NO843623L - Diatomittmodifisert veidekke - Google Patents

Description

Oppfinnelsens bakgrunn og oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen angår varmblanding-asfaltblandinger for veidekker. Oppfinnelsen angår mer spesielt en diatomittmodifisert varm asfaltveidekkeblanding som har en asfaltmengde innen det normale område, men som har forbedret innbyrdes aggregatlåsing og overlegen sanmenpressbarhet.

I en veidekkeblanding utgjør asfalten pluss finstoffene (materiale som passerer gjennom en 200 mesh sikt) mastiksen. Asfaltmastiksen funksjonerer i forbind-

else med det findelte aggregat (slike som passerer gjennom en sikt nr. 8 eller sikt nr. 10) som hva som kan betegnes som mørtelen og holder det grove aggregat sammen. Adhesjons/ kohesjonsstyrken til mastiksen er omvendt proporsjonal med dens tykkelse, dvs. at jo tynnere mastiksbelegget på aggregatet er, desto sterkere er bindingen og desto mer stabilt er veidekket. Tynne filmbelegg oxyderes imidlertid hurtigere, slik at asfalten mister sin føyelighet og blir oppsmuldret. Motstandsevnen mot trafikkbelastning avtar drastisk og forårsaker opptrevling og sprekkdannelse. På lignende måte er tynne belegg mer utsatt for inntrengning av vann. Av disse grunner øker en rekke veidekkeprodusenter asfaltinnholdet for å forsøke å forlenge veidekkets levealder. I virkeligheten krever de fremste veidekkekonstruksjonsbe-tingelser at asfaltinnholdet er så høyt som mulig uten at dette fører til oversammenpressing av veidekket på grunn av trafikken. Blandinger med høyt asfaltinnhold har tykkere filmer, færre hulrom og lavere permeabilitet og er derfor mindre utsatt for oxydasjon og nedbrytning på grunn av vann. Bare å øke asfaltinnholdet til over det normale vil imidlertid uheldig innvirke på veidekkets stabilitet for de fleste veidekker. Økningen i mastiksbeleggets tykkelse på aggregatpartiklene fører til oversammenpressing og tillater bløding, spordannelse og skyvning. Dessuten er asfalt i alminnelighet den mest kosbare veidekkebestanddel, slik at det ville være en kostbar forholdsregel å øke innholdet av denne i blandingen.

Det finnes prinsipielt to krefter som tjener til å

holde veidekkeblandingen sammen: adhesjons/kohesjonsstyrke og aggregatsammenlåsing (friksjonskrefter mellom aggregat-

partiklene som motstår forskyvning).

Veidekkets kohesjonsstyrke (dvs. mastiksens kohesjonsstyrke) er hovedsakelig avhengig av asfaltkvaliteten som vil påvirke slike faktorer som grenseflatespenningen mellom asfalt og aggregat og asfaltens fuktegrad og vedheftnings-grad overfor aggregatet. (Det bør bemerkes at aggregatet og finstoffenes egenskaper også utøver en viss innvirkning på disse faktorer som påvirker kohesjonsstyrken). Den annen kraft, aggregatsammenlåsingen, er en funksjon av størrelsesgraderingen av aggregatet i blandingen, aggregatets form (kantethet) og overflatestruktur og aggregatpakkingens densitet. Det bør bemerkes at som her anvendt inn-befatter uttrykket "aggregatsammenlåsing" friksjonskreftene for alle partikler i blandingen uavhengig av størrelse (dvs. innbefattende finstoffer). Når asfaltdekkematerialer ut-settes for temperaturer over 32°C, begynner asfalten å mykne (dvs. å tape kohesjonsstyrke), og aggregatsammenlåsingen spiller hovedrollen hva gjelder å opprettholde veidekke-stabiliteten.

Mineralfyllstoffer blir av og til anvendt i et forsøk

på å øke veidekkers viskositet og densitet i forhåpningen om å øke aggregatsammenlåsningen og for volumetrisk å fortynne asfalten i veidekker med normale asfaltinnhold for å

øke sammenpressbarheten. Endelig vil malt bergartstøv, som kalkstenstøv, volumetrisk fortynne asfalten. Den volumetriske fortynning har ikke denønskede virkning hva gjelder å redusere hulromsinnholdet i veidekket. Snarere enn å øke aggregatsammenlåsningen kan imidlertid innbefattelsen av et slikt fyllstoff i virkeligheten redusere aggregatsammenlåsningen. Dette skyldes den kjensgjerning at den volumetriske fortynning av asfalten er permanent og tjener til å øke mastiksfilmens tykkelse. En tykkere mastiksfilm øker skillet mellom aggregatpartiklene og påvirker partikkelfriksjonen (dvs. aggregatsammenlåsningen). I avhengighet av fyllstoffet og dets fortynningsevne kan mastiksens økede tykkelse i virkeligheten overskygge eventuelle fordeler ved øket densitet. Dessuten fører en permanent volumetrisk fortynning av asfalten til et ustabilt veidekke (spordannelse og

skyvning i veidekket). Bruken av et slikt mineralfyllstoff i et forsøk på å øke densiteten og sammenpressbarheten for derved å forlenge veidekkets brukslevealder ved å redusere hulrom og dermed oxydasjonshastighet og ømfintlighet over-

for vann vil derfor i alminnelighet vise seg ueffektivt og kan godt gi en motsatt virkning.

En rekke fyllstoffer (inkludert bergartstøv) kan

øke viskositeten så meget som tre ganger og gjøre legging vanskelig eller umulig. Selv mindreøkninger i viskositeten kan hindre en korrekt sammenpressing med det resultat at det lagte veidekke får et for høyt hulromsinnhold som på-skynder oxydasjonsherdning og vanngjennomtrengelighet. Forsiktighet må i virkeligheten utvises ved bestemmelsen av den korrekte diatomittmengde som skal tilsettes for derved å

unngå en for sterk viskositetsøkning. På lignende måte vil tilsetning av fyllstoffet, dersom dette er sterkt absorberende, ikke fortynne asfalten og lette sammenpressingen. Fyllstoffet vil snarere adsorbere (absorbere og holde på)

asfalten og gjøre en korrekt sammenpressing umulig.

Det har vist seg at diatomitt når den tilsettes i små mengder (0,5-2%) kan funksjonere som et spesielt egnet forbigående asf altstrekkmiddel i den varme blandinq. Dens h<ave ov<p>r-flateareal pr. vektenhet og diatomenes åpne mikrostruktur hemmer asfaltflyting og hindrer bløding av asfalt. Denne samme åpne mikrostruktur sammen med de øvrige bestanddeler i blandingen hindrer for sterk sammenpressing ved at det dannes en gitterlignende struktur. Denne gitterstruktur tjener til å opprettholde en korrekt dispergering av fin-stoffet i mastiksen og hindre at dette skiller seg ut. Det er overraskende at diatomittens høye overflateareal og åpne mikrostruktur ikke også for sterktøker viskositeten, hvilket ville ha gjort legging og sammenpressing vanskelig. Det er ennu mer overraskende at den sterkt absorberende diatomitt ikke absorberer asfalten umiddelbart, hvilket ville ha berøvet veidekket dets høye asfaltinnholdegenskaper. Trykket av den utgassede vanndamp som inneholdes i diatomene, og/eller de ekstremt små tertiære åpninger (0,03yum) i diatomene hemmer tilsynelatende asfaltadsorpsjonen inntil efter at veidekket er blitt avkjølt til under 93°C, dvs. inntil efter at veidekket er blitt lagt. Derefter begynner diatomitten å adsorbere asfalten.

Dessuten gjør diatomittens særpregede struktur den spesielt egnet for å redusere hulromsinnholdet og øke densiteten. De forskjellige former og størrelser av diatomene og diatomfragmentene såvel som diatomfragmentenes evne til å brytes ytterligere opp gjør diatomittpartiklene istand til å fylle nesten alle "mellomrom i et veidekke-aggregat. Diatomittmodifisering av veidekke gir derfor et materiale som oppviser øket densitet og viskositet under oppnåelse av sammenpressbarhet og øket levealder for et veidekke med høyt asfaltinnhold og dessuten forbedret skjærfasthet som skriver seg fra forbedret aggregatsammenlåsning, og bedre erosjonsmotstandsdyktighet for mastiksen, uten noen økning i bløding, spordannelse eller skyving som er karakteristiske for blandinger med høyt asfaltinnhold og andre fortynnede asfaltblandinger. Med den adsorpsjon som finner sted efter at veidekket er blitt lagt, blir i virkeligheten sjansene for bløding, spordannelse og skyving betydelig redusert. Diatomittens evne til såvel å fortynne som absorbere asfalt gjør at den er et særpreget tilsetnings-middel som "dekker over" feil i blandingsoppskriften. Dessuten antyder økningen i blandingens skjærfasthet og mastiksens abrasjonsfasthet at overlagets tykkelse kan reduseres uten å redusere slitasjelevealderen, med en tilsvarende reduksjon i leggeomkostningene.

Andre særtrekk, fordeler og karakteristika ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå efter•lesing av den nedenstående beskrivelse.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Fig. 1A-1E er fotografier av kjerneprøver tatt fra

fem forskjellige veidekkeblandinger efter elleve måneders slitasje i Houston og viser hhv.: Fig. IA er prøver på et standard (5,5% asfalt) veidekke som ikke inneholder diatomitt,

Fig. IB er prøver på en blanding II som inneholder

7,4% asfalt og 1,8% diatomitt,

Fig. 1C er prøver på en blanding I som inneholder

6,6% asfalt og 0,6% diatomitt,

Fig. ID er prøver på en blanding III som inneholder 7,3% asfalt og 2,4% diatomitt,

Fig. 1E er prøver på en blanding IV som inneholder

6,0% asfalt (normalkonsentrasjon) og 0,6% diatomitt,

Fig. 2A-2D er fotografier av kjerneprøver tatt fra fire forskjellige veidekkeblandinger lagt i Calgary, Alberta, idet fotografiene viser hhv.: Fig. 2A er en prøve på en veidekkeblanding inneholdende 7,8% asfalt og 2% asbestfibre, Fig. 2B er en prøve på en veidekkeblanding inneholdende 7,8% asfalt og 2% diatomitt, Fig. 2C er en prøve på en asfaltblanding inneholdende 6,5% asfalt og 1% asbestfibre, Fig. 2D er en prøve på en veidekkeblanding inneholdende 6,5% asfalt og 1% diatomitt, Fig. 3 er kurver og projeksjoner for toveidekker, innbefattende et standard veidekke inneholdende 6% asfalt (kurve "A") og et asbestmodifisert veidekke inneholdende 7,5% asfalt og 2% asbestfibre (kurve "B"), fra veidekkeblandinger anvendt for å bygge Trans-Canada-motorveien.

For sammenlignings skyld er fire datapunkter fra prøver tatt fra fire veidekkeblandinger lagt i juni (blanding "C") og oktober (blanding "B") i 1981 i Alberta, Canada, med kjerner tatt i oktober 1982, lagt på disse kurver. De respektive blandinger for disse datapunkter er angitt i "nøkkelen",

og

Fig. 4 er et diagram som antyder hvorledes stabilitets-måleapparatavlesninger varierer med asfaltinnholdet i vanlige veidekkeblandinger og viser fordelene ved å tilsette små mengder diatomitt til den standard Houston-anleggsblanding vist på Fig. IA.

Detaljert beskrivelse av de foretrukne utførelsesformer

Som beskrevet mer fullstendig i US patentsøknad 06/343075, innlevert 27. januar 1982, ble tre forskjellige prøve-blandinger av diatomittmodifiserte veidekker fremstilt under anvendelse av en naturlig (eller ukalsinert) kvalitet av diatomitt som selges av MANVILLE CORPORATION under vare-merket "Celite 292", og forskjellige økede asfaltinnhold. Disse prøveblandinger av veidekke av tett kvalitet ble

lagt på en sterkt trafikkert gate i sentrum av Houston sammen med en vanlig blanding som ikke inneholdt diatomitt. Selv om hovedformålet ved disse forsøkslegninger var å bestemme om diatomitt, i egnede mengder, kunne stabilisere blandinger med høyt asfaltinnhold, ble en fjerde blanding også lagt. Denne blanding inneholdt ingen økning av asfalt (dvs. en standard 6 vekt%) og 0,6% diatomitt. Efter elleve måneder med bil-og lastebiltrafikk i sentrum og under værforholdene i Houston (intens varme og sterkt regnfall som begge har potensielt uheldige virkninger på veidekket) ble tre kjerneprøver tatt fra hjuldekkbanene for hver av de fem blandinger. Disse kjerneprøver er vist på Fig. 1A-1E.

Fig 1A-1D gjelder anvendelse av store mengder diatomitt for å stabilisereøkede asfaltinnhold. Disse figurer er her presentert som et middel for sammenligning med Fig. 1E som viser kjerneprøven av blandingen IV som inneholder en normal asfaltmengde (6%) og 0,5% diatomitt. Det var denne forsøkslegging som opprinnelig var ment som en annen blind-prøve (sammen med standardblandingen) for blandingene I, II og III, som førte til oppdagelsen av fordelene ved små mengder av diatomitt som fyllstoff/strekkmiddel.

Som et resultat av denne opprinnelige forsøkslegging og påfølgende anleggs- og laboratorieprøvetagninger er det blitt fastslått at tilsetninger av små mengder (0,5-2 vekt%) diatomitt til veidekkeblandinger inneholdende normale konsentrasjoner (5-12 vekt%, avhengig av blandingen) av asfalt tjener til forbigående å fortynne asfalten under økning av blandingens densitet og viskositet og muliggjør forbedret sammenpressbarhet ved legging, slik at hulromsinnholdet i veidekket kan reduseres, hvorved veidekkets utsatthet for oxydasjonsherding og nedbrytning på grunn av vann reduseres. Denne fortynningsevne er mulig til tross for diatomitts naturlige tilbøyelighet til å adsorbere (absorbere og holde på) asfalten. Fuktigheten i diatomene (typisk 3-6 vekt%) blir antagelig fordampet ved tilsetning av diatomitten til den asfaltbelagte varme aggregatblanding (i alminnelighet oppvarmet til ca. 177°C). Denne vanndamp blir langsomt utgasset i løpet av en periode på timer av diatomene (på grunn av Van der Waals'ke krefter) inntil blandingen avkjøles til under 9 3°C (dvs. inntil efter opprinnelig sammenpressing), og denne utgassing forsinker adsorpsjon av asfalten. Lengden av den tid i løpet av hvilken absorpsjon forsinkes, vil selvfølgelig kunne varieres ved å øke eller redusere fuktighetsinnholdet i diatomitten. Foruten dens evne som strekkmiddel forbedrer diatomitten aggregatsammenlåsningen i veidekket, og dette gir seg til kjenne ved øket styrke ved skjærprøvninger.

Selv om det er ment at diatomitt skal tilsettes til asfaltblandinger med normale asfaltmengder for å virke som et strekkmiddel (dvs. istedenfor å tilsette ytterligere asfalt, vil det forstås at det som kan betraktes som en "normal" mengde asfalt av enkelte veidekkeleggingsmyndigheter i virkeligheten kan være en utilstrekkelig mengde for korrekt å belegge aggregatet. Det ligger derfor innenfor oppfinnelsens omfang å anvende diatomitt sammen med blandinger hvori asfalten økes med 0,5-1% for å motvirke en slik mangel. Det vil også fremgå for fagmannen at fordi diatomitt forbigående fortynner asfalten, kan det i virkeligheten være mulig å redusere mengden av asfalt til under "normale" konsentrasjoner. Selv om dette er en faktisk mulighet, anbefales det sterkt

at den anvendte diatomitt i slike blandinger er forbehandlet med et overflateaktivt silicon eller petroleumsmateriale eller ved en annen egnet behandling som er beregnet å skulle gjøre diatomitten hydrofob. Dette vil fjerne risikoen for å gjøre blandingen utsatt for nedbrytning på grunn av vann som et resultat av det reduserte asfaltinnhold (dvs. ubenyttet absorpsjonsevne hos diatomitten).

En sammenligning mellom Fig. 1B-1E og den standard asfaltblanding ifølge Fig. IA viser diatomittens effektivitet hva gjelder å forbedre asfaltmørtelens abrasjonsmotstand. Kjerneprøvene ifølge Fig. IA viser en typisk mørtelabrasjons-hastighet av ca. 0,64 cm pr. år. Ytterligere abrasjon av mørtelen i standardblandingen vil gjøre overflateaggregatet istand til å begynne å trevles opp. Alle fire av diatomitt-blandingene viser derimot mørtel med overlegen abrasjonsmotstand. Dessuten er mørtelen effektivt en slitasjefast overflate som deler belastningen med aggregatet. Slitasje-fordelene ved diatomittmodifiserte veidekker er derfor to-foldige: 1) den abrasjonsfaste mørtel holder seg på plass og holder aggregatet fast mot opptrevling, og 2) mørtelen er istand til å motta slitasje som fordeler slitasjebelast-ningen mer jevnt over veidekkeoverflaten og gjør veidekke-erosjon langsommere. Disse resultater antyder at et tynnere overlag enn normalt av diatomittmodifisert veidekke kan anvendes uten uheldige virkninger for slitasjelevealderen. Det bør imidlertid bemerkes at en fortynning av overlaget

vil forsterke behovet for en skikkelig fundamentering (dvs. at forsiktighet må utvises ved reparasjon av eksisterende veier dersom overlaget påføres direkte over gammel asfalt).

Tabell I viser kjerneanalysen for de fem prøver vist

på Fig. 1.

Som vist i tabell I oppviser blandingen IV på samme måte som de øvrige diatomittmodifiserte veidekkeblandinger to fordeler ved diatomittilsetningen: 1) en betydelig reduksjon i hulromsinnhold og 2) en redusert asfaltherdehastighet. Disse fordeler er innbyrdes forbundne med hverandre, idet den første i betydelig grad bidrar til den annen. Reduksjonen i hulromsprosenten reduserer det interne overflateareal som er utsatt for oxydasjonsherding og nedbrytning på grunn av vann. De diatomittmodifiserte prøver var i virkeligheten praktisk talt ugjennomtrengelige for vann (ved prøvning under anvendelse av et 30,5 cm hydraulisk trykk). Disse faktorer bidro tydelig til de reduserte asfaltherdenivåer som gir seg til kjenne ved de inntrengningsdata som er vist i tabell I. Fig. 2A-2D er fotografier av kjerner fra forsøksvei-dekker lagt i Calgary, Alberta, Canada. Formålet med disse legginger var å sammenligne de diatomittmodifiserte veidekker med veidekker armert med asbestfibre som er blitt utstrakt anvendt i Canada i de siste 20 år. Fig. 2A er en kjerneprøve av en veidekkeblanding inneholdende 7,8% asfalt og 2% asbestfibre. Den samme blanding

hvor fibrene er erstattet med 2% diatomitt er vist på Fig. 2B.

Fig. 2C er en kjerneprøve av en veidekkeblanding inneholdende 6,5% asfalt og 1% asbestfibre. Fig. 2D er den samme blanding hvor fibrene er erstattet med 1% diatomitt. Visuell inspek-sjon av kjernene viser at mastiksen i de diatomittmodifiserte prøver har overlegen abrasjonsfasthet sammenlignet med mastiksen i asbestfiberkjernene. Tabell II viser kjerneanalysen for de fire prøver vist på Fig. 2.

Dataene i Tabell II antyder at selv om såvel asbest-som diatomittprøvene generelt har tilsvarende høy densitet og lav hulromsprosent, er diatomittkjernene vesentlig mindre gjennomtrengelige for luft (og derfor mindre utsatt for oxydasjon). På lignende måte bør diatomittprøvene være mindre gjennomtrengelige for vann fordi det er en viss tendens til at asbestfibrene vil forårsake en vekevirkning som ikke er til-stede i diatomitt på grunn av diatomenes mer varierte ulineære struktur.

Dataene i tabell II antyder at diatomittprøvene bør oxyderes (eldningsherdes) langsommere enn deres asbestmotstykker. For å underbygge dette ble asfaltinntrengnings-prøvninger utført med kjerneprøver tatt 12 til 16 måneder efter den opprinnelige legging. Resultatene av disse prøv-ninger er gjengitt på Fig. 3 og er blitt avsatt med to for-ventede levealderkurver A og B for veidekker anvendt ved byggingen av Trans-Canada-motorveien i 1967. Kurven A representerer en forventet levealderavsetning for et veidekke inneholdende 7,5% asfalt og 2% asbestfibre. Punktene på hver kurve representerer virkelige asfaltinntrengnings-målinger laget fra kjerner tatt umiddelbart efter legging,

i en alder av 2 år og i en alder av 6 år. Den stiplede linje ved en avlesning på 30 antyder den generelt aksepterte/. kritiske minsteverdi under hvilken veidekket taper tilstrekkelig føyelighet og veidekket begynner å sprekke og trevles opp.

Det fremgår av Fig. 3 at de to diatomittprøver i virkeligheten utkonkurrerer sine asbestmotstykker og kan forventes å vare like lenge eller lenger enn det asbestmodifiserte veidekke ifølge kurve B. Dette ville gi disse diatomittveidekker en forventet levealder av fra 37 til 4 5 år. Selv om slike faktorer som vær og tung veitrafikk kan gjøre det vanskelig å oppnå en slik lang levealder, kan det forventes at det diatomittmodifiserte veidekke vil vare opp til 60% lenger enn standard asfaltblandinger.

På den tid Calgary-forsøksprøvene av blandingen "C"

ble lagt, ble små mengder av såvel de asbestmodifiserte som diatomittmodifiserte blandinger tatt fra veidekkelegge-maskinen. Disse prøver ble sammenpresset i laboratoriet under anvendelse av roterende skjærkraft og utsatt for en rekke prøvninger for sammenligningsformål. Resultatene av disse prøvninger er gjengitt i Tabell III.

De i tabell III angitte prøvningsresultater viser

at diatomittprøvene utkonkurrerer asbestprøvene for nesten hver prøvningskategori. Disse data undersøtter derfor de visuelle abrasjonsfasthets- og asfaltinntrengningsprøvnings-resultater ved at de bekrefter at diatomittmodifiserte veidekkeblandinger kan forventes å vare like lenge som eller lenger enn asbestmodifiserte blandinger.

I et forsøk på å bekrefte diatomitts oppførsel sammen med forskjellige asfaltkvaliteter og aggregattyper og graderinger ble ytterligere prøvninger utført under anvendelse av to forskjellige prøver som ble tatt fra en veidekkelegger i Los Angeles. De to blandinger hadde en maksimal stenstør-relse av hhv. 0,95 cm og 1,27 cm, og i hver blanding ble en meget hård asfaltkvalitet anvendt. Disse prøver ble tilbakesendt til laboratoriet og oppdelt, og forskjellige mengder av diatomitt og ytterligere asfalt ble tilsatt for å lage de ønskede prøveblandinger. Disse blandinger ble derefter sammenpresset ved anvendelse av et sammenpresnings-apparat av typen Marshall før de forskjellige analytiske prøvninger ble utført. Resultatene av disse prøvninger fremgår av tabell IV.

Prøvningsresultatene for den første prøve antyder en betydelig økning i skjærstyrke ved tilsetningen av 0,5% diatomitt til blandingene med 5,2% og 5,7% asfalt. For den første prøve syntes i virkeligheten 0,5% diatomitt å være bedre enn 1,0%. Derimot gir 1% diatomitt for den annen prøve en vesentlig sterkere virkning på skjærstyrken enn 0,5%.

Denne tilsynelatende selvmotsigelse antas å være resultatet

av forskjeller i aggregatsammenlåsningen (det bør bemerkes at da skjærprøvningene ble utført med prøver ved 50°C, dvs. over asfaltens mykningstemperatur, reflekterer skjærstyrke-målingene hovedsakelig graden av aggregatsammenlåsning).

Som tidligere angitt blir aggregatsammenlåsningen påvirket av slike faktorer som størrelsesgraderingen av aggregatet, aggregatets form (eller kantethet ) og overflatestruktur (grad av avslipning) og aggregatpakkingens densitet. Aggregatsammenlåsningen eller friksjonsmotstand mot forskyvning er et resultat av den synergistiske innbyrdes virkning av samtlige aggregatpartikler. Dersom det forekommer for meget finstoff i en blanding, vil mellomrommene mellom de større stener ikke bli fylt, og dette fører til lav aggregat-pakking og en lavere grad av aggregatsammenlåsning i aggregatet.

Diatomitt kan bidra til aggregatsammenlåsningen på

grunn av dens kantethet og evne til å øke aggregatpakningens densitet. Diatomitt er i virkeligheten merkverdig sterkt istand til å øke aggregatpakkingen på grunn av dens mange forskjellige partikkelstørrelser og -former og diatomfragmentenes evne til å frakturere og "fylle" rommene mellom aggregat-

partikler. Disse frakturerte fragmenter kan skreddersy

seg selv slik at de er tilpasset åpningens størrelse og form. Diatomitt danner en gitterlignende struktur med de andre finstoffer i mastiksen og hindrer at disse separeres ut.

På den annen side vil dersom aggregatgraderingen i blandingen er utilstrekkelig hva gjelder små mengder finstoff, ytterligere mengder diatomitt være nødvendig for å fylle de derav dannede hulrom. Den annen prøve ifølge tabell IV hadde en finstoffmangel som 0,5% diatomitt ikke fullstendig kunne fylle. Av denne grunn hadde blandingen med 1,0% diatomitt bedre densitet- og skjærstyrkeverdier idet den ytterligere diatomittmengde erstattet finstoffmangelen. For den første prøve fyller 0,5% diatomitt hulrommene tilstrekkelig. Den ytterligere diatomitt som tilsettes ved tilsetningen av 1% diatomitt, har ingen spesiell positiv eller negativ virkning i blandingen med 6,2% asfalt for den første prøve, men den synes gunstig i blandingen med 6,7% asfalt ved at den overvinner de uheldige virkninger av tilsatt asfalt.

For å underbygge disse resultater ble prøvninger med et stabilitetsmåleapparat utført med flere prøver av blandingen fra anlegget i Houston modifisert med 0,5% diatomitt.

(Denne prøvning med stabilitetsmåleapparat betegnes som Hveem stabilitetsmålingsprøvning efter oppfinneren av denne, og den betraktes som den beste metode for å bestemme graden av aggregatsammenlåsning og har vunnet stor tillit i de vestre stater av USA). Resultatene av disse prøvninger er vist ved hjelp av en kurve på Fig. 4 for en standard asfaltblanding. Det fremgår av standardkurven at tilsetningen av asfalt reduserer partikkelfriksjonen (stabilitetsmålings-verdi), og dette er et resultat av øket asfaltbeleggtykkelse på aggregatpartiklene. Tilsetningen av 0,5% diatomitt til blandingen som inneholder 6, 6,5 og 7% asfalt, førte til bedre stabilitetsmålingsverdier enn for standardblandingen. Denne fordel er spesielt betydelig for 6,5 og 7% blandingene hvor tilsetningen av diatomitt hindret stabilitetsmålings-verdien fra å synke til under den aksepterte kritiske minimumsverdi av 40. Det er tydelig at økningen i aggregatsammenlåsningen som fås på grunn av diatomitten og diatomittens

adsorpsjonsevne, motvirker de uheldige virkninger fra tilsetning av asfalt.

Som angitt ovenfor fortynner diatomitten forbigående asfalten volumetrisk. De nedenstående beregninger viser de relative virkninger ved tilsetning av diatomitt som strekkmiddel, i motsetning til et mineralfyllstoff, som f.eks. kalksten. Kalkstenfyllstoffet har en egenvekt av 2,5 g/cm 3. Dersom det hadde vært ønskelig å tilsette 6% fyllstoff til ett t©nn av en blanding med 6% asfalt,

ville 60 kg kalksten måtte tilsettes. En typisk egenvekt for asfalt er 1,04 kg/dm 3. De 6% (60 kg) asfalt vil innta et volum av 60/1,04 = 57,7 dm<3>. De 60 kg kalkstenfyllstoff vil innta et volum av 60/2,5 = 24,0 dm 3. Tilsetningen av 6% kalkstenstøv til 1 tonn asfaltblanding vil fortynne asfalten volumetrisk med 24/57,7 x 100 =?41,6%.

Diatomitt (spesielt den ovennevnte "Celite 292") har

en våtdensitet av 0,258 kg/dm 3 og en tilsynelatende massiv densitet av 1,8 kg/dm 3. Den samme asfaltfortynning med 24 dm3 (eller 41,6%) kan oppnås med 24x(0,258) = 6,2 kg eller 0,62% diatomitt. Den virkelige betydelige forskjell, mellom tilsetning av diatomitt og kalkstenstøv som fyllstoff beror ikke på den nesten ti gangers forskjell i vekt (6,2 kg i forhold til 60 kg) som er nødvendig for å oppnå den samme volumetriske fortynning. Den viktigste forskjell beror på nettosluttvirkningen hva gjelder blandingenes stabilitet.

Som angitt ovenfor har diatomitt en våtdensitet av 0,258. kg/dm 3 og en tilsynelatende massiv densitet av 1,8 kg/dm 3. En beregning av såvel volumet som inntas av 7,3 kg faststoff (V^) og av våt (V^) diatomitt, gir

V = 7,3/1,8 = 4,06 dm<3>

og

V2= 7,3/0,258 = 28,3 dm<3.>

Volumprosenten av 28,3 dm 3 diatomitt som er tilgjengelig for absorpsjon, er lik

I virkelig praksis blir ikke hele den tilgjengelige absorpsjonskapasitet utnyttet. Dette kan skyldes tilbake-holdt vanndamp eller at de tertiære åpninger i diatomene er for små til at de vil bli gjennomtrengt av asfalten. I ethvert tilfelle synes 95% av absorpsjonskapasiteten å være den maksimalt oppnåelige asfaltabsorpsjon. Dette innebærer at 85,7 x 0,95 eller 81,4% av en diatomittprøves volum ut-gjøres av åpent rom som kan inntas av asfalt. I virkeligheten vil diatomitt absorbere 0,814:(0,258/1,04) eller 3,29 ganger dens egen vekt med asfalt.

Straks utgassingen av vanndampen som inneholdes i diatomitten opphører (dvs. straks blandingen er blitt av-kjølt til under 93°C), vil bare 100-81,4 eller 18,6% av den volumetriske fortynning på 24 dm 3 være igjen. Dette innebærer at den virkelige endelige volumetriske fortynning av asfalten på grunn av diatomitten vil oppgå nøyaktig til 0,186 x 24/57,7 x 100 = 7,7%. Da kalkstenstøv har liten om noen absorberingsevne, vil den opprinnelig forårsakede 41,6%-ige volumetriske fortynning holde seg. Det med kalksten fortynnede mastiksbelegg på aggregatpartiklene vil være tilsvarende tykkere og ha mindre adhesjons/kohesjonsstyrke. Dessuten vil den tykkere mastiks uheldig innvirke på friksjonen mellom partiklene og redusere aggregatsammenlåsningen .

Den permanente volumetriske fortynning på 41,6% av asfalten oppnådd med kalksten kan forventes å innvirke på stabiliteten på lignende måte som en tilsetning av 0,416 x 6 = 2,5% asfalt. Det fremgår av Fig. 4 at tilsetningen av

en mengde ekvivalent med 2,5% asfalt til endog en 5% asfaltblanding vil ha en drastisk virkning på stabilitetsmåleapparatavlesningen (eventuelt slik at avlesningen faller med 25 poeng eller mer og forårsaker bløding, spordannelse og skyving). På den annen side vil 0,62% diatomitt på det verste være ekvivalent med tilsetning av 0,077 x 6 = 0,5% asfalt og ikke forårsake mer enn et fall på 4 poeng for stabilitetsmåleapparatavlesningen. Det har imidlertid vist seg at tilsetning av 0,5% diatomitt i virkeligheten motvirker de uheldige virkninger av en slik liten permanent volumetrisk fortynning ved at den øker aggregatsammen-

låsningen.Tilsetningen av små mengder diatomitt forventes derfor ikke å ha noen uheldig virkning på stabiliteten.

Tidligere har veidekkeleggere i USA gått inn for bruk

av hårdere asfaltkvaliteter som et middel for å hindre ustabilitet og for å øke adhesjons/kohesjonsstyrken. Disse asfalter har en lang opprinnelig inntrengningsavlesning med en tilsvarende kortere brukslevealder (dvs. en kortere tid for å nå den kritiske minste inntrengning i asfalten). Erfaringer med diatomittmodifiserte veidekker i Calgary hvor mykere asfalter anvendes, antyder at bruk av diatomitt sammen med de mykere asfalter kan gi et stabilt veidekke med sterkt øket slitasjelevealder. Diatomitt optimaliserer adhesjons/ kohesjonskreftene i en blanding og stabiliserer den tynnere asfalt som følge av kombinasjonen av forbedret aggregatsammenlåsning og asfaltadsorpsjon.

Normale overlag på veidekker har en tykkelse av 3,8-

5,1 cm„ Som tidligere angitt gjør den slitasjefasthet som diatomitten gir mastiksen og den forbedrede skjærstyrke som den gir, det mulig å redusere overlagets tykkelse. Det anbefales at overlagets tykkelse er to til tre ganger diameteren for den største stenstørrelse i aggregatet. For en asfaltbe-tong med en maksimalt stenstørrelse av 0,95 cm bør overlagets tykkelse variere fra 1,9 cm til 2,86 cm, og for en 1,27 cm sten fra 2,54 til 3,8 cm. For stenfylt plateasfalt med en maksimal stenstørrelse av 0,64 cm bør overlagets tykkelse variere fra 1,27 til 1,91 cm. Denne tykkelsesreduksjon kan bidra til betydelige reduksjoner av den materialmengde som anvendes og av omkostningene pr. lagt kvadratmeter.

Det er blitt vist at tilsetningen av små mengder diatomitt (0,5-2,0%) kan virke som et forbigående volumetrisk strekkmiddel for asfalten i veidekkeblandinger. Den nøyaktige mengde som skal tilsettes til en spesiell blanding for å optimalisere veidekkets egenskaper, vil være avhengig av slike faktorer som størrelsesgradering for aggregatet og den asfaltkvalitet som skal anvendes. Det vil imidlertid forstås at tilsetningen av diatomitt vil gjøre en blanding mer tolerant. For eksempel kan innarbeidelsen av diatomitt "avhjelpe" tilsetningen av for lite asfalt ved å fortynne denne eller for meget ved å absorbere denne. Diatomitt kan også "avhjelpe" innarbeidelsen av en for lav mengde findelt aggregat, som omtalt ovenfor. Anvendelsen av diatomitt som fyllstoff /strekkmiddel ut-vider et ellers snevert prosentområde for de forskjellige bestanddeler i blandingen. Det er viktig at diatomitten tilsettes til blandingen efter-at aggregatet er blitt belagt med asfalt, som ved den tidligere påføring, slik at de sprø diatomer ikke vil bli utsatt for abrasjon fra aggregatet. Fortrinnsvis vil de forskjellige aggregatbestanddeler blandes

i en eltemølle eller lignende under dannelse av en tørr blanding. Blandingen vil derefter oppvarmes til en temperatur over 149°C, og asfalten vil bli tilsatt til og blandet med den tørre blanding for å belegge aggregatet. Til slutt vil diatomitten bli tilsatt til blandingen og blandet i kort tid (fortrinnsvis i ikke mer enn 30 sekunder). Veidekket bør legges og sammenpresses før temperaturen synker til under 93°C, slik at diatomitten ikke vil adsorbere betydelige mengder asfalt før den opprinnelige sammenpresning er blitt avsluttet.

Forskjellige forandringer, modifikasjoner og alternativer vil fremgå efter å ha lest den ovenstående beskrivelse. For eksempel vil diatomitten dersom den anvendes i en blanding som omfatter resirkulert veidekke, kunne virke som en bærer for et asfaltfornyelsesmiddel som typisk anvendes i slike blandinger. For det annet vil diatomittens fuktighetsinnhold selvfølgelig kunne varieres for å variere den tid i løpet av hvilken utgassingen finner sted, som foreslått. Dessuten er selv om bare en kvalitet av diatomitt er blitt anvendt for disse prøvninger, anvendelsen av denne å betrakte som et eksempel, idet bruk av andre kvaliteter gir lignende resultater. Endelig er det selv om fordelene ved diatomitten gjør denne spesielt egnet for tynne overlag, ikke ment at anvendelsen av diatomitt skal være begrenset til dette. Diatomitt kan være av en viss fordel for alle varme asfaltveidekkeblandinger, innbefattende standard overlag, bindebaner etc. Det er jfleir-

'før- . ment at alle slike forandringer, modifikasjoner og alternativer som faller innenfor de vedføyede patentkravs omfang, kan betraktes som del av den foreliggende oppfinnelse.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for å øke aggregatsammenlåsningen og sammenpressbarheten for en vanlig varm blanding av asfaltveidekkemateriale inneholdende mellom 5 og 12 vekt% asfalt uten behov for vesentlig å øke asfaltprosenten i blandingen,karakterisert vedat 0,5-2-0 vekt% diatomitt blandes inn i det vanlige asfaltveidekkemateriale, idet diatomitten øker asfaltblandingens densitet og viskositet og forbigående fortynner asfalten volumetrisk i blandingen, slik at veidekkematerialet oppviser øket sammenpressbarhet inntil veidekkematerialets temperatur synker til under 9 3°C uten å øke sannsynligheten for overflatebløding, og idet diatomitten adsorberer en vesentlig asfaltmengde efter at veidekkematerialet er blitt avkjølt til under 93°C .

2. Varm blanding av asfaltveidekkeblanding,karakterisert vedat den omfatter mellom 5 og 12 vekt% asfalt, 0,5-2,0 vekt% diatomitt, idet diatomitten øker veidekkeblandingens densitet, viskositet og aggregatsammenlåsning, hvor resten av blandingen utgjøres av aggregat og fyllstoffer med forskjellige graderinger, og idet diatomitten tjener til forbigående å fortynne asfalten volumetrisk slik at blandingen har forbedret sammenpressbarhet inntil dens temperatur er sunket til under 93°C, og idet diatomitten adsorberer en vesentlig asfaltmengde efter at veidekket er blitt avkjølt til under 93°C.

3. Asfaltveidekkeblanding ifølge krav 2,karakterisert vedat den omfatter en asfalt-betong med en største stenstørrelse av 0,9 5 cm.

4. Asfaltveidekkeblanding ifølge krav 2,karakterisert vedat den omfatter en asfalt-betong med en største stenstørrelse av 1,27 cm.

5. Asfaltveidekkeblanding ifølge krav 2,karakterisert vedat den omfatter en stenfylt plateasfalt med en største stenstørrelse av 0,64 cm.

6. Asfaltveidekkeblanding ifølge krav 2,karakterisert vedat den er utformet som et slitebaneoverlegg med en tykkelse av fra to til tre ganger den største dimensjon for aggregatet i blandingen.

7. Fremgangsmåte ved fremstilling av et veidekke,karakterisert vedat flere aggregat- og fylistoffkomponenter med forskjellige graderinger blandes med hverandre under dannelse av en tørr blanding, den tørre blanding oppvarmes til over 149°C, 5-12 vekt% asfalt tilsettes til og blandes med den tørre blanding for å belegge den tørre blanding, 0,5-2,0 vekt% diatomitt tilsettes til og blandes med den med asfalt belagte blanding for å øke blandingens densitet, viskositet og aggregatsammenlåsning, idet diatomitten dessuten tjener til forbigående volumetrisk å fortynne asfalten, det erholdte veidekkemateriale legges, og veidekkematerialet sammenpresses og valses før det er blitt avkjølt til under 93°C, slik at det lagte veidekke får færre hulrom hvilket fører til langsommere oxydasjonsherding og mindre nedbrytning på grunn av vann.