Verfahren zur Herstellung strukturierter und/oder farbiger bitumenhaltiger Beläge insbesondere für den Strassen- und Wegebau

Abstract

 Ein neues Verfahren zur Herstellung strukturierter und/ oder farbiger bitumenhaltiger Beläge für den Straßen- und Wegebau, für Parkplätze, verkehrsberuhigte Zonen, Flugplätze, Spielplätze, Laden- und Einkaufsstraßen, Industrieböden usw. besteht aus der selektiven Auswahl grobkörnigen, korngestuften Mineralgemischs (neben Bitumen als Bindemittel), wobei zwischen 15 und 50 Gew.-% des Mineralgemischs einen Durchmesser von 8 bis 16 mm aufweisen. Nach dem Verlegen und Erkalten des Mischguts wird die Oberfläche durch Hochdruckwasserstrahlbehandlung (HWSB) bis zu einer Tiefe von 60% des Korndurchmessers des Grobkorns abgetragen. Hierdurch werden Mörtel und Bitumen entfernt und die Eigenstruktur und Eigenfarbe des Grobkorns freigelegt. Das Grobkorn selbst bleibt im darunterliegenden, unbehandelten Mischgut verankert. Durch Auswahl des Grobkorns (korngestuftes Mineralgemisch) können beliebig gefärbte und strukturierte Oberflächen erzielt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von strukturierten und/oder eine Farbwirkung aufweisende, bitumenhaltige Beläge für den Straßen- und Wegebau. Die nach dem neuen Verfahren gewonnenen bitumenhaltigen Beläge sind jedoch in gleichem Maße auch für Parkplätze, Flugplatzstartbahnen, Spielplätze, Gehwege, verkehrsberuhigte Zonen, Laden- und Einkaufsstraßen, Industriefußböden, Estrichmassen und andere aus bitumenhaltigem Material gestaltete Oberflächen geeignet.

[0002] Es ist seit langem das Bestreben der bitumenverarbeitenden Industrie, insbesondere des Straßen- und Wegebauers, aus besagtem Material Oberflächenbeläge vorbezeichneter Art in besonders strukturierter und insbesondere farbiger Form und Aussehen zu gestalten, um hierdurch nicht nur ein verbessertes Aussehen - und damit Anpassung bzw. Abstimmung auf die Umgebung - zu erreichen, sondern auch der Oberflächenbeschaffenheit eine erhöhte Verkehrssicherheit zu verleihen.

[0003] Die Anfärbung und Strukturierung bituminöser Deckschichten, d.h. mit Bitumen als Bindemittel hergestellter mineralischer Belagsmischungen, wie Gußasphalt, Asphaltbeton, Splitt-Mastix-Beläge, Asphalt-Mastix, Oberflächenschutzschichten, Asphaltmischmakadam usw. unterliegt der natürlichen Barriere, die durch die schwarzbraune Eigenfarbe des Bitumens gegeben ist.

[0004] Zwar verlieren eingebaute Asphaltdecken ihre dunkle Farbe in gewissem Maße, da der an der Deckenoberfläche dünne Bindemittelfilm durch den Einfluß des Verkehrs und der natürlichen Verwitterung abgetragen wird, so daß die Mineralstoffe, wie Splitt usw., ihre Eigenfärbung erkennen lassen, wodurch nach längerem Gebrauch die Farbtönung der Deckenoberfläche bestimmt wird (Aufhellung von Asphaltdeckschichten). Dieser Vorgang der natürlichen Aufhellung von Deckenoberflächen, der insbesondere von der Verkehrsbelastung abhängig ist, läßt sich jedoch nicht steuern; er ist an das Verkehrsaufkommen gebunden und erlaubt höchstens eine Vergrauung (Aufhellung der ursprünglich schwarzen Färbung) nur in den befahrenen Bereichen und keine gezielte Farbgebung und Strukturierung der gesamten Deckenoberfläche.

[0005] Für nicht befahrene Decken besteht dieser Aufhellungseffekt somit praktisch nicht.

[0006] Durch geeignete, helle Mineralstoffe als Zusatz zum Deckschichtmischgut oder durch Aufbringung derartiger Mineralien auf der Deckschicht im Anschluß an deren Verlegung (Aufstreuen und Eindrücken bzw. Einwalzen in das heiße Mischgut) oder schließlich auch durch Verwendung heller Oberflächenschutzschichten durch Behandeln mit hellem Splitt oder bituminösen Schlämmen, läßt sich eine zeitliche begrenzte Aufhellung und eine grau bis mittelgraue Deckschicht gewinnen. Diese Aufhellung - nicht Färbung und Strukturierung - ist jedoch für längere Zeitabschnitte nur dann zu konservieren, wenn - wie eingangs gesagt - ein starker Verkehr selbst den oberflächlichen Bitumenfilm abträgt und dadurch die Helligkeit des mineralischen Materials zum Vorschein kommt. Mineralstoffe, die hierfür u.a. geeignet sind, also als "hell" oder auch farbig im vorstehenden Sinne gewertet werden können, sind Gabbro, Granit, Kalkstein, Moränegestein, Quarz, Porphyr, Trachit, Labradorit usw.

[0007] Aufhellungsversuche mit Kunststoffen, insbes. Hochpolymeren sowie Metallen (z.B. Aluminium), mit Kreide, Dolomit, Flintstein, hellfarbiger Schlacke, sind ebensowenig geeignet, eine gezielte, vom Schwarz- oder Grauton (Bitumeneigenfarbe) differenzierte Färbung und/oder Strukturierung der Asphaltdecke zu erreichen, wie ein insbesondere bei Gußasphalt oft versuchtes Verfahren, dem Mischgut helle Zuschlagsstoffe beizugeben und zusätzlich die noch heiße Gußasphaltoberfläche mit hellem Splitt abzustreuen. Die durch Verwitterung oder durch den Verkehrseinfluß (Abrieb) eintretende aufhellende Wirkung ist nie gleichmäßig oder einheitlich. Vielmehr treten neben schwarzen Bereichen großflächige Grauzonen auf, die dem Auge einen schmutzigen, "verwitterten" Farbeindruck vermitteln.

[0008] Es wurde weiterhin bereits versucht, durch Zusatz von Farbpigmenten, insbesondere auf Eisen-, Chrom-, Kupfer- und Manganbasis, auch in Form von Spinellen und Mischverbindungen von Schwer-und Buntmetallen eine Aufhellung oder Anfärbung zu erzielen. Hierdurch kann naturgemäß nur der im Mischgut vorhandene Mörtel eingefärbt werden (das Bitumen bleibt von diesem Vorgang unberührt). Es werden aber auch hierbei ausschließlich "unsaubere" Färbungen erzielt, wobei fast immer zusätzlich das Schwarz des Bitumens dominiert und die Wirkung weitgehend des Farbpigments aufhebt.

[0009] Schließlich ist es bekannt, bitumenhaltige Beläge aus Standardmischgut (Gußasphalt, Asphaltbeton usw.) mit gefärbten Kunstharzen zu beschichten, d.h. bereits verlegte Asphalte mit Mischungen von Pigmenten und Kunstharzen (Pigmenteinbettung in Kunstharze) zu besprühen oder sonstwie zu behandeln. Abgesehen davon, daß hierdurch die Haltbarkeit begrenzt ist, weil durch den Verkehr ein baldiger Abtrag der Beschichtung eintritt, so daß nur ein zeitlich begrenzter Effekt gegeben ist, liefert dieses Verfahren der Oberfläche ein "künstliches" Aussehen und stellt offensichtlich die verkehrstechnische Beschaffenheit der Fahrbahn (Griffigkeit und Rauhigkeit) in Frage. Die bekannten Eigenschaften eines echt bituminösen Straßenbelages sind hierdurch nicht mehr gegeben.

[0010] Aufgabe der Erfindung ist es, die geschilderten Nachteile bisheriger Methoden der Aufhellung bzw. Färbung und Strukturierung von bitumenhaltigen Oberflächenbelägen zu beheben und ein Verfahren zu schaffen, das einen Weg anzeigt, der gezielt zu einer dauerhaften, vom Einfluß des Verkehrs unabhängigen, je nach Einsatzgebiet variablen Anfärbung und/ oder Strukturierung bituminöser Beläge führt, wobei eine Vielfalt von Strukturen und Farben der Beläge erreicht werden kann.

[0011] Überraschenderweise wurde gefunden, daß dieses Vorhaben durch die Kombination von zwei gezielten Maßnahmen ermöglicht wird.

a) Die Herstellung eines auf ganz bestimmte, definierte Zusammensetzung, Korngröße und Farbbeschaffenheit ausgerichteten Mischguts in bekannter Weise unter Verwendung von Zwangsmischern; Einbau dieses Mischguts bei gegebener, durch die Bitumenqualität bestimmter Einbautemperatur mit (ggf.) nachfolgender Verdichtung.

b) Abtragung eines Teils der Oberfläche des verlegten Mischguts bis zu einer vom Aufbau des Mischguts abhängigen Tiefe; wobei dieser Abtrag nur den Mörtel und das Bindemittel erfaßt, das grobkörnige Mineralgut (Splitt) jedoch nicht angegriffen wird, wobei der Abtrag des Mörtels und des Bitumenfilms durch Hochdruckwasserstrahlbehandlung (HWSB) erfolgt.

[0012] Durch dieses Verfahren wird zunächst erreicht, daß ein gesteuerter Anteil des grobkörnigen Splitts oberflächlich freigelegt wird, wobei - ebenfalls gesteuert - die Abtragung bzw. Abschlämmung des Mörtels bzw. Bindesmittels nur soweit erfolgt, daß eine Verankerung des unteren Teils der grobkörnigen Mineralien im Gesamtgefüge erhalten bleibt.

[0013] Durch die erfindungsbemäße Kombination aus speziellem Mischgutaufbau und HWSB wird eine bestimmte, regelbare Schicht des Mörtels und des Bindesmittels weggeschlämmt. Dabei wird das reine Mineralkorn bzw. der sogenannte Kernasphalt freigelegt. Dieser weist nunmehr sowohl seine Eigenstruktur als auch seine Eigenfärbung auf und liefert eine (neue) Oberflächenschicht mit Dicken zwischen ca. 2 und ca. 10 mm Rauhtiefe, die in ihrem unteren Bereich über Bindemittel und Mörtel fest im Mischgut verankert bleibt.

[0014] Das für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Mischgut ist in gewissem Maße an eine bestimmte Menge Grobkorn gebunden, damit bei der HWSB nur der Mörtel bzw. Bindemittel, nicht aber das Splittmaterial selbst weggetragen wird. Die HWSB ist in ihrer Intensität mit der gewählten Belagsstruktur abzustimmen. Im allgemeinen erfolgt die HWSB bei Raum- bzw. Umgebungstemperatur nach dem Erkalten des Mischguts mit einem Hochdruckwasserstrahl bei über 300 bar Strahldruck, einer-Wassermenge von ca. 2 bis 25 1/m² Fläche und einer Dauer von mindestens 60 sek/m². Es versteht sich, daß diese Angaben (Druck, Wassermenge, Zeit je m²) variabel sind und sich gegenseitig ergänzen können. Außerdem spielt die Zusammensetzung des Mischguts, die Zeit nach der Verdichtung desselben sowie die gewünschte Tiefe der Abtragung eine Rolle, wobei es für den Fachmann kein Problem darstellt, diese Variablen in einem Kurzversuch zu ermitteln und den gegebenen Möglichkeiten anzupassen.

[0015] Für die HWSB sind alle Arten von Hochdruckwasserstrahlerzeuger geeignet, wie sie von der einschlägigen Industrie angeboten werden. Dabei hat es sich gezeigt, daß insbesondere bei Mischgut mit relativ hohem Bitumenanteil die Temperatur des Wasserstrahls über Umgebungstemperatur liegen kann, so z.B. bis zu 100' C und darüber, was bedeutet, daß auch gesättigter Wasserdampf vorteilhaft sein kann. Auch hierfür geeignete Geräte sind industriell lieferbar und nicht Gegenstand der Erfindung. Die Mörtelentfernung auch mittels Sandstrahlen wäre ggf. möglich, doch hier wird das Gesteinskorn zwangsläufig auch geschädigt und teilweise mit abgetragen.

[0016] Wie bereits gesagt, sind die effektiven Grenzwerte von Wasserdruck, Wassertemperatur, Dauer der Strahlbehandlung, Wassermenge usw. eine Funktion sowohl der angestrebten Abtragtiefe als auch des Mischgutaufbaus. Von entscheidender Bedeutung ist aber, daß die Tiefe der Abtragung einen Wert von ca. 60 % der maximalen Korngröße in der obersten Schichtlage nicht überschreitet, damit durch die verbleibenden 40 % das Grobkorn im nicht abgetragenen Material eine feste Verankerung gegeben ist.

[0017] Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Aufbau eines bitumenhaltigen Belags, insbesondere für Straßen- und Wegebau, aber auch für verkehrsberuhigte Zonen, Spiel- und Sportanlagen usw. wird anhand der Figuren 1 - 3 näher beschrieben.

[0018] Figur 1 zeigt in nicht maßstabsgerechter Darstellung den Aufbau eines aus Splittkorn (2) und Mörtel (1) bestehenden Gußasphaltbelags, der auf dem Unterbau (3) aufliegt. Er hat insbesondere folgende Zusammensetzung:

[0019] 

[0020] Man erkennt den relativ hohen Anteil an Splitt 11/16, dessen Korngröße für die Tiefe der Abtragung durch die HWSB entscheidend ist.

[0021] Der bei einer Temperatur von ca. 200 - 260' C verlegte Gußasphalt wird nach dem Erkalten mit einem Hochdruckwasserstrahl bei Umgebungstemperatur unter einem Strahldruck von über 400 bar so lange behandelt, bis eine Splittschicht von ca. 10 mm Tiefe, d.s. etwa 60 % des Durchmessers des Quarzitsplitts 11/16, freigelegt ist. Dies entspricht dem Maß (a) in Figur 2, bezogen auf den größten Durchmesser (b) des Maximalkorns. Es entsteht eine mörtel- und bindemittelfreie Schicht (4), deren Hohlräume das blanke, farbige Korn (2) sichtbar machen. Dieses Korn (2) verbleibt im unteren Bereich im Mörtel (1) eingebettet und ist in diesem fest verankert.

[0022] Das Mineralkorn (Splitt) mit dem größten Durchmesser kann sowohl in gebrochenem Zustand ohne regelmäßigen Habitus, also als eigentlicher Splitt vorliegen, es kann aber auch als Siebfraktion eines Kiesmaterials, also als Rund- oder Ovalkorn, eingesetzt werden. Der Anteil des Splitts bzw. Kiesel mit dem größten Korndurchmesser im Mischgut sollte zwischen etwa 15 und 50 Gew.-Anteilen, insbesondere zwischen etwa 20 und 40 Gew.-Anteilen und bevorzugt zwischen etwa 25 und 30 Gew.-Anteilen liegen. Für einen Gußasphalt im Sinne der Erfindung hat sich für einen Kornbereich 0/16 mm ein Splittaufbau von z.B.

als besonders vorteilhaft erwiesen (Bitumenanteil ca. 7 Gew.-%). Das Maximalkorn von 8/11 bzw. 11/16 mm liegt somit anteilmäßig bei etwa 18 - 31 Gew.-Anteilen.

[0023] Ein Walzasphalt setzt bei Verwendung von z.B. Porphyrsplitt im allgemeinen ein gleiches Korngrößenspektrum voraus. Erfindungsgemäß wird hierfür ein Splittaufbau'von z.B.

[0024] Für vorstehend definierten Walzasphalt beträgt die Abtragtiefe durch HWSB ca. 7 mm, entsprechend einem Maximalwert von ca. 60 % der maximalen Korngröße.

[0025] Es hat sich gezeigt, daß es besonders vorteilhaft, jedoch nicht in jedem Falle notwendig ist, dem Strahlwasser eine geringe Menge (ca. 0,01 bis 1 Gew.-%) eines kationen- oder anionenaktiven Netzmittels zuzusetzen, um die Oberflächenspannung zu erniedrigen und dadurch den Abschwemmprozess des freigelegten Mörtel- und Bindemittelmaterials zu erleichtern. Geeignete Tenside sind dem Fachmann bekannt und bedürfen hier keine Erläuterung.

[0026] Durch das neue Verfahren wird das Grobkorn in seiner spezifischen Oberflächenbeschaffung (Farbe, Glanz, Struktur usw.) freigelegt. Die Oberfläche des Belags nimmt somit auch diese Eigenschaften insgesamt an. Es versteht sich, daß durch geeignete Wahl des Grobkorns eine Vielzahl von Farbeffekten und Strukturen an der Oberfläche eines Straßenbelags usw. erzielt werden können. Anstelle von Quarzit, Kies, Porphyr u.a. können auch geeignete Pigmente wie Titandioxyd, Aluminiumoxyd (Weißpigmente), Eisenoxyd-Rot, Chromoxyd-Rot und -Gelb, Spinelle, Mischoxyde von Schwer-und Buntmetallen, Schlacken usw., insbesondere aber auch die Vielzahl von Buntpigmenten der Silikat-, Aluminat-, Chromat- und Antimonat-Reihe selbst direkt als "Splitt" Verwendung finden. Hier sind natürlich dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch Grenzen gesetzt, als die Abriebfestigkeit den Einsatz derartiger Pigmente nur für wenig beanspruchte Oberflächen erlaubt. Selbstverständlich können auch Kunstsplitte (z.B. LUXOVIT ^(R)) oder auch Rundkorn aus ähnlichen Materialien eingesetzt werden.

[0027] Vorteilhaft im Rahmen der Erfindung erweist es sich, wenn die nach. dem Abtragen durch HWSB freigelegte rauhe Oberfläche einen dünnen Film aus Kunstharz bzw. Hochpolymeren erhält (Figur 3/a).

[0028] Ein derartiger Film (5) deckt das bindemittelfreie Volumen (4) zwischen dem freigelegten Korn (2) teilweise ab und verhindert nicht nur ein Eindringen von sauren Wässern in den Bodenbelag, sondern läßt als Klarfilm, z.B. aus Acrylat oder Methacrylat oder ähnlichen Klarpolymeren gebildet, die Farbe des Korns (2) und dessen Struktur auf lange Zeit unverändert erhalten. Selbstverständlich kann nach der Freilegung der rauhen Oberfläche (4) durch HWSB auch eine teilweise Auffüllung derselben durch geeignete, ggf. ebenfalls pigmentierte, im allgemeinen aber klare Kunstharze und Polymere (6) erfolgen, wie dies in Figur 3/b dargestellt ist.

[0029] Veredlungen der freigelegten Oberfläche nach Figur 3/a oder 3/b sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn bei relativ niedrigem Verkehrsaufkommen eine für das Auge besonders wirksame, farbige und/oder strukturierte Oberfläche geschaffen werden soll, wie dies bei Parkplätzen, Spiel- und Sportanlagen usw., Gehwegen, Terrassen, Schwimmbecken u.a. der Fall ist. In Verbindung mit gemischtem Splitt-Grobmaterial, etwa aus Schiefersplitt, Porphyrsplitt und Kiesel, also Mischungen aus vorwiegend gebrochenem und rund-ovalem Material kann der Struktureffekt noch erhöht werden. Auch ein Abschleifen der nach Auffüllen der "Täler" noch verbliebenen Gesteinsspitzen ist möglich.

[0030] Schließlich sei noch erwähnt, daß sich das neue Verfahren beim Anlegen von unterschiedlich gefärbten oder unterschiedlich strukturierten, nebeneinander liegenden Fahrbahnen, für Begrenzungsstreifen, Treppenabstufungen usw. hervorragend bewährt hat.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung strukturierter und/oder farbiger bitumenhaltiger Beläge für Straßen und Wege, Gehwege, verkehrsberuhigte Zonen, Spiel- und Parkplätze, Fußböden, Laden- und Einkaufsstraßen und andere aus bitumenhaltigem Material gefertigte Oberflächen, wobei diese Beläge in bekannter Weise aus einem korngestuften Mineralgemisch und Bitumen als Bindemittel bestehen und im Heiß-, Warm- oder Kalteinbau verlegt und ggf. verfestigt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgut zwischen 15 und 50 Gew.-Anteilen eines Grobkorns (Splitt) von ca. 8 bis ca. 16 mm enthält, das die farbgebende und strukturierende Komponente darstellt, und daß im Anschluß an die Verlegung und ggf. Verfestigung des Mischguts der das Grobkorn einbettende Mörtel zusammen mit dem Bindemittel (Bitumen) bis zu einer Tiefe von maximal 60 96 des Durchmessers des Grobkorns an der Oberfläche des Belags durch Behandlung mit Hochdruckwasser abgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Hochdruckwasserbehandlung freigelegte Schicht eine Tiefe zwischen etwa 2 und etwa 10 mm aufweist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckwasserstrahl einen Absolutdruck von über 300 bar aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge je m ² abzutragende Oberfläche zwischen etwa 2 und 25 1 bei einer Einwirkungszeit von mindestens 60 sek und einer Wassertemperatur zwischen Umgebungstemperatur und etwa 100` C beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlwasser zwischen etwa 0,01 bis 1 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels enthält.

6. Anwendung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 - 5 auf einen Gußasphaltbelag, z.B. der Zusammensetzung (auf 1000 Gew.-Teile):

7. Anwendung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 - 5 auf einen Walzasphaltbelag, z.B. der Zusammensetzung (je 1000 Gew.-Teile):

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Grobkorn aus einem oder mehreren Bestandteilen der Gruppe Gabbro, Granit, Moränegestein, Diabas, Quarzit, Porphyr, Trachit, Labradorit und Kalk besteht.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Grobkorn aus einem oder mehreren Bestandteilen der Gruppe Eisenoxyd, Chromoxyd, Spinell, Schwer- und Buntmetall=Mischoxyden, Metall-Silikaten-, Aluminaten- und Chromaten teilweise überzogen wird.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Hochdruckwasserstrahlbehandlung freigelegte Oberfläche mit einem dünnen Kunstharz oder Hochpolymeren-Film überzogen wird.

11. Verfahren nach Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Hochdruckwasserstrahlbehandlung freigelegten Leerstellen (4) mit einem klaren oder pigmentierten Kunstharz oder Hochpolymerisat ausgefüllt werden.

Zeichnung