DE69320271T2

DE69320271T2 - Zuschlagstoffbehandlung

Info

Publication number: DE69320271T2
Application number: DE69320271T
Authority: DE
Inventors: Robert Lewis Spokane Washington 99208 Dunning; Gerald Owen Stow Ohio 44224 Schulz
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: AU659385B2; ES2121034T3; CA2078294A1; EP0578057A3; DE69320271D1; EP0578057B1; AU4163993A; EP0578057A2; ATE169653T1; US5262240A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Bedeutung von Wegen und Überlandstraßen weiß man seit der Zeit des Römischen Reiches zu schätzen. Steinblöcke, Holzblöcke, Klinkersteine und Naturasphalt (Bitumen) werden seit Jahrhunderten zum Pflastern von Wegen und Überlandstraßen verwendet. Zu Beginn der Automobil-Ära bestanden die meisten Landstraßen-Oberflächen jedoch aus Schotter und Kies. Derartige Straßen waren oft rauh, staubig und eindeutig für den modernen Automobil- und Lastwagenverkehr unzureichend.
Heute werden Wege, Fernstraßen, Zufahrtswege und Parkplätze oft mit Asphaltbeton asphaltiert. Ein Fahrbahnbelag kann mit Asphaltbetonarten hergestellt werden, die staubfrei und glatt sind und die Festigkeit bieten, die für den modernen Automobil- und Schwerlastverkehr erforderlich ist. Asphaltbeton wird allgemein durch Mischen von Aggregat (Sand und Kies oder Schotter) mit der angemessenen Menge eines Asphaltkitts bei einer erhöhten Temperatur hergestellt. Der heiße Asphaltbeton wird dann mit Hilfe einer Legemaschine oder einer selbstfahrenden Straßenbetoniermaschine auf die asphaltierte Oberfläche aufgebracht und vor dem Abkühlen der Asphaltbeton-Mischung gründlich gewalzt. Der Asphaltbeton wird normalerweise in einer Dicke aufgebracht, die von etwa 25 bis etwa 100 mm variiert.
Asphaltbeton-Fahrbahnbeläge können so hergestellt werden, daß sie sehr glatt sind, was Fahrzeugen, die darauf betrieben werden, hervorragenden Reibungswiderstand bietet. Ein derartiger Asphaltbeton-Fahrbahnbelag kann auch leicht durch Einfügen von zusätzlichem heißem Asphaltbeton in Löcher und andere Arten von Schäden, die sich in der Oberfläche bilden, repariert werden. Asphaltbeton-Fahrbahnbeläge können auch leicht durch Auftragen von zusätzlichen Schichten von heißem Asphaltbeton auf alte Oberflächen, die reparaturbedürftig sind, ausgebessert werden.
Obwohl Asphaltbeton als Fahrbahnmaterial zahlreiche Vorteile bietet, ist seine Verwendung nicht problemlos. Ein erhebliches mit Asphaltbeton-Fahrbahnbelägen verbundenes Problem ist der Verlust der Haftung zwischen der Aggregatoberfläche und dem Asphaltkitt. Dieses Abreißen der Haftung zwischen dem Asphaltkitt und der Aggregatoberfläche ist als "Ablösung" bekannt. Das Ablösen von Asphalt-Bindemittel von der Aggregatoberfläche führt zu einer kürzeren Lebensdauer des Fahrbahnbelags und jedes Jahr vielen Millionen Dollar an Wartungsarbeiten auf amerikanischen Fernstraßen. Eine Verringerung dieser Ablöse-Neigung ist beim Versuch, den Zustand von Straßen zu verbessern und diese Wartungskosten zu senken, von großem Interesse.
Das Ablösen ist ein sehr komplexes Problem, das von zahlreichen Variablen, wie z. B. Asphaltkitt-Eigenschaften, Aggregat-Eigenschaften, Wetterbedingungen, Verkehrsbedingungen, verwendeten Bauweisen und der Verwendung von Antiablöse-Additiven, abhängt. Fünf verschiedene Mechanismen, durch die es zum Ablösen von Asphaltkitt von einer Aggregatoberfläche kommen kann, wurden von A. R. Tarrer und Vinay Wagh in einer für das Strategic Highway Program vorbereiteten Literaturbesprechung mit dem Titel "The Effect of the Physical and Chemical Characteristics of the Aggregate on Bonding" ausgewiesen. Diese fünf Mechanismen umfassen Abscherung, Selbstemulgierung, Verschiebung, Porendruck und hydraulische Riefenbildung.
Im Laufe der Jahre wurden vielfältige Verfahren zur Verringerung der Ablöse- Neigung entwickelt. Z. B. werden häufig Amine und Polyamine auf die Oberfläche des Aggregats aufgetragen, bevor es bei der Herstellung von Asphaltbeton mit dem Asphaltkitt gemischt wird. Es ist bekannt, daß Amine und Polyamine bei derartigen Anwendungen als Antiablösemittel dienen. Die Verwendung von Aminen und Polyaminen löst das Problem des Ablösens jedoch nicht völlig und deren Verwendung wirft hinsichtlich der Umwelt Probleme auf. Kalk (Calciumhydroxid) wird ebenfalls herkömmlicherweise zur Behandlung von Aggregat verwendet, um die Ablöse-Neigung zu verringern. Die Verwendung von Kalk in derartigen Anwendungen löst das Problem des Ablösens jedoch nicht völlig. Außerdem ist Kalk ein korrosives Material, das Probleme bei der Wartung der Ausrüstung verursacht.
Es ist auch bekannt, daß Kalk die Haut von Arbeitskräften, die ihn in derartigen Anwendungen verwenden, verbrennt.
NL-A-7108690 offenbart eine bituminöse Zusammensetzung, die durch Mischen einer bituminösen Komponente mit einem Blockcopolymer der Formel A-B-A, worin A ein thermoplastischer, nicht-elastomerer Block ist, der durch Polymerisation eines Vinyl-aromatischen Monomers hergestellt wurde, und worin B ein elastomerer Polymerblock ist, der durch Polymerisation eines konjugierten Dien-Monomers zusammen mit einem Vinyl-aromatischen Monomer hergestellt wurde, in Gegenwart mindestens eines Teils der mineralischen Aggregat-Komponente hergestellt wird. Diese Zusammensetzung wird als Straßenbelag-Material verwendet. Ein gleichzeitiges Mischen der drei Komponenten verhindert eine Zersetzung des Blockcopolymers, wie sie auftritt, wenn die bituminöse Komponente vor dem Transport an den Verwendungsort, an dem sie mit dem Aggregat gemischt wird, bei einer hohen Temperatur mit dem Copolymer vorgemischt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wurde unerwarteterweise festgestellt, daß Polybutadien-Kautschuklatex als hervorragendes Antiablösemittel dient, wenn er auf die Oberfläche eines Aggregats aufgetragen wird. Zusätzlich zu der Bereitstellung hervorragender Antiablöse- Eigenschaften stellt die Verwendung derartiger Latices keine Gefahr für die Umwelt oder Sicherheit dar. In derartigen Anwendungen wird der Latex auf die Oberfläche des Aggregats aufgetragen und vor dem Mischen des Aggregats mit dem bei der Herstellung des Asphaltbetons verwendeten Asphaltkitt getrocknet.
Die vorliegende Erfindung offenbart insbesondere ein Verfahren zum Beschichten von Aggregat, welches bei der Herstellung von Asphaltbeton von besonderem Nutzen ist, um dem Aggregat einen hohen Grad an Beständigkeit gegen Ablösung durch Wasser zu verleihen, und durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: (1) Mischen des Aggregats mit Polybutadien-Latex unter Bildung einer Latex/Aggregat-Mischung, welche 0,005 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% trockenes Polymer umfaßt, worin der Polybutadien-Latex ein Sulfonat-Tensid oder ein Disulfonat-Tensid enthält; (2) Erwärmen der Latex/Aggregat-Mischung auf eine Temperatur im Bereich von 66ºC bis 232ºC; (3) Halten der Latex/Aggregat-Mischung bei der erhöhten Temperatur über einen Zeitraum, der ausreicht, um den Feuchtigkeitsgehalt der Latex/Aggregat-Mischung unter 0,7 Gew.-% zu senken und es dem Polymer in dem Latex zu erlauben, auf der Oberfläche des Aggregats unter Bildung des beschichteten Aggregats zu vernetzen.
Die vorliegende Erfindung offenbart ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Asphaltbeton, welches umfaßt: (1) Mischen des Aggregats mit Polybutadien-Latex unter Bildung einer Latex/Aggregat-Mischung, welche 0,005 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% trockenes Polymer umfaßt; (2) Erwärmen der Latex/Aggregat-Mischung auf eine Temperatur im Bereich von 66ºC bis 232ºC; (3) Halten der Latex/Aggregat-Mischung bei der erhöhten Temperatur über einen Zeitraum, der ausreicht, um den Feuchtigkeitsgehalt der Latex/Aggregat-Mischung unter 0,7 Gew.-% zu senken und es dem Polymer in dem Latex zu erlauben, auf der Oberfläche des Aggregats unter Bildung des beschichteten Aggregats zu vernetzen; (4) Mischen des beschichteten Aggregats mit 3% bis 8% Asphalt bezogen auf das Gesamtgewicht des beschichteten Aggregats bei einer Temperatur von mindestens 107ºC; und (5) Fortsetzen des Mischens des beschichteten Aggregats mit dem Asphalt, um einen im wesentlichen homogenen Asphaltbeton zu erhalten.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Der bei der Beschichtung von Aggregat gemäß dieser Erfindung verwendete Latex ist der Latex von Polybutadienkautschuk.
Der gemäß dieser Erfindung verwendete Polybutadien-Kautschuklatex kann unter Verwendung herkömmlicher Emulsionspolymerisations-Verfahren synthetisiert werden. Derartige Emulsionspolymerisationen verwenden im allgemeinen eine Beschickungszusammensetzung, die Wasser, Butadien-Monomer, einen Initiator und einen Emulgator (Seife) umfaßt. Derartige Polymerisationen können innerhalb eines sehr breiten Temperaturbereichs von 0ºC bis zu 100ºC durchgeführt werden. Derartige Emulsionspolymerisationen werden typischerweise bei einer Temperatur im Bereich von 5ºC bis 60ºC durchgeführt.
Die bei derartigen Polymerisationen verwendeten Emulgatoren können zu Beginn der Polymerisation zugegeben werden oder können mit fortschreitender Reaktion nach und nach oder proportioniert zugegeben werden. Es können anionische, kationische oder nicht-ionische Emulgatoren verwendet werden. Es wurde jedoch festgestellt, daß Sulfonat-Tenside äußerst bevorzugt sind. Dies liegt daran, daß man "an Ort und Stelle" in Asphaltbeton-Fabriken häufig hartes Wasser vorfindet. Es wurde festgestellt, daß die Verwendung von Sulfonat-Tensiden viel bessere Latices zur Verwendung in derartigen Anwendungen, in denen man auf hartes Wasser trifft, zur Folge hat.
Einige repräsentative Beispiele für bevorzugte Sulfonat-Tenside umfassen: Alkansulfonate, -ester und -salze, wie z. B. Alkylchlorsulfonate mit der allgemeinen Formel:
RSO&sub2;Cl
worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, und Alkylsulfonate mit der allgemeinen Formel:
RSO&sub2;-OH
worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist; Sulfonate mit Zwischenbindungen, wie z. B. Ester und Ester-gebundene Sulfonate, wie z. B. diejenigen mit der Formel:
RCOOC&sub2;H&sub4;SO&sub3;H
und
ROOC-CH&sub2;-SO&sub3;H
worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, wie z. B. Dialkylsulfosuccinate; Estersalze mit der allgemeinen Formel:
worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, Alkarylsulfonate, worin die Alkylgruppen vorzugsweise 10 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten, z. B. Dodecylbenzolsulfonate, wie z. B. Natriumdodecylbenzolsulfonat; und Alkylphenolsulfonate.
Disulfonierte Tenside mit der Strukturformel:
worin R eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe bedeutet, die etwa 6 bis etwa 16 Kohlenstoffatome enthält, und worin X ein Metallion, wie z. B. ein Natriumion, bedeutet, haben sich als hervorragende Tenside für die Herstellung des Latex erwiesen, der bei der Durchführung dieser Erfindung verwendet wird. Derartige Tenside werden von The Dow Chemical Company als anionische DowfaxTM-Tenside vertrieben.
Die bei der Synthese der Polybutadienkautschuk-Latices verwendeten Emulsionspolymerisationen können unter Verwendung von freien Radikal- Katalysatoren, UV-Licht oder Strahlung gestartet werden. Um eine zufriedenstellende Polymerisationsgeschwindigkeit, Gleichmäßigkeit und eine steuerbare Polymerisation sicherzustellen, werden freie Radikal-Iriitiatoren im allgemeinen mit guten Ergebnissen verwendet. Freie Radikal-Initiatoren, die gewöhnlich verwendet werden, umfassen die verschiedenen Persauerstoff- Verbindungen, wie z. B. Kaliumpersulfat, Ammoniumpersulfat, Benzoylperoxid, Wasserstoffperoxid, Di-t-butylperoxid, Dicumylperoxid, 2,4-Dichlorbenzoylperoxid, Decanoylperoxid, Lauroylperoxid, Cumolhydroperoxid, p-Menthanhydroperoxid, t-Butylhydroperoxid, Acetylacetonperoxid, Methylethylketonperoxid, Bernsteinsäureperoxid, Dicetylperoxydicarbonat, t-Butylperoxyacetat, t-Butylperoxymaleinsäure, t-Butylperoxybenzoat, Acetylcyclohexylsulfonylperoxid und dergleichen; die verschiedenen Azoverbindungen, wie z. B. 2-t-Butylazo-2-cyanopropan, Dimethylazodiisobutyrat, Azodiisobutyronitril, 2-t-Butylazo-1-cyanocyclohexan, 1-t- Amylazo-1-cyanocyclohexan und dergleichen; die verschiedenen Alkylperketale, wie z. B. 2,2-Bis-(t-butylperoxy)butan, Ethyl-3,3-bis(t-butylperoxy)butyrat, 1,1-Di-(tbutylperoxy)cyclohexan und dergleichen.
Das bei der Synthese des Latex verwendete Emulsionspolymerisationssystem kann beim gewünschten Umsatzgrad mit Abstoppmitteln, wie z. B. Hydrochinon, behandelt werden. Typische Stabilisatoren und herkömmliche Antioxidationsmittel können dem Latex ebenfalls zugegeben werden.
Bei der Durchführung dieser Erfindung kann herkömmliches Aggregat verwendet werden. Bei dem Aggregat handelt es sich im wesentlichen um eine Mischung, die Felsbrocken, Steine, Schotter, Kies und/oder Sand enthält. Das Aggregat weist typischerweise eine breite Teilchengrößenverteilung im Bereich von Staub- bis Golfballgröße auf. Die beste Teilchengrößenverteilung variiert von Anwendung zu Anwendung. Die Verwendung von Polybutadienkautschuk-Latices als Antiablösemittel gemäß dieser Erfindung ist jedoch auf alle Aggregat- Teilchengrößenverteilungen anwendbar.
Das Aggregat wird in dem ersten Schritt der Durchführung des Verfahrens dieser Erfindung mit dem Polybutadien-Kautschuklatex beschichtet. Der verwendete Latex weist typischerweise einen Feststoffgehalt im Bereich von 2% bis 45% (bezogen auf das Gewicht) auf. Noch typischer hat der Latex einen Feststoffgehalt im Bereich von 5 bis 30 Gew.-%, wobei es im allgemeinen bevorzugt ist, daß der Latex einen Feststoffgehalt aufweist, welcher im Bereich von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% liegt. Der Latex kann einfach auf das Aggregat gesprüht werden. Es ist natürlich auch möglich, das Aggregat mit dem Latex zu beschichten, indem man es mit dem Latex aufschlämmt oder es in den Latex taucht. Die aufgetragene Menge an Latex reicht aus, damit die Latex/Aggregat-Mischung 0,005 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% trockenes Polymer bezogen auf das Gewicht des Aggregats enthält. Es ist bevorzugt, daß die Latex/Aggregat-Mischung 0,01 bis 0,2 Gew.-% Polymer enthält, und es ist noch mehr bevorzugt, daß sie 0,05 bis 0,1 Gew.-% Polymer enthält. In jedem Fall wird das Aggregat nach dem gründlichen Auftragen des Latex auf das Aggregat auf einen Feuchtigkeitsgehalt unter etwa 0,7 Gew.-% getrocknet. Dies kann durch Erwärmen des Aggregats auf eine erhöhte Temperatur erreicht werden. Das Aggregat wird typischerweise auf eine Temperatur im Bereich von etwa 150ºF (66ºC) bis etwa 450ºF (232ºC) erwärmt. Typischerweise ist es bevorzugt, das Aggregat auf eine Temperatur im Bereich von etwa 200ºF (93ºC) bis 400ºF (204ºC) zu erwärmen. Im allgemeinen ist es am meisten bevorzugt, das Aggregat auf eine Temperatur im Bereich von etwa 300ºF (149ºC) bis etwa 350ºF (177ºC) zu erwärmen. Mit dem Verdampfen des Wassers in dem Latex bildet sich ein Polymerfilm und vernetzt auf der Oberfläche des Aggregats unter Bildung einer beschichteten Aggregat- Oberfläche.
Das beschichtete Aggregat kann unter Verwendung herkömmlicher Ausrüstung, welche in Fabriken, die darauf ausgelegt sind, Asphaltbeton herzustellen, verwendet wird, getrocknet werden. Z. B. kann das Aggregat, das mit Latex beschichtet wurde, in einer herkömmlichen Trockentrommel oder in einem herkömmlichen Trommelmischer getrocknet werden. Nachdem das Aggregat getrocknet wurde, wird es dann mit einer angemessenen Menge an Asphaltkitt gemischt. Als allgemeine Regel werden etwa 3 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-% des Asphalts bezogen auf das Gesamtgewicht der beschichteten Aggregate mit den beschichteten Aggregaten gemischt. Noch typischer ist es, daß etwa 5 Gew.-% bis etwa 6 Gew.-% des Asphalts bezogen auf das Gesamtgewicht des beschichteten Aggregats dem beschichteten Aggregat zugegeben werden.
Asphalt wird von ASTM als dunkelbraunes bis scharzes Zement-haltiges Material definiert, in dem die überwiegenden Bestandteile Bitumenarten sind, die in der Natur vorkommen oder bei der Erdölverarbeitung erhalten werden. Asphalte enthalten charakteristischerweise sehr hochmolekulare Kohlenwasserstoffe, die Asphaltene genannt werden. Diese sind im wesentlichen in Kohlenstoffdisulfid und aromatischen und chlorierten Kohlenwasserstoffen löslich. Bitumen ist ein generischier Ausdruck, der von ASTM als eine Gruppe von schwarzen oder dunklen (festen, halbfesten oder viskosen) Zement-haltigen natürlichen oder hergestellten Substanzen definiert wird, die hauptsächlich aus hochmolekularen Kohlenwasserstoffen zusammengesetzt sind, für die Asphalte, Teere, Peche, Asphaltite typisch sind. ASTM teilt Asphalte oder bituminöse Materialien weiter unter Verwendung einer Eindring-Prüfung auf Konsistenz oder Viskosität in Feststoffe, halbfeste Stoffe oder Flüssigkeiten ein. Bei dieser Einteilung sind feste Materialien diejenigen mit einer Eindringtiefe bei 25ºC unter einer 5 Sekunden lang aufgebrachten Belastung von 100 g von nicht mehr als 10 Decimillimeter (1 mm). Halbfeste Stoffe sind diejenigen mit einer Eindringtiefe bei 25ºC unter einer 5 Sekunden lang aufgebrachten Belastung von 100 g von mehr als 10 Decimillimeter (1 mm) und einer Eindringtiefe bei 25ºC unter einer 1 Sekunde fang aufgebrachten Belastung von 50 g von nicht mehr als 35 mm. Im kommerziellen Einsatz überwiegen heute halbfeste und flüssige Asphalte.
Asphalte werden gewöhnlich für den gleichen Industriezweig in mehreren Qualitäten spezifiziert, die sich hinsichtlich Härte und Viskosität unterscheiden. Spezifikationen von Asphaltkitten umfassen im allgemeinen 5 Qualitäten, die sich entweder hinsichtlich des Viskositätsgrades bei 60ºC oder hinsichtlich des Eindringgrades unterscheiden. Die Temperaturempfindlichkeit der Viskosität wird bei Asphaltkitt gewöhnlich durch seine Viskositätsgrenze bei einer höheren Temperatur, wie z. B. 135ºC, und eine Eindring- oder Viskositätsgrenze bei einer niedrigeren Temperatur, wie z. B. 25ºC, gesteuert. Für Asphaltkitte ist die Viskositäts-Qualitätsangabe der Mittelpunkt des Viskositätsbereichs. Tabelle I unten zeigt das ASTM- Einteilungssystem für AC-2,5, AC-5, AC-10, AC-20 und AC-40.
Die Asphaltmaterialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind diejenigen, die typischerweise für Straßenasphaltierungs-, Reparatur- und Wartungszwecke verwendet werden. Erdölasphalte sind die gebräuchlichste Quelle für Asphaltkitte. Erdölasphalte werden bei der Erdölverarbeitung hergestellt und überwiegend in Asphaltierungs- und Bedachungsanwendungen verwendet. Erdölasphalte sind verglichen mit nativen Asphalten organisch mit nur Spurenmengen an anorganischen Materialien. Die Asphaltkitte, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, weisen eine ASTM-Qualität von AC-2,5, AC-5, AC-10, AC-20 und AC-40 auf. Die bevorzugten Asphaltkitte umfassen AC-5, AC-10 und AC-20, wobei AC-5 und AC-10 die am meisten bevorzugten Qualitäten sind.
Das beschichtete Aggregat wird mit dem Asphalt gemischt, um einen im wesentlichen homogenen Asphaltbeton zu erhalten. Das beschichtete Aggregat wird unter Verwendung herkömmlicher Verfahren und gewöhnlicher Ausrüstung mit dem Asphaltkitt gemischt. Z. B. kann das beschichtete Aggregat getrocknet und mit dem Asphalt gemischt werden, um einen Asphaltbeton auf kontinuierlicher Basis in einem herkömmlichen Mischer herzustellen.
Der mit Hilfe des Verfahrens dieser Erfindung hergestellte Asphaltbeton kann dann verwendet werden, um Wege, Fernstraßen, Ausfahrtrampen, Straßen, Ausfahrten, Parkplätze, Flughafen-Start- und Landebahnen oder Flughafen-Anfahrtswege unter Verwendung herkömmlicher Verfahren zu asphaltieren. Unter Verwendung der Asphaltbetone dieser Erfindung hergestellte Fahrbahnbeläge sind jedoch viel weniger empfindlich gegen Ablösung als herkömmliche Asphaltbeton-Oberflächen. Außerdem nimmt man an, daß derartige Asphaltbeton-Fahrbahnbeläge weniger empfindlich gegen oxidative Zersetzung sind. Dies liegt daran, daß die Kautschukschicht auf dem Aggregat eine oxidative Zersetzung des Asphalts, die normalerweise durch das Aggregat katalysiert wird, verhindert.
Diese Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele erläutert, die nur der Veranschaulichung dienen und nicht so verstanden werden sollen, daß sie den Umfang der Erfindung oder die Art und Weise, in der sie durchgeführt werden kann, einschränken. Soweit nicht konkret anders angegeben, beziehen sich alle Teile und Prozentsätze auf das Gewicht.

Beispiel 1

Ein Polybutadien-Latex wurde zur Verwendung beim Beschichten von Aggregat hergestellt. Der Latex wurde in einem 10 Gallonen(37,9 Liter)-Reaktor hergestellt. Der Reaktor war mit zwei 6 Zoll(15,24 cm)-Axialturbinen mit Ablenkblechen ausgestattet.
Eine Seifenlösung/Puffer-Beschickung wurde durch Einmischen von 27,8 brit. Pfund (12,16 kg) Wasser, 0,4 brit. Pfund (0,18 kg) AerosolTM A-196 (Aktivstoffgehalt 85%), 0,44 brit. Pfund (0,20 kg) DowfaxTM XD 8390 (Aktivstoffgehalt 35%), 0,04 brit. Pfund (0,018 kg) Ammoniumsulfat, 0,03 brit. Pfund (0,014 kg) einer 3% wäßrigen Lösung von Eisen(III)sulfatheptahydrat, 0,024 brit. Pfund (0,011 kg) Natriumformaldehydsulfoxylat und 2 g Natriumhydrosulfit (einem Sauerstoff-Radikalfänger) in einen Mischbehälter hergestellt. Es wurde festgestellt, daß der pH der Seifenlösung im Bereich von 6 bis 7 lag. Dann wurden 0,034 brit. Pfund (0,015 kg) t-Dodecylmercaptan in den Mischbehälter eingeführt. Dann wurde der Inhalt des Mischbehälters durch Vakuum in den Reaktor gezogen. Dann wurde der Reaktor mit Vakuum entgast und mehrere Male mit Stickstoff gespült, um jeglichen Sauerstoff zu entfernen.
Die Temperatur des Reaktors wurde auf 70ºF (21,1ºC) eingestellt und 20 brit. Pfund (9,07 kg) 1,3-Butadien-Monomer wurden direkt in den Reaktor eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt wurden 0,1 brit. Pfund (0,045 kg) α-Pinenhydroperoxid (Aktivstoffgehalt 40%) direkt in den Reaktor eingeführt, wobei bei 150 UpM gerührt wurde. Nach etwa 10-stündiger Polymerisationszeit wurde eine zusätzliche Beschickung, die 0,05 brit. Pfund (0,023 kg) α-Pinenhydroperoxid (Aktivstoffgehalt 40%) und 0,01 brit. Pfund (0,004 kg) Natriumformaldehydsulfoxylat enthielt, in den Reaktor eingeführt, um die Polymerisationsgeschwindigkeiten beizubehalten. Nachdem der Feststoff-Gehalt etwa 31% erreicht hatte (nach etwa 16-stündiger Polymerisationszeit) wurde eine Abstopplösung in den Reaktor eingeführt. Die Abstopplösung enthielt 0,02 brit. Pfund (0,009 kg) N,N-Diethyldithiocarbamat, 0,01 brit. Pfund (0,005 kg) N,N- Diethylhydroxylamin und 1,6 Pfund (0,73 kg) Wasser. Dann wurde restliches Butadien-Monomer aus dem Reaktionsgefäß entfernt. Der Latex wurde dann filtriert und sein pH wurde mit Ammoniumhydroxid auf den Bereich von 7,5 bis 8,0 eingestellt.
Dann wurde der hergestellte Polybutadien-Latex verwendet, um Aggregat zu beschichten. Bei dem verwendeten Verfahren wurde ein herkömmlicher Trommelmischer mit einem Fassungsvermögen von 100000 Tonnen pro Stunde verwendet, obwohl er bei einer Rate von etwa 60000 Tonnen pro Stunde betrieben wurde. Der Latex wurde auf das Aggregat gesprüht, während es auf ein Förderband fiel, welches das Aggregat in den Trommelmischer einführte. Die beim Auftragen des Polybutadien-Latex auf das Aggregat verwendeten Sprühdüsen waren Tee-JetTM 8015-Sprühdüsen. Die Sprührate wurde durch Einstellen des Drucks der zum Pressen des Polybutadien-Latex durch die Düsen verwendeten Pumpe gesteuert. Beim Eintritt in den Trommelmischer wurde das nasse Aggregat auf eine Temperatur von etwa 150ºC erwärmt. Dies trocknete das Aggregat auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 0,7 Gew.-%, um ein beschichtetes Aggregat herzustellen. Dieses Trocknungsverfahren bewirkte, daß das Polybutadien auf der Oberfläche des Aggregats vernetzte (gelierte). Der Trommelmischer wurde auf herkömmliche Weise betrieben, wobei der Asphaltkitt etwa auf halbem Wege mit dem Aggregat darin gemischt wird. Nach Beendigung dieses Mischens verließ ein Asphaltbeton den Trommelmischer bei einer Temperatur von etwa 150ºC.
Dann wurde der heiße Asphaltbeton zu einer Baustelle transportiert, an der er als Fahrbahnbelag verwendet wurde. Der Asphaltbeton erwies sich für diesen Zweck als völlig zufriedenstellend und konnte auf herkömmliche Weise verlegt werden. Repräsentative Proben des Asphaltbetons wurden genommen und untersucht.
Der Asphaltbeton wurde unter Verwendung des Texas Boil Tests und eines modifizierten Lottman-Verfahrens beurteilt. Der Texas Boil Test besteht darin, eine Asphaltbeton-Probe 10 Minuten lang in Wasser zu kochen. Es handelt sich um einen strengen Test, der zur schnellen visuellen Bestimmung der Wirksamkeit von Antiablöse-Systemen verwendet wird. Die unter Verwendung von Aggregat, das mit dem Polybutadien-Latex beschichtet worden war, hergestellten Asphaltbeton-Proben wiesen einen hohen Grad an Beständigkeit gegen Ablösung auf. Es ist bekannt, daß das in diesem Versuch verwendete Aggregat sehr anfällig für Ablösung ist. In der Tat verliert dieses spezielle Aggregat bei dem Texas Boil Test ohne ein Antiablösemittel oder Kalk einen Großteil seines Asphalts. Tatsächlich zeigte sich, daß bei dem unbehandelten Aggregat nur 5 bis 10% des Asphaltkitts zurückgehalten wurden, nachdem es dem Texas Boil Test unterzogen worden war. Bei dem mit Polybutadien beschichteten Aggregat wurde jedoch einen Großteil des Asphaltkitts zurückgehalten, nachdem es dem Texas Boil Test unterzogen worden war. Bei größeren Auftragsmengen der Latexschicht wurde ein stärkerer Schutz gegen Ablösung erzielt. Tabelle I zeigt das Verhältnis zwischen der auf das Aggregat aufgetragenen Menge an Polybutadien-Kautschuk und der nach Beendigung des Texas Boil Tests zurückgehaltenen Menge an Asphalt. Tabelle I
* Trockengewicht bezogen auf das Gewicht des Aggregats
Tabelle I zeigt, daß eine gute Beständigkeit gegen Ablösung erzielt wird, wenn nur 0,05 Gew.-% des Polybutadiens auf das Aggregat aufgetragen werden. Bei größeren Mengen kann sogar noch bessere Beständigkeit gegen Ablösung erzielt werden. Bei Konzentrationen von mehr als 0,25% wurden nach Beendigung des Texas Boil Tests 100% des Asphaltkitts zurückgehalten. Dieses Beispiel zeigt demnach, daß die Verwendung von Polybutadien-Latex zur Behandlung von Aggregat hervorragende Antiablöse-Eigenschaften bereitstellt. Dieses Beispiel zeigt auch, daß das Verfahren der Erfindung in kommerziellem Maßstab durchgeführt werden kann, da das beschichtete Aggregat in der Lage war, den strengen Bedingungen des erwärmten Trommelmischers standzuhalten. Zusätzliche Untersuchungen zeigten auch, daß das mit Latex beschichtete Aggregat in der Heißmischanlage keine Emissionsprobleme bereitete.
Der hergestellte Asphaltbeton wurde auch mit Hilfe eines Eintauch-Druckversuchs (ASTM D-1074 und D-1075) geprüft, der von der Federal Highway Administration verwendet wird, und erwies sich als zufriedenstellend. Asphaltbeton-Proben wurden unter Verwendung von ASTM D-1561 hergestellt, um sie mit Hilfe eines modifizierten Lottman-Verfahrens zu untersuchen. Das verwendete modifizierte Lottman- Verfahren wird von dem Washington State Department of Transportation eingesetzt (Washington State DOT Test Nr. 718). Das verwendete Lottman-Verfahren beurteilt die Grenzflächen-Haftfestigkeit zwischen dem Asphalt und Aggregat in Gegenwart von Wasser und cyclischen Beanspruchungen. Es erwies sich außerdem, daß die beurteilten Asphaltbeton-Proben die Normen des Lottman-Verfahrens erfüllten oder diese übertrafen. Die Ergebnisse des Lottman-Ablösetests sind in Tabelle II gezeigt. Tabelle II
Durch Verwendung des Verfahrens der Erfindung wurde insofern ein weiterer äußerst wichtiger, jedoch unerwarteter Vorteil erzielt, als die Viskosität des zurückgehaltenen Asphalts verbessert wurde. In der Tat betrug die Viskosität des zurückgehaltenen Asphalts 5143 Poise, was dem Doppelten der Viskosität der Kontrolle (2026 Poise) bei 140ºF (60ºC) entsprach. Der Elastizitätsmodul-Test bei 140ºF (60ºC), wie in dem Lottman-Verfahren durchgeführt, zeigte, daβ der Modul des Asphaltbetons 1,19 · 10&sup8; Pa (17300 psi) betrug, was fast dem Doppelten des 6,76 · 10&sup7; Pa (9800 psi)-Moduls der Kontrolle entsprach. Aus diesem Beispiel kann auch geschlossen werden, daß eine positive Wirkung der Verbesserung der Viskosität des Asphalt-Bindemittels eintritt, wenn ein Kautschuklatex- Antiablösesystem verwendet wird, wodurch sich eine Verbesserung der Temperaturanfälligkeit ergibt.

Claims

1. Verfahren zum Beschichten von Aggregat, welches insbesondere bei der Herstellung von Asphaltbeton von Nutzen ist, um dem Aggregat einen hohen Grad an Beständigkeit gegen Ablösung durch Wasser zu verleihen, und durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: (1) Mischen des Aggregats mit Polybutadien-Latex unter Bildung einer Latex/Aggregat-Mischung, welche 0,005 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% trockenes Polymer umfaßt, worin der Polybutadien-Latex ein Sulfonat-Tensid oder ein disulfoniertes Tensid enthält; (2) Erwärmen der Latex/Aggregat-Mischung auf eine Temperatur im Bereich von 66ºC bis 232ºC; (3) Halten der Latex/Aggregat-Mischung bei der erhöhten Temperatur über einen Zeitraum hinweg, der ausreicht, um den Feuchtigkeitsgehalt der Latex/Aggregat-Mischung unter 0,7 Gew.-% zu senken und ein Vernetzen des Polymers in dem Latex auf der Oberfläche des Aggregats zu erlauben, um das beschichtete Aggregat herzustellen.

2. Verfahren zur Herstellung von Asphaltbeton, welches durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: (1) Mischen des mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 1 hergestellten beschichteten Aggregats mit 3% bis 8% Asphalt bezogen auf das Gesamtgewicht des beschichteten Aggregats bei einer Temperatur von mindestens 107ºC und (2) fortgesetztes Mischen des beschichteten Aggregats mit dem Asphalt, um einen im wesentlichen homogenen Asphaltbeton zu erhalten.

3. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt (1) von Anspruch 1 hergestellte Latex/Aggregat-Mischung 0,01 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% trockenes Polymer enthält; worin der Latex einen Feststoffgehalt im Bereich von 2 Gew.-% bis 45 Gew.-% aufweist; und worin die Latex/Aggregat-Mischung auf eine Temperatur im Bereich von 93ºC bis 204ºC erwärmt wird.

4. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt (1) von Anspruch 1 hergestellte Latex/Aggregat-Mischung 0,05 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% trockenes Polymer enthält; worin der Latex einen Feststoffgehalt im Bereich von 5 Gew-.% bis 30 Gew.-% aufweist; und worin die Latex/Aggregat-Mischung auf eine Temperatur im Bereich von 149ºC bis 177ºC erwärmt wird.

5. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Latex einen Feststoffgehalt im Bereich von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% aufweist.

6. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Latex/Aggregat-Mischung in Schritt (2) von Anspruch 1 in einem Trommelmischer erwärmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete Aggregat mit 5 Gew.-% bis 6 Gew.-% des Asphalts bezogen auf das Gesamtgewicht des beschichteten Aggregats gemischt wird; und worin das Aggregat mit 0,05 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Polybutadien beschichtet wird.