CN101616997A - 用于使柏油再生的再生剂和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种再生剂，其在 60℃下的粘度为 200－60000cSt和含有10－90wt％的棕榈油及90－10wt％的沥青，其中所述百分数基于组合物的总重量计。所述再生剂适合用于热原位和热装置内再生过程中。

Description

用于使柏油再生的再生剂和方法
技术领域
本发明涉及沥青再生剂和使用所述沥青再生剂使柏油再生的方法。
背景技术
因为交通、水和日光的作用，柏油路面随着时间而劣化。路面质量劣化可能导致永久变形或形成车辙、破裂或脆性，和可能导致差的抗滑性。根据针入度值(例如根据EN 1426或ASTM D5-97在25℃下测量)下降和软化点(例如根据EN 1427或ASTM D36-95使用环球技术测量)增大，劣化是明显的。
再生技术提供恢复所需路面性质的方法，而不用新材料替换整个路面。此外，它们能够再次使用由柏油路面工业生产的废物。使柏油路面再生的优点是降低了对天然资源的需求，降低了废材料的产生和降低了成本。理想地，使再生的柏油路面量最大化，和使加入再生柏油的新材料量最小化。
回收的柏油路面(称为RAP)可以“原位”(即在道路位置处)再生或可以“装置内”再生(即从道路表面移除RAP和运输至柏油混合装置)。在热原位再生法中，将现有的路面再次加热和碾磨，和将新鲜骨料和再生剂加入RAP。该方法主要用于重新铺置路面的顶层，和可以再次使用至多100％的RAP。在热装置内再生法中，将RAP破碎和碾磨，和加入新鲜骨料、再生剂和某些情况下的新鲜沥青。装置内法可以用于构建新基层，但是至本发明的日期为止，因为柏油混合装置的限制，难以将高含量的RAP掺入最终产品中，和通常最终产品含有至多约50％的RAP。
再生剂的功能是对RAP中含有的老化粘合剂的性质进行改性，使得再生柏油的性质类似于原始柏油的那些。可能不能将柏油恢复至它之前的状态，但是应该可能明显改进已经经历劣化的那些性质。
通常使用的再生剂是从原油蒸馏获得的低粘度产品。本发明人已经致力于提供替代的再生剂，和已经致力于提供其中至少一部分试剂是植物来源的天然产品的试剂。代替石油产品掺入植物产品提供了潜在更可持续的产品，和可以导致价格和供应的优点。天然产品基再生剂必须具有所需的技术性质，和使用中应该是安全和易于处理的。
EP 1 491 684描述了用于使道路路面翻新的方法，其中将旧的表面移除、调节水分含量和加入冷态粘合剂。使粘合剂和RAP混合，和随后滚压以形成翻新路面。粘合剂至少由沥青和动物或植物油组成。在优选实施方案中，粘合剂含有10wt％的菜籽油、60wt％的沥青和30wt％的聚合物沥青。EP 1 491 684中描述的粘合剂具体配置用于冷原位再生中，冷原位再生是主要用于使低等至中等交通量道路的基层再生的方法。作为对比，热再生法可用于使道路的表层再生。
在Hasanan bin Md.Nor在1994年提交给Universiti TeknologiMalaysia的土木工程系(Faculty of Civil Engineering)的名称为“The Use of Palm Oil Products-Modify and Rejuvenate Bitumens”论文中，描述了将棕榈油精和棕榈仁油精用作再生剂。棕榈油是从油棕榈果实的果肉中获得的油。棕榈仁油是从油棕榈果实的果仁中获得的油。在于受控温度下分别使棕榈油和棕榈仁油结晶之后获得棕榈油精和棕榈仁油精。在该论文的建议中，建议在用于使柏油再生的方法中使用油精与新鲜沥青或聚合物改性沥青。
本发明人已经致力于提供包含植物基产品和可以在热原位和装置内再生过程中使用的替代再生剂。
发明内容
因此，本发明提供在60℃下的粘度为200-60000cSt(2×10-4至6×10-2m2s-1)(根据EN 13302测量)和含有10-90wt％的棕榈油及90-10wt％的沥青的再生剂，其中所述百分数基于组合物的总重量计。
所述再生剂适合用于热原位再生法中，所以本发明另外提供用于使柏油路面再生的方法，所述方法包括以下步骤：
a)加热和碾磨柏油路面；
b)加热本发明的再生剂；
c)将热再生剂和任选的骨料加入碾磨后的柏油路面和混合以提供再生柏油；和
d)用再生柏油形成再生柏油路面。
所述再生剂也适合用于热装置内再生法中，所以本发明另外提供用于使回收的柏油路面再生的方法，所述方法包括以下步骤：
a)加热新鲜骨料，加热本发明的再生剂，和任选加热新鲜沥青；和
b)将热再生剂、热新鲜骨料和任选的热沥青加入回收的柏油路面；和混合以提供再生柏油。
本发明人已经发现可以将含棕榈油的再生剂有利地用于热原位和装置内再生法中。与全油产品基再生剂相比，所述再生剂提供更可持续和更低成本的替代。
具体实施方式
沥青是基本由烃和它们的衍生物组成的粘性液体或固体。它可溶于三氯乙烯中，和当加热时逐渐软化。可以将沥青与骨料组合以提供柏油。本说明书中，术语“柏油”用于描述沥青和骨料的混合物。
再生剂在60℃下的粘度为200-60000cSt(2×10-4至6×10-2m2s-1)。粘度应根据EN 13302标准测量。不能使用具有高于60000cSt粘度的再生剂，因为需要大量的再生剂以对RAP的性质进行改性，和使得再生柏油中再生材料的比例低。降低再生剂的粘度减少了为使特定量的RAP再生所需的再生剂量，和也可能减轻或消除对添加新鲜骨料的需求。不太可能使用具有低于200cSt粘度的再生剂，因为它们不太可能含有足够量的有利化学组分，和因此不太可能实现所需的柏油性质改进。
再生剂的优选粘度将取决于它的打算用途：更较低粘度的再生剂优选用于原位再生，较高粘度的再生剂优选用于装置内再生。本发明的再生剂可以具有宽范围的粘度(例如通过改变棕榈油与沥青的比)，从而提供适合用于不同用途(特别是热原位和装置内再生)中的再生剂。
对于热原位再生，优选再生剂粘度高于350cSt，最优选高于400cSt。优选再生剂粘度低于750cSt，最优选低于600cSt。最优选粘度为400-600cSt。
对于热装置内再生，优选再生剂粘度高于4000cSt。优选再生剂粘度低于60000cSt。最优选粘度为适合于最终使用柏油混合物的4000-40000cSt。
再生剂包含10-90wt％的棕榈油。棕榈油是从油棕榈树的果实中获得的植物油。与上述Hasanan bin Md.Nor的论文中公开的方法相比，本发明方法使用包含棕榈油而不是棕榈油衍生物例如棕榈油精的再生剂。如所述论文中所公开的，棕榈油精的物理特征明显不同于棕榈油的那些。优选使用精制、漂白、除臭(RBD)的棕榈油，因为其在再生过程期间不释放任何的臭味。优选使再生剂中的棕榈油量最大化，因为棕榈油是容易获得和便宜的植物产品。但必须使用小于90wt％的棕榈油，因为棕榈油具有低粘度和大于90wt％的棕榈油不太可能提供具有所需范围内粘度的再生剂(棕榈油通常具有非常低的粘度，例如约20cSt，2×10-5m2s-1)，和因为棕榈油不含有由沥青提供的所有有利化合物。优选再生剂含有至少20wt％的棕榈油，更优选至少30wt％和最优选至少40wt％。优选再生剂含有小于80wt％的棕榈油，更优选小于70wt％和最优选小于60wt％。棕榈油含量的优选范围是40-60wt％。
再生剂含有10-90wt％的沥青。沥青可以是任意常规类型的沥青，包括聚合物改性沥青、化学改性沥青以及与短沸程渣油的共混物。沥青的针入度值优选在25℃下是10-3001/10mm(根据EN 1426测量)。最优选沥青的针入度值在25℃下是50-1001/10mm。如果针入度值大于1001/10mm，则与棕榈油相比将需要更高比例的沥青以生产具有所需范围内粘度的再生剂，和这排除了具有高棕榈油含量的再生剂的可能性。为提供具有所需范围内粘度的再生剂，必须平衡沥青的针入度值和再生剂中的沥青量。沥青(特别是具有较低针入度值的沥青)是非常粘的，所以如果使用低针入度沥青，则可能需要更少的沥青，和如果使用高针入度沥青，则可能需要更多的沥青。通常，再生剂中较低比例的沥青是优选的，因为期望使再生剂中植物衍生产品的量最大化。但需要大于10wt％的沥青以提供所需的粘度和提供足够量的有利化学组分，从而实现所需的柏油性质改进。优选再生剂含有至少20wt％的沥青，更优选至少30wt％和最优选至少40wt％。优选再生剂含有小于80wt％的沥青，更优选小于70wt％和最优选小于60wt％。沥青含量的优选范围是40-60wt％。
可以使再生剂与聚合物组合。含有与聚合物组合的再生剂的组合物对于使聚合物改性沥青再生可能是特别有效的。优选聚合物是聚合物改性沥青中找到的类型。优选聚合物是热塑性弹性体或塑性体，例如苯乙烯类嵌段共聚物、烯烃共聚物、聚氨酯和聚醚-聚酯共聚物。苯乙烯类嵌段共聚物是最优选的，和实例包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)。组合物中的聚合物量优选是组合物重量的3-15wt％。
再生剂可含有另外的组分，例如来自原油蒸馏的低粘度产品。但优选这些是再生剂中的次要组分，和优选它们各占不大于10wt％。在本发明的优选实施方案中，90wt％的再生剂由棕榈油和沥青组成，更优选95wt％的再生剂由棕榈油和沥青组成。
再生剂通过其中将棕榈油、沥青和其它组分组合在一起的共混过程制备。典型的共混过程将由以下步骤组成：将沥青加热至约170℃，在室温下加入棕榈油和共混约90分钟直至获得均匀的产品。
本发明的热原位再生法使用本领域技术人员已知的技术和设备以加热和碾磨柏油路面。加入碾磨后的柏油路面的再生剂量优选为最终再生柏油混合物重量的0.2-2wt％。加入小于0.2wt％的再生剂不太可能实现对柏油性质的充分改性。加入大于2wt％降低了被再生的再生路面的比例。优选将再生剂加热至一定温度，在该温度下它的粘度足以在最终柏油混合物中获得骨料涂层。
将碾磨后的柏油路面、再生剂和任选的新鲜骨料使用标准技术和设备混合，和使用标准技术和设备形成再生柏油路面。
本发明的热装置内再生法使用本领域技术人员已知的技术和设备碾磨回收的柏油路面，和加热回收的柏油路面、新鲜骨料、再生剂和使用的任意沥青。回收的柏油路面可以是来自道路碾磨的材料、来自柏油路面生产的废物或任意其它含沥青或骨料和沥青的混合物的材料来源。回收的柏油路面、新鲜骨料和再生剂(加上任意的新鲜沥青)的比例优选在以下范围内：
RAP：10-50wt％
新鲜骨料：90-50wt％
再生剂加上任意的新鲜沥青：2-6％
所有重量百分数均基于组成再生柏油混合物的组分的总重量计。
优选使再生柏油中回收材料(RAP)的比例最大化，但是因为柏油混合装置的具体设计，在实践中目前难以在热装置内再生期间实现大于50wt％的RAP含量。
优选在过程期间不直接加热RAP，因为这可能燃烧沥青，和优选通过从热骨料和热再生剂传热而进行加热。但在本发明的一些实施方案中，可以将RAP加热至140℃。优选将再生剂加热至一定温度，在该温度下它的粘度足以在碾磨后的柏油路面中获得骨料涂层。优选将新鲜骨料加热至160-180℃的温度。
使用标准技术和设备混合组分，和可以将再生柏油混合物用于标准柏油混合物的相同目的。
当这些装置设计允许的情况下，本发明也可用于更大量再次使用RAP(高于50％)的热装置内再生。
本发明另外提供通过本发明方法生产的再生柏油路面，和提供通过本发明方法生产的再生柏油。
下面将参考实施例描述本发明，所述实施例不用于限定本发明。
使用不同量的棕榈油和不同等级的沥青制备再生剂
将沥青在烘箱中加热至170℃。使用来自Shell的Petit Couronne炼厂的两种不同等级沥青：50/70等级沥青，在25℃下通过EN 1426测量的针入度为601/10mm和通过EN 1427测量的软化点为48.9℃；和10/20等级沥青，在25℃下通过EN 1425测量的针入度为181/10mm和通过EN 1427测量的软化点为66.0℃。将精制、漂白、除臭(RBD)的棕榈油(在60℃下通过EN 13302测量的粘度为22cS t)在室温下加入沥青。将沥青和棕榈油在170℃的温度下使用常规实验室搅拌器/混合器共混90分钟，在该点产品是均匀的。
改变沥青与棕榈油的比和沥青的等级，以获得不同粘度的再生剂。粘度根据EN 13302(用旋轴设备)测量；这用于复合流体的低粘度测量(对于沥青产品在相对高温下)。表1显示了制得的9种再生剂的粘度：
表1
  wt％，沥青50/70   wt％，沥青10/20   wt％，棕榈油  在60℃下的粘度(cst)
 实施例1   66   0   34   1040
 实施例2   57.3   0   42.7   420
 实施例3   57.3   0   42.7   500
 实施例4   50.4   0   49.6   260
 对比例1   97   0   3   不能测量
 实施例5   90   0   10   23700
 实施例6   75   0   25   3070
 实施例7   20   0   80   600
 实施例8   0   50   50   490
在这些实施例中，将10wt％-80wt％的棕榈油加入针入度为601/10mm的沥青，产生粘度为23700-260cSt的再生剂。将仅3wt％的棕榈油加入在25℃下针入度为601/10mm的沥青，提供粘度大于可能测量(和大于60,000cSt)的本发明范围之外的再生剂。将50wt％的棕榈油加入在25℃下针入度为181/10mm的沥青，产生粘度为490cSt的再生剂。
制备含再生剂和聚合物的组合物
通过共混160/220等级沥青(在25℃下通过EN 1426测量针入度为1621/10mm，和通过EN 1427测量软化点为41℃)、棕榈油和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚物制备组合物。将沥青和棕榈油放置于烘箱中和在140℃下加热30分钟，和随后转移至电炉上的容器和在140℃下在低剪切力下混合30分钟。一旦获得均匀的共混物，将温度升高至180℃，和加入粉末形式的SBS。将共混物在180℃下在低剪切力下混合2小时。组合物中组分的比例是69wt％的沥青、20wt％的棕榈油和11wt％的SBS。针入度(根据EN 1426测量)为1371/10mm和软化点(根据EN 1427测量)为90.5℃。对于150s-1的剪切速率，在100℃下的粘度(根据EN 13302)是13.8Pa.s，和对于150s-1的剪切速率，在120℃下的粘度是4.2Pa.s。
使老化的沥青再生
利用根据EN 12607-1方法的滚动薄膜烘箱试验(Rolling ThinFilm Oven Test，RTFOT)、之后是根据AASHTO R28-02方法的压力老化容器(Pressure Ageing Vessel，PAV)，在实验室中将沥青(50/70等级沥青，来自Shell的Petit Couronne炼厂，通过EN 1426测量针入度为601/10mm和通过EN 1427测量软化点为48.9℃)老化。这些方法用于模拟在柏油混合物的混合和铺设过程期间发生的老化(RTFOT)和道路条件下的长期老化(PAV)。如上所述制备含42.7％的棕榈油和57.3％的沥青的再生剂，所述沥青的针入度值为601/10mm和软化点为48.9℃。将完全老化的沥青(经历RTFOT和PAV的沥青)加热至170℃，和在室温下加入再生剂。将完全老化的沥青和再生剂共混，同时保持在160℃下45min，在该点产品是均匀的。
全面表征所得再生沥青，以将它的性质与新鲜初始沥青的那些进行比较。通过测量在25℃下的针入度值(根据EN1426方法)和软化点(根据EN1427方法)，评定在室温下的稠度和在高温下的稠度。针对新鲜沥青上和针对新鲜再生沥青进行测量，和亦在RTFOT之后(根据EN12607-1)和接着在PAV(根据AAHSTO R28-02)之后进行。表2显示了50/70沥青的所有结果和欧洲规格值。
表2
Figure G2008800053675D00091
在这些实施例中，用由42.7％的棕榈油和57.3％的针入度为60的沥青组成的再生剂使完全老化的粘合剂再生，导致恢复50/70等级规格中分类的新鲜沥青的初始性质。
用含再生剂和聚合物的组合物使沥青再生
通过RTFOT和PAV使沥青(50/70等级沥青，来自Shell的PetitCouronne炼厂，在25℃下通过EN 1426测量针入度为601/10mm和通过EN 1427测量软化点为48.9℃)老化。如上所述制备含69wt％的沥青、20wt％的棕榈油和11wt％的SBS的组合物，其针入度值为1371/10mm和软化点为90.5℃。将再生剂在烘箱中加热至180℃，和加入完全老化的沥青。将完全老化的沥青和再生剂混合，同时保持在180℃下45min。
测量再生沥青在25℃下的针入度(根据EN1425)、软化点(根据EN1427)和在25℃下的弹性回复(根据EN 13398)。表3显示了全部结果。
表3
  产品   沥青wt％   含再生剂和聚合物的组合物wt％  老化  针入度@25℃EN1426(1/10mm)   R&B EN1427(℃)  弹性回复@25℃(％)
50/70沥青 100  新鲜RTFOTPAV  603923   48.957.664.7
  再生沥青   75   25  新鲜RTFOT  4738   6065.6   7468
在该实施例中，用含再生剂和聚合物的组合物使完全老化的常规粘合剂再生，产生具有新鲜聚合物改性沥青性质的再生沥青。
针对老化的柏油混合物的再生效果
在该研究中考虑了三种柏油混合物：
对比柏油1：参比柏油混合物。
对比柏油2：用由从原油蒸馏获得的低粘度产品组成的再生剂再生的“老化混合物”。
实施例柏油1：用本发明再生剂再生的“老化混合物”。
选用于所有三种柏油混合物的柏油混合物类型是French BBSG0/14(Béton Bitumineux semi-Grenus)，其显示连续的分级曲线和由5种骨料馏分制得。粘合剂含量是混合物总重量的5wt％的粘合剂。
将参比混合物(对比柏油1)用于制备两种老化的混合物。在混合温度下熟化2小时之后，将混合物在80℃下在烘箱中以疏松状态老化7天。认为该老化混合物具有与RAP类似的性质。
再生由以下步骤组成：再次加热老化的混合物，和在不添加新的新鲜骨料的条件下与添加的再生剂混合。再生剂的添加量对于对比柏油2是16.4％，和对于例如柏油1是16.0％。由这些不同的混合物通过旋转真空蒸发器方法进行沥青的提取和回收。随后将回收的沥青试样通过根据EN1426在25℃下测量针入度和根据EN1427测量软化点而表征。表4显示了对于3种不同柏油混合物获得的结果。
表4
  针入度@25℃EN1426(1/10mm)   软化点EN 1427(℃)
 对比柏油1   33   56.8
 对比柏油2   51   52.7
 实施例柏油1   45   57
对于对比柏油2和实施例柏油1，再生剂成功地使老化的柏油混合物中的沥青再生。与使用由从原油蒸馏获得的低粘度产品组成的再生剂相比，使用本发明的再生剂产生的再生粘合剂显示的性质更接近初始粘合剂。

Claims (9)

1.一种再生剂，其在60℃下的粘度为200-60000cSt(2×10-4至6×10-2m2s-1)和含有10-90wt％的棕榈油及90-10wt％的沥青，其中所述百分数基于组合物的总重量计。
2.权利要求1的再生剂，包含35-60wt％的棕榈油和40-65wt％的沥青。
3.权利要求1或2的再生剂，其中沥青在25℃下的针入度值优选是10-300 1/10mm。
4.前述权利要求任一项的再生剂，其中90wt％的再生剂由棕榈油和沥青组成。
5.一种组合物，其包含前述权利要求任一项的再生剂和选自苯乙烯类嵌段共聚物、烯烃共聚物、聚氨酯和聚醚-聚酯共聚物的聚合物。
6.一种用于使柏油路面再生的方法，所述方法包括以下步骤：
a)加热和碾磨柏油路面；
b)加热权利要求1-4任一项的再生剂或权利要求5的组合物；
c)将来自步骤(b)的热再生剂或热组合物和任选的骨料加入碾磨后的柏油路面和混合以提供再生柏油；和
d)用再生柏油形成再生柏油路面。
7.一种用于使回收的柏油路面再生的方法，所述方法包括以下步骤：
a)加热新鲜骨料，加热权利要求1-4任一项的再生剂或权利要求5的组合物，和任选加热新鲜沥青；和
b)将来自步骤(a)的热再生剂或热组合物、热新鲜骨料和任选的热沥青加入回收的柏油路面；和混合以提供再生柏油。
8.权利要求6的方法生产的再生柏油路面。
9.权利要求7的方法生产的再生柏油。
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