Projekt 22173/01

Untersuchungen zum Einsatz der Schallimpulszerkleinerung zum lösungsmittelfreien Aufschluss von Asphalt

Projektträger

DR. HUTSCHENREUTHER Ing.-Gesellschaft für bautechnische Prüfungen mbH
Lindenweg 13
99428 Isseroda
Telefon: 03643/871490

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Ziel des beantragten Projekts besteht darin, die Schallimpulszerkleinerung zu einem Verfahren für den Aufschluss von Asphalt, d.h. die Ablösung des Bitumens von den Mineralstoffen, zu entwickeln. Das bisherige Verfahren des Aufschlusses mit gesundheitsschädlichem (WGK3)Trichlorethylen soll ersetzt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1. Recherchen zum internationalen Stand der Technik hinsichtlich Rezepturen und Prüfverfahren von Asphalten durchführen, Ermittlung umwelttechnischer Vorschriften und der Kosten für traditionelle Prüfverfahren
2. Untersuchungen zum Aufschluss und zur Trennbarkeit im Füllerbereich an einem Modellasphalt; Ermittlung der unteren Korngröße, bis zu der ein Aufschluss erfolgen kann (bei deutlichen Korngrößenunterschieden zwischen abgelösten Bitumen- und Mineralstoffpartikeln Siebtrennung; sonst auf andere Trennverfahren zurückgreifen z. B. Schwimm-Sink-Scheidung)
3. Ermittlung der Belastungsgrenze für reine Mineralstoffe (darf auch für Asphalte nicht überschritten werden, um Kornzertrümmerung zu vermeiden)
4. Untersuchungen zur Probenvorbereitung und dem Einfluss von Behandlungsparametern (evtl. Verbesserung des Aufschlusses durch Vorzerkleinerung, Veränderung der Temperatur des Mediums im Prozessraum, Probenumwälzung zwischen den Belastungszyklen)
5. Untersuchungen zur Beeinflussung der Bitumeneigenschaften durch Schallimpulszerkleinerung (Einfluss der Probenvorbereitung und Behandlungsparameter)
6. Ableitung der optimalen Behandlungsbedingungen und experimentelle Überprüfung (aus experimentellen Ergebnissen Angaben zu Einstellparametern / Trennmethoden in Abhängigkeit der zu analysierenden Asphaltart ableiten, Nachweis der Zuverlässigkeit der Methode durch Wiederholversuche)
7. Erarbeitung eines Pflichtenhefts für den Bau eines Aufschlusszerkleinerers für Asphalt als Prototyp
8. Auswertung der Ergebnisse, Berichterstellung, Veröffentlichung


Ergebnisse und Diskussion

Der Aufschluss von Asphalt mittels Leistungsschallimpuls ist prinzipiell möglich. Hierbei ist zwischen den Zielgrößen reine Zerkleinerung und Selektion von Mineralstoff und Bitumen zu unterscheiden. In den durchgeführten Untersuchungen liegt das Hauptaugenmerk auf Letzterem, der Selektionswirkung. Es konnte eine Bindemittelreduktion in den gröberen Fraktionen erreicht werden. Eine vollständige Trennung von Mineralstoff und Bitumen in diesen Fraktionen war aber nicht möglich.
Die Ergebnisse der ersten Versuchsreihe zeigten, dass in Abhängigkeit von Asphaltzusammensetzung und -eigenschaften die Wirkungsweise unterschiedlich ausfällt. Tendenziell ließ sich ein Asphalt umso besser zerkleinern, je höher sein Hohlraumgehalt war. Durch veränderte verfahrenstechnische Versuchsbedingungen, wie sie in der zweiten Versuchsreihe realisiert wurden, wurde eine deutliche Verbesserung der Wirkungsweise erzielt. Ein vollständiger Aufschluss sowie eine Separierung von reinem Bitumen konnte jedoch auch dadurch nicht erreicht werden.
Die größte Zerkleinerungs- und beste Selektionswirkung wurde an den durch Brechen bei 20 °C vorzerkleinerten Proben erreicht. Infolge des Brechvorganges wurde aber bei allen Proben eine starke Mineralstoffschädigung verursacht. Das Brechen als Vorzerkleinerungsverfahren erweist sich somit trotz der guten Selektionsergebnisse als ungünstig, falls die Mineralstoffe hinsichtlich ihrer Korngrößenverteilung analysiert werden sollen.
Durch die Anwendung des elektrohydraulischen Zerkleinerungsverfahrens, zunächst an gefrorenem Probematerial, ergab sich eine Konsolidierung der Zerkleinerungs- und Selektionswirkung, ohne eine zusätzliche Mineralstoffschädigung zu verursachen. Zudem konnte dieses Ergebnis durch den verfahrenstechnisch aufwendigeren Schritt, die Anwendung der SIZ in gekühltem Dielektrikum optimiert werden. Die Selektionswirkung erstreckte sich nunmehr bis in die Fraktion 2/5. Der größere Selektionserfolg wurde aber weiterhin für die gröberen Fraktionen erzielt. Hierbei ist der Füllungsgrad neben der Probenaufbereitung von entscheidender Bedeutung. Dieser bestimmt in Verbindung mit der Impulsanzahl den effektiven E-nergieeintrag. Durch diese aufbereitungs- und verfahrenstechnischen Verfeinerungen der SIZ konnte nunmehr für die zusammengefassten Fraktionen 5/8, 8/11,2 und 11,2/16 als Fraktionsbereich 5/16 eine Bitumenreduktion von 68 % erreicht werden, d. h. der Restbitumengehalt betrug 32 %.
Die erreichte Selektionswirkung bis in den Fraktionsbereich 2 - 5 mm, wie in den Aufbauversuchen festgestellt, konnte anhand der Untersuchungen von Feinkornasphalten bezüglich des Fraktionsbitumengehaltes sowie der Korngrößenreduktion bestätigt werden. Aussagen für den Fraktionsbereich < 2 mm konnten nicht getroffen werden.
Mit Hilfe der durchgeführten Untersuchungen konnte die Wirksamkeit der SIZ für die Zerkleinerung von Asphalten und die Selektion des Bitumens nachgewiesen werden. Ein Restbitumengehalt in den Fraktionen > 2 mm von ca. 30 % konnte aber trotz Optimierung von Probenvorbehandlung und Prozessführung nicht unterschritten werden. Möglicherweise liegt der Schlüssel zur weiteren Verbesserung der Selektion in der Nachbehandlung der Proben.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das Zerkleinerungs- und Selektionsergebnis für Asphalt durch Einwirkung von Leistungsschallimpulsen nicht allein von den einzelnen stofflichen und verfahrenstechnischen Parametern abhängig ist. Vielmehr ist das Zusammenspiel aller Einflussgrößen ausschlaggebend für das Aufschlussverhalten. Im Hinblick auf das Probenmaterial sind die Einflüsse von
- Korngrößenverteilung der Zuschläge (Größtkorn, Mehlkorngehalt)
- Eigenschaften der Mineralstoffart (Festigkeiten, Verhalten bei Temperaturen < - 20 °C)
- Oberflächenbeschaffenheit der Mineralstoffe (Affinität)
und anderer Bindemittel noch offen. Die Wirkung verfahrenstechnischer Parameter wäre in Bezug auf Füllungsgrad und Impulsanzahl zu vertiefen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bis zum jetzigen Zeitpunkt fand keine Veröffentlichung der Ergebnisse, die im Rahmen dieses Forschungsprojektes erarbeitet wurden, statt.


Fazit

Aus den Versuchen ging hervor, dass sich eine Probenbehandlungsvorschrift für eine erfolgreiche, möglichst selektive Aufbereitung von Asphaltproben nicht nur auf den eigentlichen Zerkleinerungsvorgang, sondern auch auf die nachfolgenden Schritte beziehen muss. Diese Schritte müssen so gestaltet werden, dass ein nachträgliches Verkleben der zerkleinerten Proben verhindert wird. Dazu müsste eine Schallimpulszerkleinerungsapparatur vereinfachter Bauart, die alle sicherheitstechnischen Anforderungen erfüllt, in einem Asphaltlabor zur Verfügung stehen. Die Realisierung dieser Aufgabe war nicht Gegenstand die-ses Projektes. Die dazu notwendigen Vorarbeiten wurden mit den hier durchgeführten Untersuchungen erbracht.

Übersicht

Fördersumme

105.096,00 €

Förderzeitraum

10.05.2005 - 10.01.2007

Internet

www.hutschenreuther.de

Bundesland

Thüringen

Schlagwörter

Umwelttechnik