DD287044A5

DD287044A5 - Gelierter asphaltzement, verfahren zur herstellung und verwendung

Info

Publication number: DD287044A5
Application number: DD89330006A
Authority: DD
Inventors: Anthony J Kriech; Herbert J Wissel
Original assignee: ��@��k��Kk��
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1989-06-27
Publication date: 1991-02-14
Also published as: KR0128735B1; AU622136B2; LV11332B; EP0348867A1; TR24982A; JPH0751668B2; LV11332A; NO176055B; JPH03505591A; RU2141982C1; HU210670B; YU131589A; ATE60792T1; HUT58778A; PT90983B; DE68900035D1; NO901456D0; NO901456L; HU885864D0; LT3721B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf gelierten Asphaltzement, ein Verfahren zu seiner Herstellung und auf seiner Verwendung. Offengelegt wird gelierter Asphaltzement mit verbesserten Eigenschaften gegenueber herkoemmlichen Asphaltzement, einschlieszlich verminderter Temperaturanfaelligkeit und geringerer Rate der Altershoertung. Dieser Mehrzweckasphaltzement wird durch Gelieren eines verfluessigten Asphaltmaterials hergestellt. Das geschieht durch Saponifizierung von wenigstens einer Fettsaeure und wenigstens einer Harzsaeure mit einer Alkalimetallbase in dem verfluessigten Asphalt, der im wesentlichen frei von Wasser ist, oder durch Zusatz des bereits saponifizierten Produktes zum verfluessigten Asphalt. Der resultierende gelierte Asphaltzement wird in herkoemmlichen Verfahren beim Straszenbau, Dacheindeckungen und speziellen Anwendungen eingesetzt. Der Asphaltzement kann unter Anwendung ueblicher Heiszmischasphaltverfahren in vorhandenen Heiszmischanlagen, Standardausruestungen fuer Dacheindeckungen und Geraeten fuer Asphaltspezialanwendungen eingesetzt werden.{gelierter Asphaltzement; Verfahren; Herstellung; Verwendung; Gelierung; verfluessigtes Asphaltmaterial; Saponifizierung; Fettsaeure; Harzsaeure; Alkalimetallbase; Straszenbau; Dacheindeckungen; Heiszmischasphaltverfahren}

Description

-2- 287 044 Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen gf.lierten Asphaltzement und ein Verfahren zur Herstellung. Sie bezieht sich weiterhin auf die Verwendung dieses neuartigen Produktes als vorteilhaften Einsatz für herkömmliche Asphaltzemente beim Straßenbau und Dachkonstruktionen und für spezielle Asphaltzementanwendungen, bei denen verminderte Temperaturanfälligkeit und geringere Rate der Alterungshärtung zu den wichtigsten angestrebten Eigenschaften gehören.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Straßendecken aus Asphaltzusammensetzungen machen mehr als 90% der Straßenbeläge in den Vereinigten Staaten aus. Natürliche Asphalte aus Seesedimenten wurden schon 1874 verwendet. Später wurden Naturasphaltlagerstätten in den südlichen und westlichen Bundesstaaten entdeckt, das Material wurde gemahlen, eingebrachi und gewalzt, um die Oberflächen von Straßen herzustellen. Seit Beginn dieses Jahrhunderts aber haben Asphalte, die im Verfahren der Erdölraffinerie erzeugt wurden, sowohl Anwendungen im Straßenbau als auch bei Dacheindeckungen dominiert.

Asphalt ist ein dunkelbraunes bis schwarzes, stark zähflüssiges Material, das als Hauptbestandteil Bitumen enthält und in unterschiedlichen Verhältnissen in den meisten Rohölen vorkommt. Der Asphaltrückstand aus der Erdölraffinerie, der im wesentlichen von den leichteren Kopffraktionen befreit ist, wird allgemein als .Asphalt" bezeichnet.

Asphalte für Straßendecken werden als Asphaltzement, Verschnittasphalt und Asphaltemulsionen klassifiziert. Hier interessiert vor allem der Asphaltzement, obwohl in perspektivischer Sicht der Verweis auf Asphaltemulsiorien und Verschnittasphalt angezeigt ist.

Asphaltzemont ist ein Asphalt mit Eigenschaften, die ihn für Straßen- oder Dachhautanwendungen und spezielle Produkte geeignet machen. Für den Straßenbau wird Asphalt auf freifließende Konsistenz erhitzt und mit Zuschlagstoffen gemischt, die etwa auf dieselbe Temperatur (In der Regel 250*-350°F [ca. 121'-177"C)) erhitzt wurden, und auf eine vorbereitete Oberfläche aufgebracht, verdichtet und ausgehärtet, um Asphaltzement zu erzeugen. In der langen Geschichte des Asphaitierens in das Heißmischverfahren beim Mischen von Asphaltzement und Zuschlagstoffen das bevorzugte Verfahren geblieben, da es das günstigste Verhältnis zwischen Kosten und Qualität aufweist. Beim Heißmischverfahren wird erhitzter, verflüssigter Asphaltzement mit erhitzten Zuschlagstoffen in Kontakt gebracht, um ein beschichtetes Zuschlagmaterial herzustellen, das eingebracht und verdichtet werden kann.

Für Straßenbeläge verwendete Asphaltzemente werden nach drei unterschiedlichen Parametern eingeteilt: nach der Viskosität, der Viskosität nach dem Altern und der Eindringung. Das gebräuchlichste Klassierungssystem in den Vereinigten Staaten basiert auf der Viskosität, gemessen in Poise bei 140⁰F (6O⁰C) (AASHTO M-226). (AAStITO ist die Bezeichnung der American Association of State Highway and Transportation Officials.) So trägt Asphaltzement mit einer Viskosität von 250 Poise bei 140°F (60⁰C) die Bezeichnung AC-2,5 und wird als „weicher" Asphalt betrachtet. Am anderen Extrem ist Asphalt mit einer Viskosität von 4000 Poise bei 140⁰F (6O⁰C) als AC-40 bekannt und wird als .harter" Asphalt betrachtet. Dazwischen liegen Asphalte mit der Bezeichnung AC-5, AC-10, AC-20 und AC-30, die eine gleiche Beziehung zur jeweiligen Viskosität aufweist. Außerdem wurde in bestimmten Gebieten mit heißerem Klima AC-50 in Gebrauch gebracht, während bei kälterem Klima AC-1 eingesetzt wird. Die Asphaltstandardqualitaten sind in Tabellen erfaßt und v/erden in den .Principles of Construction of Hot-Mix Asphalt Pavements" (Prinzipien des Baus von Heißmischasphaltstraßendr.cken), The Asphalt Institute, Manual Series Nr. 22 (MS-22), Januar 1983, S. 14, behandelt.

Einige westliche Bundesstaaten haben ein Klassifizierungssystem eingeführt, das auf der Viskosität nach dem Altern basiert. Dieses System sol! die Viskositätseigenschaften der Straßendecke nach der Aufbringung genauer wiederspiegeln. Der Test simuliert die Alterung im Asphalt durch beschleunigte Oxydation eines dünnen Asphaltfilms bei 140°F (60⁰C) (AASHTO M-226). Die Ergebnisse werden beispielsweise als AR-10 bei einer Viskosität von 1000 Poise, der als .weicher" Asphalt betrachtet wird, und als AR-160 bei einer Viskosität von 16000 Poise, der als .harter" Asphalt betrachtet wird, angegeben. Dieses Klassifizierungssystem wird auf S. 15 der genannten Publikation behandelt.

Asphalte können auch nach Eindringungsstandardtests klassifiziert werden (AASHTO M-20). Bei diesen Versuchen gibt die Tiefe, aufweiche eine Standardnadel mit einer bestimmten Last in einer gegebenen Zeit bei 77⁰F (25⁰C) in den Asphalt eindringt, die Härte oder Weichheit des Asphalts an. Dieser Test wird auf S. 16 der genannten Publikation behandelt. Bei Dachhautanwendungen wird Asphaltzement bei der Errichtung von Verbunddächern, Schindeln und Imprägnierungsmitteln beim Decken mit Teerpappe eingesetzt. Asphaltzement für Verbunddächer wird nach dem Erweichungspunkt gemäß ASTM D312 klassifiziert. (ASTM ist die Bezeichnung der American Society for Testing Materials.) Ein Asphalt des Typs I, der einen niedrigen Erweichungspunkt hat, wird als weicher Asphalt betrachtet. Dachhautasphalt des Typs IV hat einen hohen Erweichungspunkt und wird al, harter Asphalt betrachtet. Diese und die dazwischenliegenden Sorten basieren auf der Anfälligkeit des Asphalts gegenüber dem Fließen bei festgelegten Dachtemperaturen und -neigungen. Verbunddächer werden durch Ausrollen von asphaltimprägnierten Baupappen, gefolgt vom Aufbringen von Asphaltzement auf diese, hergestellt. Dieser Vorgang wird mehrmals wiederholt, um ein wasserdichtes, verbundenes Dach herzustellen.

Es gibt andere, spezielle Anwendungen für Asphaltzement, beispielsweise als Fugen- und Rißfüllmittel, als Recyclings-Mitte! und Mittel für die Wasser- und »duchtigkeitsdämmung, bei denen die Anforderungen entsprechend der vorgesehenen Anwendung unterschiedlich sind.

Verschnittasphalt wird dort eingesetzt, bei denen der Asphalt bei niedrigeren Temperaturen verflüssigt werden soll als denen, die normalerweise bei Asphaltzement oder ohne Emulgieren (siehe unten) angewendet werden. Verschnitte werden in der Regel als Sprühanwendungen eingesetzt. Sie werden durch Auflösung des Asphalts in einem Erdöllösungsmittel, beispielsweise Naphtha, Kerosin oder Heizöl, hergestellt. Sowohl Sprüh- als auch Kaltmischanwendungen von Verschnittasphalt bringen Umwelt- und Sicherheitsprobleme durch die Freisetzung des Lösungsmittels an die Umwelt mit sich. Außerdem widersprach während der Energiek· ise der siebziger Jahre der Einsatz von Erdöllosungsmitteln für diesen Zweck den Spat maßnahmon, die damals auferlegt wurden, was dazu geführt hat, daß Verschnittasphalt heute weit weniger eingesetzt wird.

Asphaltemulsionen enthalten während der Herstellung normalerweise keine Lösungsmittel, obwohl Verschnittasphalt als Asphaltkomponente eingesetzt werden kann (es handelt sich in der Regel um Wasser-in-Öl-Emulsionen). Der Asphaltstrom wird durch Erhitzen verflüssigt, und Asphaltkügelchen werden in Wasser dispergiert und mit einem Benetzungsmittel gemahlen, um eine stabil« Öl-in-Wasser-Emulsion herzustellen. Es gibt Asphaltemulsionen unterschiedlichen Typs, dazu gehören, in Abhängigkeit von dem zur Herstellung verwendeten Benetzungsmittel für die Emulsion, anionische, kationische und nonionische. Emulsionen werden eingesetzt beim Versiegeln vorhandener Straßen durch Aufbringung eines dünnen Films der Asphaltemulsion auf die Straßenoberfläche, gefolgt von einer Schicht aus Zuschlagstoffen, um eine wasserdichte Straße herzustellen. Asphaltemulsionen können auch hergestellt werden durch Mischen mit dem Zuschlagstoff an Ort und Stelle auf dem Straßenbett oder durch einen kalten Mischkollervorgang mit dem Zuschlagstoff, der dann durch eine Planiermaschine auf die Straße aufgebracht wird. Emulsionen sind in der Regel mit Kaltmischverfahren verbunden, werden sie als Reißmischungen eingesetzt, wird in der Regel mit niedrigeren Temperaturen als sonst bei herkömmlichen Heißmischverfahren gearbeitet. Asphaltemulsionen können im Heißmischverfahren zur Herstellung von Asphaltbeton verwendet werden, aber die diesem Verfahren innewohnenden Fertigungsschwierigkeiten haben dazu geführt, daß allgemein die Verwendung von Asphaltzement bevorzugt wird. Einige der Probleme in Verbindung mit Asphaltemulsionen im Heißmischverfahren werden unten behandelt. Bei Heißmischchargenanlagen erfolgt die En'.lüftung des Wasserdampfes, der beim Erhitzen der Emulsion freigesetzt wird (und normalerweise etwa 30% Wasser enthält) manchmal mit explosiver Kraft, wenn die Zuschlagstoffe auf eine relativ hohe Temperatur gebracht werden, was Sicherheits- und Umweltprobleme verursacht. Bei kontinuierlichen Heißmischtrommelanlagen reicht die kurze Mischzeit gelegentlich nicht aus, um eine angemessene Freisetzung des Wassers zu bewirken. Bei beiden Heißmischfertigungsverfahren wird eine beachtliche Menge an zusätzlicher Energie gebraucht, um das in der Emulsion enthaltene Wasser zu verdampfen. Diese Wasser-in-Öl-Emulsionen gefrieren, wenn sie bei entsprechend niedrigen Temperaturen gelagert werden, was ein vorzeitiges Aufspalten der Emulsion zur Folge hat. Wenn die Emulsionen aus irgendeinem Grunde überhitzt werden sollten, kann vorzeitig Wasserverlust eintreten und die Emulsion umgekehrt werden, was möglicherweise zu schwerwiegenden Problemen bei der Handhabung führt und einen Anwendungsverlust des Produktes mit sich bringt.

Am wichtigsten vom Standpunkt der Qualität ist es, das Wasser so schnell und so vollständig wie möglich aus dem Eumlsionsrest zu entfernen, der am Zuschlagstoff haftet. Die Wasserphase der Emulsion trägt unvermeidlich zu einem hohen Wassergehalt des Asphaltbetons bei der Aufbringung bei, und die Rate der anschließenden Verdampfung kann durch Umweltbedingungen beeinflußt werden. Es besteht also ein erhebliches Maß an Unsicherheit hinsichtlich der Rate und des Ausmaßes des Trocknens während der Aushärtephase von Asphaltbeton, der aus Asphaltemulsionen gelegt wurde, was entsprechende Möglichkeiten der Variabilität wichtiger Eigenschaften an jedem Punkt im Aushärteprozeß beinhaltet.

Asphaltemulsionen, die im Heißmischverfahren eingesetzt wurden, sind u.a. eine Klasse anionischer Emulsionen, die als «High-float"-Emulsionen bezeichnet werden. Bei der Herstellung dieser Verbindungen wurden lange Zeit bekannte Verfahren angewendet, bei denen die Emulsion durch die Saponifikation von organischen Säuren, die in der Regel als Tallöl vorhanden sind, an Ort und Stelle stabilisiert wird. Nach der Entfernung des Wassers im Heißmischverfahren entsteht ein Asphalt mit verbesserten Rückstandseigenschaften.

Beispielsweise beschreibt US-PS 2 855319 eine Emulsion, bei welcher Tallöl durch Natriumhydroxid saponifiziert wird und eine Tallölseife ergibt, die als Emulgiermittel dient, von welchem behauptet wird, daß es dem Emulsionsrückstand des ausgehärteten Asphaltbetons bessere Eigenschaften vermittelt. Ebenso beschreibt US-PS 3904428 eine Asphaltemulsion, bei welcher beispielsweiseTallöl, das bei Vorhandensein von beachtlichen Wassermengen mit Natriumhydroxid saponifiziert wird, mit dem Asphaltzement in einem bestimmten Temperaturbereich gemahlen wird, was eine geleeartige Masse ergibt, die höhere Asphaltmengen als üblich enthält. Es wird behauptet, daß der höhere Asphaltgehalt die Tendenz des Asphalts, aus den nassen Zuschlagstoffen abzufließen, verringert und eine vollständigere Abdeckung ergibt.

US-PS 4422084 beschreibt „High-floaf-Emulsionsprozesse (stark schwimmende Emulsionsprozesse), bei denen Tallöl zuerst mit Asphalt gemischt wird, der mit verschiedenen Modifikatoren vorbehandelt wurde, welche die Eigenschaften des Asphalts, nicht aber das Brechen der Emulsion beeinflussen. Offengelegt wird auch "»in Verfahren, bei welchem der Emulsifikator, der beispielsweise aus Tallöl, das in Wasserlösung mit Natriumhydroxid reaghrt worden ist, besteht, mit dem Asphalt verschnitten wird. Das Verhältnis der Emulsifikatorkomponenten kann variiert werden, um Unterschiede in der Asphaltzusammensetzung ausgleichen zu können.

Eine Veröffentlichung der Tall Oil Products Division of the Pulp Chemicals Associations, .Tall Oil and Its Uses" (Tallöl und seine Anwendungen) (F. W. Dodge Company, 1965), unterstreicht die Bedeutung von Benetzungsmitteln in der Emulsion, um Wasser auf den Zuschlagstoffen zu verdrängen und die Bindung des Asphaltzements an diesen zu erleichtern. In diesem Zusammenhang wird der Einsatz von Tallölfettsäuren als Emulgiermitteln beim Fließbarmachen von Asphalt für den Straßenbau beschrieben. Eine allgemeine Übersicht über die Hoißmischungs- und Kaltmfechungsverfahren für den Straßenbau wird in .Highway Engineering* (Straßenbau), Wright und Paquette, 4. Auflage (John Wiley & Sons, 1979), gegeben. Eine neuere Übersicht über Heißmischverfahren ist in den .Principles of Construction of Hot-Mix Asphalt Pavements" (Prinzipien des Baus von Heißmischasphaltstraßendecken), The Asphalt Institute, Manual Series Nr.22 (MS-22), Januar 1983, enthalten, auf die bereits verwiesen wurde. Eine Übersicht üb.r Kaltmischverfahren unier Verwendung von Asphaltemulsion ist in .A Basic Asphalt Amulsion Manual" (Grundlegendes zur Asphaltemulsion), The Asphalt Institute, Manual Series Nr. 19 (MS-19), März 1979, enthalten.

Die Saponifizierungsreaktion wurde zur Verfestigung von normalerweise flüssigen Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Vergaserkraftstoffen, angewendet, um deren sichert Handhabung und Anwendung zu erleichtern. Beispielsweise legt US-PS 2385817 die Verfestigung von „normalerweise) flüssigen Kohlenwasserstoffen" durch die In-situ-Bildung von Metallseife offen, die aus der Saponifizierung eines Gemische aus Stearinsäure und Rosin mit Natriumhydroxid und einer kleinen Menge anhydrischem Methanolalkohol gewonnen wurde. Es wird ausgeführt, daß der Alkohol die Reaktion .beschleunigen" soll. Die .flüssigen Kohlenwasserstoffe" sind Vergaserkraftstoffe und andere Erdöldestillate, die leicht brennbar sind und als brennbare Treibstoffe eingesetzt werden sollen. Als solche werden sie bei der Erdölraffinerierung weit leichter als Asphaltrückstand geschnitten.

Ebenso wurden Seifenschmiermittel, die ebenfalls auf leichteren Erdöldestillaten basieren, beschrieben, beispielsweise von Lockhart, American Lubrlcante (Chemical Publishin Company, 1927), S. 163 und folgende, und in US-PS 3098823. Es wurde, was nicht überrascht, erkannt, daß Wasser in einem Schmiermittel ein unerwünschter Bestandteil ist. Beispielsweise wird in US-PS 2394907 ein Schmiermittel durch Suspendieren von Natriumhydroxid in,einem nichtreaktiven, flüssigen Medium" wie Mineralöl, Mahlen des Natriumhydroxids in diesem und Saponifizieren einer Fettsäure bei Fehlen von zugesetztem Wasser hergestellt. Es wird behauptet, daß das Erhitzen des Gemische auf eine »Saponif izierungstemperatur" die Reaktion einleitet, bei der als unerwünschtes Nebenprodukt Wascer entsteht, das dann entfernt werden muß.

Eine ähnliche Reaktion wird in US-PS 2888402 beschrieben, bei der aber ein Metallhydroxid mit Hydratwasser verwendet wird, welches beim Erhitzen freigesetzt wird und welches, to wird angenommen, die Saponifizierungsreaktion einleitet. Lithiumhydroxid, auf das speziell als Wasserquelle verwiesen wird, initiiert eine erste Saponifizierungsstufe, gefolgt von einer zweiten Stufe, in welcher andere Metallhydroxide eingesetzt werden.

Ungeachtet der langen Geschichte und der umfangreichen Anwendung von Schmiermitteln, bei denen Organogele durch die In-situ-Saponifizierung erzeugt wurden, wurde diese Schmiermitteltechnologie niemals von der Asphaltindustrie so übertragen und angewendet, daß die beachtlichen Vorteile der Gelbildung bei Asphaltstoffen erzielt werden konnten. Vielmehr ist die Anwendung von Asphalt im Straßenbau, bei Dachkonstruktionen und für spezielle Anwendungen bis zur vorliegenden Erfindung immer der Bereich herkömmlicher Technologien mit Asphaltzement und, im geringeren Umfang, Verschnitt- und Emulsionsverfahren geblieben.

Gegenwärtig muß Asphaltzement für den Straßenbau sorgfältig ausgewählt werden, so daß der Asphaltbeton bei höheren Temperaturen nicht unzulässig weich wird oder bei niedrigeren Temperaturen reißt. Die Notwendigkeit dieser Auswahl hat zur Anwendung weicherer Asphaltsorten unter nördlicherem oder kälterem Klima und härterer Asphaltsorten unter südlicherem oder wärmerem Klima geführt. In vielen Klimazonen aber sind die Straßenbeläge den Extremen von hoher wie auch von niedriger Temperatur ausgesetzt, was zu Kompromissen in der Aurwahl des Asphalts führt, wobei keine einzelne Asphaltsorte über dem gesamten Bereich klimatischer Temperaturen vollkommen geeignet ist.

Daher ist die Temperaturanfälligkeit eines Asphaltzements bei Asphaltbetonanwendungen von erstrangiger Bedeutung. Der Asphalt muß seine strukturelle Integrität bei hohen Temperaturen bewahren, ohne bei niedrigen Temperaturen unangemessen steif zu werden und zu brechen. Diese Eigenschaften müssen aber im Asphaltbelag über viele Zyklen der Temperaturänderung, Gefrieren und Tauen und ständig variierenden Lasten erhalten bleiben. Je geringer der Anstieg der Viskositäts-Temperatur-Kurve, dargestellt als Doppeltlogarithmus der Viskosität, ist, desto günstiger sind die Temperaturanfälligkeitseigenschaften des Asphaltzements.

Durch Oxydation bei längerer Einwirkung von Umgebung und Verkehr werden Asphaltzemente mit dem Alter hart. Die Altershärtung ist eine weitere Eigenschaft von Asphaltbeton, die genau beachtet werden muß. Je niedriger der Anstieg der Viskositäts-Zeit-Kurve, dargestellt als Doppeltlogarithmus der Viskosität, desto günstiger sind die Altershärtungseigenschaften dos Asphalts.

Außerdem ist es wichtig, daß der Asphaltzement, de.· als Asphaltbeton eingebracht wird, günstige Eigenschaften der Beständigkeit unter normalen Witterungs- und Alterungseigenschaften aufweist. Beständigkeit ist die Eigenschaft, der Desintegration über die Zeit unter der vorherrschenden Wetter- und Verkehrsbedingungen standzuhalten. Wiederholtes Gefrieren und Tauen sowie die Oxydation in Verbindung mit dem Alterungsprozeß sind Faktoren, welche die Beständigkeit beeinflussen.

Es ist offensichtlich, daß ein Asphaltzement qualitativ dem Ideal nahekäme, wenn die niedrigste AC-Klassifizierung entsprechend der Niedriptemperaturerwägungen von Sprödigkeit und Rißbildung einbezogen werden könnte, ohne dadurch die Hochtemperatureigenschaften der viskoseren, höheren AC-Sortenzu beeinträchtigen. Das Mischen von Asphaltzementsorten in den bekannten Heißmischasphaltverfahren Ist zwar möglich, führt aber leider unvermeidlich zu einem unbefriedigenden Kompromiß der Eigenschaften. Beispielsweise werden durch das Verschneiden der genannten Asphaltsorten im Verschnitt nicht die wünschenswerten temperaturabhängigen Viskositäten jeder Sorte enthalten; das verschnittene Produkt hat vielmehr Viskositätseigenschaften, die zwischen den ursprünglichen Werten liegen.

Ebenso müssen bei der Anwendung von Dachasphaltzementen für Dachkonstruktionen Temperaturanfälligkeit und Altershärtung berücksichtigt werden. Verbunddächer mit einem Asphaltüberzug bilden die Mehrzahl der kommerziellen und industriellen Dacheindeckungen in den Vereinigten Staaten, Verbunddächer sehen das Aufbringen von abwechselnden Schichten von Asphalt und asphaltimprägnierten Matten vor, wobei der Asphalt als Dachasphaltzement heiß aufgebracht wird. Spezielle Asphaltanwendungen, zu denen Fugen- und Rißfüllmittel, Recyclings-Mittel und Mittel zur Wasser- und Dämpfungsdämmung gehören (ASTM D449), müssen auch die Temperaturabhängigkeit und die Altershärtung bei der Bestimmung des Leistungsverrrltens der betreffenden Erzeugnisse berücksichtigen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, insbesondere das Aufbringen qualitativ hochwertiger Straßendecken sowie Dacheindeckungen zu ermöglichen.

Darlegung des Wesens dar Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eint.-> gelierten Asphaltzement mit besseren Eigenschaften als herkömmlicher Asphaltzement, einschließlich verringerter Temperaturanfälligkeit und niedrigerer Rate der Altershärtung, zu schaffen und diese Ergebnisse mit herkömmlichen Heißmischapshaltverfahren in vorhandenen Heißmischvorrichtungen, Standardausrüstungen für die Dacheindeckung und Anwendungsvorrichtungen für spezielle Asphaltanwendungen zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen neuartigen Mehrzweckasphaltzement gelöst. Inibesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen gelierten Asphaltzement, der durch Gelieren von verflüssigtem Asphalt im wesentlichen frei von Wasser hergestellt wird.

Die vorliegende Erfindung sieht welter ein Verfahren vor für die Herstellung von geliertem Mehrzweckasphaltzement, welches darin besteht, ein Asphaltmaterial, das im wesentlichen trocken ist, zu verflüssigen, darin wenigstens eine Fettsäure und wenigstens eine Harzsäure durch Reaktion mit wenigstens einer saponifizierbaren Menge einer im wesentlichen trockenen Alkalimetallbase zu saponifizieren und das Reaktionswasser zu entfernen, um gelierten Mehrzweckasphaltzement herzustellen. Einfach ausgedrückt, sieht das Verfahren vor die Saponifizierung von wenigstens einer Fettsäure und wenigstens einer Harzsäure mit einer Alkalimetallbase in dem verflüssigten Asphalt, der im wesentlichen frei von Wasser ist, oder es sieht den Zusatz des bereits saponifizierten Produktes zu dem flüssigen Asphalt vor. Der resultierende, gelierte Asphaltzement wird in herkömmlichen Verfahren bei Anwendungen im Straßenbau, Dacheindeckungen und Spezialbereichen eingesetzt. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ersichtlich.

Herkömmlicher Asphaltzement hat bei erhöhten Temperaturen, wie sie bei Heißmischverfahren angewendet werden, die Theologischen Eigenschaften einer Flüssigkeit. Der Asphalt bleibt während seiner Verbindung mit den Zuschlagstoffen und dem Aufbringen als Asphaltbeton eine Flüssigkeit, die entsprechend ihrem speziellen Viskositäts-Temperatur-Verhältnis fließfähig ist. In diesem physikalischen Zustand ist der Asphalt anfällig, in Abhängigkeit von solchen Faktoren wie Temperatur, Art und wirksame Oberfläche der Zuschlagstoffe und Größe und Konfiguration der Hohlräume von den ZuscN ""stoffen herabzufließen. Es wurde nun festgestellt, daß Asphalt durch eine direkte Saponifizierungsreaktion geliert werden kann, bei welcher nur eine Spurenmenge einer ionisierenden Flüssigkeit gebraucht wird, um Innerhalb des verflüssigten Asphalts eine ionisierende Zone zu bilden, in welcher die Saponifizierungsreaktion beginnen kann. Das im Verlauf der Reaktion erzeugte Wasser reicht aus, um eine Reaktion aufrechtzuerhalten, die die gesamte Mischung durchdringt, welche aus dem Asphalt und den Saponifizierungsbe'standteilen besteht. Als Teil dieses Prozesses wird das Wasser entfernt.

Auf Grund der qualitativen Vorteile des gelierten Mehrzweckasphalts, der nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, kann ein Asphalt mit einer niedrigeren AC-Qualität (niedrigere Viskosität) ausgewählt werden, um einen Asphaltbeton mit den Niedrigtemperatureigenschaften dieser Sorte herzustellen, der gleichzeitig die Hochtemperatureigenschaften einer höheren Sorte (d. h„ eines Asphalts mit höherer Viskosität) aufweist. Faktisch ermöglichen diese Asphaltzemente eine stärkere Abflachung der Viskositäts-Temperatur-Kurve, als sie mii einer einzigen Sorte oder einer Sortenmischung erzielt wird. Ebenso werden verbesserte Altershärtungseigenschaften und eine stärkere Abflachung der Viskositäts-Zeit-Kurve festgestellt. Demzufolge wird der Begriff „Mehrzweck'-Asphalt hler zur Beschreibung eines neuartigen, gelierten Asphaltzements mit verringerter Temperaturanfälligkeit und verbesserten Altershärtungseigenschaften gegenüber herkömmlichen Asphaltzement verwendet. Mehrzweckasphaltzement ist nach einem neuartigen Verfahren herzustellen, ist im wesentlichen wasserfrei, wie aus der Eigenschaft ersichtlich wird, bei etwa 220T (ca. 104⁰C) oder höheren Temperaturen ohne Schaumbildung lagerbar zu sein. Er eignet sich zum Mischen mit Zuschlagstoffe!, um nach herkömmlichen Heißmischverfahren Asphaltbeton herzustellen, und ist für herkömmlichen Dacheindeckungs- und S( ezialanwendungen geeignet.

Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung wird, wie oben ausgeführt, ein gelierter, im wesentlichen wasserfreier Mehrzweckasphaltzement vorzugsweise hergestellt durch Gelierung eines verflüssigten Asphaltmaterials, das im wesentlichen frei von Wasser ist, wozu in diesem wenigstens eine Fettsäure und wenigstens eine Harzsäu: e durch Reaktion mit einer Alkylmetallbase in fein verteilter, im wesentlichen trockener Partikulatform saponifiziert werden, gefolgt von der Entfernung des Reaktionswassers aus dem reagierten Gemisch. Das Wasser, das normalerweise an die Reaktionsbestandteile gebunden ist, reicht im allgemeinen aus, um die Saponifizierungsreaktion einzuleiten, ohne daß eine so beschleunigte Reaktionsrate verursacht wird, bei der eine unangemessene Schaumbildung des Reaktionswassers auftritt, wenn dieses aus dem Reaklionsgemisch austritt.

Das Aspholtmaterial kann aus jeder Quelle für Asphalt abgeleitet werden, beispielsweise natürlichem Asphalt, Gesteinsasphalt oder vorzugsweise Erdölasphalt, der im Verfahren der Erdölraffinerie gewonnen wird. Der Asphalt kann aus den Sorten ausgewählt werden, wie sie gegenwärtig nach AASHTO oder ASTM klassifiziert sind, oder es kann sich um einen Verschnitt verschiedener Asphalte handeln, der keine spezielle Gütedefinition erfüllt. Dazu gehören Blasenasphalt, vakuumdestillierter Asphalt, dampfdestillierter Asphalt, Verschnittasphalt oder Dachasphalt. Asphaltzusätze wie Antistrippmittel oder Polymere können in den Asphalt einbezogen werden. Vorzugsweise nutzt der Mehrzweckasphalt nach der Erfindung eine weiche Güte, beispielsweise AC-S, wenn ein Asphalt für Straßendecken hergestellt werden soll. Als Alternative dazu kann Gilsonit, natürlich oder synthetisch, allein oder mit Erdölasphalt gemischt ausgewählt werden. Synthetische Asphaltmischungen, die für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, werden beispielsweise in US-PS 4437896 beschrieben. Djs verflüssigte Asphaltmaterial, welches die Saponifizierungsbestandteile enthält, wird durch eine Mühle mit hoher Scherung geführt, um die Teilchengröße der Alkalimetallbase zu verkleinern und die Base und die organischen Säurekomponenten in dem verflüssigten Asphalt zu dispergieren, um die Saponifizierungsreaktion zu erleichtern. Als Schermühle sollte ein Typ verwendet werden, der die Teilchengröße des Basenmaterials auf unter etwa 425pm verringern kann.

Als Alternative dazu kann gelierter Asphaltzement hergestellt werden durch den Zusatz von vorgefertigter Seife zu dem verflüssigten Asphalt. Da vorgefertigte Seife, die im wesentlichen frei von Reaktionswasser ist, verhältnismäßig hart ist, wird sie vorzugsweise vor dem Zusatz zum verflüssigten Asphalt gemahlen oder geschmolzen. Die Wahl zwischen einer In-situ-Saponifizierung und einer äußeren Saponifizierung verlangt das Abwägen verschiedener Faktoren. Obwohl durch dio In-situ-Reaktion im verflüssigten Asphalt unerwünschtes Wasser gebildet wird, verdampft das Wasser bei den herrschenden Temperaturen leicht. Eine äußere Reaktion verlangt zusätzliche Schritte und zusätzliche Ausrüstung für die Reaktion, Lagerung, das Mahlen (wenn das Saponifizierungsprodukt als feste Seife aufbewahrt wird) und den Transport. Durch das Schmelzen der Seife wird die Temperatursteuerung kritisch, und es werden Temperaturen angewandt, die im allgemeinen höher als im verflüssigten Asphalt sind. Man zieht es daher vor, die Saponofizierungsreaktion an Ort und Stelle auszuführen.

Das Asphaltmaterial, vorzugsweise Erdölasphalt, wird erhitzt, um eine frei fließende Flüssigkeit zu erhalten, oder es wird eine noch etwas höhere Temperatur herbeigeführt, i:m das Verdampfen des Wassers der Saponifizierungsreaktion zu erleichtern. Es kann mit Temperaturen zwischen etwa 3SO⁰F und 450°F (ca. 177 ⁰C bis 232⁰C) gearbeitet werden, bevorzugt wird eine Temperatur von etwa 400°F (ca. 204°C).

Die Alkalimetallbase kann ein Alkalimetall, Alkalimetalloxid, Alkalimetallhydroxid oder Alkalimetallsalz sein, beispielsweise Natriummetall, Natriumoxid, Natriumkarbonat oder das bevorzugte Natriumhydroxid, oder es können die entsprechenden Kalium- oder Lithiumverbindungen eingesetzt werden. Vorzugsweise sollte die Base im wesentlichen trocken und in feinverteilter Partikulatform sein, wenn sie zugesetzt wird.

Die saponifizierbaren organischen Säuren (für den vorliegenden Zweck beispielsweise einschließlich deren Ester) können eine oder mehrere gesättigte oder ungesättigte, geradkettige oder verzweigte Fettsäuren mit etwa 12 bis etwa 24 Kohlenstoffatomen sein. Beispiele dafür sind Stearin·, Olein-, Linol-, Linolen- und organische Sulfonsäuren. Die Harzsäuren können beispielsweise Abietinsäure, Neoabietinsäure, Dihydroxyabietinsäure, Palustrinsäure oder Isodextropimarsäure oder deren Mischungen sein. Die organische Säurekomponente wird vorzugsweise und vorteilhaft in Form eines Tallöls zugesetzt. Tallöl ist das flüssige, harzartige Material, das man bei der Zersetzung von Holzpulpe zur Papierherstellung gewinnt. Kommerzielles Tallöl besteht im allgemeinen aus ei»eci Komplex von Fettsäuren, hauptsächlich Fettsäuren mit 18 Kohlenstoffatomen, Harzsäuren und nichtsaponifizierbaren Substanzen, einschließlich Sterolen, höheren Alkoholen, Wachsen und Kohlenwasserstoffen. Das Verhältnis dieser Bestandteile im Tallöl variiert in Abhängigkeit von einer Reihe von Faktoren, einschließlich der geografischen Lage der Bäume, von denen die Holzpulpe stammt. Die nichtsaponifizierbaren Substanzen im Tallöl sollten vorzugsweise weniger als etwa 30% ausmachen (ASTl 4 D803). Das Verhältnis von Fettsäure zu Harzsäure sollte zwischen etwa 0,7 und etwa 2 liegen und vorzugsweise etwa 1:1 betr&jen. Wenn Rohtallöl verwendet wird, werden vorzugsweise etwa 2% Asphalt mit wenigstens einer stöchiometrischen Menge der Alkalimetallbase reagiert. Entscheidet man sich für raffinierte Tallöle oder einzelne Fettsäuren aus anderen Quellen als Tallöl oder werden die Fettsäuren mit Harzsäuren in einem synthetischen Tallöl verschnitten, sollten die Mengen annähernd denen der Säurekomponenten des Rohtallöls sein. Im allgemeinen wird eine vollständige Neutralisierung der Alkalimetallbase mit dem Tallöl bevorzugt, was auf etwa äquimolare Mengen von Säure und Base hinweist.

Um die Saponifizierungsreaktion einzuleiten, braucht nur eine extrem geringe Menge eines ionisierenden Mediums, beispielsweise Wasser, vorhanden zu sein. Beispielsweise reicht im bilgemeinen das Wasser, das normalerweise als Feuchtigkeit auf der Oberfläche einer hygroskopischen Base, wie dem im wesentlichen trockenem Natriumhydroxidreaktionsmittel, vorhanden ist, aus. Ebenso ist das Wasser, das normalerweise in kommerziell erhältlichem Rohvallöl vorhanden ist, mehr als ausreichend für die Einleitung der Reaktion. Wenn eine Base ausgewählt wird, an die ein oder mehrere Moleküle Hydratwasser gebunden sind, beispielsweise hydriertes Lithiumhydroxid, setzt die Wärme des verflüssigten Asphalts genügend Wasser frei, um die Reaktion einzuleiten.

Wenn das Reaktionsgesamtsystem kein Wasser oder anderes ionisierendes Medium enthält (wie das beispielsweise der Fall ist, wenn eine trockne, nicht-hygroskopische Base und ein wasserfreies, raffiniertes Tallöl eingesetzt werden), wird die Reaktion durch den Zusatz einer geringen Wassermenge zum verflüssigten Asphalt gestartet. Es ist natürlich wichtig, daß dieser Zusatz an einem Punkt erfolgt, an dem das Wasser in den verflüssigten Asphalt einbezogen wird, bevor es verdampft wird. Ein Einspritzen am Hals oder dicht an diesem der Mühle reicht in der Regel aus. Als grobe Richtlinie kann gesagt werden, daß eine Wassermenge von weniger als etwa 0,001 % auf der Grundlage des Asphalts ausreichend ist. Tatsächlich wurde die Saponifizierungsreaktion in der Praxis mit einer Wassermenge eingeleitet, die mit Standardtechniken nicht meßbar ist.

Ungeachtet der Quelle für das ionisierende Medium, reicht im allgemeinen das enge Mischen während des Mahlvorgangs aus, um die gewünschte Verteilung zu erzielen, bevor ein Verdampfen eintritt. Natürlich ist, wenn Reaktionswasser gebildet wird, ein Überschuß an .ionisierendem Medium" vorhanden, und an diesem Punkt ist es vorteilhaft, wenn Verdampfung auftritt, um einen im wesentlichen trockenen Asphaltzement herzustellen.

Als ionisierendes Medium können ebenfalls kleine Mengen eines Alkohols, beispielsweise Methylalkohol und andere, niedere, aliphatische Alkohole, eingesetzt werden. Das durch Reaktion mit einem Alkalimetallhydroxid gebildete Alkoholat erleichtert die Saponifizierungsreaktion auf die gleiche Weise und ergibt im Fortgang der Reaktion Wasser. US-PS 2 385817 beschreibt die beschleunigende Eigenschaft von Alkoholaten bei der Saponiflzlerung von flüssigen Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Vergaserkraftstoffen. Im allgemeinen ist die Verwendung von Alkohol als eine Komplizierung des Verfahrens zu vermeiden, da die Lagerung und der Umgang mit einem weiteren Bestandteil erforderlich sind. Die Ausführung der Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht:

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

In einen beheizten und isolierten Behälter mit kegelförmigem Boden und einem Fassungsvermögen von einer Gallone (3,7853I) wurden 1500g Asphaltzement AC-20 gegeben, der auf 400⁰F (ca. 200"C) vorerhitzt war. Der Boden des Kegels war mit einem Ventil versehen, um den Asphalt durch eine Kolloidmühle mit starker Scherung führen und oben in den Behälter weiter einführen zu können. Während der Asphalt durch die Mühle geführt wurde, wurden 3,7 g Natriumhydroxidkügelchen dem zirkulierenden Asphalt zugesetzt. Die Kügelchen waren vor Feuchtigkeit geschützt worden, um die Einführung von unerwünschtem Wasser zu vermeiden. Die Zirkulation des Gemische dauerte etwa 2min an, dann wurden Proben entnommen und durch ein Sieb Nr.40 (425 pm) geführt. Dem zirkulierenden Gemisch wurden 30g Rohtallöl zugesetzt. Bei der beginnenden Reaktion wurde ein Mol Wasser je einem McI organischer Säure im Rohtallöl erzeugt, wobei das Wasser durch fortdauerndes Erhitzen und Mischen als Schaum verschwand. Im Fortgang der Reaktion erhöhte sich die Viskosität des Gemischs. Es wurde so lange weiter gemischt, bis keine Schaumbildung mehr beobachtet wurde, was auf eine abgeschlosse Reaktion hinweist und etwa 15min nach Zusatz des Tallöls eintrat. Zum Testen wurden Proben entnommen.

Die Ergebnisse der verschiedenen Tests werden in der Tabelle 1 und in den Abbildungen 1 bis 3 zusammen mit den Testergebnissen von Proben von Asphaltzement gegeben, bevor diese der Mehrzweckbehandlung nach dem oben beschriebenen Verfahren unterzogen worden waren.

Beispiel 2

Nach dem Verfahren aus Beispiel 1 wurde anstelle von Asphaltzement AC-5 Asphaltzement AC-20 eingesetzt. Die physikalischen Eigenschaften desresultierendenAsphaltzementswerdeninderTabelle 1 und in den Abbildungen 1 bis 3 gegeben und mit den Eigenschaften verglichen, dio beim Testen des gleichen Asphaltzements vor der Mehrzweckbehandlung nach Beispiel 1 ermittelt worden waren.

Beispiel 3 Nach dem Verfahren von Beispiel 1 wurde Asphaltzement AC-10'anstelle von Asphaltzement AC-20 eingesetzt. Die

physikalischen Eigenschaften des resultierenden Asphaltzements werden in der Tabelle 1 und In den Abbildungen 1 bis 3 gegeben und mit den Eigenschaften verglichen, die beim Testen des gleichen Asphaltzements vor der Mehrzweckbehandlung nach-Beispiel 1 ermittelt worden waren.

Die gelierten Mehrzweckasphalte, die zur Bes-nreibung in der Tabelle 1 undindenAbbildungen 1 bis 3 gegeben werden, werden

sowohl nach der herkömmlichen Asphaltgüte als auch nach der äquivalenten Güte, in Begriffen der Viskosität bei 140°F (60°C), aufgeführt, in welche diese Güten durch die Mehrzweckbehandlung umgewandelt wurden. Beispielsweise bezeichnet MG-5-20 oinen Mehrzweckasphalt, der aus Asphalt AC-5 hergestellt wurde und bei 14O⁰F (60⁰C) die Viskositätseigenschaften eines

Asphalts AC-20 aufweist. Tabelle 1

	Vor der Behandlung	AC-20	AC-10	AC-5	Nach der Mehrzweckbehandlung	(MG-10-30)	(MG-5-20)
	AC-40				(MG-20-40)	AC-10	AC-5
					AC-20
Eindringung Θ 39⁰FH⁰C), 200g,		21	31	47		31	53
60 s, Tiefe mm	16	72	111	172	21	84	131
Eindringung Θ 77⁰F (25⁰C), T. mm	44	62	22	15	52	54	30
Viskosität, 39⁰F, 0,1 β"', P χ 10«	160	1820	910	530	80	2960	2200
Viskosität, 140'F(OO⁰C), 1s"¹, P	3500	3,7	2,5	2,2	3950	14	6,5
Viskosität, 275°F(135°C),10s-\P	4,7	124	117	111	19	153	150
Erweichungspunkt, ⁰F	135	+0,3	+0,4	+0,1	165	+5,8	+5,4
Eindringindex(PI)	+0,1	-0,68	-0,84	-0,47	+3,5	+ 1,58	+1,09
Eindring-Viskositäts-Zahl (PVN)	-0,89	3800	1750	1150	+ 1,29	4200	2400
Viskosität nacch 5 h (TFOT)	6400	2,03	1,93	2,17	6300	1.41	1,09
Alterungsindex	1,83	167C0	6770	3900	1,59	4800	3300
Viskosität nach 15h (TFOT)	26000	9,18	7,44	7,34	1200	1,40	1,50
Alterungsindex	7,43	43oO	2100	1110	3,30	4310	3800
Viskosität nach Walzen (TFOT)	8900	2,41	2,31	2,09	5300	1,45	1,73
Alterungsindex	2,54			1,34

Die in der Tabelle 1 aufgeführten Ergebnisse ermöglichen einen direkten Vergleich der verschiedenen Eigenschaften der

angegebenen Asphültzementgüten vor (als herkömmlicher Heißmischasphaltzement) und nach der Mehrzweckbehandlung. Bei diesen Versuchen wurden zwei häufig angewendete Verfahren zur Bestimmung der Temperaturanfälligkeit von Asphalt einbezogen.

Das erste Verfahren ist ein Eindringungsindex (Pi), der von Pfeiffer und Van Doormal entwickelt und im Journal of Institute of Petroleum Technologists, 12:414 (1936) beschrieben wurde. Dieses Verfahren nimmt für typische Straßenbitumen einen Wert

von Null an. Werte über Null sind weniger temperaturanfällig und Werte unter Null sind stärker temperaturanfällig als normale

Asphaltzemente. Tabelle 1 zeigt, daß der Pl-Wert durch die Behandlung nach der Erfindung für alle getesteten Asphaltgüten

wesentlich verbessert wurde.

Die zweite Methode ist die Nadelviskositätszahl (PVN), die von McLeod entwickelt und in den Proceedings of Asphalt Paving Technologists, 41:424 (1972) beschrieben wurde. Bei der PVN wird die Hochtemperaturviskosität des Asphalts ebenso genutzt

wie das Eindringen im Vergleich zu PVN-Indexwerten von guten und schlechten Asphalten. Auch in diesem Fall bezeichnet ein

Wert über Null einen Asphalt, der weniger temperaturanfällig als ein Asphalt mit einem Wert unter Null ist. Tabelle 1 zeigt, daß

alle getesteten Asphalte ebenso hinsichtlich der Temperaturanfälligkeit durch die Behandlung nach der Erfindung wesentlich verbessert sind.

Fig. 1 gibt das Verhältnis zwischen dem Eindringen, das ein Maß der Viskosität ist, und der Temperatur an. Die MehrzweckäBpuClte nach der Erfindung weisen einen flacheren Anstieg auf, was auf eine geringere Temperaturanfälligkeit

hinweist.

Ebenso zeigt Abb. 2 grafisch einen flacheren Anstieg der Viskositäts- rempera'ur-Kurve für Asphalte, die nach dem Verfahren der Erfindung verbessert wurden. Auch in diesem Fall haben alle behandelten Ai phalte einen flacheren Anstieg, was auf eine

geringere Temperaturanfälligkeit gegenüber herkömmlichen, nichtbehandalten Asphalten hinweist.

Tabelle I zeigt auch die Auswirkungen des Verfahrens dieser Erfindung auf die Alterungshärtungseigenschaften der Asphalte. Angewandt wurde die ASTM-DI 754-Testmethode über die Wirkung von Wärme und Luft auf Asphaltmaterialien (TFOT), um die Rate der Altershärtung von Asphalten zu charakterisieren. Angegeben wird auch die Altershärtungsrate, die durch Division der Viskosität des Asphalts nach TFOT durch die Viskosität vor TFOT ermittelt wird. Dieses Verhältnis der Viskosität nach der Dünnfilmofenbehandlung zur Viskosität vor der Dünnfilmofenbehandlung wird als Alterungsir.dex bezeichnet. Tabelle 1 zeigt

eine beachtliche Verbesserung des Asphalts nach der Behandlung gemäß der Erfindung sowohl hinsichtlich der TFOT-Werte als auch des Alterungsindexes.

Der Dünnfilmofentest wurde erweitert, um die Langzeitwirkung der Alterung von Dünnfilmen aus Asphalt zu veranschaulichen, dazu wurde die Alterungszeit von 5 auf 15 Stunden ausgedehnt. Tabelle 1 zeigt, daß die Altershärtungsrate des Asphalts durch die in den Beispielen beschriebene Behandlung wesentlich verringert wurde.

Abb. 3 ist eine Darstellung der Viskositätsänderung als Funktion der Altershärtungszeit im Dünnfilmofentest. Es ist offensichtlich, daß die Mehrzweckasphalte nach der Erfindung einen geringeren Anstieg der Viskositäts-TFOT-Kurve aufweisen, was auf eine niedrigere ftate der Altershärtung als bei herkömmlichen Asphalten hinweist.

Es sollte beachtet werden, daß normale Methoden zur Messung der Viskosität von Asphaltzementen, beispielsweise ASTM D 2170 und ASTM D 2171, nicht auf Mehrzweckasphalte nach der Erfindung anwendbar sind, weil der Asphalt nichtnewtonscher Art ist. Auf Grund der nichtnewtonschen Eigenschaften ist ASTM P-160 (1984) Viskosität von Asphaltemulsionsresten und nichtnewtonschen Bitumen durch Vakuumkapillarviskometer die bevorzugte Prüfmethode. Ergebnisse der verschiedenen Versuche werden in Tabelle 1 zusammen mit Testergebnissen dargestellt, die bei Proben des Asphalts vor der Meh'rzweckbehandlung nach dem oben beschriebenen Verfahren ermittelt wurden.

Aus den vorstehenden vergleichenden Versuchen geht hervor, daß die Behandlung nach der Erfindung die Eigenschaften von Eindringung, Viskosität und Viskosität nach 5 und 15 Stunden TFOT-Alterung wesentlich und vorteilhaft beeinflußt. Beispielsweise betrug die Viskosität von Asphalt AC-5 vor der Behandlung bei 140° F (ca. 60°C) 530 Poise. Die Behandlung des gleichen Asphalts nach dem Verfahren der Erfindung ergab eine Viskositätssteigerung auf 2 200 Poise, womit die Viskositätsanforderungen von AASHTO M-226 für einen Asphalt AC-20 erfüllt sind. Ebenso wurden durch diese Behandlung die Altershärtungseigenschaften jedes der Asphalte wesentlich und drastisch verbessert.

Beispiel 4

Nach dem Verfahren von Beispiel 1 wurden anstelle des Asphaltzements aus dem Beispiel 1 1500g Asphalt AC-10 eingesetzt und anstelle des Natriumhydroxids aus Beispiel 1 wurden 5,25g anhydrisches Kaliumhydroxid verwendet. Die Versuchsergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.

Beispiels Nach dem Verfahren aus Beispiel 4 wurden anstelle des Kaliumhydroxids in Beispiel 4 2,24g anhydrisches Lithiumhydroxid .

eingesetzt. Die Versuchsergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.

Beispiel β

Nach dem Verfahren aus Beispiel 4 wurden anstelle des anhydrischen Kaliumhydroxids aus Beispiel 4 5g anhydrisches Natriumkarbonat eingesetzt. Die Versuchsergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2	Beisp.4	Beisp. 5	Beisp. 6	AC-10
	KOH	LiOH	Na₂CO₃	Kontr.
	75	87	70	90
Eindringung, Tiefe mm	1850	1340	2300	1150
Viskosität, 140"F (6O⁰C), P	128	126	149	122
Erweichungspunkt, ⁰F	+0,8	+0,6	+2,9	+0,2
Eindringungsindex (Pl)	2743	2860	4189	3050
Viskosität nach TFOT, 5 h, P	1,49	2,13	1,82	2,65
Alterungsindex	5600	8174	6417	11400
Viskosität nach TFOT, 15 h, P	3,03	6,1	2,79	9,91
Alterungsindex

Tabelle 2 zeigt, daß alle Asphaltzemante gegenüber einer Kontrollprobe aus Asphalt AC-10 als Grundasphalt in Begriffen der Temperaturanfälligkeit auf der Grundlage des Eindringungsindexes und des la ngfristigen Alterungsindexes wesentlich verbessert waren.

Beispiel 7 ,,

Nach dem Verfahren aus Beispiel 4 wurden anstelle des Kaliumhydroxids in Beispiel 4 2,2 g Natriummetall eingesetzt. Es wurde

nur wenig Schaum beobachtet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.

Beispiel 8

Nach dem Verfahren aus Beispiel 4 wurde dem Asphaltzement zuerst Rohtallöl zugesetzt, gefolgt vom Mischen und dem Zusatz von Natriumhydroxldkügelchen In die Kolloidmühle mit hoher Scherung. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt. Dieses Beispiel zeigt, daß die umgekehrte Reihenfolge des chemischen Zusatzes keinen wesentlichen Einfluß auf die Eigenschaften des Asphalts hat, der nach dem Verfahren der Erfindung behandelt wurde.

Beispiele

In den Behälter aus Beispiel 1 wurden unter gründlichem Mischen 500g Rohtallöl mit einer Temperatur von 300⁰F (ca. 15O⁰C), gefolgt von 62,5g Natriumhydroxldkügelchen, gegeben. Aus dem resultierenden Gemisch wurden 33,75g entnommen und 1500g Asphalt AC-10 mit einer Temperatur von 400⁰F (ca. 205⁰C) zugesetzt. Das resultierende Gemisch wurde durch eine Kolloidmühle mit hoher Scherung geführt. Das so behandelte Produkt wurde wie oben getestet, die Testergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.

	Beisp.7	Beisp.8	Beisp.9	-9- 287 044
Tabelle 3	Natriummetall	Tallöl zuerst	Tallöl und Natrium
			hydroxid zusammen	Kontrolle
	68	67	72	AC-10
	3105	3275	2400
Eindringung	159	150 .	145	90
Viskosität, 140⁰F, P.	+3,8	+2,9	+2,5	1150
Erweichungspunkt, ⁰F	5650	5900	5620	122
Eindringungsindex (Pl)	1,82	1,80	2,34	+0,2
Viskosität ATFOT, 5 h	4805	8275	8125	3050
Alterungsindex	2,71	2,53	3,39	2,65
Viskosität ATFOT, 15 h			11400
Alterungsindex			9,91

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß die physikalischen Eigenschaften von Asphalterzeugnissen nach der Behandlung gemäß den Beispielen 7 bis 9 der Erfindung wesentlich verbessert sind, sowohl hinsichtlich der Temperat jranfälligkeit als auch der Altershärtung der Asphaltzemente im Vergleich zu einer Kontrollprobe von AC-10, wobei die Reihenfc Ige des Zusatzes der Bestandteile unwesentlich ist.

Beispiel 10

Es wurden Versuche durchgeführt, um die Empfindlichkeit von Asphaltemulsionsrückständen, die Rückstände mit hoher Aufschwimmung enthalten, auf die im Gemisch verbleibende Feuchtigkeit zu demonstrieren. Ein gewaschener Kalkstein nach ASTM Nr. 8 wurde mit 4% Mehrzweckasphaltzement beschichtet, der aus Asphalt AC-5 hergestellt worden war (was einen Asphaltzement MG 5-20) ergibt, und mit ebenso hergestelltem herkömmlichen Asphalt AC-20 (AASHTO M-226) verglichen. Gemischt wurden auch HFMS-2 H-Asphaltemul Jionen (ASSHTO M-140) mit Zuschlagstoffen durch den Zuratz von 5,7% Emulsion zur Herstellung eines 4%igen Restasphaltgemischs. Jede Charge des Asphaltzements wurde bei 300°F (ca. 150⁰C) 903 lang mit den Zuschlagstoffen gemischt. Bei der HFMS-2 H-Asphaltemulsion wurden die Zuschlagstoffe etwi um 100⁰F höher (auf ca. 205°C) erhitzt, um das Wasser zu entfernen. Die abschließende Gemischtemperatur betrug in allen Fällen 275°F (ca. 135⁰C). Etwa 300g jedes Gemischs wurden für die Dauer von einer Stunde in einen Ofen von 300⁰F (ca. 150⁰C) in einem Sieb Nr. 4 mit einem Durchmesser von 8 Zoll (203,2 mm) gegeben. Unter jedes Sieb wurde eine Schale gestellt, um den abgeleiteten Asphalt aufzufangen. Es wurden folgende Ergebnisse ermittelt:

Gramm Asphalt in Schale

MG 5-20 0

AC-20 9,9

HFMS-2 H 1.3

Diese Versuche zeigen die Beständigkeit von Mehrzweckasphalt gegenüber der Migration vom Zuschlagstoff im Vergleich zu herkömmlichem Asphaltzement AC-20 und mittelabsetzenden Resten von Asphaltemulsion mit hoher Aufschwimmung. Es wird behauptet, daß es eine spezielle Eigenschaft von Resten mit hoher Aufschwimmung ist, daß sie sie Migration des Asphalts in Heißmischungen verringern. Diese Versuche zeigen, daß dies im Verhältnis auf AC-20 gilt, der Mehrzweckasphalt nach der Erfindung ist jedoch auch in dieser Hinsicht den HFMS-Emulsionsrückständen entscheidend überlegen.

Beispiel 11

Die Eigenschaften der Gemische aus Beispiel 10 wurden über einem breiten Temperaturbereich gemessen. Zweck dieser Tests war es festzustellen, ob der Mehrzweckasphaltzement nach der Erfindung die Eigenschaften des Asphalt-Zuschlagmittel· Gemischs (der hauptsächlichen Endnutzung des Materials) verbessern würde.

Der gleiche Asphalt, der in der Ableitungsuntersuchung in Beispiel 10 eingesetzt wurde, wurde auch für die Asphalt-Zuschlagmittel-ßemisch-Untersuchung dieses Beispiels verwendet. Ein Zuschlagstoff ASTM Nr. 5, ein Zuschlagstoff Nr.8 und ein feinklassierter Sand wurden zu einem Gemisch mit Vi Zoll (19,05mm) (ASTM D-3515) gemischt. Der Zuschlagstoff und der Asphalt wurden vor dem Mischen auf 300⁰F (ca. 15O⁰C) erhitzt, nur der Asphalt HFMS-2h wurde bei 400⁰F (ca. 205⁰C) mit dem Zuschlagstoff gemischt und 90 s bei 77⁰F (ca. 24⁰C). Jedes kombinierte Gerr.iech enthielt 4,5% Asphalt. Jedes Gemisch wurde mit 75 Schlägen nach Marschall-Verdichtung gemäß ASTM D-1559 verdichtet. Es wurden vier Gemische mit jedem Asphalt hergestellt und bei vier verschiedenen Temperaturen getestet: 14O⁰F (6O⁰C), 100°F (ca. 38⁰C), 77 ⁰F (ca. 24⁰C) und 4O⁰F (ca. 4,5⁰C). Dieser Temperaturbereich stellte einen breiten Bereich der tatsächlich auftretenden Straßenbeiagstemperaturen dar. Die Steifigkeit wurde mit dem Marshall-Hveem-Apparat nach ASTM D-1559 und ASTM D-1560 gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 4 gezeigt.

Tabelle 4	Test/Temp,°F	MG 5-20	AC-20	HFMS-2H-Emulsion
Hveem
140	56	55	^O
100	55	63	27
77	55	66	33
40	79	87	56
Marshall
140	2450	2550	900
100	2850	4150	1250
77	3100	4750	1850
40	10000	17 500	2900

Diese Ergebnisse zeigen, daß die Steifigkeit (d. h., die Stabilität) des Asphaltbetons, der aus Mehrzweckasphalt nach der Erfindung hergestellt wurde, sich nicht in dem Maße erhöhte wie der aus herkömmlichem Asphaltzement. Die Ergebnisse zeigen auch, daß das Emulsionsgemisch (HFMS-2 h) bei hohen Temperaturen eine übermäßig geringe Stabilität

hat, was auf unvollständige Aushärtung (d.h., das Vorhandensein von Restfeuchtigkeit) zurückgeführt werden kann.

In den Beispielen 12 bis 14 wurden Versuche durchgeführt, mit denen demonstriert werden soll, daß nur eine ganz geringe Wassermenge notwendig ist, um die Saponifizierungsreaktion im Verfahren zur Herstellung von Mehrzweckasphaltzement nach

der Erfindung einzuleiten.

Beispiel 12

Es wurden 1500g Asphalt AC-10 auf 40O⁰Fk i.204°C) erhitzt und in den Behälter gegeben, der im Beispiel 1 verwendet wurde. Natriumhydroxid in einer Menge von 3,75g' vurde ebenfalls in einen trockenen, geschmolzenen Zustand vorerhitzt ur.d dem Asphalt zugesetzt und mit diesem eine Minute lang gemahlen. Tallöl wurde über zwei Stunden auf 275⁰F (135⁰C) erhitzt, um es vollkommen zu trocknen. Dem Gemisch aus Asphalt und Natriumhydroxid wurden 30g des getrockneten Tallöls zugesetzt, und das Ganze wurde 15min gemahlen. Die Testergebnisse werden in Tabelle 5 gezeigt.

Beispiel 13 Nach dem Verfahren aus Beispiel 12 wurden 2,2g Natriummetall anstelle des Natriumhydroxids eingesetzt. Die Testergebnisse

werden in Tabelle 5 gezeigt.

Belrplel 14

Nach dem Verfahren aus Beispiel 13 wurden dem Tallöl 0,015g Wasser zugesetzt und mit diesem gemischt, bevor der Zusatz

zum Asphalt erfolgte.

Tabelle 5

	Beisp. 12	Beisp. 13	Beisp. 14
	(trocken)	(trocken)	(Wasser)
Eindringung, 39⁰F, 200g, 60s, Tiefe, mm	31	31	31
Eindringung, 77'F, 100g, 5s, Tiefe, mm	83	111	85
Viskosität, 14O⁰F₁Is-', P	3075	920	2750
Erweichungspunkt, ⁰F	158	117	149
Eindringungsindex (Pl)	+4,3	+0,7	+3,8
Viskosität nach 5 h TFOT, P	4250	1785	4010
Alterungsindex	1,38	1,92	1,45
Viskosit.nach15hTFOT,P	4975	6820	6795
Alterungsindex	1,62	7,41	2,47

Die Ergebnisse zeigen, daß in den Beispielen 12 und 14 eine Saponifizierungsreaktion erfolgte, bei der im Asphaltzement

vergleichbare Eigenschaften beobachtet wurden. Eine Reaktion erfolgte im Beispiel 12, bei dem alle Reaktionsmittel speziell

getrocknet worden waren. Trotzdem war im System genügend Feuchtigkeit (unter der Meßkapazität des Labors) vorhanden, um die Reaktion einzuleiten.

Im Beispiel 13 erfolgte keine Reaktion, obwohl das gleiche Verfahren der Tallöltrocknung angewendet worden war. In diesem Fall war anstelle des geschmolzenen Natriumhydroxids aus Beispiel 12 Natriummetall eingesetzt worden. Wurde wiederum Natriummetall mit trockenem Tallöl verwendet, zusätzlich aber eine gering;, ivenge Wasser zugesetzt (0,001 %

des Asphalts), erfolgte im Gemisch die Sapcnifizierungsreaktion, wie im Beispiel 14 gezeigt wird.

Beispiel 15 Nach dem Verfahren aus Beispiel 1 wurde anstelle von Asphaltzement AC-20 Dachasphalt Typ I (ASTM-D312) eingesetzt. In der Tabelle 6 werden die Testergebnisse mit denen von herkömmlichem Asphalt in Begriffen typischer Versuche mit Dachhäuten

verglichen.

Tabelle β

VorBehandl. Typ I

MachBehandl

(MH-Typ-I-Il) Typ I

ASTM D 312 Typ II-Spe.'fikat.

Erweichungsp.,"F 146

Eindringung, 32⁰F, 200 g, 60 s, T. mm 14 Eindringung,77°F,100g,5s,T.mm 40 Eindringung, 115⁰F, 50 g, 5 s, T. mm 102 Eindringungsindex, Pl -2,2

2¹F-O-C,?: 'F-24'C, U5'F-48'C|

14

108-176 6+

18-40 100-

Diese Versuche zeigen, daß der behandelte Asphalt die Niedrigtemperatureigenschaften eines Dachasphalts vom Typ I und die Hochtemperatureigenschaften eines Dachasphalts vom Typ Il hat. Der Eindringungsindex des behandelten Asphalts ist ebenfalls wesentlich niedriger, was auf eine geringere Temperaturanfälligkeit hinweist.

Claims

1. Gelierter Asphaltzement, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Gelierung von verflüssigtem Asphalt, der im wesentlichen frei von Wasser ist, produziert wird.

2. Gelierter Asphaltzement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Zusatz von Tallöl und wenigstens einer saponifizierbaren Menge eines im wesentlichen trockenen Alkalimetallhydroxids zu dem verflüssigten, im wesentlichen von Wasser freien Asphalt produziert wird.

3. Gelierter Asphaltzement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tallöl Fettsäuren .und Harzsäuren in einem Verhältnis zwischen etwa 0,7 und etwa 2 und vorzugsweise im Verhältnis von etwa 1:1 enthält.

4. Verfahren zur Herstellung eines gelierten Mehrzweckasphaltzement, dadurch gekennzeichnet, daß es besteht aus

a. der Verflüssigung eines Asphaltmaterials, das im wesentlichen trocken ist,

b. der Saponifizierung von wenigstens einer Fettsäure und wenigstens einer Harzsäure in diesem durch Reaktion mit wenigstens einer saponifizierbaren Menge einer im wesentlichen trockenen Alkalimetallbase und

c. der Entfernung des Reaktionswassers, um einen gelierten Mehrzweckasphaltzement zu produzieren.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Asphaltmaterial Erdölasphalt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Asphaltmaterial AC-1, AC-2,5, AC-5, AC-10, AC-20, AC-30, AC-40, AC-50 oder deren Mischungen oder Dachasphalt der Typen I, Il oder III oder deren Mischungen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fettsäuren und Harzsäuren als Tallöl zugesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 4,5,6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalimetallbase ein Alkalimetallhydroxid und vorzugsweise Natriumhydroxid ist.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdölasphalt zur Verflüssigung erhitzt wird und das Alkalimetallhydroxid diesem in einer im wesentlichen trockenen, feinverteilten Partikulatform zugesetzt wird, das resultierende Gemisch dann einer Schermahlung unterzogen wird, um die Teilchengröße des Alkalimetallhydroxidpartikulats zu verringern und dieses Partikulat im Erdölasphalt zu dispergieren, und anschließend unter Mischen eine saponifiziorbar9 Menge Tallöl zugesetzt wird, um einen gelierten Mehrzweckasphaltzement herzustellen, wobei das Reaktionssystem eine geringe, aber ausreichende Menge an Wasser enthält, um die Saponifizierungsreaktion einzuleiten, ohne zu einer wesentlichen Schaumbildung zu führen, und das Wasser entfernt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tallöl und das Alkalimetallhydroxid vorgemischt und dem Erdölasphalt zugesetzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 7,8,9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Tallöl Fettsäuren und Harzsäuren in einem Verhältnis zwischen etv^a 0,7 urJetwa 2 und vorzugsweise in einem Verhältnis von etwa 1:1 enthält.

12. Verwendung eines gelierten Asphaltzements, der durch Gelieren von verflüssigtem im wesentlichen wasserfreien Asphalt hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß er als Straßen- und Dachbelag eingesetzt wird.

13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der gelierte Asphaltzement durch Zugabe von Tallöl, das Fettsäuren und Harzsäuren in einem Verhältnis von ca. 0,7 und ca. 2, vorzugsweise 1:1 und mindestens einen verseifbaren Mengenanteil eines Trockenalkalimetallhydroxids enthält, hergestellt wird.

14. Verwendung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß asphaltgetränkte Pappen auf einer Dachfläche ausgelegt und ausgerollt werden und daß mindestens eine Schicht des Asphaltzementes schwabbelnd aufgebracht wird, um ein Asphaltdach herzustellen.

15. Verwendung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Asphaltzement mit einem im wesentlichen wasserfreien Zuschlagstoff vermischt wird, das Gelasphalt-Zuschlaggemisch auf die zu asphaltierende Oberfläche aufgetragen und die aufgetragene Mischung auf die gewünschte Dichte verfestigt wird, um einen Asphaltbeton herzustellen.

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