DD250131A5 - Improved high strength asphalt cement plaster composition - Google Patents
Improved high strength asphalt cement plaster compositionInfo
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Abstract
Eine Strassenpflasterzusammensetzung, gebildet aus Zuschlagstoff und Asphaltzement, in welcher der Asphaltzement mit einer Kombination aus einem ersten Katalysator, bestehend aus einer Verbindung, die aus der Gruppe ausgewaehlt ist, die in Asphaltzement loesliche organische Mangan-, organische Kobalt- und organische Kupferverbindungen oder eine Mischung von zwei oder mehreren dieser Verbindungen enthaelt, und einem zweiten Katalysator behandelt wird, der eine in Asphaltzement loesliche organische Eisenverbindung enthaelt.A pavement composition formed of aggregate and asphalt cement, in which the asphalt cement is combined with a combination of a first catalyst consisting of a compound selected from the group consisting of inorganic manganese, organic cobalt and organic copper compounds soluble in asphalt cement, or a mixture of two or more of these compounds, and treated with a second catalyst containing an organic iron compound soluble in asphalt cement.
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Straßenpflasterzusammensetzungen, und insbesondere auf eine verbesserte Asphaltzementpflaster-Zusammensetzung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. .The present invention relates generally to pavement compositions, and more particularly to an improved asphalt cement patch composition and method of making the same. ,
Asphalte, mit Zuschlagstoffen kombiniert, werden seit vielen Jahren verwendet. Asphalte enthalten im allgemeinen Bitumen als einen vorherrschenden Bestandteil, und sie werden herkömmlich als ein fester Rückstand bei der Destillation des rohen Erdöls gebildet. Bei der Bildung von Staßenpflasterzusammensetzungen müssen Asphalte in einen flüssigen Zustand umgewandelt werden.Asphalts, combined with aggregates, have been used for many years. Asphalts generally contain bitumen as a predominant ingredient and are conventionally formed as a solid residue in the distillation of crude petroleum. In the formation of road pavement compositions, asphalts must be converted to a liquid state.
Eine flüssige Form des Asphalts ist die Suspension oder Emulsion des Asphalts in Wasser. Nach dem Ausbreiten und Zusammendrücken der Aggregat/Asphalt-Emulsion der Straßenpflasterzusammensetzungen verdampft das Wasser und der Asphalt erhärtet zu einer kontinuierlichen Masse. Eine andere flüssige Form des Asphalts, die bei Straßenpflaster verwendet wird, ist ein Verschnittbitumen, d.h. einflüssiges Erdölprodukt, das durch Flüssigmachen eines Asphaltgrundbestandteils mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel oder Destillat hergestellt wird, Straßenbefestigungen werden durch Ausbreiten der Aggregat/VeFSchnittbitumen-Straßenpflasterzusammensetzungen und durch Verdampfen des flüchtigen Destillats aus der Masse gebildetA liquid form of the asphalt is the suspension or emulsion of the asphalt in water. After spreading and compressing the aggregate / asphalt emulsion of the pavement compositions, the water evaporates and the asphalt hardens to a continuous mass. Another liquid form of asphalt used in pavement is a cut bitumen, i. A liquid petroleum product made by fluidizing an asphalt base constituent with a suitable organic solvent or distillate. Road pavements are formed by spreading the aggregate / pavement bitumen pavement compositions and vaporizing the volatile distillate from the mass
Ein Vorteii det Bildung von Staßenbefestigungen mit Asphaltemulsionen und Verschnittbitumen besteht darin, daß hohe Temperaturenverrntedenwerden.Beideram meisten angewandten Straßenpflastertechnik werden Asphalt und Zuschlagstoffe gemischt und bei erhöhten Temperaturen angewendet, um den Asphalt in einem flüssigen Zustand zur Bildung der Straßendecke zu halten. Dieser Asphalt, der weder verschnitten noch emulgiert ist, wird auf einen Asphaltzement bezogen. Ein Hauplprobi'em bei Verschnittbitumen und Emulsionen besteht in ihrem geringen Haftvermögen zum Zuschlagstoff im Vergleich auf der Ztischlagstoffoberfläche a) des organischen Lösungsmittels oder Öls in dem Verschnittbitumen und b) des Wassers in der Emulsion zu rückzuführen, welche mit der Bildung eines adhäsiven Bindemittels zwischen dem Zuschlagstoff und dem Asphall interferiert.One advantage of forming roadway pavements with asphalt emulsions and scrap bitumen is that high temperatures are used. In most of the applied pavement technology, asphalt and aggregates are mixed and applied at elevated temperatures to keep the asphalt in a fluid state to form the pavement. This asphalt, which is neither blended nor emulsified, is based on an asphalt cement. A hallmark of cutted bitumens and emulsions is their low adhesion to the aggregate as compared to the surfactant surface a) of the organic solvent or oil in the cutted bitumen and b) of the water in the emulsion which results in the formation of an adhesive binder between the cuttable bitumen Aggregate and the Asphall interferes.
Eine Technik, die zur Erhöhung der Adhäsionsfähigkeit der Emulsionen und Verschnittbitumen offenbart worden ist, wird in dem US-Patent Nr. 3243311 erklärt. Darin wird der Zuschlagstoff mit einer aus einer Vielzahl von Metallverbindungen vorhehandelt, die als Vernetzungsmittel für das organische Bindemittel dargelegt sind, um zu oxidieren, polymerisieren oder katalysieren und die dadurch das Bindemittel erhärten. Die Vorbehandlung dient angeblich der Verbesserung des Adhäsionsvermögens des Bindemittels und des Zuschlagstoffes, besonders für Lehmbodenzusätze. Die Vernetzungsmittel werden als Mehrfachoxidationszustandsmetalle in ihrem höheren Oxidationszustand dargelegt, mit den Anionen, die eine große Vielfalt an organischen und anorganischen Säuren enthalten. Außerdem werden Salze, beispielsweise die Halogenide, und eine große Auswahl von anorganischen Oxiden erwähnt. Die offenbarten Kationen enthalten sowohl Gruppe I-, Gruppe IV-, Gruppe V-, Gruppe VII- und Gruppe Vlll-Metalle als auch Seltenerdmetalle. Spezifische Beispiele enthalten Cu(OH)2, CuCI2, FeCI3, CuSO4 und KMnO4. In jedem Beispiel wird der Boden mit dem Vernetzungsmittel vor dem Vermischen mit dem Asphalt vorbehandelt. In dem US-Patent Nr. 1328310 wird eine Asphaltstraßendecke offenbart, in welcher zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften Kupfersulfat hinzugefügt wird. Andere Verbindungen, die zu diesem Zweck erwähnt werden, enthalten die SuIfate oder Selenate von Aluminium, Chrom, Eisen, Indium, Gallium und die Sulfate oder Selenide, Natrium, Kalium, Rubinium, Ammonium, Silber, Gold, Platin oder Thallium.One technique that has been disclosed for increasing the adhesiveness of the emulsions and cutted bitumens is explained in U.S. Patent No. 3,243,311. Therein, the aggregate is pre-treated with any of a variety of metal compounds set forth as crosslinking agents for the organic binder to oxidize, polymerize or catalyze and thereby harden the binder. The pretreatment is said to improve the adhesion of the binder and aggregate, especially for loam soil additives. The crosslinking agents are set forth as multiple oxidation state metals in their higher oxidation state, with the anions containing a wide variety of organic and inorganic acids. Also mentioned are salts, for example the halides, and a wide variety of inorganic oxides. The disclosed cations contain both Group I, Group IV, Group V, Group VII, and Group VIII metals, as well as rare earth metals. Specific examples include Cu (OH) 2 , CuCl 2 , FeCl 3 , CuSO 4, and KMnO 4 . In each example, the soil is pretreated with the crosslinker prior to mixing with the asphalt. In US Patent No. 1328310 an asphalt pavement is disclosed in which copper sulfate is added to improve physical properties. Other compounds mentioned for this purpose include the sulfates or selenates of aluminum, chromium, iron, indium, gallium and the sulfates or selenides, sodium, potassium, rubyium, ammonium, silver, gold, platinum or thallium.
In der US-Patentschrift Nr. 2773777 wird eine bituminöse Zusammensetzung, die besonders für Flughafenstart- und landebahnen, die hohen Temperaturen der Abgase der Strahlturbinen ausgesetzt sind, offenbart. Die Zusammensetzung enthält Bitumenemulsion, Portlandzement und mineralischen Zuschlagstoff. Zu dieser Mischung wird eine wäßrige Lösung aus einer Anzahl wasserlöslicher Salze zum Zweck einer angegebenen Plastizität der Zusammensetzung hinzugefügt. Die offenbarten Salze sind wasserlösliche mehrwertige Metallsalze einer starken Mineralsäure, insbesondere Schwefel-, Chlorwasserstoff- und/oder Phosphorsäuren. Die wirksamsten Salze sind regelmäßig Alkalierdmetallsalze, die Kalziumchlorid, Magnesiumchlorid, Bariumchlorid und dergleichen enthalten. Die Salze der amphoteren Metalle werden auch als brauchbar angegeben; sie enthalten Aluminiumsulfat, Chromchlorid und Aluminiumchlorid. Andere offenbarte Salze enthalten Antimonchlorid, Kobaltchlorid, Eisen(lll)-chlorid, Antimonsulfat, Kadmiumsulfat und Magnesiumchlorid. Die spezifischen Beispiele enthalten als Salze Kalziumchlorid, Aluminiumsulfat und Magnesiumchlorid.U.S. Patent No. 2773777 discloses a bituminous composition particularly useful for airport runways exposed to the high temperatures of the exhaust gases of the jet turbines. The composition contains bitumen emulsion, Portland cement and mineral aggregate. To this mixture is added an aqueous solution of a number of water-soluble salts for the purpose of indicating plasticity of the composition. The salts disclosed are water-soluble polyvalent metal salts of a strong mineral acid, especially sulfuric, hydrochloric and / or phosphoric acids. The most effective salts are regularly alkaline earth metal salts containing calcium chloride, magnesium chloride, barium chloride and the like. The salts of the amphoteric metals are also stated to be useful; they contain aluminum sulfate, chromium chloride and aluminum chloride. Other salts disclosed include antimony chloride, cobalt chloride, iron (III) chloride, antimony sulfate, cadmium sulfate and magnesium chloride. The specific examples include as salts calcium chloride, aluminum sulfate and magnesium chloride.
In der US-Patentschrift Nr. 2342861 geben die Beispiele den Zusatz von Bleiseife, insbesondere Bleioleat oder Naphthenat, zu Asphalt-Verschnittbitumen oder Emulsionen wieder, um ihr Adhäsionsvermögen für einen Zuschlagstoff zu erhöhen. Obwohl bei allen dargestellten Beispielen nur Blei a Is eine Metallseife offen bart ist, um das Adhäsionsvermögen zu erhöhen, schlägt das Patent vor, daß andere Schwermetallsalze organischer Säuren einschließlich folgender Metalle verwendet werden könnten: Fe, Al, Mn, Zn, Co, Ni, Sn, Ca, Sr, Ba und Mg.In US Pat. No. 2,342,861, the examples illustrate the addition of lead soap, especially lead oleate or naphthenate, to asphalt make-up bitumens or emulsions to increase their adhesion to an aggregate. Although in all examples shown only lead a metal soap is open to increase the adhesiveness, the patent suggests that other heavy metal salts of organic acids including the following metals could be used: Fe, Al, Mn, Zn, Co, Ni, Sn, Ca, Sr, Ba and Mg.
Das Patent offenbart ein Verfahren zur Bildung von Bleiseife durch Erwärmen eines Bleioxids in Anwesenheit der gewünschten organischen Säuren. Derartige Bleiseifen werden dann dem gewünschten Asphalt hinzugefügt.The patent discloses a method of forming lead soap by heating a lead oxide in the presence of the desired organic acids. Such lead soaps are then added to the desired asphalt.
Schwermetallsalze der hochmolekularen organischen Säuren, beispielsweise Naphthenate oder Linoleate, sind verwendet worden, um das Brüchigwerden in geblasenen oder oxidierten Bitumenschichten zu verhindern. Beispielsweise offenbart die US-Patentschrift Nr.2282703 die Anwendung von Schwermetallen, beispielsweise Kobalt, Mangan, Eisen, Blei, Vanadium oder Zink, die in dem geblasenen Bitumen für diesen Zweck dispergiert sind.Heavy metal salts of the high molecular weight organic acids, for example naphthenates or linoleates, have been used to prevent brittleness in blown or oxidized bituminous layers. For example, U.S. Patent No. 2,282,703 discloses the use of heavy metals, such as cobalt, manganese, iron, lead, vanadium or zinc, dispersed in the blown bitumen for this purpose.
Zur Verwendung als Dispergierungsmittei bei Deckschichtasphalten sind Schwermetallseifen offenbart worden, um Abweichungendes Asphalts infolge von „Rissigkeit" zu verhindern. Die US-Patentschrift Nr.2928753 offenbart die mehrwertigen Metallsalze des Kupfers, Kobalts oder Mangans in der Kombination mit einbasigen Karbonsäuren mit hohem Molekulargewicht, beispielsweise Öl- oder Naphthensäure. Das offenbarte Endprodukt ist eine aggregatfreie, 0,06cm (0,025 Zoll) dicke Beschichtung auf einer Aluminiumschicht, so daß sich eine Glättuhg ergibt.For use as dispersants in topcoat asphalts, heavy metal soaps have been disclosed to prevent dewaxing due to "cracking." U.S. Patent No. 2928753 discloses the polyvalent metal salts of copper, cobalt or manganese in combination with high molecular weight monobasic carboxylic acids, for example The disclosed end product is an aggregate-free, 0.06 cm (0.025 inch) thick coating on an aluminum layer to give a smooth finish.
In der US-Patentschrift Nr. 1505880 wird zu dem Asphalt Kupferschlacke mit dem Zuschlagstoff beigemischt, um die Zähigkeit der Straßendeckenzusammensetzung zu erhöhen.In U.S. Patent No. 1505880, copper slag is added to the asphalt with the aggregate to increase the toughness of the paving composition.
In der britischen Patentanmeldung Nr.533977 sind Blei- oder Eisen-Doppelsalze der organischen Säuren zum Zweck der Verbesserung des Adhäsionsvermögens des Asphalts für mineralischen Zuschlagstoff offenbart. Für diesen Zweck sind auch andere zwei- und mehrwertige Metalle offenbart, beispielsweise Aluminium, Chrom, Kupfer und Quecksilber. In der US-Patentschrift Nr.4244747 ist eine Asphaltstraßenpflasterzusammensetzung offenbart, in welcher Manganchlorid in Asphaltzement gelöst und anschließend mit einem Zuschlagstoff vermischt ist. Wenn das Manganchlorid in Mengen von ungefähr 0,02 bis ungefähr 2 Gew.-% des Asphaltzements vorhanden ist, wird die Kompressions-, Biege- und Ermüdungsfestigkeit der zuletzt behandelten, gepflasterten Straße erhöht.British Patent Application No. 5,339,777 discloses lead or iron double salts of organic acids for the purpose of improving the adhesion of the asphalt to mineral aggregate. For this purpose, other di- and polyvalent metals are disclosed, for example, aluminum, chromium, copper and mercury. U.S. Patent No. 4,247,747 discloses an asphalt pavement composition in which manganese chloride is dissolved in asphalt cement and then mixed with an aggregate. When the manganese chloride is present in amounts of from about 0.02 to about 2 percent by weight of the asphalt cement, the compression, flexure and fatigue strength of the last treated paved road is increased.
In der US-Patentschrift Nr.4234346 ist die Verwendung organischer Manganverbindungen, die in Asphaltzement löslich sind, offenbart. Bestimmte organische Manganverbindungen, entweder allein oder im Zusammenwirken mit organischen Kupferoder organischen Kobaltverbindungen, werden in Asphaltzement gelöst und anschließend mit einem Zuschlagstoff vermischt, um eine Straßendeckenzusammensetzung zu bilden, die eine erhöhte Kompressions-, Biege- und Ermüdungsfestigkeit bei der gehärteten Straßendecke zeigt.U.S. Patent No. 4,234,346 discloses the use of organic manganese compounds which are soluble in asphalt cement. Certain organic manganese compounds, either alone or in conjunction with organic copper or organic cobalt compounds, are dissolved in asphalt cement and then blended with an aggregate to form a pavement composition which exhibits increased compression, flexure and fatigue strength in the cured pavement.
Die französische Patentschrift Nr.1567671 und die österreichische Patentschrift Nr.285788 beschreiben ein Verfahren zum Verringern desAnteils der Asphaltparaffine in Destillationsasphalten, wobei der Ausgangsasphalt bei Vorhandensein von 0,1 bis 1,0% Mangan-oder Kobaltverbindungen bei einer Temperatur von 110 bis 1SO0C mit Luft angeblasen wird. Der Asphalt wird auf diese Weise einer katalytischen Oxidation ausgesetzt, wobei außerdem noch nichtlösliche Metalloxide, beispielsweise Manganoxid, ein bestimmter Teil löslicher Metallverbindungen, beispielsweise Manganstearat, vorhanden sind.French Patent Specification No. 1567671 and Austrian Patent Specification No. 285788 describe a method for reducing the proportion of asphaltic paraffins in distillation asphaltenes, wherein the starting asphalt in the presence of 0.1 to 1.0% of manganese or cobalt compounds at a temperature of 110 to 1SO 0 C is blown with air. The asphalt is exposed to catalytic oxidation in this manner, and in addition non-soluble metal oxides, such as manganese oxide, a certain portion of soluble metal compounds, such as manganese stearate, are present.
Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine Asphaltzement/Zuschlagstoff-Straßendeckenzusammensetzung zu schaffen, welche eine bedeutende Erhöhung der Geschwindigkeit aufweist, mit der die Festigkeitszunahme der gehärteten Straßendecke bei niedrigeren Aushärtetemperaturen der Straßendecke erreicht wird.The object of this invention is to provide an asphalt cement / aggregate pavement composition which has a significant increase in the rate at which the increase in strength of the cured pavement is achieved at lower pavement cure temperatures.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Asphaltzementzusammensetzung und ein Verfahren zur Herstellung einer warmen, flüssigen Zusammensetzung zu schaffen, die für die Straßendecke eine geeignete Viskosität aufweist, die aber nach der Straßenpflasterung zu einer Asphaltzement/Zuschlagstoff-Straßenpflasterzusammensetzung von außergewöhnlicher Festigkeit aushärtet.The object of the invention is to provide an asphalt cement composition and a process for producing a hot, liquid composition which has a suitable viscosity for the road surface but which hardens after pavement to an asphalt cement / aggregate pavement composition of exceptional strength.
Eine andere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Asphaltzementbehandlung zu schaffen, wobei der Asphaltzement in seinem unbehandelten Zustand sehr weich ist, um eine verwendbare tragende Straßendecke zu bilden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde ermittelt, daß eine Straßenpflasterzusammensetzung mit verbesserten Eigenschaften, wie sie unten beschrieben ist, durch die Behandlung des Asphaltzements mit der Kombination aus einem ersten Katalysator, bestehend aus einer Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die in Asphaltzement lösliche organische Mangan-, organische Kobalt- und organische Kupferverbindungen oder eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen enthält, und einem zweiten Katalysator, bestehend aus einer in Asphaltzement löslichen organischen Eisenverbindung, und anschließender Mischung des behandelten Asphaltzements mit Zuschlagstoff erhalten werden kann. Um in großen Mengen ausreichend Gesamtkonzentrationen der Katalysatormetallionen von 0,015 bis 0,5Gew.-% des Asphaltzements herzustellen, produziert die Kombination der ersten und zweiten Katalysatoren eine Straßenpflasterzusammensetzung derselben Bruchfestigkeit, wie man sie mit dem ersten Katalysator allein unter Verwendung eines beträchtlich kleineren Teils des teureren ersten Katalysators erhält, und, was besonders wichtig ist, erfolgt die Herstellung bei niedrigeren Härtetemperaturen der Straßendecke und mit beträchtlich erhöhter Geschwindigkeit, bei der die Druck-, Biege- und Dauerfestigkeit der endgültig gehärteten Straßendecke erreicht wird.Another object of this invention is to provide a method of asphalt cement treatment wherein the asphalt cement in its untreated state is very soft to form a usable load bearing pavement. In accordance with the present invention, it has been discovered that a pavement composition having improved properties as described below is obtained by treating the asphalt cement with the combination of a first catalyst selected from a compound selected from the group consisting of asphalt cement soluble organic manganese, organic cobalt and organic copper compounds or a mixture of two or more of these compounds, and a second catalyst consisting of an asphaltic cement-soluble organic iron compound, and then mixing the treated asphalt cement with aggregate can be obtained. In order to produce sufficient total concentrations of the catalyst metal ions of 0.015 to 0.5 wt% of the asphalt cement in large quantities, the combination of the first and second catalysts produces a pavement composition of the same fracture toughness as compared to the first catalyst alone using a considerably smaller portion of the more expensive one first catalyst and, most importantly, production at lower road surface hardening temperatures and at a significantly increased rate which will provide the compressive, bending and fatigue strength of the final cured pavement.
Der hierbei benutzte Ausdruck „Asphaltzement" bezieht sich auf im wesentlichen ungeblasenen oder nichtoxidierte feste oder halbfeste Materialien (bei Raumtemperatur), welche allmählich schmelzen, wenn sie erwärmt werden. Die vorherrschenden Bestandteile der Materialien sind Bitumen, die als ein Rückstand bei der Raffinerieverarbeitung gewonnen werden. Der Ausdruck schließt Emulsionen des Asphalts in Wasser-und Verschnittbitumen des Asphalts aus. Daher enthält er weder die Wasserphase der Emulsionen noch die fremden Erdöllösungsmittel oder Verschnittöle, die dem Asphalt gewöhnlich zugesetzt werden, um ihn in einen Verschnittbitumen umzuwandeln. Der Asphaltzement ist im allgemeinen durch eine Penetration von weniger als 600 bei 250C und eine typische Penetration zwischen 40 und 300 (ATSM Standard, Methode D-5) gekennzeichnet. Die Viskosität des Asphaltzements beträgt bei 6O0C mehr als etwa 65 Poise.As used herein, the term "asphalt cement" refers to substantially unblased or unoxidized solid or semi-solid materials (at room temperature) which gradually melt when heated The predominant constituents of the materials are bitumens recovered as a residue in refinery processing The term excludes emulsions of the asphalt into asphalt water and cuttings bitumen, therefore it does not contain the water phase of the emulsions nor the foreign petroleum solvents or blend oils usually added to the asphalt to convert it to a cutted bitumen in (standard, method D-5 ATSM) by a penetration of less than 600 at 25 0 C and a typical penetration between 40 and 300. the viscosity of the asphalt cement is greater than about 65 poise at 6O 0 C.
Mit dem Ausdruck „Straßendecke" ist beabsichtigt, daß darin ohne Einschränkung außen und innen tragende Asphaltzement/ Zuschlagstoff-Oberflächen enthalten sind, einschließlich Fahrbahnen für Fahrzeuge, Flughafenstart- und -landebahnen und Vorfelder, Parkplätze, Fußgängerwege, Fabrik- und andere Arten von -fußböden und Laderampen.The term "pavement" is intended to include without limitation outermost and inboard structural asphalt cement / aggregate surfaces, including carriageways for vehicles, airport runways and aprons, parking lots, pedestrian walkways, factory and other types of flooring and loading ramps.
Der Ausdruck „untere Straßendecken-Härtetemperaturen" in der vorliegenden Beschreibung bedeutet Temperaturen unterhalb der Temperaturen, die normalerweise Straßendecken in den Vereinigten Staaten erfahren. Solche normalen Sommerstraßendecken-Temperaturen betragen gewöhnlich über 350C und können höher als 650C sein. Daher ist in der vorliegenden Beschreibung die Wendung „untere Straßendecken-Härtetemperaturen" als Straßendeckentemperaturen unter etwa 35°C zu verstehen.The term "lower pavement hardening temperatures" in the present specification means temperatures below the temperatures normally experienced by road surfaces in the US Such normal summer pavement temperatures are usually above 35 ° C. and may be higher than 65 ° C. Therefore, in In the present specification, the phrase "lower pavement hardening temperatures" should be understood as road surface temperatures below about 35 ° C.
Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung wird der Asphaltzement durch Erwärmen bis zu einer Temperatur oberhalb des Schmelz- oder Erweichungspunktes verflüssigt und anschließend mit der Kombination des ersten und zweiten Katalysatoren behandelt, um eine Lösung aus Mangan- und/oder Kobalt- und/oder Kupferionen mit Eisenionen in dem warmen, flüssigen Asphaltzement zur Verfügung zu stellen. Der behandelte, warme, flüssige Asphaltzement wird anschließend in dieser warmen, flüssigen Form mit dem Zuschlagstoff zur Anwendung beim Bau von Fahrbahnen vermischt.In the practice of the present invention, the asphalt cement is liquefied by heating to a temperature above the melting or softening point and then treated with the combination of the first and second catalysts to form a solution of manganese and / or cobalt and / or copper ions To provide iron ions in the warm, liquid asphalt cement. The treated, warm, liquid asphalt cement is then mixed in this warm, liquid form with the aggregate for use in the construction of roadways.
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung zusammen mit ihren verschiedenen Vorteilen werden dem Fachmann auf diesem Gebiet aus der detaillierten Offenbarung der vorliegenden Erfindung, die unten erläutert wird, offensichtlich. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Asphaltzementzusammensetzung, die, wenn sie mit einem Zuschlagstoff kombiniert wird, eine Straßendeckenzusammensetzung mit bedeutend verbesserten physikalischen Eigenschaften bildet. Die Asphaltzementzusammensetzung wird durch Behandlung des Asphaltzements mit einer Kombination aus einem ersten Katalysator, der eine aus einer Gruppe ausgewählte Verbindung umfaßt, die aus in Asphaltzement löslichen organischen Mangan-, organischen Kobalt- und organischen Kupferverbindungen oder aus einer Mischung von zwei oder mehreren dieser Verbindungen besteht, und einem zweiten Katalysator, der eine in Asphaltzement lösliche organische Eisenverbindung umfaßt, hergestellt, während der Asphaltzement durch Erwärmung in einem flüssigen Zustand gehalten wird. Bei der Anwendung der Erfindung wird es bevorzugt, daß organisches Mangan entweder allein oder mit organischem Kobalt und/oder organischem Kupfer als erster Katalysator verwendet wird.These and other objects of the present invention, together with their various advantages, will become apparent to those skilled in the art from the detailed disclosure of the present invention, which is explained below. The present invention relates to an asphalt cement composition which, when combined with an aggregate, forms a paving composition having significantly improved physical properties. The asphalt cement composition is prepared by treating the asphalt cement with a combination of a first catalyst comprising a compound selected from a group consisting of asphalt cement soluble organic manganese, organic cobalt and organic copper compounds or a mixture of two or more of these compounds , and a second catalyst comprising an asphalt compound-soluble organic iron compound, while maintaining the asphalt cement in a liquid state by heating. In the practice of the invention, it is preferred that organic manganese be used alone or with organic cobalt and / or organic copper as the first catalyst.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung müssen die ersten und zweiten Katalysatoren vollkommen und gleichförmig dispergiert und durch den Asphaltzement so gelöst sein, daß der die Festigkeit verbessernde Effekt dem Endprodukt in einer konsistenten Weise verliehen wird. Für eine optimale Dispersion werden Mangan, Kobalt, Kupfer und Eisen in der Form organischer Verbindungen verwendet, weichein einem beträchtlichen Teil des Asphaltzements löslich sind. Die organischen Verbindungen können nichtsubstituiert oder substituiert sein (beispielsweise mit Schwefel, insbesondere Sulfonate oder mit Phosphor, insbesondere Phosphate). Geeignete Anionen für in Asphaltzement lösliche organische Mangan-, organische Kobait-, organische Kupfer- und organische Eisenverbindungen werden aus Karbonsäuren, Alkoholen, Phenolen und Ketonen abgeleitet. Bevorzugte Anionen enthalten Karbonsäuren, die bis ungefähr 30 Karbonatome in der Kette aufweisen, beispielsweise Azetate, Linoleate, Octoate, Naphthenate, Oleate, Dekanoate, Sterate und Laurate und Mischungen davon oder Mischungen mit anderen Säuren. Sekundäre, tertiäre oder polyfunktionelle Karbonsäuren können auch verwendet werden. Die Kombination aus primären und sekundären Katalysatoren kann in ein organisches Öl als ein Mittel zur Verringerung der Viskosität der Asphaltzementmischung geleitet werden. Diese geringere Viskosität wird in einigen Fällen bevorzugt, um den Transport des Materials zu erleichtern und die Einsatzgenauigkeit und den Grad der Dispersion bei der Vermischung mit dem Asphaltzementzu verbessern. Typische gebräuchliche Verdünnungen betragen 0,5 bis 16 Gew.-% der gesamten Metallionen zum Gesamtzusatz. Derartige Niveaus des organischen Öls führen zu Ölniveaus von weniger als 7 oder8Gew.-% des Asphaitzements (typisch unter 5%), welche nun unter dem Niveau des Fluxöls liegen, das in einem Verschnittbitumen enthalten ist.In accordance with the present invention, the first and second catalysts must be completely and uniformly dispersed and dissolved by the asphalt cement so that the strength-enhancing effect is imparted to the final product in a consistent manner. For optimum dispersion, manganese, cobalt, copper and iron are used in the form of organic compounds which are soluble in a substantial portion of the asphalt cement. The organic compounds may be unsubstituted or substituted (for example with sulfur, in particular sulphonates or with phosphorus, in particular phosphates). Suitable anions for asphalt cement soluble organic manganese, organic cobalt, organic copper and organic iron compounds are derived from carboxylic acids, alcohols, phenols and ketones. Preferred anions include carboxylic acids having up to about 30 carbon atoms in the chain, for example, acetates, linoleates, octoates, naphthenates, oleates, decanoates, steroids and laurates and mixtures thereof, or mixtures with other acids. Secondary, tertiary or polyfunctional carboxylic acids can also be used. The combination of primary and secondary catalysts can be passed into an organic oil as an agent for reducing the viscosity of the asphalt cement mixture. This lower viscosity is preferred in some instances to facilitate transport of the material and to improve the accuracy of use and the degree of dispersion when mixed with the asphalt cement. Typical common dilutions are from 0.5% to 16% by weight of the total metal ions to the total additive. Such levels of organic oil result in oil levels of less than 7 or 8% by weight of the aspiration element (typically below 5%), which are now below the level of flux oil contained in a cutted bitumen.
Bedeutende Verbesserungen beim Asphaltzement werden nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durch Hinzusetzen einer relativ geringen Menge der Kombination der in Asphaltzement löslichen primären und sekundären Katalysatoren erreicht. Typischerweise werden genügende Mengen der Gesamtkatalysatormetall-Konzentration in dem Bereich von 0,015 bis 0,5 Gew.-% des Asphaltzements verwendet. Bevorzugt werden die Gesamtmetallionenkonzentrationen von 0,05 bis 0,5 Gew.-% des behandelten Asphaltzements, und besonders bevorzugt werden die Gesamtmetallionenkonzentrationen von 0,05 bis 0,25 Gew.-% des Asphaltzements.Significant improvements in the asphalt cement are achieved by the process of the present invention by adding a relatively small amount of the combination of the asphalt cement soluble primary and secondary catalysts. Typically, sufficient levels of total catalyst metal concentration in the range of 0.015 to 0.5 weight percent of the asphalt cement are used. Preferably, the total metal ion concentrations are from 0.05% to 0.5% by weight of the treated asphalt cement, and most preferably the total metal ion concentrations are from 0.05% to 0.25% by weight of the asphalt cement.
Die wirksame Konzentration der Eisenionen des sekundären Katalysators kann im Bereich von 0,005 bis 0,20 Gew.-% liegen, das auf dem behandelten Asphaltzement basiert, mit der bevorzugten Eisenionenkonzentration, die im Bereich von 0,01 bis 0,15Gew.-%des behandelten Asphaltzements liegt. Die wirksame Konzentration der Mangan- und/oder Kobalt- und/oder Kupferionen des primären Katalysators kann im Bereich von 0,01 bis 0,50Gew.-% des behandelten Asphaltzements liegen, mit den bevorzugten Gesamtmangan- und/oder Kobalt- und/oder Kupferionenkonzentrationen, die im Bereich von 0,05 bis 0,25Gew.-% des Asphaltzements liegen.The effective concentration of the iron ions of the secondary catalyst may range from 0.005 to 0.20 weight percent based on the treated asphalt cement, with the preferred iron ion concentration being in the range of 0.01 to 0.15 weight percent of the treated asphalt cement lies. The effective concentration of the manganese and / or cobalt and / or copper ions of the primary catalyst may range from 0.01 to 0.50 weight percent of the treated asphalt cement, with the preferred total manganese and / or cobalt and / or Copper ion concentrations ranging from 0.05 to 0.25 wt% of the asphalt cement.
Wenn die Konzentration der primären oder sekundären Katalysatoren unier die erforderlichen Niveaus fällt oder diese übersteigt, um die oben dargelegten wirksamen lonenbereiche zu erreichen, wird eine Straßenpflasterzusammensetzung von geringer Qualität produziert. Wenn man Überschußkonzentrationen der primären und sekundären Katalysatoren verwendet, würde die sich ergebende Straßendeckenzusammensetzung spröde sein und nicht der Belastung und Beanspruchung bei der praktischen Anwendung widerstehen. Solche Überschußmengen an Mangan-, Kobalt- und Kupferionen würden auch unökonomisch sein. Wenn nun die Konzentrationen unter die wirksamen Konzentrationen fallen, würde sich der Aushärtungsprozeß bei einer verringerten Geschwindigkeit und geringeren Straßendeckenhärtungstemperaturen vollziehen, und in einzelnen Fällen gäbe es keine Festigkeitszunahme innerhalb der Straßenpflasterzusammensetzung bei beliebigen Härtungstemperaturen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird die vorhergehende Kombination der primären und sekundären Katalysatoren, die, wenn gewünscht, in ein organisches Öl geleitet werden, in dem Asphaltzement durch Erwärmung des Asphaltzements bis zu dem obigen Erweichungs- oder Schmelzpunkt gelöst, bis er genügend flüssig ist, um die Katalysatoren vollkommen und gleichförmig zu dispergieren und aufzulösen. Dieses Verfahren wird hier als „Warmmischung" bezeichnet. Die Katalysatoren befinden sich vorzugsweise in flüssiger Form. Bei den meisten herkömmlichen Asphaltzementen ist es notwendig, den Asphaltzement auf mindestens 100X und typisch auf ungefähr 110°C bis 15O0C zu erwärmen, um ihn flüssig zu machen. Bei solchen Temperaturen ist die Viskosität der Asphaltzementzusammensetzung ausreichend reduziert, um eine vollkommene Dispersion und Auflösung der Katalysatoren zu erreichen.When the concentration of the primary or secondary catalysts falls below or exceeds the required levels to achieve the effective ionic ranges set forth above, a low quality pavement composition is produced. Using excess concentrations of the primary and secondary catalysts, the resulting pavement composition would be brittle and would not withstand the stress and stress of practical use. Such excess amounts of manganese, cobalt and copper ions would also be uneconomical. Now, if the concentrations fall below the effective concentrations, the curing process would occur at a reduced speed and lower pavement cure temperatures, and in some cases there would be no increase in strength within the pavement composition at any cure temperatures. In accordance with the present invention, the previous combination of primary and secondary catalysts, which are passed into an organic oil if desired, is dissolved in the asphalt cement by heating the asphalt cement to the above softening or melting point until it is sufficiently fluid to completely and uniformly disperse and dissolve the catalysts. This process is referred to herein as "hot mix". The catalysts are preferably in liquid form For most conventional asphalt cements, it is necessary to heat the asphalt cement to at least 100X and typically at about 110 ° C to 15O 0 C to him liquid. At such temperatures, the viscosity of the asphalt cement composition is sufficiently reduced to achieve complete dispersion and dissolution of the catalysts.
Bei der herkömmlichen Verarbeitung wird der behandelte Asphaltzement in einem flüssigen Zustand gehalten, und zwar von seiner Bildungszeit, während der normalen Speicherung und über den Transport zur Asphaltmischanlage hin. Dort wird der flüssige Asphaltzement mit Zuschlagstoff vermischt und zur Straßenpflasterungsstelle befördert, wo er ausgebreitet und verdichtet wird, um dann eine Straßendecke zu bilden. Bei einer Alternative zu einer solchen herkömmlichen Verarbeitung könnte der Asphaltzement an der Baustelle erwärmt werden und die Katalysatoren könnten mit dem Asphaltzement gerade noch vor der Verbindung mit dem Zuschlagstoff für das Straßenpflaster warm vermischt werden.In conventional processing, the treated asphalt cement is maintained in a liquid state from its formation time, during normal storage, and through transport to the asphalt mixing plant. There, the liquid asphalt cement is mixed with aggregate and conveyed to the pavement, where it is spread and compacted to form a road surface. In an alternative to such conventional processing, the asphalt cement could be heated at the job site and the catalysts could be hot blended with the asphalt cement just prior to bonding to the pavement aggregate.
Der behandelte Asphaltzement der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Viskosität in dem flüssigen Zustand bei der erhöhten Temperatur der Straßendecke, die mit derjenigen des herkömmlichen Asphaltzements vergleichbar ist. Wie jedoch unten erklärt wird, weist die gehärtete Straßendecke im Vergleich zu einer, die mit herkömmlichen Asphaltzement gebildet wird, eine sehr viel höhere Festigkeit auf, sogar dann, wenn sie bei geringen Pflasterhärtungstemperaturen ausgehärtet ist. Das Wort „härten" im vorliegenden Text bedeutet das Erreichen des wesentlichen Abschlusses der Reaktion der Festigkeitszunahme.The treated asphalt cement of the present invention is characterized by a viscosity in the liquid state at the elevated temperature of the road surface comparable to that of the conventional asphalt cement. However, as explained below, the cured pavement has a much higher strength compared to that formed with conventional asphalt cement, even when cured at low pavement cure temperatures. The word "cure" as used herein means achieving the substantial completion of the increase in strength reaction.
Der warm vermischte, behandelte Asphaltzement wird in flüssiger Form in einer Asphaltmischanlage (oder auf der Baustelle) mit vorgewärmtem, vorgetrocknetem Zuschlagstoff kombiniert, um eine Straßendeckenzusammensetzung zu bilden, die aus einer homogenen Mischung von gleichmäßig umhüllten Zuschlagstoffteilchen besteht. Der Zuschlag wird vorzugsweise unter Bedingungen der Zeit und Temperatur erwärmt, um im wesentlichen sämtliches freies Wasser vor dem Vermischen mit dem Asphaltzement abzuführen. Während der Mischung befinden sich sowohl der Zuschlagstoff als auch der behandelte Asphaltzement bei einer Temperatur von typisch 1000C bis 1600C.The hot blended, treated asphalt cement is combined in liquid form in an asphalt mixing plant (or on-site) with preheated pre-dried aggregate to form a pavement composition consisting of a homogeneous mixture of uniformly coated aggregate particles. The aggregate is preferably heated under conditions of time and temperature to remove substantially all of the free water prior to mixing with the asphalt cement. While the mixture are both the aggregate and the treated asphalt cement at a temperature of typically 100 0 C to 160 0 C.
Bevor die Zusammensetzung auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der sie ihre Verarbeitungsfähigkeit verliert, wird sie verteilt und verdichtet. Danach kann die behandelte Asphaltzement/Zuschlagstoffzusammensetzung härten. Nach dem Härtevorgang enthält die Straßendecke einen Zuschlagstoff, der durch eine Matrix des behandelten Asphaltzements gebunden ist.Before the composition is cooled to a temperature at which it loses its processability, it is distributed and compacted. Thereafter, the treated asphalt cement / aggregate composition may harden. After the hardening process, the pavement contains an aggregate bound by a matrix of the treated asphalt cement.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Zuschlagstoff muß von einer solchen Art sein, daß dieser für den gewünschten Straßendeckentyp geeignet ist. Er kann sich von feinen Teilchen, beispielsweise Sand, bis zu relativ groben Teilchen, beispielsweise zerkleinertem Gestein, Schotter oder Schlacke erstrecken.The aggregate used in the present invention must be of a type suitable for the type of pavement desired. It can range from fine particles, for example sand, to relatively coarse particles, for example crushed rock, gravel or slag.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Hauptgewichtsanteil des Zuschlagstoffes mit einem geringeren Gewichtsverhältnis des behandelten Asphaltzements vermischt, der primäre und sekundäre Katalysatoren enthält, die darin gleichmäßig dispergiert und gelöst sind. Das Verhältnis des Zuschlagstoffes zu dem behandelten Asphafeement ist dasjenige, das für spezielle Straßenpflasteranwendungen typisch ist. Daher wird ein Minimum von ungefähr 85 Gew.-% des Zuschlagstoffes und im allgemeiner, ungefähr 90 bis 98Gew.-% der gesamten Straßenpflasterzusammerisetzung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet.According to the present invention, a major weight proportion of the aggregate is mixed with a lower weight ratio of the treated asphalt cement containing primary and secondary catalysts uniformly dispersed and dissolved therein. The ratio of the aggregate to the treated asphafeement is that which is typical of particular pavement applications. Therefore, a minimum of about 85% by weight of the aggregate and, more generally, about 90 to 98% by weight of the total pavement composition is used in the process of the present invention.
Nachdem die behandelte Asphaltzement/Zuschlagstoff-Zusammensetzung vorbehandelt ist, wird sie verteilt, verdichtet und kann aushärten. Bei den behandelten Asphaltzement/Zuschlagstoff-Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung vorbereitet sind, erfolgt die zulässige Aushärtung bei Umgebungstemperaturen mit mäßig erhöhter Temperatur, beispielsweise bis 60°C, die den Härteprozeß beschleunigt. Sehr hohe Temperaturen, beispielsweise jene, die angewendet werden, um Asphalt zu blasen, sind schädlich und dürfen bei der praktischen Anwendung der Erfindung nicht verwendet werden. Wie im Stand der Technik erklärt ist, werden Schwermetallseifen zusammen mit Asphaltzement für eine Anzahl verschiedener Zwecke verwendet. Beispielsweise sind sie dafür verwendet worden, eine Rißbüdung in geblasenem Asphaltzement zu vermeiden und ein Reißen bei Dacheindeckungsstoffen zu verhindern. Solche Mets!!seifen sind auch für die Anwendung von Straßenbauzusammensetzungen des Zuschlagstoffes und des Asphaltzement-Verschr.ittbitumens oder Asphaltzementemulsionen offen bart worden, um die geringe Adhäsionsfähigkeit des Asphaltzements in diesen Formen für den Zuschlagstoff zu verbessern. Der Stand der Technik lehrt die allgemeine Äquivalenz der mehrwertigen Schwermetallionen fürAfter the treated asphalt cement / aggregate composition has been pretreated, it is spread, compacted and allowed to harden. In the treated asphalt cement / aggregate compositions prepared according to the invention, the allowed cure occurs at ambient temperatures of moderately elevated temperature, for example up to 60 ° C, which accelerates the curing process. Very high temperatures, such as those used to blow asphalt, are detrimental and must not be used in the practice of the invention. As explained in the prior art, heavy metal soaps are used together with asphalt cement for a number of different purposes. For example, they have been used to prevent cracking in blown asphalt cement and to prevent cracking in roofing materials. Such mats have also been disclosed for the application of aggregate road construction compositions and asphalt cementaceous bitumen or asphalt cement emulsions to improve the low adhesion of the asphalt cement in these forms to the aggregate. The prior art teaches the general equivalence of the multivalent heavy metal ions for
diesen Zweck. Beispielsweise wurden in der zuvor erwähnten US-Patentschrift Nr. 2342861 Experimente ausgeführt, bei denen Bleiseifen verwendet wurden, um die Adhäsionsfähigkeit des emulgierten Asphaltzements für den Zuschlagstoff zu erhöhen. In Übereinstimmung mit dem Stand der Technik beansprucht das Patent, daß andere Metalle, wie beispielsweise Eisen, Aluminium, Mangan, Zink, Kobalt, Nickel, Zinn, Kalzium, Strontium, Barium oder Magnesium für denselben Zweck auch verwendet werden könnten.this purpose. For example, in the aforementioned U.S. Patent No. 2342861, experiments were conducted using lead soaps to increase the adhesiveness of the emulsified asphalt cement to the aggregate. In accordance with the prior art, the patent claims that other metals such as iron, aluminum, manganese, zinc, cobalt, nickel, tin, calcium, strontium, barium or magnesium could also be used for the same purpose.
Die US-Patentschrift 4234346 offenbart die Anwendung des in Asphaltzement löslichen organischen Mangans, des in Asphalt löslichen organischen Kobalts oder des in Asphaltzement löslichen organischen Kupfers bei Warmmischverfahren, bei denen Asphaltzement zur Bildung einer Straßendeckenzusammensetzung verwendet wird. Sie gibt wieder, daß diese Metalle sehr viel besser bezüglich des Rückstandes der oben erwähnten Schwermetalle für diesen Zweck sind. Die US-Patentschrift Nr.4234346 zeigt auch, daß das in Asphaltzement lösliche organische Eisen (allein) in solchen Straßendeckenzusammensetzungen eigentlich unbrauchbar ist.US Pat. No. 4,234,346 discloses the use of the asphalt cement soluble organic manganese, the asphalt soluble organic cobalt, or the asphalt cement soluble organic copper in warm mixing processes using asphalt cement to form a paving composition. It states again that these metals are much better in terms of the residue of the above-mentioned heavy metals for this purpose. U.S. Patent No. 4,234,346 also shows that the asphalt cement soluble organic iron (alone) is actually unusable in such paving compositions.
Mit dem obigen allgemeinen Fachwissen ist unvorhergesehen entdeckt worden, daß das Zusetzen solcher Zusammensetzungen einer Kombination aus einem ersten Katalysator, bestehend aus einer ausgewählten Verbindung aus der Gruppe, die aus in Asphaltzement löslichen organischen Mangan-, organischen Kobalt- und organischen Kupferverbindungen oder einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen, und einem zweiten Katalysator, bestehend aus einer in Asphaltzement löslichen organischen Eisenverbindung wegen des Zusammenwirkens zwischen den Metallen eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Festigkeitszunahme bei geringeren Straßendeckenhärtetemperaturen verursacht. Ein anderes Ergebnis dieses Zusammenwirkens besteht in der Fähigkeit der Straßendeckenzusammensetzung, dieselbe Bruchfestigkeitszunahme und eine Verbesserung bei anderen Eigenschaften mit weniger Mangan, Kobalt oder Kupfer zu erreichen, so daß der Gesamtmetallionenanteilnichtvielgrößerzu sein braucht, als wenn der erste Katalysator allein verwendet wird. Das ermöglicht eine ökonomische Straßendecken misch u ng, da Eisen als Metall nicht so teuer ist wie Mangan, Kobalt oder Kupfer als Metal I. Es ist festzustellen, daß die Notwendigkeit für eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Festigkeitszunahme von den chemischen Eigenschaften eines beliebig gegebenen Asphaltzements oder von den Anwendungsbedingungen diktiert wird, und daß nicht jeder Asphaltzement oder jede Gruppe der Anwendungsbedingungen eine solche Erhöhung erfordert, um zulässige Arbeitsweisen zu erreichen.With the above general knowledge it has been unexpectedly discovered that adding such compositions to a combination of a first catalyst consisting of a selected compound from the group consisting of asphalt cement soluble organic manganese, organic cobalt and organic copper compounds or a mixture of two or more of these compounds, and a second catalyst consisting of an asphaltic compound-soluble organic iron compound causes an increase in the rate of increase in strength at lower pavement hardening temperatures due to inter-metal interaction. Another result of this interaction is the ability of the paving composition to achieve the same breaking strength increase and improvement in other properties with less manganese, cobalt or copper so that the total metal ion content need not be much larger than when the first catalyst is used alone. This allows for economical road surfacing because iron as a metal is not as expensive as manganese, cobalt or copper as metal I. It should be noted that the need to increase the rate of strength increase from the chemical properties of any given asphalt cement or cement is dictated by the conditions of use, and that not every asphalt cement or group of conditions of use requires such an increase to achieve permissible operations.
Eine weitere Offenbarung des Wesens der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden speziellen Anwendungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorgestellt. Es ist klar, daß die offenen Daten nur als Beispiele dienen und nicht dazu bestimmt sind, den Geltungsbereich der Erfindung einzuschränken.Another disclosure of the essence of the present invention is presented by the following specific application examples of the present invention. It is clear that the open data are only examples and are not intended to limit the scope of the invention.
Es wurden Vergleichsversuche unter Verwendung von Asphaltzementen der Penetrationsgrade 60/70 und 180/200 ohne Metallzusatz und von mit Mangan allein und Mangan plus Eisen behandeltem Asphaltzement des Penetrationsgrades 180/200 durchgeführt. Als Zuschlagteil der Sandasphaltmischung wurde abgebauter Granitsand verwendet. In jedem Fall bestanden bis zu 7,0% der gesamten Mischung aus Asphaltzement (das sind annähernd 1 Teil Asphaltzement oder behandelter Asphaltzement zu 13,3Teilen Sand). Die in Asphaltzement löslichen organischen Metallverbindungen waren Tallate, Naphthenate oder Octoate, aber sie brauchen nicht auf diese Verbindungen begrenzt zu werden. Die in Asphaltzement löslichen organischen Metallverbindungen (in flüssiger Form) wurden in den Asphaltzement gemischt, welcher in flüssiger Form bei Temperaturen hinreichend geeignet war, ein einfaches Vermischen der in Asphaltzement löslichen organischen Metallverbindungen und des Asphaltzements (120°C bis 130°C) zu ermöglichen, um so eine homogene Mischung zu bilden. Es wurde manuell gerührt, um ein vollständiges Dispergieren des Metalls durch den Asphaltzement zu erreichen. Der Asphaltzement, behandelt oder unbehandelt, wurde mit vorgewärmtem, vorgetrocknetem Sand bei derselben Temperatur gemischt, und Probekörper mit 10,1 cm (4 Zoll) im Durchmesser und annähernd 6,4cm (2,5 Zoll) in der Länge wurden durch mechanisches Verdichten hergestellt. Nach der Extraktion in den Verdichtungsformen wurden einige dieser Probekörner in einem verstärkten Schornsteinzugofen bei 600C 14 Tage lang gehärtet. Der Rest wurde bei Umgebungstemperatur, annähernd 220C, während des Tages und in der kühleren Nacht, 28 Tage lang gehärtet, um teilweise die Tatsache zu kompensieren, daß die tatsächliche Reaktionsgeschwindigkeit bei 220C geringer ist als sie es bei 600C ist. Die Zugfestigkeit jedes Probekörnchens bei 600C wurde dann unter Verwendung des indirekten Spalt-Zylinderzugspannungstests bei einer Belastungsgeschwindigkeit von 0,12 cm/min (0,05 Zoll/min) bestimmt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle 1 unten dargestellt.Comparative tests were carried out using asphalt cements of degrees of penetration 60/70 and 180/200 without metal addition and of manganese alone and manganese plus iron treated asphalt cement of degree of penetration 180/200. Granite sand was used as a supplement to the sand asphalt mixture. In each case, up to 7.0% of the total asphalt cement mixture (that is, approximately 1 part of asphalt cement or treated asphalt cement to 13.3 parts of sand). The asphalt cement-soluble organic metal compounds were tallates, naphthenates or octoates, but they need not be limited to these compounds. The asphalt cement-soluble organic metal compounds (in liquid form) were mixed into the asphalt cement which was sufficiently suitable in liquid form at temperatures to allow easy mixing of the asphalt cement soluble organic metal compounds and the asphalt cement (120 ° C to 130 ° C) to form a homogeneous mixture. It was manually stirred to achieve complete dispersion of the metal by the asphalt cement. The asphalt cement, treated or untreated, was mixed with preheated, pre-dried sand at the same temperature, and 10.1 cm (4 inch) diameter by approximately 6.4 cm (2.5 inch) length specimens were made by mechanical compaction , After extraction in the compaction molds, some of these test grains were cured in a reinforced chimney draft oven at 60 ° C. for 14 days. The remainder was cured at ambient temperature, approximately 22 ° C., during the day and in the cooler night, for 28 days to partially compensate for the fact that the actual reaction rate is lower at 22 ° C. than it is at 60 ° C. , The tensile strength of each sample at 60 ° C. was then determined using the indirect split cylinder tensile test at a loading rate of 0.02 cm / min (0.05 in / min). The results of these experiments are shown in Table 1 below.
%Fe% Fe
0,030.03
Es ist verständlich, daß bei diesem Asphaltzement das Einbringen einer Kombination der Mangan- und Eisenionen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Bruchfestigkeit der Asphaltzement/Zuschlag-Zusammensetzung in den bei Umgebungstemperaturen gehärteten Probekörnern sehr stark ansteigen läßt. Außerdem weisen diese Daten auch nach, daßIt will be understood that with this asphalt cement, incorporation of a combination of the manganese and iron ions in accordance with the present invention greatly increases the fracture toughness of the asphalt cement / aggregate composition in the ambient temperature cured test granules. In addition, these data also prove that
der Asphaltzement mjt einem Penetrationsgrad von 180/200, welcher nicht verwendet werden könnte, um eine Straßendecke mit adäquaten tragenden Eigenschaften infolge ihrer geringen Zerreißfestigkeit aufzubauen, dann, wenn er mit Mangan/ Elsenionen behandelt ist, stärker in Richtung auf ein mehr als ausreichendes Zerreißfestigkeitsniveau des Asphaltzements mit einem Penetrationsgrad von 60/70 verbessert ist.the asphalt cement with a degree of penetration of 180/200, which could not be used to build up a road surface with adequate load-bearing properties due to its low tensile strength, then, when treated with manganese / ions, tends towards a more than sufficient level of ultimate tensile strength Asphalt cement is improved with a degree of penetration of 60/70.
Es wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, die denjenigen in Beispiel 1 ähnlich sind,; und zwar unter Verwendung eines Asphaitzements aus unterschiedlichen Quellen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 2 unten vorgestellt.A series of experiments similar to those in Example 1 were carried out; using an aspheric cement from different sources. The results of these experiments are presented in Table 2 below.
Penetrations- MetallionenanteilPenetration metal ion content
grad im Bindemittelgrad in the binder
%Mn ' %Fe% Mn '% Fe
60/70 — —60/70 - -
180/200 — —180/200 - -
180/200 0,14 —180/200 0.14 -
180/200 0,11 0,03180/200 0.11 0.03
Die obigen Ergebnisse zeigen wieder, daß das Einbringen der Kombination aus Mangan- und Eisenionen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen beträchtlichen und bis jetzt unvermuteten Anstieg der Bruchfestigkeit der Asphaltzement/ Zuschlagstoff-Zusammensetzung der bei Umgebungstemperaturen gehärteten Probekörner erzeugt.The above results again demonstrate that the incorporation of the combination of manganese and iron ions in accordance with the present invention produces a significant and as yet unexpected increase in the fracture toughness of the asphalt cement / aggregate composition of the ambient temperature cured test granules.
Bei dieser Reihe von Versuchen war der Asphaltzement derselbe wie in Beispiel 1, aber nur der Asphaltzement mit dem Penetrationsgrad von 180/200 wurde behandelt. Alle Versuchsbedingungen waren dieselben, in einigen Fällen mit dem Zusatz des Kobalt-Naphthenats. Es wurden verschiedene Verhältnisse von Eisen- und Kobaltionen verglichen und die Ergebnisse sind in Tabelle IM unten dargestellt.In this series of tests, the asphalt cement was the same as in Example 1, but only the asphalt cement having the degree of penetration of 180/200 was treated. All experimental conditions were the same, in some cases with the addition of the cobalt naphthenate. Various ratios of iron and cobalt ions were compared and the results are shown in Table IM below.
Penetrationsgradpenetration degree
180/200 180/200 180/200 180/200 180/200180/200 180/200 180/200 180/200 180/200
Diese Ergebnisse oben zeigen, daß die Kombination von Mangan- und Eisenionen oder Mangan-, Eisen- und Kobaltionen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Geschwindigkeit der Festigkeitszunahme der Asphaltzement/ Zuschiagstoffzusammensetzung in den bei Umgebungstemperaturen gehärteten Probekörner beträchtlich ansteigen läßt.These results show above that the combination of manganese and iron ions or manganese, iron and cobalt ions in accordance with the present invention significantly increases the rate of increase in strength of the asphalt cement / admixture composition in the ambient temperature cured test granules.
Bei dieser Reihe von Versuchen war der Asphaltzement derselbe wie in Beispiel 1.AIIe Versuchsbedingungen waren dieselben, aber es wurden verschiedene Verhältnisse des Eisens zu Mangan verglichen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind unten in Tabelle IV dargestellt.In this series of experiments, the asphalt cement was the same as in Example 1. The experimental conditions were the same, but different ratios of iron to manganese were compared. The results of these experiments are shown below in Table IV.
Penetrations- MetallionenanteilPenetration metal ion content
grad im Bindemittelgrad in the binder
%Mn %Fe% Mn% Fe
60/70 — ' —60/70 - '-
180/200 — —180/200 - -
180/200 0,10 —180/200 0,10 -
180/200 0,13 —180/200 0,13 -
180/200 0,10 0,03180/200 0.10 0.03
180/200 0,07 0,06180/200 0.07 0.06
180/200 0,05 0,08180/200 0.05 0.08
Dieses Beispiel gibt zwei wichtige Vorteile der vorliegenden Erfindung wieder. Erstens zeigt es, daß ein breiter Bereich der Verhältnisse der beiden Metalle eine sehr starke Zunahme der Härtegeschwindigkeit bei 22°C erzeugt, von dem jeweils zufriedenstellende Ergebnisse dargestellt sind. Zweitens zeigt es den ökonomischen Anreiz der Anwendung der vorliegenden Erfindung durch die Darstellung, daß beträchtliche Mengen des Mangans als Metall durch weniger teures Eisenmetall ersetzt werden können, ohne daß eine wesentliche Verringerung in der Festigkeit eintritt.This example represents two important advantages of the present invention. First, it shows that a wide range of ratios of the two metals produces a very large increase in the cure speed at 22 ° C, each of which gives satisfactory results. Second, it demonstrates the economic incentive of using the present invention by showing that substantial amounts of the manganese as metal can be replaced by less expensive iron metal without a significant reduction in strength.
Als Versuche wie in.den Beispielen 1, 2 und 4 durchgeführt wurden, bei denen das Mangan jedoch durch Kobalt oder Kupfer ersetzt wurde, sind ähnliche dramatische Zunahmen der Bruchfestigkeit der Asphaltzement/Zuschlagstoffzusammensetzungen in den bei Umgebungstemperaturen gehärteten Probekörpern erreicht worden.However, when tests were performed as in Examples 1, 2 and 4, but with the manganese replaced by cobalt or copper, similar dramatic increases in the fracture toughness of the asphalt cement / aggregate compositions in the ambient temperature cured specimens were achieved.
Die obigen Beispiele und Ergebnisse weisen nach, daß Asphaltzement/Zuschlagstoff-Zusammensetzungen, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, eine beträchtlich verbesserte Festigkeitszunahme zeigen, wenn sie bei Umgebungstemperaturen gehärtet werden. Wenn solche Asphaltzement/Zuschlagstoff-Zusammensetzungen für Straßenpflaster bei geringeren Straßendeckenhärtetemperaturen ν erwendet werden, erhärten sie bei einer Geschwindigkeit, die beträchtlich höher ist, als die der bekannten Zusammensetzungen, um eine Straßendecke mit Druck-, Biege- und Dauerfestigkeit zu erzeugen, die gegenüber den bisher verfügbaren bei geringeren Straßenhärtetemperaturen überlegen ist. Es sollte natürlich klar sein, daß die oben beschriebenen Zusammensetzungen und Verfahren dazu bestimmt sind, Ausführungsformen der Erfindung zu veranschaulichen und nicht den Geltungsbereich der Erfindung einzuschränken, der durch die unten dargestellte Ansprüche gekennzeichnet ist. Es sollte auch klar sein, daß Alternativen zu den speziellen, beschriebenen Ausführungsformen und Äquivalente hierzu möglich und tatsächlich beabsichtigt sind, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet sind, die unten veröffentlicht sind.The above examples and results demonstrate that asphalt cement / aggregate compositions prepared according to the present invention exhibit a significantly improved strength increase when cured at ambient temperatures. When such pavement asphalt cement / aggregate compositions are used at lower pavement cure temperatures ν, they will cure at a speed significantly higher than that of the known compositions to produce a road pavement having compressive, flexural, and fatigue strength over that of the prior art previously available at lower road hardening temperatures is superior. It should, of course, be understood that the compositions and methods described above are intended to illustrate embodiments of the invention and not to limit the scope of the invention, which is characterized by the claims set forth below. It should also be understood that alternatives to the specific embodiments described and equivalents thereto are possible and intended in actuality without departing from the scope of the invention as characterized in the claims, which are published below.
Claims (23)
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