DD231216A3 - Bindemittel fuer den strassenbau - Google Patents

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DD231216A3
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Manfred Koerner
Hans-Jochen Dorn
Helmut Bauer
Gert Mueller
Bernd Ewe
Ursula Kunze
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Verkehrs & Tiefbau Kom
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L95/00Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Bindemittel fuer den Bau von Verkehrsflaechen, insbesondere von Strassen mit Eignung fuer den heutigen, modernen Strassenbau. Das Ziel der Erfindung liegt dabei im Einsparen von volkswirtschaftlich wichtigen Rohstoffen, wie Kohle und Mineraloel, die bei der Erzeugung des Bindemittels fuer die Herstellung von Verkehrsflaechenbelaegen bisher zur Anwendung gekommen sind. Die sich daraus ergebende technische Aufgabe wird durch ein Bindemittel geloest, dessen Komponenten Propanbitumen und Abfallprodukte aus der Koksschwelerei oder Teergewinnung bisher in grossen Mengen als unbrauchbar auf Kippen gegeben wurden. In Ausfuehrungsbeispielen werden guenstige Masse-%-Verhaeltnisse der Komponenten aufgezeigt und erlaeutert.

Description

Titel der Erfindung Bindemittel für den Straßenbau
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Bindemittel für den Bau von Verkehrsflächen, insbesondere für Beläge des Straßenbaues.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Als Bindemittel für den Bau von Verkehrsflächen, insbesondere von Straßen, wird weltweit Bitumen, ein Produkt der Mineralölrafination,, verwendet. Bitumen hat als Straßenbaubindemittel die vorher verwendeten steinkohlenteerartigen Produkte abgelöst. Die Gründe liegen einerseits darin, daß vor Jahren Mineralölvorräte billig zur Verfügung standen und andererseits Bitumen mit seiner größeren Plastizitätsspanne die für stärker gewordene Verkehrsbelastung notwendige Temperaturempfindlichkeit besitzt. Die Kostenexplosion des Mineralöls und dessen weltweite Verknappung zwingen international zur Suche nach alternativen Lösungen, welche weitestgehend vom Mineralöl unabhängig machen.
So werden heute Straßenbau-Bitumen/Pecli-Gemische angewendet, wobei das erforderliche Pech bei der Destillation von Steinkohlenteer erzeugt wird. Steinkohlenteerpech steht aber ebenfalls nur begrenzt zur Verfügung, da es als hochwertiger Rohstoff zur Herstellung von Kohlenstoff-Produkt en eingesetzt wird. Soll Pech als überwiegende Bindemittelkomponente verwendet werden, so wird die erforderliche Plastizitätsspanne - die Differenz zwischen Erweichungspunkt und Brechpunkt - nur durch aufwendige thermische Modifizierung des Peches erreicht, was ein Nachteil dieses bekannten Bindemittels ist.
Als eine weitere Methode zum Erzielen der erforderlichen Plastizitätsspanne ist die Suspendierung von Steinkohlenteerpeoh mit fein gemahlener Kohle bekannt. Dabei können die Kohleteerteile bis zu 10 % betragen. Die Kohle wird dabei nur zu sehr geringen Teilen aufgelöst und erreicht dabei nicht die Beschaffenheitsdaten der heute verwendeten Bitumensorten. Substitutionsprodukte für Bitumen müssen aber diesen Anforderungen weitgehend entsprechen, um einer problemlosen Verarbeitung und Beanspruchbarkeit moderner Straßenbauprodukte zu genügen. Diesen Anforderungen entspricht ein Straßenbelagbindemittel nach der DE-OS 30 01 078, welches man durch Desintegration von zerkleinerter Kohle oder ähnlichen kohlestof fhaltigen Rohstoffen mit einer Kombination bestimmter petrol- und kohlestämmiger aromatischer Lösungsmittel erhält. Dabei läßt sich die gewünschte Penetration nur erreichen durch den Anteil der Siedepunkte der dabei abgetoppten leichtflüchtigen Bestandteile sowie durch den Zusatz und die Siedelage hocharomatischer Teerfraktionen. Die Herstellung des Bindemittels erweist sich deshalb bei diesem Verfahren als technologisch aufwendig. Der hauptsächliche Nachteil liegt jedoch, ebenso wie bei den anderen beschriebenen Lösungen, darin, daß hochwertige Primärrohstoffe als Ausgangsstoffe zum Herstellen des Bindemiitels benötigt werden.
Zur wirtschaftlicheren Herstellung eines Bindemittels hat man nach der Auslegeschrift 1194310 und dem Wirtschaftspatent 155172 auch schon bei der.Entaschung von Kohleverflüssigungen entstandene Rückstände wie Teeröle, Pechdestillate u.dgl. dem bekannten Straßenbau-Bitumen als Weichmacher zugesetzt.
Da Straßenbaubitumen als hochwertiges Produkt der Erdöldestillation immer wertvoller geworden ist, ist man nach dem WP 218771 auch schon dazu übergegangen für Verkehrsflächen und Straßenbeläge Propanbitumen unter Zuführung von Weichmachern in Form von Prozeßöl zu verwenden. Die einschlägige Fachliteratur gibt in Tabellenform günstige Mischungsverhältnisse dafür an. Prozeßöle sind jedoch ebenfalls Produkte aus der Erdölverarbeitung und stehen als solche nicht in den Mengen zur Verfugung, die notwendig sind zur Abdeckung des enorm gestiegenen Bedarfes an Beschichtungsmaterial in Form von Bindemitteln für Verkehrsflächen, insbesondere Straßenbau.
Die Verwendung des Propanbitumens ist jedoch inzwischen eine vielfache, nicht nur ökonomische sondern aus der Sicht des Umweltschutzes resultierende Notwendigkeit geworden. Das ungelöste Problem besteht nunmehr darin eine andere, in ausreichenden Mengen immer vorhandene, wirtschaftlich günstigere Komponente dem Propanbitumen zuzuordnen.
Ziel der Erfindung
Es ist das Ziel der Erfindung, ein Bindemittel für den Straßenbau zu schaffen, welches ökonomisch herstellbar und anwendbar ist, die dem Straßenbau-Bitumen äquivalenten Eigenschaften aufweist und eine maximale Verwertung von Abfallprodukten aus der Mineral- bzw. Schmierölgewinnung und der Teergewinnung garantiert.
Der Erfindung liegt die technische Aufgäbe zugrunde ein Straßenbaubindemittel aus Substitutionsprodukten für Straßenbaubitumen, Kohle- und Prozeßöl zu schaffen, welches durch ein günstiges Masseprozentverhältnis dieser Stoffe, dem Straßenbaubitumen entsprechende positive Eigenschaften hat.
Merkmale der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Bindemittel, daß sich aus Sekundärrohstoffen zusammengesetzt und zwar überraschenderweise aus solchen, die bisher in der Fachwelt aufgrund ihrer Eigenschaften als ungeeignet für eine Verwendung im Verkehrsflächen- und Straßenbau galten. Das erfindungsgemäße Bindemittel setzt sich aus den Produkten Propanbitumen und einem Weichmacher aus Teerrückständen zusammen. Durch die Kombination beider Produkte lassen sich für den Verkehrsflächen?- und Straßenbau geeignete Bindemittel herstellen. Als Weichmacher für den Propanbitumen sind Stoffe, wie Teere auf Stein»- und Braunkohlenbasis, Teerpeche, Pechteere, Teerweichpeche, Teerrückstände und Spaltharze mit einem Siedebereich > 3800C zu verwenden. Diese sind hinsichtlich ihrer Eignung vorzugsweise in Form von Rückständen aus der Koksschwelerei und der Teergewinnung anwendbar. Die Mischungsanteile liegen bei der Verwendung von Teerrückstand vorzugsweise zwischen 60 - 80 Masse-% Propanbitumen und 20 - 40 Massel Teerrückstand. Durch eine anteilmäßige Änderung der Komponenten Propanbitumen und Weichmacher sind je nach dem gewünschten Zweck Bindemittel mit verschiedener Viskosität herstellbar. Dadurch lassen sich praktisch alle Erfordernisse und Bauweisen des bituminösen Verkehrsflächen- und Straßendeckenbaus erfüllen. Das erfindungsgemäß hergestellte Bindemittel weist folgende, für den Straßenbau günstige Eigenschaften auf:
- Hohe Wärmebeständigkeit
Geringe Formänderung bei Krafteintragung im hohen Temperaturbereich. - Gutes Kälteverhalten
Flexibilität, d. h. großes Formänderungsvermögen ohne Rißbildung unter Last- und Temperatureinwirkung bei niedrigen Temperaturen. Vermeidung von irrever-1 siblen Rissen in der kühlen Jahreszeit infolge Temperaturkontraktion und Überschreitung der Zugfestigkeit unter Belastung bzw. in der Periode geringster Uhtergrundtragfähigkeit. Hohe Verschleißfestigkeit und WiderstandsS-fähigkeit gegen Einwirkung von Frost und chemischen Auftaumitteln.
P Gute Haftung am Gestein £ Wirtschaftlichkeit
Wirtschaftliche Verarbeitung unter geringstem energieökonomischen Aufwand, d. h. niedrige Verarbeitungstemperaturen.
Propanbitumen ist ein Extraktionsbitumen, das in der letzten Gewinnungsstufe von Schmier- und Mineralölen, bei der Endasphaltierung durch Extraktion des Rückstandes aus anderen Produktionsstufen mit Propan, als Abfallprodukt, anfällt. Dieses Extraktionsbitumen erfüllt prinzipiell keine der Anforderungen, die an ein Straßenbaubitumen gestellt werden. Es wird deshalb als Zusatzstoff bei der Herstellung von Bautenschutzstoffen sowie zur Herstellung spröder Vergußmassen verwendet oder in großen Mengen auf Kippen gegeben. Bei versuchter Verwendung des Propanbitumens als Zusatzstoff zur Herstellung von Straßenbau-1 bindemitteln war es nahezu unbrauchbar. Es ist bereits bei 2O0G sprunghaft und zeigt ein außerordentlich schlechtes Kälteverhalten, d. h. in der Deck-schicht treten bei Frost irreversible Risse auf, die in kurzer Zeit zur Zerstörung der Straßendecke führen. Auch die Verschleißfestigkeit durch Verkehrst und Witterungseinflüsse ist gering.
Die Technologie der Gemischherstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels für den Straßenbau aus Propanbitumen und Teerrückständen unterscheidet sich grundsätzlich nicht von der Herstellung standardisierter bituminöser Gemische, je^- doch ist für eine ausreichende Homogenisierung der Bindemittelkomponenten Sor^ ge zu tragen. Entweder werden die beiden Komponenten Propanbitumen und Weichmacher vorher in einem Behälter mit Rührwerk homogenisiert oder beide Kompo-
nenten werden während des Mischprozesses im vorgesehenen Verhältnis getrennt in den Mischer dosiert.
Zur Erhöhung der Haftung am Gestein ist unter Umständen die Zugabe eines Haftverbesserers notwendig.
U 6 P
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird an den folgenden 4 Rezepturbeispielen näher dokumentiert. Beispiel 1 (Produkt 1) Bindemittel bestehend aus
20 Massel Teerrückstand (Spalt 4) 80 Massel Propanbitumen
100 Massel
Penetration 1/10 mm Erweichungspunkt Ring und Kugel 0C Brechpunkt n. Fraaß 0C Viskositätsspanne K Duktilität cm Haftung am Gestein %
Produkt vergleichbares Straßenbaubitumen B 40 nach TGL 2835
32...37
36...50
55,3 54
+1...+2 -6
54 60
60,5 40
95 90
Beispiel 2 (Produkt 2)
Bindemittel "bestehend aus
40 MasseP% Teerrückstand (Spalt 4) 60 Masse?% Propanbitumen
100 Massel
Produkt vergleichbares Straißenbaubitumen B 130 nach TGL 2835
Penetration 1/10 mn EP R+K 0G Brechpunkt C Plastizitätsspanne K Duktilität cm Haftung am Gestein %
136.. .140 120...150
42 ,5 41
11 11
52 ,5 52
72 75
95 90
Beispiel 3
Bituminöses Gemisch Typ Asphaltbeton mit Produkt 1 als Bindemittel
Rezeptur: 6,5 Masse-% Bindemittel Produkt 1
6,5 Massel Kalksteinmehl 10,3 Masse-% Sand 0/2 24,3 Masse--% Brechsand 0/2 27,2 Masse-% Splitt 2/8 25,2 Masse-% Splitt 8/16
100,0 Masse:-%
Gemisch mit Produkt 1 Gemisch mit als BM B 130 als B
Hohlraumgehalt VoI % 1,0 4,2
Marshallstabilität
7,0 40
2800 0,18 3,3 35615 0,05 8476 1,8
bei 60 0C KN 1/10 nm N/nm2 21,5
Hießwert N/nm2 62
Steifheit nach N/mm
Mijboer Querdehnung bei Bruch o/oo o/oo 5600
Spaltzugfestigkeit 2,19
Ε-Modul bei Bruch N/mm2 3,6
Querdehnung bei 70 % 3209
Höchstlast h)
Ε-Modul bei 70 % 0,18
Höchstlast
dyn. Eindrucktiefe 3579
bei 40 0C mm (nach 3
1,3
Beispiel 4
Bituminöses Gemisch Typ Gusaphalt mit Produkt 2 als Bindemittel
Rezeptur: 9,0 Masse-% Produkt 2 als Bindemittel
24,5 Massel Kalksteinmehl 24,5 Massel Kiessand 0/4 42,0 Masser-% SpIiU 2/8
100,0 Masse-%

Claims (3)

  1. Erfindungsanspruch
    1. Bindemittel für den Straßenbau zum Herstellen von Straßenbelägen
    , dadurch gekennzeichnet, daß als Extraktionsbitumen Propanbitumen und als Weichmacher ein Abfallprodukt der Koksschwelerei oder der Teergewinnung zur Anwendung kommt.
  2. 2. Bindemittel für den Straßenbau zum Herstellen von Straßenbelägen nach
    Punkt 1.,dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher ein teerartiger Sekundärrohstoff ist, beispielsweise ein Teerpech, ein Pechteer, ein Teerrückstand, oder ein Spaltharz mit einem Siedebereich > 3800C.
  3. 3. Bindemittel für den Straßenbau zum Herstellen von Straßenbelägen nach den Punkten 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittelkomponente vorzugsweise aus 60 - 80 Massel Propanbitumen und 20-40 Masse-% Teerrückstand besteht.
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