WO2009043328A1 - Mineralstoff zur herstellung einer fahrbahnschicht, verfahren zur herstellung desselben, fahrbahnschicht aus selbigem und verfahren zur herstellung der fahrbahnschicht - Google Patents

Mineralstoff zur herstellung einer fahrbahnschicht, verfahren zur herstellung desselben, fahrbahnschicht aus selbigem und verfahren zur herstellung der fahrbahnschicht Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a roadway layer mineral, a method of producing the mineral, a pavement layer comprising the same, and a method of manufacturing the pavement layer.
  • Metal salts such as. B NaCl or KBr
  • organic salts trimethyl ammonium methoxide
  • mineral and synthetic oil or fat compositions for example in the form of emulsions or encapsulated
  • Carbon (C) components in the form of filaments, particles and tissue
  • the mineral and aggregates are enveloped by the binder during a mixing process. This has the adverse effect that on the one hand, an electrical conductivity among the mineral or aggregates is interrupted by a / non-electrically conductive binder. Also, only small eddy currents can be generated by the entry of electromagnetic waves due to the low surface area of the induction-capable additives, so that the very high energy consumption is only a very low induction power.
  • the thermal conductivity is very limited.
  • the inductive additives heat up strongly, but only pass on the heat extremely poorly to the surrounding material (minerals and binders).
  • the present invention is therefore based on the object to provide for a higher heat input at a low or lower energy consumption.
  • This object is achieved in the mineral for the production of a roadway layer in that it consists of a collection of aggregates of different grain sizes, of which at least the large-grained rock grains are coated with a material capable of electrical induction.
  • large-grained is meant grain sizes in the range of about 2 to about 45 mm, but this depends on the thickness of the respective roadway layer, for example, if the roadway layer thickness is 5 mm, the grain size extends to only about 2 mm to approx. 5 mm.
  • Each induction-capable rock grain produced in this way has an optimum induction power absorption due to the very large surface due to the casing with the induction-capable material.
  • the resulting mineral may then be added to the mixing process in the manufacture of the pavement surfacing material like conventional minerals.
  • a method of manufacturing a pavement layer characterized in that it comprises the steps of mixing mineral material according to any one of claims 1 to 6 with a binder and optionally further additives and / or additives, and compressing the resulting mixture in such a way in that at least part of the coated rock grains are pressed against one another and an electrically conductive contact is established between them.
  • the aggregate of rock particles is chippings, rock, loose rock, volcanic slag or recycled material, in particular of concrete.
  • Loose rock can be gravel or sand, for example.
  • the material capable of electrical induction is aluminum.
  • the aluminum can be relatively easily liquefied, since it has a relatively low melting point (about 660 ° C).
  • the material capable of electrical induction is ferromagnetic. Due to the ferromagnetic property, a magnetization reversal ("hysteresis"), which is caused by the magnetic alternating field and additionally generates heat.
  • a corrosion protection is provided on the outside of the material capable of electrical induction.
  • the corrosion protection is used to maintain the electrical conductivity in lightly oxidizing, capable of electrical induction material.
  • a material capable of electrical induction would corrode on contact with oxygen and have only limited electrical conductivity. Said corrosion protection simultaneously protects the material capable of electrical induction against mechanical damage.
  • the corrosion protection comprises bitumen.
  • provision may be made for the at least large-grained rock grains to be separated from the other rock grains prior to wrapping.
  • the aggregates are cleaned prior to encasing foreign matter and adhesions.
  • the rock grains are washed for cleaning and then dried.
  • for sheathing capable of electrical induction material is melted or liquefied. This can be done in such a way that the capable of electrical induction material heats itself and / or the rock grains are heated.
  • coated rock grains are provided with a corrosion protection on the outside.
  • the invention is based on the surprising finding that the sheathing of the or individual rock grains with material capable of induction leads to a higher thermal conductivity of the mineral or rock.
  • the induction cladding material can quickly release the generated heat to the internal rock.
  • the rock grain thus absorbs the heat generated and stores it.
  • overheating and thus burning of the binder is also prevented.
  • a considerably lower and shorter energy input of electromagnetic power is required in this method.
  • each of the inductive rock bodies is capable of making electrical contact with the adjacent induction-capable rock granules and thus producing a crosslinked electrically conductive surface over the entire or individual layers of the roadway. This will ensure optimal utilization of the registered Induced electromagnetic waves.
  • the damage to the optional existing corrosion layer is no longer a disadvantage after installation and compaction of the roadway material, since the induction-capable cladding material in the roadway is protected against corrosion.
  • the extent of the induction-capable rock grains to be added to the mix is determined firstly by the later requirements of the roadway layer and secondly by the desired degree of heating of the roadway layer.
  • Figure 1 is a sectional view of a single coated with electrically conductive material rock grain of a mineral material according to a particular embodiment of the invention, which is also covered with a further corrosion and protective layer, wherein the arrows shown in the sheath electric currents;
  • Figure 2 shows a pavement layer with rock grains of Figure 1 before (left) and after compaction (right) thereof;
  • FIG. 3 shows a sectional view of three rock grains of FIG
  • Figure 4 is a sectional view of the aggregates shown in Figure 3 after compaction;
  • Fig. 5 is a sectional view taken along the line VV in Fig. 2;
  • FIG. 6 shows a sectional view along the line VI-VI in FIG. 2.
  • the rock grain 1 shown in Figure 1 is with an electrically conductive material 2, d. H. a metal, coated, which in turn a corrosion protection 3 is provided.
  • a corrosion protection 3 is provided.
  • Several of the rock granules shown in Figure 1 provide a mineral for producing a pavement layer according to a particular embodiment of the invention.
  • FIGS. 3 and 4 are each intended to explain how a state is achieved by compacting the rock grains 1 starting from a state in which each rock grain has a closed electrically conductive surface (see FIGS. 3 and 5) to touch the electrically conductive materials 2 of the individual rock grains 1 and form a larger contiguous electrically conductive surface (see Figures 4 and 6).

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Abstract

Mineralstoff zur Herstellung einer Fahrbahnschicht, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Ansammlung von Gesteinskörnern mit verschiedenen Korngrößen besteht, von denen zumindest die großkörnigen Gesteinskörner mit einem zur elektrischen Induktion fähigen Material ummantelt sind, Verfahren zur Herstellung desselben, Fahrbahnschicht umfassend selbigen und Verfahren zur Herstellung der Fahrbahnschicht.

Description

Mineralstoff zur Herstellung einer Fahrbahnschicht, Verfahren zur Herstellung desselben, Fahrbahnschicht aus selbigem und Verfahren zur Herstellung der Fahrbahnschicht
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mineralstoff einer Fahrbahnschicht, ein Verfahren zur Herstellung des Mineralstoffes, eine Fahrbahnschicht umfassend selbigen und ein Verfahren zur Herstellung der Fahrbahnschicht.
Die Herstellung von Fahrbahnbelägen aus einer oder mehreren Fahrbahnschicht(en) aus verschiedenen Mineralstoffen wie Gesteine, Splitte, Sande und Füllermaterialien mit Bindemitteln in Form von Bitumen oder Zement entspricht dem Stand der Technik.
Weiterhin sehen die Dokumente WO 02/50375 A, US 4 849 020 A und BE 1 008 291 A3 die Zugabe von induktionsfahigen Zuschlagsstoffen vor. Das Dokument WO 02/50375 A nennt hier als Zuschlagsstoffe
Metallsalze, wie z. B NaCl oder KBr;
organische Salze, Trimethyl-Amonium-Metho-sulphat;
mineralische und synthetische Öl- oder Fettzusammensetzungen( beispielsweise in Form von Emulsionen oder eingekapselt);
Kohlenstoff- (C-) Komponenten (in der Form von Fäden, Partikeln und Gewebe);
metallische Komponenten, wie z. B. Fe, Al (in der Form von Fäden, Partikeln und Geweben). Bei sämtlichen Herstellverfahren werden die Mineral- und Zuschlagsstoffe von dem Bindemittel während eines Mischvorganges umhüllt. Dieses hat die nachteilige Wirkung, dass zum Einen eine elektrische Leitfähigkeit unter den Mineral- bzw. Zuschlagsstoffen durch ein/das nicht elektrisch leitende Bindemittel unterbrochen wird. Auch können aufgrund der geringen Oberfläche der induktionsfähigen Zuschlagstoffe nur geringe Wirbelströme durch den Eintrag von elektromagnetischen Wellen erzeugt werden, so dass dem sehr hohen Energieaufwand nur eine sehr geringe Induktionsleistung gegenübersteht.
Zum anderen wird durch ein/das Bindemittel (zum Beispiel Bitumen) die Wärmeleitfähigkeit sehr eingeschränkt. Demzufolge erwärmen sich die induktionsfähigen Zuschlagsstoffe stark, geben die Wärme jedoch nur extrem schlecht an das umgebende Material (Mineralstoffe und Bindemittel) weiter.
Ein weiterer Nachteil zu den in den v. g. Dokumenten beschriebenen Herstellverfahren liegt in der relativ hohen Zuschlagsmenge von induktionsfähigen Material, um die gewünschte Induktionsleistung zu erzeugen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, für einen höheren Wärmeeintrag bei einem gering oder geringeren Energieaufwand zu sorgen.
Diese Aufgabe wird bei dem Mineralstoff zur Herstellung einer Fahrbahnschicht dadurch gelöst, daß er aus einer Ansammlung von Gesteinskörnern mit verschiedenen Korngrößen besteht, von denen zumindest die großkörnigen Gesteinskörner mit einem zur elektrischen Induktion fähigen Material ummantelt sind.
Mit „großkörnig" sind Korngrößen im Bereich von ca. 2 bis ca. 45 mm gemeint. Dies hängt aber von der Dicke der jeweiligen Fahrbahnschicht ab. Wenn z. B. die Fahrbahnschichtdicke 5 mm beträgt, so erstreckt sich die Korngröße auf lediglich ca. 2 mm bis ca. 5 mm. Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Mineralstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt: Bereitstellen von Gesteinskörnern mit verschiedenen Korngrößen und Ummanteln zumindest der großkörnigen Gesteinskörner mit zur elektrischen Induktion fähigem Material.
Jedes so hergestellte induktionsfähige Gesteinskorn hat durch die Ummantelung mit dem induktionsfähigen Material für sich bereits eine optimale Induktionsleistungsaufnahme aufgrund der sehr großen Oberfläche.
Der resultierende Mineralstoff kann anschließend wie herkömmliche Mineralstoffe dem Mischverfahren bei der Herstellung des Fahrbahnbelagsmaterials zugegeben werden.
Darüber hinaus wird diese Aufgabe gelöst durch eine Fahrbahnschicht, umfassend einen Mineralstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Schließlich wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrbahnschicht, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt: Mischen von Mineralstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Bindemittel und gegebenenfalls weiteren Zuschlägen und/oder Zusätzen, und Verdichten des resultierenden Gemisches derart, daß zumindest ein Teil der ummantelten Gesteinskörner gegeneinander gedrückt und ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen selbigen hergestellt wird.
Bei dem Mineralstoff kann vorgesehen sein, daß die Ansammlung von Gesteinskörnern Splitt, ein Felsgestein, Lockergestein, vulkanische Schlacke oder Recyclingmaterial insbesondere aus Beton ist. Lockergestein kann zum Beispiel Kies oder Sand sein. Vorteilhafterweise ist das zur elektrischen Induktion fähige Material Aluminium. Zur Ummantelung kann das Aluminium relativ einfach verflüssigt werden, da es einen relativ niedrigen Schmelzpunkt (ca. 660 ° C) hat.
Zweckmäßigerweise ist das zur elektrischen Induktion fähige Material ferromagnetisch. Durch die ferromagnetische Eigenschaft erfolgt eine Ummagnetisierung („Hysteresis"), die durch das magnetische Wechselfeld bewirkt wird und zusätzlich Wärme erzeugt.
Zweckmäßigerweise ist außen auf dem zur elektrischen Induktion fähigen Material ein Korrosionsschutz vorgesehen. Der Korrosionsschutz dient zur Erhaltung der elektrischen Leitfähigkeit bei leicht oxidierendem, zur elektrischen Induktion fähigem Material. Ohne Korrosionsschutz würde nämlich ein zur elektrischen Induktion fähiges Material bei Kontakt mit Sauerstoff korrodieren und nur noch eine eingeschränkte elektrische Leitfähigkeit besitzen. Besagter Korrosionsschutz stellt gleichzeitig einen Schutz des zur elektrischen Induktion fähigen Materials gegen mechanische Beschädigungen dar.
Günstigerweise umfaßt der Korrosionsschutz Bitumen.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Mineralstoffes kann vorgesehen sein, daß die zumindest großkörnigen Gesteinskörner vor dem Ummanteln von den anderen Gesteinskörnern getrennt werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Mineralstoffes kann ferner vorgesehen sein, daß die Gesteinskörner vor dem Ummanteln von Fremdstoffen und Anhaftungen gereinigt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Gesteinskörner zur Reinigung gewaschen und anschließend getrocknet werden. Vorteilhafterweise wird zum Ummanteln das zur elektrischen Induktion fähige Material geschmolzen oder verflüssigt. Dies kann in der Weise erfolgen, daß das zur elektrischen Induktion fähige Material selbst erwärmt und/oder die Gesteinskörner erwärmt werden.
Schließlich kann günstigerweise vorgesehen sein, daß die ummantelten Gesteinskörner mit einem Korrosionsschutz auf der Außenseite versehen werden.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß die Ummantelung der oder einzelner Gesteinskörner mit induktionsfähigem Material zu einer höheren Wärmeleitfähigkeit des Mineralstoffes bzw. Gesteins führt. Während des Eintrags der elektromagnetischen Induktionswellen kann das induktionsfähige Ummantelungsmaterial die erzeugte Wärme an das innen liegende Gestein schnell abgeben. Das Gesteinskorn absorbiert also die erzeugte Wärme und speichert diese. Somit wird ein Überhitzen und damit ein Verbrennen des Bindemittels ebenfalls verhindert. Durch die Weitergabe der erzeugten Wärme direkt in das Gestein des Mineralstoffes und gleichzeitig in das umgebende Bindemittel wird bei diesem Verfahren ein erheblich geringerer und kürzerer Energieeintrag von elektromagnetischer Leistung benötigt.
Vor dem Einbau, also im unverdichteten Fahrbahnbelagsmaterial, sind die einzelnen induktionsfähigen Gesteinskörner durch eventuell vorhandene weitere Mineralstoffe und das Bindemittel voneinander getrennt. Durch den Verdichtungsvorgang mittels eines Verdichtungsgeräts werden die induktionsfähigen Gesteinskörner gegeneinander gedrückt. Durch die erzeugte Reibung wird ein optional vorhandener Korrosionsschutz beschädigt, und das induktionsfahige Ummantelungsmaterial stellt untereinander Kontakt an den Berührungsflächen her. Durch den so hergestellten Kontakt sind die einzelnen induktionsfähigen Gesteinskörner in der Lage, einen elektrischen Kontakt mit den benachbarten induktionsfähigen Gesteinskörnern herzustellen und somit eine vernetzte elektrisch leitfahige Oberfläche über die gesamte, oder einzelne Schichten der Fahrbahn herzustellen. Hierdurch wird eine optimale Ausnutzung der eingetragenen elektromagnetischen Induktionswellen herbeigeführt. Die Beschädigung der optional vorhandenen Korrosionsschicht stellt nach dem Einbau und Verdichten des Fahrbahnmaterials keinen Nachteil mehr dar, da das induktionsfähige Ummantelungsmaterial in der Fahrbahn vor Korrosion geschützt ist.
Der Umfang der dem Mischgut zuzusetzenden induktionsfähigen Gesteinskörner bestimmt sich zum einen nach den späteren Anforderungen an die Fahrbahnschicht und zum anderen an den gewünschten Erwärmungsgrad der Fahrbahnschicht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausfuhrungsbeispiele eines Mineralstoffes zur Herstellung eines Fahrbahnbelags und eines Verfahrens zur Herstellung eines Fahrbahnbelags anhand von schematischen Zeichnungen im einzelnen dargestellt sind. Dabei zeigt:
Figur 1 eine Schnittansicht eines einzelnen mit elektrisch leitendem Material ummantelten Gesteinskorns eines Mineralstoffes gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, welches ebenfalls mit einer weiteren Korrosions- und Schutzschicht ummantelt ist, wobei die in der Ummantelung dargestellten Pfeile elektrische Ströme darstellen;
Figur 2 zeigt eine Fahrbahnschicht mit Gesteinskörnern von Figur 1 vor (links) und nach Verdichtung (rechts) derselben;
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht von drei Gesteinskörnern von Figur 1 vor der
Verdichtung;
Figur 4 zeigt eine Schnittansicht von den in Figur 3 dargestellten Gesteinskörnern nach der Verdichtung; Figur 5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in Figur 2; und
Figur 6 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in Figur 2.
Das in Figur 1 gezeigte Gesteinskorn 1 ist mit einem elektrisch leitendem Material 2, d. h. einem Metall, ummantelt, wobei darauf wiederum ein Korrosionsschutz 3 vorgesehen ist. Mehrere von dem in Figur 1 gezeigten Gesteinskorn ergeben einen Mineralstoff zur Herstellung einer Fahrbahnschicht gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung.
Auf der linken Seite der Figur 2 sind mehrere großkörnige ummantelte Gesteinskörner, von denen nur zwei mit der Bezugszahl 1 gekennzeichnet sind, und mehrere kleinkörnige nicht ummantelte Gesteinskörner, von denen zwei mit der Bezugszahl 5 gekennzeichnet sind, mit eventuell vorhandenen weiteren Mineralstoffen und einem Bindemittel, die bzw. das allgemein durch die Bezugszahl 9 gekennzeichnet ist/sind, in einer Fahrbahnschicht 8 gemischt, wobei jedoch noch keine Verdichtung stattgefunden hat. Auf der rechten Seite der Figur 2 ist bereits eine Verdichtung mittels eines Verdichtungsgeräts 6 erfolgt. Die verdichtete Fahrbahnschicht ist durch die Bezugszahl 7 gekennzeichnet. Die Figuren 3 und 4 sowie 5 und 6 sollen jeweils erläutern, wie durch die Verdichtung der Gesteinskörner 1, ausgehend von einem Zustand, in dem jedes Gesteinskorn eine geschlossene elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist (siehe Figuren 3 und 5), ein Zustand erreicht wird, in dem sich die elektrisch leitenden Materialien 2 der einzelnen Gesteinskörner 1 berühren und eine größere zusammenhängende elektrisch leitende Oberfläche bilden (siehe Figuren 4 und 6).
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungs- formen wesentlich sein. Bezugszeichenliste
Ummantelte Gesteinskörner Material Korrosionsschutz nicht ummantelte Gesteinskörner Verdichtungsgerät verdichtete Fahrbahnschicht unverdichtete Fahrbahnschicht weitere Materialstoffe und/oder Bindemittel

Claims

Ansprüche
1. Mineralstoff zur Herstellung einer Fahrbahnschicht (7),
dadurch gekennzeichnet, daß
er aus einer Ansammlung von Gesteinskörnern (1, 5) mit verschiedenen Korngrößen besteht, von denen zumindest die großkörnigen Gesteinskörner (1) mit einem zur elektrischen Induktion fähigen Material (2) ummantelt sind.
2. Mineralstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansammlung von Gesteinskörnern (1, 5) Splitt, ein Felsgestein, Lockergestein, vulkanische Schlacke oder Recyclingmaterial insbesondere aus Beton ist.
3. Mineralstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur elektrischen Induktion fähige Material (2) Aluminium ist.
4. Mineralstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur elektrischen Induktion fähige Material (2) ferromagnetisch ist.
5. Mineralstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf dem zur elektrischen Induktion fähigen Material (2) ein Korrosionsschutz (3) vorgesehen ist.
6. Mineralstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrosionsschutz (3) Bitumen umfaßt.
7. Verfahren zur Herstellung eines Mineralstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt:
- Bereitstellen von Gesteinskörnern ( 1 ) mit verschiedenen Korngrößen und
Ummanteln zumindest der großkörnigen Gesteinskörner (1) mit zur elektrischen Induktion fähigem Material (2).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest großkörnigen Gesteinskörner (1) vor dem Ummanteln von den anderen Gesteinskörnern (5) getrennt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesteinskörner (1) vor dem Ummanteln von Fremdstoffen und Anhaftungen gereinigt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesteinskörner (1) zur Reinigung gewaschen und anschließend getrocknet werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ummanteln das zur elektrischen Induktion fähige Material (2) geschmolzen oder verflüssigt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ummantelten Gesteinskörner (1) mit einem Korrosionsschutz (3) auf der Außenseite versehen werden.
13. Fahrbahnschicht (7), umfassend einen Mineralstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
4. Verfahren zur Herstellung einer Fahrbahnschicht (7) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt:
Mischen von Mineralstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Bindemittel (9) und gegebenenfalls weiteren Zuschlägen und/oder Zusätzen, und
- Verdichten des resultierenden Gemisches derart, daß zumindest ein Teil der ummantelten Gesteinskörner (1) gegeneinander gedrückt und ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen selbigen hergestellt wird.
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