DE60009890T2

DE60009890T2 - Schaumbitumen

Info

Publication number: DE60009890T2
Application number: DE60009890T
Authority: DE
Inventors: Leslie Northwich HOAD
Original assignee: TotalFinaElf Bitumen Ltd
Current assignee: Total Bitumen UK Ltd
Priority date: 1999-05-08
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2020-05-06
Also published as: AU776717B2; EP1177250A1; US6712895B1; CA2372546A1; GB9910643D0; CA2372546C; DE60009890D1; ATE264362T1; AU4590900A; ES2219338T3; WO2000068302A1; EP1177250B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines bitumenhaltigen Schaums. Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens und ein Verfahren, bei dem der Schaum verwendet wird, werden ebenfalls beschrieben.
Geschäumte Bitumenbindemittel sind seit vielen Jahren bekannt. Zum Beispiel war das Schäumen eines Kohlenteerbindemittels bis in die späten 1940er und 1950er Jahre und während dieser Zeit, als Dampfstraßensprühgeräte und Dampfwalzen bei der Herstellung von Straßen üblicherweise verwendet wurden, eine gängige Praxis zur Verwendung in Vergussmethoden und für die Stabilisierung von Straßenuntergründen. In dem Verfahren wurde überhitzter Wasserdampf verwendet, um die Temperatur von Teer auf ungefähr 120°C zu erhöhen, bevor Wasserdampf mit niedrigem Druck (nasser Dampf) unmittelbar vor dem Austragen durch eine Handlanze oder Sprühschienendüsen injiziert wurde. Dies ergab ein grobes (aber nichts desto weniger effektives) Mittel zum Erzeugen eines Schaums, um dadurch das Volumen des Teers (Bindemittels) zu erhöhen und die Verteilung des Teers in eine im Bau befindliche Straße zu unterstützen. Unmittelbar nach dem Kontakt des Teers mit der Straße wurden Stachelwalzen und Harken verwendet, um eine in situ-Vermischung zu bewirken.
UK-Patent Nr. GB 1 325 916 (Mobil) beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von geschäumten Materialien, insbesondere geschäumten bitumenhaltigen Materialien. Das Verfahren umfasst im Wesentlichen das Bereitstellen von Bitumen mit einer erhöhten Temperatur und anschließend das Vermischen des heißen Bitumens mit einer Flüssigkeit, z.B. Wasser, welche in dem Bitumen unlöslich ist. Die Flüssigkeit verdampft, wenn das Gemisch in Umgebungsbedingungen ausgetragen wird und verursacht dadurch das Aufschäumen des Bitumens, welches entsprechend schäumt. Somit umfasst das Verfahren im Wesentlichen einen zweistufigen Prozess. Ungünstigerweise erfordert der zweistufige Prozess eine sehr sorgfältige Kontrolle der Fließgeschwindigkeiten des Bitumens und des Wassers und folglich eine relativ komplizierte Vorrichtung. Außerdem ist die zweite Stufe des Prozesses potenziell gefährlich aufgrund der heftigen Reaktion zwischen heißem Bitumen und Wasser. Ein weiterer Prozess ist in WO 93/24573 offenbart.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Probleme anzugehen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines bitumenhaltigen Schaums vorgesehen, wobei das Verfahren ein Erhöhen der Temperatur einer Emulsion, die Bitumen und eine Flüssigkeit enthält, die im genannten Bitumen im Wesentlichen unlöslich ist (nachfolgend "die genannte unlösliche Flüssigkeit"), und ein Austragen der Emulsion aus einer ersten Umgebung beinhaltet, in der ein Druck P₁ herrscht, in eine zweite Umgebung, in der ein Druck P₂ herrscht, wobei P₁ > P₂, wodurch die genannte Emulsion nach dem Austragen in die genannte zweite Umgebung schäumt.
Die genannte unlösliche Flüssigkeit kann so beschaffen sein, dass sie einen relativ hohen Anteil von Dampf pro in der Emulsion enthaltenen Gew.-% davon erzeugt. Zu diesem Zweck weist die genannte unlösliche Flüssigkeit vorzugsweise ein niedriges Molekulargewicht auf, welches zweckmäßigerweise weniger als 100, vorzugsweise weniger als 80, mehr bevorzugt weniger als 65 beträgt. Die genannte unlösliche Flüssigkeit kann ein Gemisch aus Komponenten umfassen. Die genannte unlösliche Flüssigkeit kann Wasser oder ein niederer Alkohol, insbesondere ein C_1-3-Alkohol, oder ein Gemisch, das beliebige der vorstehend genannten enthält, sein. Vorzugsweise enthält die genannte unlösliche Flüssigkeit eine größere Menge Wasser.
In dem Zusammenhang dieser Beschreibung kann eine "größere Menge" bedeuten, dass mindestens 60 Gew.-%, zweckmäßigerweise mindestens 75 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, insbesondere mindestens 99 Gew.-% der Komponente, auf die Bezug genommen wird, in einer Formulierung, auf die Bezug genommen wird, vorhanden ist.
Vorzugsweise besteht die genannte unlösliche Flüssigkeit im Wesentlichen aus Wasser.
In dem Verfahren wird die Temperatur der genannten Emulsion unter dem genannten Druck P₁ zweckmäßig auf eine Temperatur erhöht, bei der eine ausreichende Menge der genannten unlöslichen Flüssigkeit verdampfen kann, um die Menge an Dampf zu erzeugen, die für das gewünschte Aufschäumen des Bitumens beim Schäumen nach dem Austragen in die genannte zweite Umgebung erforderlich ist. Die Emulsion kann aufgeschäumt werden, um einen Schaum in der zweiten Umgebung zu erzeugen, wobei das Verhältnis des Schaumvolumens zum Volumen der am Anfang vorhandenen genannten Emulsion mindestens 5, zweckmäßigerweise mindestens 10, vorzugsweise mindestens 15, insbesondere mindestens 20 beträgt.
Die Temperatur der genannten Emulsion beim Austragen ist vorzugsweise höher als der Siedepunkt der genannten unlöslichen Flüssigkeit, zweckmäßigerweise um mindestens 10°C, vorzugsweise mindestens 15°C, mehr bevorzugt mindestens 20°C, insbesondere mindestens 25°C.
Die Temperatur der genannten Emulsion beim Austragen ist zweckmäßigerweise nicht mehr als 100°C, vorzugsweise nicht mehr als 80°C, mehr bevorzugt nicht mehr als 60°C, insbesondere nicht mehr als 50°C höher als der Siedepunkt der genannten unlöslichen Flüssigkeit.
Die Temperatur der genannten Emulsion beim Austragen kann mindestens 105°C, zweckmäßigerweise mindestens 110°C, vorzugsweise mindestens 115°C, mehr bevorzugt mindestens 120°C, insbesondere mindestens 125°C betragen.
Die Temperatur der genannten Emulsion beim Austragen kann niedriger als 200°C, zweckmäßigerweise niedriger als 190°C, vorzugsweise niedriger als 180°C, mehr bevorzugt niedriger als 170°C, insbesondere niedriger als 160°C sein.
In dem Verfahren kann die Temperatur der Emulsion um bzw. durch (through) mindestens 20°C, zweckmäßigerweise mindestens 40°C, vorzugsweise mindestens 60°C, mehr bevorzugt mindestens 80°C, insbesondere mindestens 100°C erhöht werden. Die Temperatur kann um bzw. durch weniger als 200°C, zweckmäßigerweise weniger als 180°C, vorzugsweise weniger als 160°C, insbesondere weniger als 140°C erhöht werden.
Die Temperatur der genannten Emulsion kann unmittelbar, bevor sie in dem Verfahren erhöht wird, mindestens Umgebungstemperatur sein.
Die genannte Emulsion weist vorzugsweise bei 20°C eine Viskosität im Bereich von 0,2 bis 800 Poise auf. Die Viskosität bei 80°C kann im Bereich von 0,1 bis 100 Poise liegen.
Ein erstes Heizmittel ist zweckmäßigerweise zur Erhöhung der Temperatur der genannten Emulsion vorgesehen. Das genannte erste Heizmittel verursacht vorzugsweise keine Änderung der Konzentration des genannten Bitumens oder der genannten unlöslichen Flüssigkeit in der genannten Emulsion, wie es z.B. der Fall wäre, wenn eine geheizte Flüssigkeit mit der Emulsion in Kontakt gebracht würde, um sie zu erwärmen. Das erste Heizmittel weist vorzugsweise einen beheizten Festkörper auf, um Wärme durch Wärmeleitung auf die genannte Emulsion zu übertragen. Zum Beispiel kann die Emulsion durch ein schraubenförmiges Heizaggregat, z.B. eine Heizschlange geleitet werden, welche durch geeignete Mittel, z.B. durch die Zirkulation eines beheizten Fluids und/oder durch elektrische Heizmittel erhitzt werden kann.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren die genannte Temperatur der genannten Emulsion so, wie es hier beschrieben ist, erhöht, wenn die genannte Emulsion sich in der ersten Umgebung befindet. Folglich wird die genannte Temperatur vorzugsweise erhöht, während sich die genannte Emulsion in einer Vorrichtung befindet, in welcher ein Druck P₁ herrscht.
Vorzugsweise beträgt P₁ mindestens 1,0 × 10⁵ N/m², mehr bevorzugt mindestens 1,5 × 10⁵ N/m², insbesondere mindestens 2,0 × 10⁵ N/m². P₁ kann weniger als 4 × 10⁵ N/m², vorzugsweise weniger als 3,5 × 10⁵ N/m², mehr bevorzugt 3,0 × 10⁵ N/m² oder weniger betragen.
Vorzugsweise wird der Druck der genannten Emulsion auf den genannten Druck P₁ in der genannten ersten Umgebung erhöht. Vor dem Eintritt in die genannte erste Umgebung kann sich die Emulsion bei einem Druck befinden, der niedriger als P₁ ist, welches der Umgebungsdruck sein kann.
P₂ ist vorzugsweise der Umgebungsdruck.
Die Temperatur in der genannten zweiten Umgebung ist vorzugsweise niedriger als die Temperatur in der genannten ersten Umgebung, zweckmäßigerweise um mindestens 50°C, vorzugsweise mindestens 60°C, mehr bevorzugt mindestens 70°C, insbesondere mindestens 80°C. Die Temperatur in der genannten zweiten Umgebung ist vorzugsweise die Umgebungstemperatur.
Das Verfahren wird zweckmäßigerweise in einer Vorrichtung durchgeführt, die aufweist: einen ersten Bereich, in dem der Druck einer darin befindlichen Emulsion auf den genannten Druck P₁ erhöht wird. Ein Einlass ist zweckmäßigerweise vorgesehen für den Durchfluss einer Emulsion in den ersten Bereich und ein Auslass ist zweckmäßigerweise vorgesehen für den Durchfluss der Emulsion unter Druck aus dem genannten ersten Bereich, zweckmäßigerweise zu der genannten zweiten Umgebung. Das vorstehend beschriebene erste Heizmittel ist zweckmäßigerweise zwischen dem Einlass und Auslass zum Heizen der Emulsion in dem ersten Bereich vorgesehen. Ein erstes Pumpmittel ist zweckmäßigerweise vorgesehen zum Pumpen der Emulsion innerhalb des ersten Bereichs und zweckmäßigerweise zum Erhöhen ihres Drucks. Die Vorrichtung kann zum Zirkulieren der Emulsion innerhalb des ersten Bereichs eingerichtet sein. Ein erstes Auslassventilmittel ist zweckmäßigerweise vorgesehen, um den Durchfluss der genannten Emulsion unter Druck aus dem genannten ersten Bereich heraus zu gestatten, von wo sie einem gewünschten Ort zugeführt werden kann.
Ein Zuführungs- und Bevorratungsmittel ist vorzugsweise stromaufwärts des genannten ersten Bereichs vorgesehen. In dem Verfahren enthält das genannte Zuführungs- und Bevorratungsmittel zweckmäßigerweise die genannte Emulsion, bevor sie dem genannten ersten Bereich zugeführt wird, worin ihre Temperatur erhöht wird. Die mit dem genannten Zuführungs- und Bevorratungsmittel verbundene Emulsion wird vorzugsweise bei Umgebungsdruck gehalten. Die genannte Emulsion kann bei Umgebungstemperatur gehalten werden. Es kann jedoch erwünscht sein, dass ein zweites Heizmittel mit dem genannten Zuführungs- und Bevorratungsmittel verbunden ist, wobei das zweite Heizmittel die Temperatur der Emulsion erhöht, die mit dem genannten Zuführungs- und Bevorratungsmittel verbunden ist. Das zweite Heizmittel kann die Temperatur auf mindes tens 40°C, zweckmäßigerweise mindestens 50°C, vorzugsweise mindestens 60°C, mehr bevorzugt mindestens 70°C, insbesondere mindestens 80°C erhöhen.
Vorzugsweise ist der einzige Vorrat, der in dem genannten Verfahren verwendet wird, ein Vorrat der genannten Emulsion. Das heißt, zweckmäßigerweise wird kein Wasser, Wasserdampf und/oder anderer Vorrat getrennt in die genannte Vorrichtung geleitet.
Vorzugsweise ist die Zusammensetzung der genannten Emulsion in dem Zuführungs- und Bevorratungsmittel im Wesentlichen die Gleiche wie die Zusammensetzung der Emulsion im ersten Bereich, nach dem Erwärmen. Das heißt, vorzugsweise wird der Emulsion keine Komponente (insbesondere kein Wasser oder Wasserdampf) nach ihrem Eintritt in den genannten ersten Bereich zugegeben.
Die Vorrichtung kann einen zweiten Bereich enthalten, in welchem der Druck einer Emulsion darin auf einen Druck P₁ erhöht wird. Ein Einlass für den Durchfluss der Emulsion in den zweiten Bereich kann mit einem Auslass aus dem ersten Bereich in Verbindung stehen. Das genannte erste Pumpmittel, das vorstehend beschrieben ist, ist vorzugsweise so angeordnet, dass es die Emulsion in den genannten zweiten Bereich pumpt. Es können Mittel zum Erhöhen der Temperatur der Emulsion in dem genannten zweiten Bereich vorgesehen sein. Ein zweites Auslassventilmittel ist vorzugsweise vorgesehen, um den Durchfluss der Emulsion unter Druck aus dem genannten zweiten Bereich zu gestatten, von wo sie einem gewünschten Ort zugeführt werden kann.
Die in dem genannten Verfahren verwendete Emulsion kann mindestens 50 Gew.-%, zweckmäßigerweise mindestens 55 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 60 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 65 Gew.-% Bitumen enthalten. Die genannte Emulsion kann 95 Gew.-% oder weniger, zweckmäßigerweise 90 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 85 Gew.-% oder weniger, mehr bevorzugt 80 Gew.-% oder weniger Bitumen enthalten.
Die genannte Emulsion enthält zweckmäßigerweise mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 15 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 20 Gew.-% Wasser. Die Emulsion kann 45 Gew.-% oder weniger, zweckmäßigerweise 40 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 35 Gew.-% oder weniger, mehr bevorzugt 30 Gew.-% oder weniger Wasser enthalten.
Die genannte Emulsion kann einen pH von mindestens 1, vorzugsweise mindestens 1,5 aufweisen. Der pH kann 5 oder weniger, zweckmäßigerweise 4,5 oder weniger, vorzugsweise 4,0 oder weniger, mehr bevorzugt 3,5 oder weniger betragen. Die genannte Emulsion kann eine anorganische Säure zum Einstellen des pH-Werts enthalten. Alternativ kann eine anionische Emulsion unter Verwendung einer wässrigen Phase hergestellt werden, deren pH mit Natriumhydroxid abgeglichen ist, so dass die fertige Emulsion einen pH im Bereich von ungefähr 11 bis 12 aufweist.
Die genannte Emulsion enthält vorzugsweise eine oder mehrere oberflächenaktive Substanzen, z.B. Emulgatoren und/oder Adhäsionsmittel. Die Gesamtmenge der oberflächenaktiven Substanzen, die in der genannten Emulsion vorhanden sind, kann mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,15 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 0,20 Gew.-% betragen. Die Gesamtmenge kann weniger als 2 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1,5 Gew.-%, mehr bevorzugt weniger als 1,0 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,8 Gew.-% betragen.
Die genannte Emulsion kann anionisch, kationisch oder nicht-ionisch sein und die oberflächenaktiven Substanzen können entsprechend ausgewählt werden. Bevorzugte oberflächenaktive Substanzen sind Amine, z.B. N-Alkyl-Talg-1,3-propylendiamin, Derivate von Talg-propylendiamin und Verbindungen von Alkylamidopolyaminen und Alkylimidazopolyaminen, und Lignosulfonate.
Die oberflächenaktiven Substanzen können in erster Linie dazu dienen, das Wasser als eine Emulsion in dem genannten Bitumen zu erhalten. Die Anwesenheit von geeigneten oberflächenaktiven Substanzen kann jedoch die am Ende erhaltene Leistung des Schaums verbessern, indem z.B. die Umhüllung von Steinen und die Kohäsion in Tieftemperatur-Methoden unterstützt wird. Alkylamidoamine/Polyethylenpolyamin-Kombinationen und Lignosulfonate können in dieser Hinsicht besonders nützlich sein.
Die genannte Emulsion kann ein Modifizierungsmittel zum Modifizieren der Eigenschaften des Bitumens enthalten. Bevorzugte Modifizierungsmittel können organische Poly mere oder Copolymere, z.B. Styrol-Butadien-Polymer, Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer, Ethylen-Vinylacetat-Polymer, und Öle, z.B. Tallöle und/oder beliebige der einzelnen Bestandteile davon sein.
Wenn ein Modifizierungsmittel in der genannten Emulsion vorgesehen ist, kann sie weniger als 7 Gew.-%, zweckmäßigerweise weniger als 6 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 4 Gew.-%, mehr bevorzugt weniger als 3 Gew.-%, insbesondere 2 Gew.-% oder weniger des Modifizierungsmittels enthalten.
Die genannte Emulsion kann Fluxöle (flüchtig oder nicht flüchtig) enthalten, z.B. in dem Fall, dass der Schaum als ein Mittel zum Reaktivieren von Restbitumen in recyclierten Straßenmaterialien verwendet werden soll.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erindung ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines bitumenhaltigen Schaums vorgesehen, wobei die Vorrichtung einen ersten Bereich zum Aufnehmen einer Emulsion aufweist, in dem ein erstes Heizmittel zur Erhöhung der Temperatur der genannten Emulsion und ein Druckmittel zur Erhöhung des Drucks der Emulsion auf einen Druck P₁ vorgesehen sind, wobei ein Einlass für den Durchfluss eines Vorrats von einem Zuführungs- und Bevorratungsmittel in den ersten Bereich vorgesehen ist und ein Auslass für den Durchfluss der Emulsion aus dem ersten Bereich und in eine zweite Umgebung bei einem Druck P₂ vorgesehen ist, wobei der Druck P₂ niedriger ist als P₁ und wobei das genannte Zuführungs- und Bevorratungsmittel eine Emulsion enthält, die Bitumen und die genannte unlösliche Flüssigkeit aufweist. Der genannte erste Bereich kann eine Emulsion enthalten, die Bitumen und die genannte unlösliche Flüssigkeit aufweist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden eines Substrats mit einem bitumenhaltigen Schaum vorgesehen, wobei das Verfahren ein Zuführen eines gemäß dem genannten ersten Aspekt erzeugten Schaums auf das genannte Substrat, um es zu kontaktieren, und/oder eine Verwendung einer Vorrichtung gemäß dem genannten zweiten Aspekt beinhaltet.
Das genannte Substrat kann ein Stein oder eine Straße (oder eine andere) Oberfläche sein. Das Substrat kann ein Dispersionsteilchenmaterial aufwiesen.
Ein beliebiges Merkmal eines beliebigen Aspekts einer beliebigen hier beschrieben Erfindung oder Ausführungsform kann mit einem beliebigen Merkmal eines beliebigen Aspekts einer beliebigen anderen hier beschriebenen Erfindung oder Ausführungsform kombiniert werden.
Spezielle Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben, welche eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines bitumenhaltigen Schaums ist.
Ein Schlüssel zu den in 1 verwendeten Symbolen ist in der Figur angegeben.
Wie unter Bezugnahme auf 1 zu sehen ist, steht ein Tank 2, der einen Bitumenemulsionsvorrat enthält, über eine Rohrleitung 4, in welcher ein Rückschlagventil 6 angeordnet ist, mit einem primären Heizkreislauf 8 in Verbindung. Eine Pumpe 10 pumpt das Fluid durch eine primäre Heizschlange 12. Die Schlange kann eine Länge von ungefähr 4 Metern und ungefähr 10 Windungen aufweisen. Stromabwärts von der Schlange 12 befindet sich ein Druckmesser 14 und stromabwärts davon ein Dreiwegedruckablassventil 16, welches den Fluss des Fluids zwischen einer Rückkehrleitung 18 und einer Rohrleitung 20 steuert, in welcher ein Druckmesser 22 und ein Temperaturmesser 24 angeordnet sind. Stromabwärts vom Messer 24 befindet sich ein Dreiwegeventil 26, welches den Fluss des Fluids in eine Auslassleitung 30 und eine primäre Rezirkulationsleitung 28 steuert, welche das Fluid zu der Schlange 12 über die Pumpe 10 und/oder zu einer sekundären Schlange 12' eines sekundären Heizkreislaufs 34 rezirkuliert. Der sekundäre Heizkreislauf entspricht dem primären Heizkreislauf 8 und die gleichen oder ähnliche Teile werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen, zu denen das Zeichen "'" hinzugefügt ist.
Die Pumpe 10 und die Vorrichtung stromabwärts davon sind zweckmäßigerweise so angeordnet, dass ein Gegendruck im Bereich 1,5 bis 2,5 bar (1,5 × 10⁵ N/m² bis 2,5 × 10⁵ N/m²) durch den Druckmesser 14 gemessen wird. Druckablassventile können angeordnet sein, um den Durchsatz und/oder die Druckwerte zu regulieren und eine schnelle und positive Einstellung derselben zu ermöglichen. Die Wärmeübertragung auf die Emulsion innerhalb der Vorrichtung kann über heißes Öl (mit einer Temperatur in der Größenordnung von 200°C) durch ummantelte Heizschlangen erfolgen. Eine Verfolgung mittels elektrischer Leitungen kann verwendet werden, um die Temperatur zu überwachen und zu steuern. Die optionale Verwendung der sekundären Schlange 34 und der damit verbundenen Vorrichtung stellt ein Mittel zum Erhöhen der Temperatur und/oder des Drucks an einem Austragspunkt der Emulsion oder alternativ zum Aufrechterhalten eines standardisierten Wertes der Temperatur und/oder des Drucks mit einer höheren Durchsatzgeschwindigkeit bereit, als sie mit der primären Schlange 12 und der damit verbundenen Vorrichtung allein möglich wäre.
Als eine Alternative zu den primären und sekundären Heizkreisläufen 8, 34, die den vorstehend beschriebenen entsprechen, kann einer der Kreisläufe eine Heizschlange 12 oder 12' mit einer größeren Bohrung und/oder Durchsatzkapazität als die Heizschlange in dem anderen Kreislauf aufweisen. Zum Beispiel kann eine Schlange einen Bohrungsdurchmesser von 25 mm und die andere einen Durchmesser von 15 mm aufweisen und infolgedessen wird bei konstantem Pumpendurchsatz, der in der 15 mm-Bohrung erzeugte Gegendruck höher sein als der in der 25 mm-Bohrung erzeugte Gegendruck. Die beschriebene Anordnung stellt ein Mittel zum Variieren der Innendrücke innerhalb der Vorrichtung und ein Mittel zum Beeinflussen des Drucks und der Eigenschaften des aus der Vorrichtung ausgetragenen Schaums bereit. In dieser Hinsicht kann, wenn der Durchmesser der Heizschlange 12 größer als derjenige der Heizschlange 12' ist, der Druck am Austragpunkt 30' relativ höher sein; wohingegen, wenn die Schlange 12 einen kleineren Durchmesser als die Schlange 12' aufweist, der Druck am Punkt 30' niedriger sein kann.
Somit kann die Anordnung und/oder Funktion der sekundären Schlange ein Mittel zum Regulieren des Drucks innerhalb der Vorrichtung sein.
Der Bitumenemulsionsvorrat kann eine beliebige Emulsion von Bitumen in Wasser sein. Einzelheiten von geeigneten Emulsionen sind in den Beispielen 1 bis 3 beschrieben.
Beispiel 1
Bitumen (200 pen; 65,0 Gew.-%) wurde auf eine Temperatur im Bereich 100°C bis 140°C erhitzt und in eine Kolloidmühle eingefüllt. N-Alkyl-Talg-1,3-propylendiamin (0,25 Gew.-%), Chlorwasserstoffsäure (28% HCl, 0,25 Gew.-%) (in der Menge zum Erzeugen eines pH von 1,5 bis 3,5 in der am Ende erhaltenen Bitumenemulsionsformulierung) und Wasser (34,5 Gew.-%) wurden ebenfalls in die Kolloidmühle eingefüllt. In der Kolloidmühle wird das Bitumen veranlasst, kleine Tröpfchen zu bilden, welche mit Emulgator überzogen werden, so dass eine stabile Emulsion von Bitumen in Wasser gebildet wird.

Durch einen Prozess, der dem Prozess in Beispiel 1 entspricht, wurden die Emulsionen der Beispiele 2 und 3 hergestellt, wobei die beschriebenen Komponenten verwendet wurden. Beispiel 2

Bitumen	(300 pen; 75 Gew.-%)
Alkylamidopolyamin/Alkylimidazopolyamin	(0,7 Gew.-%)
Chlorwasserstoffsäure	(28 %, 0,6 Gew.-%)
Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer	(2,0 Gew.-%)
Wasser	(21,7 Gew.-%)

Beispiel 3

Bitumen	(200 pen; 78 Gew.-%)
N-Alkyl-Talg-1,3-propylendiamin	(0,25 Gew.-%)
Chlorwasserstoffsäure	(28 %, 0,25 Gew.-%)
Alkylamidoamin/Polyethylenpolyamin	(0,3 Gew.-%)
Wasser	(21,2 Gew.-%)

Bei der Verwendung wird eine Emulsion in Tank 2 auf eine Temperatur von ungefähr 80°C erhitzt und in die Vorrichtung eingefüllt und darin durch die Pumpe 10 gepumpt, so dass der Druck der Emulsion im Bereich von 1,5 bis 2,5 bar (1,5 × 10⁵ N/m² bis 2,5 × 10⁵ N/m²) liegt, und erhitzt, so dass ihre Temperatur ungefähr 120°C beträgt. Beim Austragen aus der Vorrichtung in Umgebungsbedingungen (d.h. Atmosphärentemperatur und -druck) verwandelt sich das Wasser in Wasserdampf und veranlasst das Bitumen, bis zum Vielfachen seines ursprünglichen Volumens der Emulsion aufzuschäumen. Das geschäumte Bitumen kann einem gewünschten Ort für die Verwendung zugeführt werden.
Verwendungen des geschäumten Bitumens können wie folgt sein:

(i) um Steine zu umhüllen – das geschäumte Bitumen wird zweckmäßig mit erhitzten Steinen vermischt;
(ii) in situ-Untergrundstabilisierung – das geschäumte Bitumen wird auf ein steinhaltiges Untergrundmaterial aufgebracht mit einer möglichen Verbesserung in dem Bereich der Umhüllung des Steins und/oder der Penetration in den Untergrund;
(iii) Stabilisierung von Straßendämmen und Böschungen – fortlaufende Steinschichten können aufgebracht werden, um den vollen Nutzen aus der Bindemittelaufschäumung zu ziehen;
(iv) Recyclieren von zurückgewonnen Materialien – das geschäumte Bitumen kann auf Materialien wie Straßenbeläge aufgebracht werden, um Restbitumen in situ auf einer fortlaufenden Zeitskala zu reaktivieren.

Die Aufmerksamkeit des Lesers wird auf alle Schriften und Dokumente gelenkt, welche gleichzeitig mit oder vor dieser Beschreibung in Verbindung mit dieser Anmeldung eingereicht wurden und welche zur öffentlichen Einsichtnahme mit dieser Beschreibung offen stehen, und der Inhalt aller dieser Schriften und Dokumente ist hiermit durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen.
Alle in dieser Beschreibung (einschließlich der beigefügten Ansprüche, Zusammenfassung und Abbildungen) offenbarten Merkmale und/oder alle Schritte von einem beliebigen so offenbarten Verfahren oder Prozess können in beliebiger Kombination kombiniert werden, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen mindestens einige solche Merkmale und/oder Schritte sich wechselseitig ausschließen.
Jedes in dieser Beschreibung (einschließlich der beigefügten Ansprüche, Zusammenfassung und Abbildungen) offenbarte Merkmal kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, welche dem gleichen, äquivalenten oder ähnlichen Zweck dienen, sofern nichts anderes ausdrücklich angegeben ist. Somit ist, sofern nichts anderes ausdrücklich angegeben ist, jedes offenbarte Merkmal nur ein Beispiel für eine allgemeine Reihe von äquivalenten oder ähnlichen Merkmalen.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der vorstehenden Ausführungsformen) beschränkt. Die Erfindung erstreckt sich auf ein beliebiges neues Merkmal oder eine beliebige neue Kombination der in dieser Beschreibung (einschließlich der beigefügten Ansprüche, Zusammenfassung und Abbildungen) offenbarten Merkmale oder auf einen beliebigen neuen Schritt oder eine beliebige neue Kombination der Schritte von einem beliebigen so offenbarten Verfahren oder Prozess.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines bitumenhaltigen Schaums, wobei das Verfahren ein Erhöhen der Temperatur einer Emulsion, die Bitumen und eine Flüssigkeit enthält, die im genannten Bitumen im Wesentlichen unlöslich ist (nachfolgend "die genannte unlösliche Flüssigkeit"), und ein Austragen der genannten Emulsion aus einer ersten Umgebung beinhaltet, in der ein Druck P₁ herrscht, in eine zweite Umgebung, in der ein Druck P₂ herrscht, wobei P₁ > P₂, wodurch die genannte Emulsion nach dem Austragen in die genannte zweite Umgebung schäumt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die genannte unlösliche Flüssigkeit eine größere Menge Wasser enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die genannte unlösliche Flüssigkeit mindestens 90 Gew.-% Wasser enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Emulsion aufgeschäumt wird, um in der zweiten Umgebung einen Schaum zu bilden, wobei das Verhältnis des Schaumvolumens zum Volumen der am Anfang vorhandenen genannten Emulsion mindestens 5 beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Temperatur der genannten Emulsion beim Austragen höher als der Siedepunkt der genannten unlöslichen Flüssigkeit ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Temperatur der genannten Emulsion beim Austragen mindestens 105° C beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Temperatur der genannten Emulsion beim Austragen niedriger als 200° C ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannte Emulsion bei 20° C eine Viskosität im Bereich von 0,2 bis 800 Poise aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein erstes Heizmittel zur Erhöhung der Temperatur der genannten Emulsion vorgesehen ist, wobei das genannte erste Heizmittel keine Änderung der Konzentration des genannten Bitumens oder der genannten unlöslichen Flüssigkeit in der genannten Emulsion verursacht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein erstes Heizmittel zur Erhöhung der Temperatur der genannten Emulsion vorgesehen ist und das genannte erste Heizmittel einen beheizten Festkörper aufweist, um wärme durch Wärmeleitung auf die genannte Emulsion zu übertragen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannte Temperatur der genannten Emulsion erhöht wird, wenn die genannte Emulsion sich in der ersten Umgebung befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem P₂ der Umgebungsdruck ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt wird, die aufweist: einen ersten Bereich, in dem der Druck einer darin befindlichen Emulsion auf den genannten Druck P₁ erhöht wird; einen Einlass für den Durchfluss der Emulsion in den ersten Bereich; einen Auslass für den Durchfluss der Emulsion unter Druck aus dem genannten ersten Bereich; ein Heizmittel zum Erhitzen der Emulsion im ersten Bereich; und ein erstes Pumpmittel zum Pumpen der Emulsion innerhalb des ersten Bereichs.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die genannte Vorrichtung stromaufwärts des ersten Bereichs ein Zuführungs- und Bevorratungsmittel aufweist, wobei das genannte Zuführungs- und Bevorratungsmittel die Emulsion vor ihrem Einführen in den ersten Bereich enthält, in dem ihre Temperatur erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Zusammensetzung der genannten Emulsion im Zuführungs- und Bevorratungsmittel im wesentlichen die Gleiche wie die Zusammensetzung der Emulsion im ersten Bereich ist, nachdem die Temperatur der genannten Emulsion bei dem Verfahren erhöht wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der einzige Vorrat, der bei dem genannten Verfahren verwendet wird, ein Vorrat der genannten Emulsion ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die bei dem genannten Verfahren verwendete Emulsion mindestens 50 Gew.-% Bitumen enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannte Emulsion mindestens 10 Gew.-% Wasser enthält.
Vorrichtung zum Erzeugen eines bitumenhaltigen Schaums, wobei die Vorrichtung einen ersten Bereich, zum Aufnehmen einer Emulsion aufweist, in dem ein erstes Heizmittel zur Erhöhung der Temperatur der genannten Emulsion und ein Druckmittel zur Erhöhung des Drucks der genannten Emulsion auf einen Druck P₁ vorgesehen sind, wobei ein Einlass für den Durchfluss eines Vorrats von einem Zuführungs- und Bevorratungsmittel in den ersten Bereich vorgesehen ist und ein Auslass für den Durchfluss der Emulsion aus dem ersten Bereich und in eine zweite Umgebung bei einem Druck P₂ vorgesehen ist, wobei der Druck P₂ niedriger ist als P₁ und wobei das genannte Zuführungs- und Bevorratungsmittel eine Emulsion enthält, die Bitumen und die genannte unlösliche Flüssigkeit aufweist.
Verfahren zum Verbinden eines Substrats mit einem bitumenhaltigen Schaum, wobei das Verfahren ein Zuführen eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 erzeugten Schaums auf das genannte Substrat, um es zu kontaktieren, und/oder eine Verwendung einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 19 beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 20 bei dem das genannte Substrat ein Dispersionsteilchenmaterial aufweist.