NO834672L - Framgangsmaate for gjenvinning av asfalt samt asfaltmasse framstilt i samsvar med framgangsmaaten - Google Patents

Description

Framgangsmåte for gjenvinning av asfalt samt asfalt-

masse framstilt i samsvar med framgangsmåten.

Oppfinnelsen vedrører generelt framstilling av asfaltmasser for asfaltbelegg utendørs og innendørs, og går mer spesielt ut på en framgangsmåte for gjenbenyttelse av asfaltbelegg gjennom reaktivering ved hjelp av bituminøst skum.

Asfaltmasser for slike belegg har i lang tid vært framstilt ved at en mineralkomponent har blitt blandet med bindemidler med ulike egenskaper. Det er således kjent å framstille asfaltmasser gjennom: - varmteknikk, hvor et steinmateriale varmes opp og blandes med varm asfalt,

kaldteknikk, hvor kaldt steinmateriale blandes med et

kaldt bituminøst bindemiddel, d.v.s. en asfaltløsning eller en asfaltemulsjon, - blandeteknikk, hvor asfaltmassen framstilles ved at bare moderat oppvarmet steinmateriale blandes med like ens moderat oppvarmte bituminøse bindemidler.

Etterhvert har kostnadene for å oppnå asfaltbelegg steget kraftig, og dette gjelder såvel råvarekostnaden for asfaltbindemidlet og for steinmaterialet som kostnadene for oppvarmning av såvel steinmaterialet som asfalten. I den hensikt å redusere kostnadene for asfaltmasser er det fore-slått å benytte gamle asfaltbelegg om igjen. For dette for-

mål må det gamle asfaltbelegget brytes opp og findeles, enten gjennom å knuses eller ved at belegget freses opp.

I det følgende vil den gjenbenyttede gamle asfalt bli om-talt som fresemasse eller knusemasse, men det er underfor-stått at uttrykket også omfatter gamle asfaltbelegg som er delt opp på annen måte. De anstrengelser som gjennomføres i mange land for å komme fram til en passende framgangsmåte for i gjenbenyttelsesøyemed å reaktivere gamle asfaltbelegg har gitt opphav til følgende framgangsmåter: - innblanding av 10-30 vektprosent kalde fresemasser fra tidligere asfaltbelegg i varm asfaltmasse, normalt i sats-blandeverk, - innblanding av mer enn 30 vektprosent kalde fresemasser i spesialformede trommelblandeverk, - behandling av 100% fresemasse med asfaltemulsjon eller asfaltløsning.

Ved de to førsnevnte framgangsmåter varmes en del av den kalde fresemassen og blandes med en andel nyframstilt asfaltmasse bestående av steinmateriale og asfalt. Oppvarmingen av den kalde fresemasse medfører betydelige tekniske problemer , krever store mengder energi og skaper direkte miljøproblemer ved at fresemassen kan avgi gasser, såkalt blårøk, som har helseskadelige egenskaper. Oppvarmingen skjer vanligvis med gass- eller oljeflammer, og ved denne gjenoppvarming av den kalde fresemasse risikerer en å skade fresemassen ved at bindemidlet kan oksyderes, brennes eller forkulles. Særlig ved den direkte oppvarming av fresemassen i trommelblandeverket risikerer en en oksydasjon av bindemidlet, hvorved bindeevnen reduseres eller går tapt.

Blandingen av den forberedte fresemasse med bitumen-emulsjon eller asfaltløsning medfører på sin side at det totale bindemiddelmengde blir så stor at stabiliteten hos

den på denne måte framstilte asfaltmasse derved minskes ves-entlig. Asfaltemulsjonen inneholder en betydelig mengde vann, vanligvis 33-45 vektprosent, og dette kan føre til problemer ved leggingen av massen og kan gi det ferdige asfaltbelegg uegnede egenskaper. Ut fra kvalitetsmessige og økonomiske synspunkter har denne framgangsmåte derfor ikke forlatt for-søksstadiet. Framgangsmåten er således forholdsvis uprøvd, og en kan gå ut fra at en asfaltmasse framstilt gjennom blanding av gamle frese- eller knusemasser med fabrikert

såkalt asfaltemulsjon gir asfaltbelegget forringende egenskaper i en eller flere henseender, og en skal dessuten være oppmerksom på at prisen på asfaltemulsjon som bindemiddel er like høy eller til og med høyere enn for varm konvensjonell asfalt

Fra US-PS 2.917.395 er det enn videre kjent at det kan oppnås beleggmasser av asfalt og steinmateriale uten å varme opp steinmaterialet. Dette skjer ved at en tilveie-bringer et asfaltskum gjennom innblanding av vann i varm asfalt, hvoretter dette asfaltskum i varm tilstand blandes med steinmaterialet. På det tidspunkt en kom fram til denne kjente framgangsmåte var det ganske overraskende at en slik blanding av varmt asfaltskum og kaldt steinmateriale var mulig, og at en gjennom denne blanding kunne komme fram til asfaltbelegg med liknende egenskaper som asfaltbelegg framstilt ifølge konvensjonelle framgangsmåter. Forklaringen på dette kan være at det varme asfaltskum får en høyere vætende evne på steinmaterialet enn hva varm asfalt i uskummet tilstand har. Steinmaterialet har ganske hydrofil karakter, og den varme skum-asfalten er derfor i stand til å fukte det kalde steinmateriale på en måte som varm uskummet asfalt ikke er i stand til.

Ved den kjente framgangsmåten blandes det kalde steinmateriale med opptil 8 vektprosent bindemiddel i form av skummet asfalt med en temperatur på 145-170°C.

Det er følgelig kjent at en har forsøkt å komme

fram til asfaltmasser ved en blanding av varm, skummet asfalt med kaldt steinmateriale. I det nordiske klima synes disse forsøk ikke å ha gitt et tilfredsstillende resulatat, og framgangsmåten har hittil ikke blitt benyttet i praksis. En har hittil heller ikke ansett det mulig å gjenbenytte kalde fresemasser ved å blande disse kalde fresemasser med varm, skummet asfalt. En har også ansett en slik tiltenkt framgangsmåte ulønnsom på grunn av at en så pass stor mengde bindemiddel i form av varm skummet asfalt som opptil 8-9 vektprosent skulle måtte tilsettes. En har også ansett at et utbytte av steinmaterialet mot gjenanvendt kald fresemasse eller knusemasse fra gamle asfaltbelegg ved gjennomføringen av den kjente framgangsmåte skulle gi en totalt altfor stor andel asfalt i forhold til. andelen av steinmasse eller agg^fjat, og at asf altbelegget derved skulle få betydelig

forringede egenskaper sammenliknet med asfaltbelegg framstilt på konvensjonell måte.

Det har nå overraskende vist seg at det er mulig

å framstille asfaltbelegg ved gjenbenyttelse av fresemasser eller knusemasser gjennom at den kalde fresemasse eller knusemasse blandes med en meget liten del bindemiddel i form av varm skummet asfalt. En forutsetning for godt resultat ved denne nye framgangsmåte er at den skummede asfalt inneholder en så liten andel vann som 0,1 til 10 vektprosent eller fortrinnsvis mellom 1 og 3 vektprosent, og at den kalde fresemasse blandes med så liten andel varm skummet asfalt som 1-4 vektprosent eller fortrinnsvis 2-3 vektprosent.

Som bindemiddel benyttes fortrinnsvis et bituminøst bindemiddel såsom asfalt, men det er mulig å bruke tjærejen blanding av asfalt og tjære, en asfaltløsning (olje og asfalt) eller annet likeverdig petroleumsprodukt (jordoljeprodukt). Til bindemidlet kan det på i og for seg kjent måte tilsettes en liten andel av et vedheftningsmiddel, f.eks. en diamin, en eller annen tjærefraksjon eller annet vedheftningsmiddel i en mengde på 0,1-0,5 vektprosent av bindemiddelmengden. Det er også mulig å erstatte en andel av det bituminøse bindemiddel med en eller annen plast eller kautsjukprodukt, f.eks. 51 kautsjuk, hvilket gir asfaltbelegget økt elastisitet. Bindemidlet tilsettes som nevnt i en mengde på mellom 1 og 4 vetøprosent av beleggmassen. En tilsetning på mindre enn 1 vektprosent gir altfor svak bindeevne, og en tilsetning på over 41 gir et totalt for høyt bindemiddelinnhold og derved en dårlig stabilitet i asfaltbelegget.

Tiden for skummingsforløpet varierer avhengig av hvilket utstyr og skummemetode som benyttes foruten visse andre faktorer og er ikke kritisk for oppfinnelsen. Det bør imidlertid påpekes at skummingen ikke må pågå altfor lenge, ettersom det da er fare for at skummet nedbrytes og går til-bake til bitumen henholdsvis vann.

Bindemidlet består altså i dette tilfellet av et skum som framstilles ved at det varme bindemiddel går over til et skum som inneholder mellom 0,1 og 10 vektprosent vann. En vannmengde på under 0,1 prosent gir ikke noe brukbart skum, og en vannmengde over 10 prosent kan gi visse problemer ved tilvirkning, legging og pakning, og risikerer å avkjøle det bituminøse bindemiddel altfor sterkt.

Ved skummingen av det bituminøse bindemiddel bør dette holde en temperatur på mellom 110 og 250°C eller fortrinnsvis mellom 140' og 180°C. Ved en temperatur på bindemidlet under 110° skjer det ingen skumming med vannan-delen, og ved en temperatur på over 250° risikeres at bindemidlet oksyderer, forkokser eller forbrennes.

Kornstørrelsen på fresemassen kan variere innenfor ganske vide grenser. Ved fresning eller knusing av et gammel asfaltbelegg får en ganske stor spredning av kornstøttelsene, og.for bruken ifølge oppfinnelsen kan det benyttes kornstørr-elser på opptil 100 mm. For gate- og veibelegg bør kornstørr-elsen ligge mellom 0 og 30 mm; for andre formål, f.eks. vannbyggingsformål, kan det tillates brukt korn på opptil 100 mm.

Det er også mulig å erstatte en mindre andel, f.eks. maksimalt 30°a av fresemassen med nytt steinmateriale, spesielt steinmateriale med en kornstørrelse på mellom 10 og 30 mm. Dette kan i visse tilfelle forbedre kornoppbygningen i kombinasjonen fresemasse/steinmateriale, særlig<s>i de til-fellernår fresemassen inneholder en temmelig stor andel materiale innenfor området under 10 mm og/eller over 30 mm.

I det følgende skal det gjøres rede for et antall eksempler på oppfinnelsen ved en framgangsmåte for gjennom aktivering å gjenbenytte gamle asfaltbelegg.

EKSEMPEL 1

Det ble framstilt en asfaltmasse for et veibelegg gjennom reaktivering av et gammelt asfaltbelegg på følgende måte: Et gammelt asfaltbelegg bestående av steinmateriale og ca. 5°a asfalt, hvilket var brukt i 10 år, ble frest i kald tilstand til en største partikkelstørrelse på omtrent 20 mm. Den kalde fresemasse ble anbragt i et tvangsblande-apparat, og varm skummet asfalt med et vanninnhold på 2,5 vektprosent ble tilsatt. Den skummede asfalt ble beregnet til en mengde på 1,5 vektprosent regnet på den ferdige belegg masse. Etter ca. 60-80 sekunders omrøring anses fresemassen og den skummede asfalt å ha blandet seg intimt. Temperaturen i den skummede asfalt ved tilsetningen til den kalde fresemasse var 150°C, mens fresemassen holdt en temperatur på 18°C. Etter blandingen oppviste beleggmassen en knapt mål-bar temperaturstigning sammenliknet med temperaturen i den kalde fresemasse. Beleggmassen ble lagt som et forsterkende slitelag på et underlag med forholdsvis dårlig bæreevne (delvis krakelert oljegrusvei) og ble pakket på vanlig måte ved hjelp av en statisk veivals. Beleggmassen kunne benyttes for lettere trafikk umiddelbart etter pakking men oppnådde sin fulle fasthet og bæreevne først etter at vannet i belegget suksessivt minsket under tørkeprosessen.Belegget oppviste i flere henseendér samme gode egenskaper som asfaltbelegg framstilt etter konvensjonelle framgangsmåter. Det kunne imidlertid konstateres en ubetydelig lavere trykkfast-het enn ved konvensjonelle beleggmasser, noe som muligens kan skyldes at mengden av tilsatt skummet asfalt i slutt-fasen adderes til den kalde fresemassens allerede fra be-gynnelsen relativt høye asfaltinnhold, slik at den totale asfaltmengde ble temmelig høy. Ved mange bruksområder be-traktes dette ikke som noen ulempe, og forholdet kan derfor pareres ved at det velges leggeplass med hensyn til belegg-massens egenskaper.

EKSEMPEL 2

Ei gammelt gatebelegg, hvor asfalten i løpet av be-.';* nyttelsen hadde aldret kraftig, ble brutt opp til en korn-størrelse på maksimalt 30 mm. 80 vektprosent av den kalde fresemasse ble blandet med 2 vektprosent bituminøst skum bestående av en asfaltløsning (bitumen med en innblanding av et oljeprodukt og et vedheftningsmiddel) og med en tilsetning på 20 vektprosent steinmateriale med en kornstørrelse på mellom 16 og 32 mm. Etter omkring 90 sekunders blanding i en tvangsblander forelå en bearbeidbar asfaltmasse, som ble lagt som et slitesjikt på en delvis krakelert oljegrusvei. Etter at vannet i belegget hadde tørket bort, ble det utført belastningsforsøk med byggemaskiner, hvorved det kunne konstateres at egenskapene hos asfaltblandingen fram stilt ifølge oppfinnelsen var helt sammenlikbare med egenskapene hos asfaltblandinger for bærelag framstilt på konvensjonell måte. ;EKSEMPEL 3;Det ble framstilt en asfaltmasse på samme måte som i eksempel 1, bortsett fra at det ble tilsatt bare 1,0 vektprosent bindemiddel. Den ferdige beleggmasse hadde en noe mangelfull bindeevne og viste en tilbøyelighet hos fresemassens partikler til å løsgjøres fra hverandre. ;EKSEMPEL 4;Samme framgangsmåte som i eksempel 3 ble gjentatt, men i dette tilfelle ble det tilsatt 0,3 vektprosent av et konvensjonelt vedheftningsmiddel i form av et diamin. Den ferdige beleggmasse viste forbedrede egenskaper sammenliknet med beleggmassen ifølge eksempel 3, men fremdeles gjensto en ubetydelig tilbøyelighet hos partiklene i fresemassen til å frigjøre seg fra hverandre. ;EKSEMPEL 5;Samme forsøk som i eksempel 3 ble gjentatt, bare med den forskjell at det i dette tilfelle ble tilsatt 4 vektprosent bituminøst skum som bindemiddel. Beleggmassen var lett å bearbeide og lett å legge, men den viste en for visse formål, f.eks. tungtrafikk, noe mangelfull stabilitet på grunn av den totalt sett høye bindemiddelandel. ;EKSEMPEL 6;Samme framgangsmåte som i eksempel 1 ble gjentatt, men med den forskjell at det i dette tilfelle ble tilsatt to vektprosent bitumenskum inneholdende 0,3 vektprosent vann. Det viset seg at det forelå vanskeligheter med å oppnå bitumenskummet; det var derfor nødvendig å høyne temperaturen på bindemidlet til ca. 180°C. Den ferdige beleggmasse oppviste etter tørking tilfredsstillende stabilitet. ;EKSEMPEL 7;Samme framgangsmåte som i eksempel 6 ble gjentatt, men i dette tilfelle inneholdt bitumenskummet 7 vektprosent vann. ;Den ferdige beleggmasse var lett å bearbeide og;lett å pakke, men stabiliteten og bæreevnen umiddelbart etter legging og pakking var noe svak. Etter et par dagers tørking hadde størsteparten av vannet tørket bort, og beleggmassen viste da tilfredsstillende stabilitet. ;EKSEMPEL 8;Samme framgangsmåte som i eksempel 7 ble gjentatt, men med den forskjell at 101 av et steinmateriale med en part-ikkelstørrelse på mellom 10 og 30 mm ble blandet med 90% fresemasse. Den ferdige beleggmasse viste en ubetydelig forbedret stabilitet sammenliknet med massen ifølge eksempel 7, sannsynligvis på grunn av den forbedrede kornoppbygning som ble oppnådd gjennom tilsetningen av steinmaterialet. ;EKSEMPEL 9;For vannbygningsformål ble det framstilt en beleggmasse inneholdende 3 vektprosent bitumenskum med 4 vektprosent vann. Bindemidlet ble varmet opp til en temperatur på 180°C og bindemidlet ble tilsatt 0, 2% av et vedheftningsmiddel i form av et diamin. Bindemidlet ble blandet med knusemasse med en største partikkelstørrelsé*på 90 mm.

For vannbygningsformål egnet beleggmassen seg godt og ga tilfredsstillende fasthet og stabilitet. Til sammenlikning ble samme beleggmasse lagt som et bærelag på et underlag av normalt pakket makadam. I dette tilfelle ble beleggmassen ansett for å ha for rå eller grov overflate og gi util-fredsstillende overflatestruktur. På grunn av den store partikkelstørrelsen på knusemassen forelå det like ens tilvirkningsproblemer.

EKSEMPEL 10

Samme framgangsmåte som i eksempel 9 ble gjentatt med den forskjell at knusemassen ble gitt en partikkel-størrelse på 60 mm, mens bindemidlet fikk en tilsetning på 12% vann. Beleggmassen oppviste etter påføring og pakking et noe høyt vanninnhold som varig forringet massens sammen-føyning.

EKSEMPEL 11-13

Samme framgangsmåte som i eksempel 2 ble gjentatt

i kaldt vær. Fresemassen holdt i dette tilfelle en temp-

eratur på ca. 0°C, mens bindemiddel i et første forsøk holdt en temperatur på 150°C. På grunn av fresemassens lave temperatur forelå det problemer med å oppnå intim blanding av fresemasse og bindemiddel, sannsynligvis på grunn av at fresemassen kjølte ned bindemidlet altfor sterkt.

Eksemplet ble derfor gjentatt idet bindemidlet holdt en temperatur på 200°C. Også i dette tilfelle forelå det vanskeligheter med å blande fresemasse og bindemiddel, og et eksemplet ble derfor gjentatt, idet fresemassens/steinmaterialets temperatur ble høynet til 35°C. Blanding, legging og pakking kunne foretas enkelt og smidig, og den ferdige beleggmasse oppviste god bæreevne og stabilitet.

Det ble gjort ytterligere et antall forsøk, som

likesom de foregående eksempler er redegjort for i etter-følgende tabell.

Det går fram av foregående tabell at den bituminøse skummengde bør ligge mellom 1 og 4,eller fortrinnsvis 2 og 3 vektprosent,og at vannmengden i bindemidlet kan være mellom 0,1 og omkring 10 vektprosent. Det framgår også at binde-midlets temperatur ikke bør underskride 110°C, ettersom det da oppstår skummingsproblemer, og at temperaturen ikke bør overstige 250°C, ettersom det da foreligger fare for at bindemidlet oksyderer, forkokser eller forbrennes. Som bi-tuminøst bindemiddel kan benyttes asfalt, tjære,en blanding av asfalt og tjære, asfaltløsning eller et eller annet sammenliknbart jordoljeprodukt. I bindemidlet kan innblandes en andel vedheftningsmiddel, f.eks. et diamin i en mengde på 0,1 til 0,5 vektprosent, en eller annen naturlig eller syn-tetisk plast eller kautsjuk. 6. Framgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat bindemiddelskummet før innblandingen i aggregatet er tilsatt et plast- eller gummimateriale, fortrinnsvis i en mengde på 0,5-5 vektprosent regnet på bindemiddelmengden. 7. Framgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat det kalde, gjenbenyttede asfaltbelegg i kaldt vær forvarmes til en temperatur på

minst 15-18°C og maksimalt 50°C.

8. Asfaltbeleggmasse til bruk utendørs og innendørs, framstilt ved reaktivering av gamle asfaltbelegg som angitt i et av de foregående krav,karakterisertved at den består av et frest eller oppbrutt gammelt asfaltbelegg med en kornstørrelse på maksimalt 100 mm og mellom 1 og 4 vektprosent av et bindemiddel i form av et vannholdig bindemiddelskum av bitumen, tjære, asfaltløsning, en kombinasjon av bitumen og tjære og/eller et plast- eller gummimodifisert bindemiddel eller et annet tilsvarende jord-olj eprodukt. 9. Asfaltbeleggmasse ifølge krav 8,karakterisert vedat den består av opptil 30 vektprosent regnet på det gamle, gjenbenyttede asfaltbelegg av et konvensjonelt steinmateriale med en kornstørrelse på fortrinnsvis mellom 10 og 30 mm. 10. Asfaltbeleggmasse ifølge krav 8 eller 9,karakterisert vedat bindemiddelskummet inneholder mellom 0,1 og 10 eller fortrinnsvis mellom 1 og 3 vektprosent vann, mellom 0,1 og 0,5 vektprosent av et kjent vedheftningsmiddel såsom et diamin og/eller mellom 0,5 og 5 vektprosent av et plast- eller gummimateriale, alt regnet i forhold til bindemiddelmengden.

Claims (5)

1. Framgangsmåte for gjenbenyttelse av gamle asfaltbelegg til bruk utendørs og innendørs gjennom reaktivering av det gamle asfaltbelegget, karakterisert ved at det gamle asfaltbelegget freses eller brytes opp til en gjennomsnittlig kornstørrelse på opptil 100 mm og i kald tilstand eller varmet opp til maksimalt 50°C blandes med 1-4 vektprosent av et varmt skummet bindemiddel i form av et vannholdig bindemiddelskum av bitumen, tjære, asfaltløsning, en kombinasjon av bitumen og tjære og/eller et plast- eller gummimodifisert bindemiddel eller et likeverdig annet jordoljeprodukt til oppnåelse av en bearbeidbar asfaltblanding, som på kjent måte legges og pakkes.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det aktiverte bindemiddel varmes opp til 110-250 eller fortrinnsvis 140-180°C før innblanding en i det kalde eller bare svakt oppvarmte, oppbrutte gamle asfaltbelegg.

3. Framgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, k a r a k - . t erisert ved at det varme aktiverende bindemiddel før innblandingen i det kalde, oppbrutte gamle asfaltbelegg blandes til et skum med 0,1-10 eller fortrinnsvis 1-3 vektprosent vann regnet på mengden varmt bindemiddel.

4. Framgangsmåte ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at det varme bindemiddel er tilsatt 0,1-0,5 vektprosent av et kjent vedheftningsmiddel regnet på bindemiddelmengden.

5. Framgangsmåte ifølge et av foregående krav, karakterisert ved at det kalde oppbrutte gamle asfaltbelegg for å forbedre kornoppbygningen blandes med maksimalt 30 vektprosent regnet på det gjenbenyttede gamle asfaltbelegg av et konvensjonelt steinmateriale, fortrinnsvis med en kornstørrelse på mellom 10 og 30 mm.