass eine wirtschaftliche Aufbereitung eines solchen Mischgutes, insbesondere in Wohngegenden, industriellen Ballungszentren, Naturschutzgebieten und dergleichen, für die die Einhaltung noch tragbarer Emissionswerte vorgeschrieben sind, nicht mehr gegeben ist.



   Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Mischgut aus pulverigen bis körnigen Feststoffen und bituminösen Bindemitteln, bei dem die Umhüllung von Feststoffen mit bituminösen Bindemitteln ohne die Abscheidung von Feinstpartikeln, d. h. auch ohne ein Auftreten von Staub, erfolgt.



   Demgemäss ist Gegenstand der Erfindung: a) ein Verfahren zur Herstellung von Mischgut aus pulverigen bis körnigen Feststoffen und bituminösen Bindemitteln, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man feuchte Feststoffe zusammen mit dem Bindemittel mischt und gleichzeitig oder anschliessend erwärmt, sowie b) die Anwendung des Verfahrens zur Herstellung bituminöser Verkehrsflächenbeläge.



   Nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhält man sehr brauchbare Umhüllungen, insbesondere wenn das Verfahren unter starker Wärmezufuhr und/oder unter Verwendung zweckmässig abgestimmter Bindemittel durchgeführt wird. Besonders vorteilhafte Ergebnisse lassen sich allerdings erzielen, wenn man den feuchten Feststoffen noch kleine Mengen Metallsalze zusetzt.



   Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können mineralische oder organische pulverige bis körnige Feststoffe mit bituminösen Bindemitteln auf Erdöl- oder Kohlenbasis, wobei diese Bindemittel gegebenenfalls einen Emulsionscharakter aufweisen können, umhüllt werden.



   Es kann insbesondere bituminöses Mischgut, beispielsweise für den Strassenbau, hergestellt werden, ohne dass hierbei die sonst übliche Staubentwicklung, d. h.



  ein Austrag der Feinstpartikeln während des Trocknungsprozesses der Feststoffe, stattfindet.



   Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens näher beschrieben.



   Nach dem neuen Herstellungsverfahren werden bei gleichzeitigem Zusammenwirken des Bindemittels, einer Wassermenge, die sich auf eine im Mineralgerüst bzw.



  an der Feststoffoberfläche vorhandene natürliche Feuchtigkeit beschränken kann, und einer relativ kleinen Menge von Metall-, vorzugsweise Chromsalzen, die mit löslichen Eisensalzen versetzt sein können, die Feststoffpartikeln während des Mischprozesses zunächst das ihnen anhaftende Wasser abstossen, um sich unmittelbar anschliessend mit dem Bindemittel, hervorgerufen durch die Wirkung der Adhäsionskräfte, bei relativ niedrigen Temperaturen zu umhüllen.



   Die Aktivierungswirkung, d. h. das Wasser abweisend machen, kann noch verstärkt werden durch das gleichzeitige Aufbringen der sich in einer Lösung eventuell gemeinsam mit den sonstigen Zusätzen befindenden Chromsalze oder dergleichen und des bituminösen   Bindemittels, vorzugsweise geringer Schichtstärke, auf die Feststoffoberflächen bei anschliessender oder parallel verlaufender Erwärmung des Feststoffes.



   Zur Durchführung dieses Verfahrens, z. B. im Stra ssenbau, bietet sich in der Praxis an, den noch nicht getrockneten mineralischen Feststoffteilchen, die normalerweise einen Feuchtigkeitsgehalt von 3 bis 5   S    Wasser aufweisen, in einem Mischer, vorzugsweise über zerstäubungsorgane, gleichzeitig das Bindemittel und die oben genannten Zusätze zuzuführen, so dass eine ausreichende statistische Verteilung dieser Stoffe auf den Oberflächen der Feststoffteilchen gegeben ist. Nach erfolgter Zugabe und Erreichung des gewünschten Mischungszustandes wird das Mischgut - bei diskontinuierlichem Betrieb - über einen Ausgleichsbehälter und eine Abzugsvorrichtung kontinuierlich einem Trockner, vorzugsweise Trommeltrockner, zugeführt und in diesem auf eine Temperatur von über 800, vorzugsweise   1405,    erwärmt.

  Bereits bei Überschreitung der   80 -    Schwelle tritt der Aktivierungsprozess ein, d. h. die Chromsalzlösung verdrängt das den Mineraloberflächen anhaftende und in den Poren eingelagerte Wasser und macht die einzelnen Feststoffteilchen bleibend wasserabweisend. Im Gegensatz zu vielen bekannten Haftmittelzusätzen wird die Wirkung der Chromsalze durch die hohen Temperaturen nicht beeinträchtigt.



   Die auf diese Weise vorbereiteten Oberflächen binden durch Aktivierung der Adhäsionskräfte das Bindemittel und bewirken gleichzeitig mit der in der Trommel stattfindenden zusätzlichen Umwälzung des Gutes eine vollkommene Umhüllung der einzelnen Feststoffteilchen.



   Wird das bei gleichzeitiger Zuführung von Wärme umhüllte Material anschliessend unter Bewegung auf 60 bzw. unter 600 C abgekühlt, so entsteht ein lagerund rieselfähiges, jedoch bei Aussentemperaturen ab   10¯    C verdichtbares Mischgut.



   Das nach dem beschriebenen Verfahren aktivierte Material gestattet überraschenderweise zusätzlich die Lösung interessanter Probleme, von denen in diesem Zusammenhang eines besonders erwähnt werden soll.



  Es handelt sich um die Zusammenführung solcherart aktivierter mineralischer Feststoffteilchen, vorzugsweise Sande mit Mineralölen, sonstigen Ölen oder ölhaltigen Substanzen, wobei eine dauernde Bindung zwischen den umhüllten Mineralstoffen und den Ölen entsteht. Durch das Bestreuen mit aktiviertem Sand bzw. Aufschleudern von aktiviertem Sand kann beispielsweise auf dem Wasser schwimmendes Mineralöl dauernd versenkt werden, wie praktische Versuche gezeigt haben. Dies ist beispielsweise bei Tankschiffunfällen von Bedeutung.



   Soll die Bindung mineralischer Feststoffteilchen durch eine Emulsion erfolgen, so empfiehlt sich die Umhüllung der Feststoffe durch eine auf Basis von hydrolysierten Proteinverbindungen überstabilisierte alkalische Bitumenemulsion, die durch Metall-, vorzugsweise Chromsalz, aktiviert ist und der Borax und eine wässrige Formaldehydlösung zugesetzt sind.



   Durch die Verwendung einer solchen Emulsion werden die sich bei Temperaturen über 250, insbesondere über   400    einstellenden Schwierigkeiten praktisch ausgeschaltet, ohne dass die Mengen der Aktivierungsmittel erhöht werden müssen. Der Zusatz von Borax zu der basischen Chromsalzlösung macht die Emulsion im praktischen Arbeitsbereich temperaturunempfindlich.



  Ebenso wurde der günstige Einfluss des Zusatzes einer wässrigen Formaldehydlösung in praktischen Versuchen unter Beweis gestellt.



   Es wurde weiter gefunden, dass es bei der Herstellung solcher Mischungen, beispielsweise auch bei der Aufbereitung von Schlämmen, zweckmässig ist, der Emulsion, in Abstimmung mit der Plastizität des Bindemittels, Zement in einer von der gewünschten Steifigkeit der Mischung abhängigen Menge zuzugeben.



   Mit einer derartigen Emulsion ist es z. B. möglich, einen kalt einbaufähigen Gussasphalt herzustellen, der bisher nicht bekannte Eigenschaften aufweist, so z. B.



  ausserordentlich rasches Abbinden selbst bei grossen Einbaustärken und ein für die Praxis unwesentliches Schwinden bei dem Trocknungs- bzw. Erhärtungsprozess.



   Besonders vorteilhaft ist es, der Emulsion ein Gemisch aus schnellbindendem Zement und Kalk in einem   Verhältnis    von huntert Teilen schnellbindendem Zement zu dreissig bis hundert Teilen Kalk zuzugeben. Bei diesem Zusatz sind die Beläge schnell belastbar. Die Eindringtiefen stehen dabei in einem direkten Verhältnis zu der Menge des Bitumens in der Emulsion und der Menge des Kalk-Zement-Gemisches.



   Eine weitere positive Beeinflussung der Abbindezeit bei Verwendung von Normalzement anstelle des obengenannten schnellbindenden Zementes kann dadurch erreicht werden, dass dem Zement Eisensulfat   (FeSO4.    7   H O)    in einem solchen Verhältnis zugesetzt wird, dass die Acidität des Eisensulfats die Alkalität des Zements leicht übersteigt.



   Ausserdem kann Bariumsulfid anstelle von Chromsalz als Aktivierungsmittel und anstelle von Zement als hydraulisches Bindemittel verwendet werden. In diesem Falle erfolgt die Reaktion nach der Gleichung    BaS + 9 H O = Ba(OH)- 7H-+HS.   



  Auch dies ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Schlämmen und kalt einbaufähigem Gussasphalt.



   Das erfindungsgemässe Verfahren beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die Aufbereitung von bituminösem Mischgut auf Mineralbasis, sondern kann auch ebenso zur Umhüllung anderer Stoffe wie z. B. gebrochener Hartpeche aller Art, Hartpechgranulate, geblähten Polystyrols oder anderer Kunststoffe, Sägemehl und dergleichen, verwendet werden. Derartige Gemische eignen sich hervorragend zur Verwendung als Isoliermaterial und erlauben auch die Herstellung von Formstücken, z. B. Zylinder oder Halbschalen für Rohrisolierungen.

 

   In diesem Zusammenhang soll beispielsweise auf die mit gebrochenen umhüllten Hartpechen gegebenen Möglichkeiten hingewiesen werden.



   Umhüllt man Hartpeche, so entsteht ein rieselfähiges, unter Druck und/oder Temperatur ballungsfähiges Mischgut, das, um heisse Rohroberflächen verlegt, interessante Wirkungen aufweist, und zwar die Verflüssigung der Masse in Anstrichsstärke an der heissen Kontaktfläche und Zusammensinterung eines Teiles der weiter entfernt von der heissen Fläche liegenden umhüllten Pechkörnungen unter Aufrechterhaltung eines gewissen Porenanteiles, wodurch eine hervorragend Isolierwirkung entsteht. Ein ähnliches Ergebnis zeigt sich auch ohne Temperatureinwirkung bei Ausübung von Druck, z. B. wenn man in Gräben zu verlegende Rohre in umhüllte Pechkörnungen einbettet und anschliessend durch die Auffüllschüttung belastet.  



   Diese Spezialemulsionen erlauben das Umhüllen von allen pulverigen bis körnigen Feststoffen durch ihre stark thixotropen Eigenschaften, die bei Ansäuerung der Emulsionen auftreten.



   Dadurch können z. B. Mineralgemische auch ohne Sand und Füller umhüllt werden, ohne dass, selbst bei hohen Emulsionsdosierungen, ein Abfliessen der Emulsion zu befürchten ist. Umgekehrt werden die kornabgestuften mineralischen Haufwerke vom feinsten bis zum gröbsten Korn einschliesslich Pulvern wie Eisenoxyd,   Kalkstein-    oder Quarzfüller, Kalk oder Zement, individuell und vollständig umhüllt, ohne dass während dieses Umhüllungsvorganges die Emulsion bricht, und ohne dass eine Verdünnung der Emulsion mit Wasser erforderlich ist. Das gleiche gilt selbstverständlich auch für organische Stoffe, beispielsweise für die Umhüllung von Holzpulvern.



   Es wurde weiter festgestellt, dass man alle klassischen Asphaltgemische einschliesslich Bitukies (Tragschichtmischungen) anstatt heiss zu mischen, bei gleichen Mineral- und Bindemittelmengen durch Verwendung der beschriebenen Emulsionen kalt mischen kann, wobei bei   nachträglichem    Trocknen, das lediglich durch Sonneneinstrahlung an der Luft oder auch mit Temperaturen bis etwa 1600 erfolgen kann, ein bituminöses Mischgut entsteht, das sich äusserlich von klassischem, heiss gemischtem Mischgut nicht unterscheidet, das aber bisher nicht bekannte Eigenschaften aufweist: die Haftfestigkeit, ganz besonders auch auf sauren Gesteinsarten wie Quarz- oder Siliziumgestein, wird so erheblich verbessert (Riedel-Weber-Test; Note 10), dass das Material ein kalt lagerfähiges und schüttfähiges, aber dennoch bei Temperaturen von 10 bis 300 einbaufähiges Mischgut ist.

  Damit werden zwei in der Praxis immer wieder zu verzeichnende Mängel beseitigt, nämlich einmal die schlechte Haftfestigkeit des Bindemittels auf verschiedenen Mineralien, insbesondere quarzhaltigen Mineralien, und zum anderen die Unbrauchbarkeit von heiss gemischtem, aber vor dem Einbau erkaltetem bituminösem Mischgut. Das Mischgut nach dem oben beschriebenen Verfahren bleibt, wie erwähnt, in einem korngetrennten, jedoch verdichtungsfähigen Zustand.



   Es wurde weiter ermittelt, dass das mit diesen Emulsionen kalt hergestellte Mischgut für offene oder geschlossene Bauweisen mit oder ohne Zusatz von Zementen, Kalken oder sonstigen Füllstoffen, an der Luft oder durch direkte oder indirekte Erhitzung getrocknet, insofern einen kritischen Zustand durchläuft, als nach Verdampfung von 80-90 % des Wassers sich die Steine bei der Bewegung progressiv enthüllen. Diese Erscheinung verschwindet rasch wieder mit ansteigender Temperatur und fortschreitendem Trocknungsgrad bei gleichzeitiger, weiterer Bewegung des Mischgutes. Ein Trocknen mit oder ohne Erhitzung eines auf der Basis dieser Emulsion hergestellten bituminösen Mischgutes ohne Bewegung des Materials erlaubt ebenfalls die völlige Umhüllung der Feststoffe, sobald über 90 % des Wassers verdampft sind, ohne dass ein Durchlaufen der oben geschilderten kritischen Enthüllungsphase stattfindet.



   Wie bereits in vorstehenden Ausführungen erläutert wurde, bedeutet das Verfahren praktisch eine Umkehrung des klassischen Heissmischprozesses, bei dem die in der Trockentrommel getrockneten und erhitzten   mi    neralischen Feststoffteilchen in einem Mischer mit dem bituminösen Bindemittel vermischt werden. Vielmehr werden nach dem erfindungsgemässen Verfahren im Mischer feuchte Feststoffteilchen zusammen mit dem Bindemittel und den genannten Zusätzen gemischt und durchlaufen anschliessend erst die Trockentrommel. Da hierbei auch die dem Mineral anhaftenden bzw. zugesetzten Feinstpartikeln bereits mit Bindemittel in Berührung gekommen sind, werden sie in der Trockentrommel nicht mehr vom Heissgasstrom mitgerissen und ausgetragen, so dass sich die bisher unvermeidlichen, kostspieligen Entstaubungsanlagen erübrigen.

  Dies bedeutet, dass ohne aufwendige Anderungsarbeiten die vorhandenen, nach dem Heissmischverfahren arbeitenden Mischanlagen auf das erfindungsgemässe Verfahren umgestellt werden können. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, dass bei Verwendung von Drehtrommeltrocknern die Trommel mit Schleppketten ausgestattet wird, die einmal die Mineralbewegung fördern und zum andern die Trommel vor Verunreinigungen bewahren.

 

   Zur Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, z. B. bei der staublosen Herstellung von Heissasphalt, ist zu bemerken, dass selbst bei der Forderung grösster Haftfestigkeiten nur in geringen Mengen Zusätze benötigt werden.



  So genügen z. B. für ein quarzhaltiges, füllerarmes Mineral   O/lo    mm 125 g basisches Chromsulfat, gelöst in 375 cm3 Wasser, pro Tonne Mischgut. Dieser Zusatz genügt, um eine absolute Wasserunempfindlichkeit des Mischgutes zu erreichen. Für andere Asphalt-Rezepturen bzw. bei speziellen Oberflächenbeschaffenheiten des verwendeten Minerals können auch andere Mengenverhältnisse verwendet werden. In der Regel stellt das angegebene Mengenverhältnis jedoch die obere Grenze der Metallsalzzugabe dar, da höhere Konzentrationen zumindest bei niedrigen Temperaturen zu Ausfällungen führen können. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Verfahren zur Herstellung von Mischgut aus pulverigen bis körnigen Feststoffen und bituminösen Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet, dass man feuchte Feststoffe zusammen mit dem Bindemittel mischt und gleichzeitig oder anschliessend erwärmt.

   II. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I zur Herstellung bituminöser Verkehrsflächenbeläge.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man den feuchten Feststoffen zusätzlich eine kleine Menge mindestens eines Metallsalzes zusetzt.

   2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Metallsalz Chromsalze, Bariumsulfid oder Chromsalz-Eisensalz-Gemische verwendet.

   3. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Metallsalz in Form einer wässrigen Lösung mit einer Konzentration von einem Gewichtsteil Metallsalz auf drei Gewichtsteile Wasser verwendet.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man das mit Bindemittel umhüllte Material unter weiterem Mischen auf mindestens 600 C abkühlt, wodurch ein lager- und rieselfähiges, jedoch bei Temperaturen ab 100 C verdichtbares Mischgut entsteht.

   5. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man solche Metallsalzlösungen und Bindemittelschichten auf die Feststoffe aufbringt, dass diese bleibend aktiviert sind, so dass die Feststoffe später mit Ölen oder ölhaltigen Substanzen, die beispielsweise auf Wasser schwimmen, eine dauernde Bindung eingeht.

   6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Bindemittel eine auf Basis von hydrolysierten Proteinverbindungen überstabilisierte alkalische Bitumenemulsion verwendet, die durch Metallsalze, vorzugsweise Chromsalze, aktiviert ist, und Borax und eine wässerige Formaldehydlösung enthält.

   7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man in Abhängigkeit von der Plastizität des Bindemittels und der gewünschten Steifigkeit der Mischung weiter so viel hydraulisches Bindemittel, vorzugsweise Zement, zugibt, dass das Schwinden des Gemisches auf ein kaum wahrzunehmendes Mass und das Abbinden auf eine einstellbar kurze Zeit reduziert wird.

   8. Verfahren nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als hydraulisches Bindemittel ein Gemisch aus hundert Teilen schnellbindendem Zement und dreissig bis hundert Teilen Kalk zugibt.

   9. Verfahren nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Erhöhung der Abbindegeschwindigkeit dem Zement Eisensulfat in einem solchen Verhältnis zusetzt, dass die Acidität des Eisensulfates geringfügig höher liegt als die Alkalität des Zementes.

   10. Verfahren nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man bei der Herstellung von kalt einbaufähigem Gussasphalt als hydraulisches Bindemittel Bariumsulfid verwendet.

   11. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man Feststoffe, die sich für Umhüllungs- bzw. Anstrich- und Isolierzwecke für heisse Flächen eignen, insbesondere gebrochene Hartpeche, verwendet.

   12. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mischvorrichtung, insbesondere eine Drehtrommel, verwendet, die insbesondere im Bereich des Trommelauslaufes einseitig befestigte Schleppketten aufweist.