DD201314A1

DD201314A1 - METHOD FOR PRODUCING QUALITY-IMPROVED BITUMENE EMULSIONS

Info

Publication number: DD201314A1
Application number: DD23551081A
Authority: DD
Inventors: Eberhard Spur; Manfred Gross
Original assignee: Eberhard Spur; Manfred Gross
Priority date: 1981-12-08
Filing date: 1981-12-08
Publication date: 1983-07-13

Abstract

Die vorzugsweise erhoehte Haftfaehigkeit sowie das verbesserte Abbinde- und Klebevermoegen gegenueber Gesteinsbaustoffen wird durch Zusatz von 0,01 bis 5,0% Aminoalkylaethoxysilanen erreicht. Diese erfindungsgemaess hergestellten Emulsionen sins vielseitig im Strassenbau, im Wegebau sowie im Bautenschutz einsetzbar.The preferably increased adhesiveness as well as the improved setting and adhesive capacity with respect to rock building materials is achieved by adding 0.01 to 5.0% of aminoalkylethoxysilanes. These emulsions prepared according to the invention can be used in a variety of ways in road construction, in road construction and in building protection.

Description

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Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter BitumenemulsionenProcess for the preparation of quality improved bitumen emulsions

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter Bitumenemulsionen, die vorzugsweise eine erhöhte Haftfähigkeit sowie ein verbessertes Abbinde- und Klebevermögen gegenüber Gesteinsbaustoffen besitzen und dadurch vielseitig im Straßen- und Wegebau sowie im Bautenschutz einsetzbar sind.The invention relates to a process for the preparation of quality-improved bitumen emulsions, which preferably have an increased adhesiveness and an improved setting and adhesion to rock building materials and are therefore versatile in road and road construction and in building protection can be used.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß sich Bitumenemulsionen gegenüber vei— schiedenen Gesteinsbaustoffen» insbesondere sauren Gesteinen, sehr unterschiedlich verhalten und oft unzureichende Haft-, Abbinde- und Klebeeigenschaften besitzen. Verbessert werden kann dieses insgesamt unzureichende Verhalten durch Zusatz bestimmter qualitätsverbessernder Substanzen, die entweder dem Bitumen, der wäßrigen Phase der Emulsion zugemischt oder auf die Mineralstoffe vor Zusatz der Emulsion'en aufgebracht werden.It is known that bitumen emulsions behave very differently with respect to different rock building materials, in particular acidic rocks, and often have inadequate adhesion, setting and adhesive properties. This overall unsatisfactory behavior can be improved by adding certain quality-improving substances, which are either added to the bitumen, to the aqueous phase of the emulsion or applied to the minerals before the emulsions are added.

'8.0EL 1981*9^6380'8.0EL 1981 * 9 ^ 6380

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Als Haftverbesserer werden überwiegend stickstoffhaltige Produkte wie Amine, Amin- oder Ammoniumsalze verwendet. Da diese oft nur in begrenzter Menge zur Verfügung stehen, zum Teil wenig beständig sind und auch in verschiedenen anionaktiven oder nichtionogenen Systemen nicht wirken, hat es nicht an Versuchen gefehlt, auch andere Stoffe zur Verbesserung der Hafteigenschaften von Bitumenemulsipnen einzusetzen.As adhesion promoters predominantly nitrogen-containing products such as amines, amine or ammonium salts are used. Since these are often available only in limited quantities, are sometimes less stable and do not work in various anionic or nonionic systems, there has been no lack of attempts to use other substances to improve the adhesive properties of Bitumenemulsipnen.

So werden nach OD-WP 97 222 und DD-WP 101 420 sauerstoffhal-Γ tige Produkte verwendet, wobei die haftverbessernde Wirkung durch phenolische OH-Gruppen erzielt wird.Thus, the adhesion-improving effect is obtained by the phenolic OH groups by OD-WP 97 222 and DD-WP 101420 oxygen- term Γ products used.

Weiterhin werden noch andere Substanzen wie Harzsäuren, Schwermetallsalze, Biolipide und verschiedene kombinierte Produkte vorgeschlagen.Furthermore, other substances such as resin acids, heavy metal salts, biolipids and various combined products are proposed.

Nach DD-WP 59 718 und DD-WP 96 476 werden Alkyl-(Aryl)-Silikonate allein bzw. in Verbindung mit Butadien-Styrol-Copolymerisat-Dispersionen zugesetzt. iAccording to DD-WP 59 718 and DD-WP 96 476, alkyl (aryl) siliconates are added alone or in combination with butadiene-styrene copolymer dispersions. i

Die Wirkung all dieser Substanzen ist meist an spezielle Emulsionssysteme gebunden. Außerdem haben sie oft Auswirkung C gen auf die Herstellung und die Eigenschaften dieser Emulsionen. Das Emulgierverhalten des Bitumens sowie der Dispersitätsgrad und die Stabilität der Bitumenemulsion werden in unterschiedlichem Maße beeinflußt. Oft verschlechtert sich dabei das Klebevermögen der Emulsionen.The effect of all these substances is usually bound to special emulsion systems. In addition, they often affect the production and properties of these emulsions. The emulsification behavior of the bitumen and the degree of dispersity and the stability of the bitumen emulsion are influenced to varying degrees. Often, the adhesiveness of the emulsions deteriorates.

Sowohl Amine als auch Alkylsilikonate zeigen beispielsweise in nichtionogenen Systemen nur eine geringe oder keine Verbesserung der Hafteigenschaften.Both amines and alkyl siliconeates, for example, show little or no improvement in adhesive properties in nonionic systems.

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Anionaktive und nichtionogene Bitumenemulsionen sind deshalb für verschiedene Anwendungsgebiete nur bedingt oder nicht verwendbar. So ist z. B. die Herstellung bituminöser Schlämme durch die zu langen Austrocknungszeiten Infolge des für anionaktive und nichtionogene Emulsionen typischen Abbindeprozesses, bei dem das Emulsionswasser nicht sofort beim Brechen der Emulsion, sondern erst nach und nach abgegeben wird, gekennzeichnet, obwohl gerade diese Emulsionen bezüglich der Mischstabilität und des Klebevermögens gegenüber kationaktiven Emulsionen wesentliche Vorteile besitzen.Anion-active and non-ionic bitumen emulsions are therefore only conditionally or unusable for various fields of application. So z. B. the production of bituminous sludges due to the excessive dehydration times due to the typical for anionic and nonionic emulsions curing process in which the emulsion water is not released immediately upon breaking the emulsion, but only gradually, although these same emulsions with respect to the mixing stability and of adhesiveness to cationic emulsions have significant advantages.

Auch bei der Durchführung von Oberflächennachbehandlungen wirkt sich das langsame Abbinden selbst haftverbesserter anionaktiver Emulsionen nachteilig aus.Even when performing surface post-treatments, the slow setting of even adhesion-enhanced anionic emulsions has an adverse effect.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, Bitumen- und Verschnittbitumenemulsionen mit gutem Haft-, Abbinde- und Klebevermögen unter variabler Gestaltung des Emulsionssystems und damit der Stabilität der Emulsion und ihrer Verwendbarkeit herzustellen.It is an object of the invention to produce bitumen and cut bitumen emulsions with good adhesion, setting and adhesion with variable design of the emulsion system and thus the stability of the emulsion and its usability.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, qualitätsverbesserte, anionaktive und nichtionogene alkalische, saure und neutrale Bitumen- und Verschnittbitumenemulsionen durch Zusatz eines in vielen Emulsionssystemen wirksamen Haftverbesserers herzustellen.It is an object of the invention to produce quality-improved, anionic and nonionic alkaline, acidic and neutral bitumen and cut bitumen emulsions by addition of an effective in many emulsion systems adhesion promoter.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß ein Zusatz von 0,01 bis 5,0 % Aminoalkyltriäthoxysilanen die Herstellung von Bitumen- und Verschnittbitumenemulsionen mit hohem Haft-, Ab-Surprisingly, it has been found that an addition of 0.01 to 5.0 % of aminoalkyltriethoxysilanes allows the production of bituminous and cut-up bitumen emulsions with high adhesion, release and

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binde- und Klebevermogen und regulierbarer Brechzeit ermöglicht.Binding and adhesive capacity and adjustable breaking time allows.

Erfindungsgemäß werden die qualitätsverbesserten Emulsionen hergestellt, indem das Aminoalkyltriäthoxysilan dem Bitumen bzw. Verschnittbitumen oder der wäßrigen Phase vor der Emulgierung zugesetzt und direkt in das Emulsionssystem einemulgiert oder der Emulsion nachträglich beigemischt wird.According to the invention, the quality-improved emulsions are prepared by adding the Aminoalkyltriäthoxysilan the bitumen or cut bitumen or the aqueous phase prior to emulsification and emulsified directly into the emulsion system or the emulsion is subsequently added.

Wird beispielsweise Aminopropyltriäthoxysilan verwendet, so ( führen schon Mengen von 0,05 bis 0_#2 % zu solch großen Qualitätsverbesserungen, wie sie beim Einsatz reiner Amine oder Sauerstoffhaltiger Substanzen nicht erreicht wurden.For example, aminopropyltriethoxysilane used, (lead already amounts of 0.05 to 2% 0 _# to such a large quality improvements as they were not achieved when using pure amines or oxygen-containing substances.

Besonders hervorzuheben ist deren Einsatzmöglichkeit bei der Herstellung hochstabiler nichtionogener Emulsionen, da es \ für diese noch keine wirksamen Haftverbesserer gibt.Of particular note is their use in the production of highly stable non-ionic emulsions, as there are no effective adhesion promoters for these.

Durch einen geringen Zusatz von Aminopropyltriäthoxysilan wird ein Haftkennwert bei Heißwasserlagerung von Ober 90 % erhalten. Ohne Aminopropyltriäthoxysilan ist unter gleichen Bedingungen und selbst bei Kaltwasserlagerung kaum eine Haftwirkung vorhanden.By a slight addition of Aminopropyltriäthoxysilan an adhesive characteristic value is obtained with hot water storage of more than 90 % . Without Aminopropyltriäthoxysilan under the same conditions and even with cold water storage hardly any adhesion exists.

Auch zeigen die erfindungsgemäß hergestellten Emulsionen bei der Umhüllung mineralischer Stoffe ein Verhalten, das dem kationaktiver Emulsionen nahe kommt. Das Emulsionswasser wird nach dem Brechen der Emulsion ausgeschieden und nicht, wie bei herkömmlichen nichtionogenen und anionaktiven Emulsionen, vom Bitumen eingeschlossen. Dadurch wird der Abbindeprozeß wesentlich verkürzt.The emulsions according to the invention also show a behavior in the coating of mineral substances which is close to the cation-active emulsions. The emulsion water is excreted after breakage of the emulsion and is not entrapped with bitumen, as in conventional nonionic and anionic emulsions. This significantly shortens the setting process.

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Anionaktive unstabile Emulsionen zeigen außer den für anionaktive Emulsionen charakteristischen vorteilhaften Eigenschaften ein sehr gutes Klebevermögen und ein Abbindeverhalten, das nur von hochwiertigen kationaktiven Bitumenemulsionen erreicht wird.Anion-active, unstable emulsions exhibit, in addition to the advantageous properties characteristic of anionic emulsions, a very good adhesion and a setting behavior that is only achieved by highly active cationic bitumen emulsions.

Diese überraschende Wirkung ist aus dem chemischen Verhalten der Aminoalkyltriäthoxysilane, die in wäßriger Lösung hydrolysieren und über die Zwischenstufβ Aminoalkylsilantriol Polysiloxanole bilden, nicht zu erklären, zumal die Aminogruppe nur geringe oder keine kationaktive Eigenschaften entsprechend bekannter kationaktiver Emulgatoren zeigt und der restliche siliziumorganische Molekülteil in anderen Verbindungen unwirksam ist.This surprising effect can not be explained by the chemical behavior of the aminoalkyltriethoxysilanes which hydrolyze in aqueous solution and form polysiloxanols via the intermediate stage aminoalkylsilane triol, especially since the amino group shows little or no cationic properties corresponding to known cationic emulsifiers and the remaining organosilicon part in other compounds is ineffective.

Die vorteilhafte Wirkung des Aminoalkyltriäthoxysilans in Bitumenemulsionen ist also nur dieser spezifischen Kombination zuzuschreiben«, Dieses arteigene Verhalten ermöglicht seine variable Verwendung zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften von Bitumen- und Verschnittbitumenemulsionen und deren vielseitige Anwendung»The beneficial effect of Aminoalkyltriäthoxysilans in bitumen emulsions is therefore attributable only to this specific combination, "This species-specific behavior allows its variable use to improve certain properties of bitumen and cut-bitumen emulsions and their versatile application»

Stabile anionaktive oder nichtionogene Emulsionen können damit bevorzugt für die Herstellung bituminöser Schlämme eingesetzt werden. Gegenüber kationaktiven Emulsionen besitzen diese eine weitaus bessere Mischstabilität und der Brechvorgang verläuft nicht spontan, sondern ist regulierbar. Die Verwendung kationaktiver Emulsionen für bituminöse Schlämme macht mit wenigen Ausnahmen eine Maskierung der Mineralstoffe mit kationaktiven Substanzen vor dem Einmischen der Emulsion notwendig» um die aktivsten Mineralstoffanteile unwirksam zu machen und eine Brechzeitverzögerung zu erwirken.Stable anionic or nonionic emulsions can thus be used preferably for the production of bituminous sludges. Compared with cationic emulsions, these have a much better mixing stability and the breaking process is not spontaneous, but is adjustable. The use of cationic emulsions for bituminous sludges requires, with few exceptions, a masking of minerals with cation-active substances before mixing in the emulsion »in order to neutralize the most active mineral constituents and to obtain a break-time delay.

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Für die Praxis bedeutet das sehr genaue Dosierung und die Einhaltung einer konstanten Qualität aller Rohstoffe.In practice, this means very precise metering and compliance with a constant quality of all raw materials.

Das temperierte Brechverhalten der erfindungsgemäß hergestellten Emulsionen kann dagegen über einen weiten Bereich reguliert werden. Eine Maskierung der Mineralstoffe ist nicht erforderlich, es können relativ minderwertige Gesteinsbaustoffe unterschiedlicher Qualität verwendet werden.The tempered breaking behavior of the emulsions according to the invention, however, can be regulated over a wide range. A masking of minerals is not required, it can relatively low-quality rock building materials of different qualities are used.

( Die Herstellung von qualitätsverbesserten Verschnittbitumen emulsionen erfolgt durch Emulgierung von Verschnittbitumen oder durch Mischung von Bitumenemulsionen mit Verschnittmit telemulsionen. Auch hier kann das Aminoalkyltriäthoxysilan der bituminösen oder auch wäßrigen Phase oder nachträglich der Emulsion zugesetzt werden. Oiese Verschnittbitumenemul- \ sionen zeichnen sich ebenfalls durch ein sehr gutes Haftvermögen aus und sind vor allem zur Herstellung eines lager fähigen und kalteinbaubaren Mischgutes geeignet.(The production of quality-improved cutted bitumen emulsions is carried out by emulsifying cutted bitumen or by mixing bitumen emulsions with cuttable telemulsions.) Again, the aminoalkyltriethoxysilane can be added to the bituminous or also aqueous phase or subsequently to the emulsion good adhesion and are particularly suitable for the production of a storable and cold-installable mix.

Bei entsprechender Wahl der Emulgatoren oder bei Verwendung spezieller Netzmittel lassen sich Emulsionen herstellen« die unter Berücksichtigung des Bitumengehaltes als Haftkle-V beremulsionen Anwendung finden können.With a suitable choice of the emulsifiers or with the use of special wetting agents, emulsions can be produced which, taking into account the bitumen content, can be used as pressure sensitive adhesive emulsions.

Die Verfügbarkeit unstabiler anionaktiver Bitumenemulsionen mit guten Haft-« Abbinde- und Klebevermögen ermöglicht auch deren Anwendbarkeit unter ungünstigen Witterungsbedingungen und in der kälteren Oahreszeit.The availability of unstable anionic bitumen emulsions having good tack and adhesion properties also enables their utility under adverse weather conditions and in the colder season.

Von großem Vorteil ist es« daß der Haftverbesserer, das noalkyltriäthoxysilan« nachträglich in die Bitumenemulsionen eingemischt werden kann, so daß eine vorhandene BiturnenemuI-It is of great advantage that the adhesion promoter, the noalkyltriethoxysilane, can be subsequently mixed into the bitumen emulsions, so that an existing bitumen emulsion can be mixed in with the bitumen emulsions.

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sion direkt auf der Baustelle auf die zum Einsatz kommenden Gesteinsbaustoffe eingestellt werden kann.can be set directly on the construction site for the rock building materials used.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung soll anhand nachfolgender Beispiele näher erläutert werden;The invention will be explained in more detail with reference to the following examples;

Es wurde in einer an sich bekannten Emulgieranlage eine unstabile Bitumenemulsion unter Verwendung von oxäthyliertem Nonylphenol, Oktandiol, Kalilauge und 0,2 % Aminopropyltriäthoxysilan hergestellt. Das Aminopropyltriäthoxysilan wurde vor der Emulgierung in das Bitumen eingemischt, die übrigen Stoffe ins Wasser.An unstable bitumen emulsion was prepared in a per se known emulsifier using oxyethylated nonylphenol, octanediol, potassium hydroxide and 0.2 % aminopropyltriethoxysilane. The Aminopropyltriäthoxysilan was mixed before emulsification in the bitumen, the remaining substances in the water.

Die so hergestellte Bitumenemulsion zeichnete sich durch folgende Eigenschaften aus:The bitumen emulsion produced in this way was characterized by the following properties:

Bitumengehaltbitumen content 59,8 % 59.8 % Stabilität-Stability- unstabilunstable Viskositätviscosity 25,7 AuslaufSekunden25.7 outlet seconds Siebrückstandsieve residue 0,1 % 0.1 % Haftungliability - Kaltwasserlagerung- Cold water storage 100,0 % 100.0 % - Heißwasserlagerung- hot water storage 100,0 %100.0% Klebevermögenadhesiveness 90,0 %90.0% Transportstabilitättransport stability stabilstable pH-WertPH value 11,811.8

Diese Emulsion hat ein sehr gutes Haft- und Abbindevermögen und kann bevorxugt zum Versiegeln bzw. für die Erneuerung von Oberflächen bituminöser Beläge verwendet werden.This emulsion has a very good adhesion and setting ability and can be used for sealing or for the renewal of surfaces of bituminous deposits.

-β- 235510 7-β- 235510 7

'.·,- Beispiel 2 ', - Example 2

Kalilauge« oxäthyliertes Nonylphenol, Oktandiol und Aroinopropyltriäthoxysilan wurden dem Wasser zugesetzt und diese wäßrige Phase, die auf eine Temperatur von 333 K erhitzt wurde, mit einem Bitumen B 200 von 393 K nach bekanntem Verfahren emulgiert. Der Aminopropyltriäthoxysilangehalt der Emulsion betrug 0,2 %·Potassium hydroxide "oxyethylated nonylphenol, octanediol and Aroinopropyltriäthoxysilan were added to the water and this aqueous phase, which was heated to a temperature of 333 K, emulsified with a bitumen B 200 of 393 K by a known method. The aminopropyltriethoxysilane content of the emulsion was 0.2%.

An emulsion was obtained with the following properties:

Bitumengehaltbitumen content 61,2 % 61.2 % Stabilitätstability stabilstable Viskositätviscosity 22,2 Auslaufsekunden22.2 outlet seconds Siebrückstandsieve residue 0,1 % 0.1 % Haftungliability - Kaltwasserlagerung- Cold water storage 100,0 %100.0% - Heißwasserlagerung- hot water storage 100,0 %100.0% Transportstabilitättransport stability stabilstable pH-WertPH value 11,911.9

Die so erhaltene Emulsion eignet sich sehr gut für die Herstellung bituminöser Schlämme. Sie ist mit Brechsand mischstabil und scheidet nach dem Brechen Wasser aus· Das Abbindevermögen ist gut·The emulsion thus obtained is very suitable for the production of bituminous sludges. It is stable to mixing with crushed sand and precipitates water after breaking · The setting ability is good ·

Example 3

In eine nichtionogene stabile Bitumenemulsion mit den HaftkennwertenIn a non-ionic stable bitumen emulsion with the adhesive properties

Cold water storage 5.0 % Hot water storage 5.0 %

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wurden nachträglich 0,2 % Aminopropyltriäthoxysilan eingemischt. Die daraus resultierende qualitätsverbesserte Emulsion hatte folgende Eigenschaften:0.2 % of aminopropyltriethoxysilane were subsequently mixed in. The resulting quality-improved emulsion had the following properties:

Bitumengehalt Stabilität Viskosität Siebrückstand HaftungBitumen content Stability Viscosity Sieve residue adhesion

- Kaltwasserlagerung- Cold water storage

- Heißwasserlagerung TransportstabiIitat pH-Wert- Hot water storage TransportstabiIitat pH value

60.8 % stabil60.8 % stable

20.9 Auslaufsekunden 0,1 % 20.9 Outflow seconds 0.1 %

100,0 % 100,0 % stabil 12,5100.0 % 100.0 % stable 12.5

Hohe Stabilität sowie ein sehr gutes Haft- und Abbindevermögen charakterisieren diese Emulsion. Sie eignet sich besonders für die Herstellung kalteinbaufähigen Mischgutes sowie für den Wegebau im Tränkverfahren.High stability and a very good adhesion and setting capacity characterize this emulsion. It is particularly suitable for the production of cold mixable mix as well as for road construction in the impregnation process.

Example 4

Unter Verwendung von Fettsäure als Emulgator, Kalilauge und 0,05 % Aminopropyltriätboxysilan wurde eine unstabile anionaktive Bitumenemulsion mit folgenden Eigenschaften erhaltenUsing fatty acid as an emulsifier, potassium hydroxide solution and 0.05 % aminopropyltriethylobysilane, an unstable anionic bitumen emulsion having the following properties was obtained

Bitumengehaltbitumen content 60,8 % 60.8 % Stabilitätstability unstabilunstable Viskositätviscosity 42,4 Auslauf Sekunden42.4 spout seconds Siebrückstar-idSiebrückstar-id 0,1 % 0.1 % Klebevermögenadhesiveness 98,0 % 98.0 % Haftungliability - Kaltwasserlagerung- Cold water storage 100,0 % 100.0 % - Heißwasserlagerung- hot water storage 100,0 % 100.0 % TransportStabilitättransport stability stabilstable DH-WerfDH-Werf 11,711.7

ftft

Oiese Emulsion kann bevorzugt für Sanierungs- und Flickarbeiten eingesetzt werden. Sie zeichnet sich durch ein sehr gutes Klebevernscgen 3-s' und besitzt gleichgut«= Äbbindsäigenschaften wie bekannte kationaktive Bitumenemulsionen. Hinsichtlich Klebeverraögen und Transportstabilität übertrifft sie kationaktive Bitumenemulsionen .Oiese emulsion can preferably be used for remediation and patchwork. It is characterized by a very good adhesion 3-s' and has gleichgut «= Äbbindsäigenschaften as known cationic bitumen emulsions. It outperforms cationic bitumen emulsions in terms of adhesion and transport stability.

Claims

invention claim

1. A process for the preparation of quality-improved bitumen emulsions, characterized in that the bitumen or waste bitumen emulsions 0.01 to 5.0 % Aminoalkyläthoxysilane be added »

2. The method according to item 1, characterized in that the Atninoalkyläthoxysilan the bitumen or the aqueous phase is added and then emulsified.

3. The method according to item 1, characterized in that the Aminoalkyläthoxysilan is subsequently mixed with the bitumen or Verschnittbitumenemulsion.

4. Method according to item 1 to 3, characterized by
in that aminopropyltriethoxysilane is used as aminoalkylethoxysilane.