CN102325842B - 生产铺路沥青组合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有提高的铺路性能的沥青组合物，其包含高浓度乳化剂沥青乳液。该高浓度乳化剂沥青乳液具有比常规的沥青乳液更高含量的表面活性剂，因此促进了在最终的铺路沥青组合物中使用低含量的乳液。此外，该高浓度乳化剂沥青乳液具有比逆沥青分散体更好的表面活性剂分散性能，由此提高该沥青组合物的混合和涂覆性能。所公开的沥青组合物可在比常规的热混沥青组合物低得多的温度范围内用于路面结构中，并且它仍然以与那些热混沥青铺路组合物相当的速率形成了粘合强度和承重强度性能。
Description
这个非临时申请依赖于2009年2月19日申请的美国临时申请系列No.61/153673的申请日，并且是在其十二(12)个月内申请的，其在此引入作为参考，并且按照35 USC §1.19(e)要求其优选权。
发明背景
为了修建承重沥青路面，最常使用的是热混铺路沥青组合物。热混铺路沥青组合物主要由集料和沥青粘合剂组成。它们通常是通过将预热的集料和热的沥青粘合剂在批次的或者连续的混合装置中混合来生产的。在与热沥青粘合剂混合之前，将集料加热到超过150℃的温度，来定量的除去表面和孔二者中结合的湿气。将该沥青粘合剂加热到典型的超过143℃的温度来降低产品的粘度和使得它适于通过常规的液体转移装置例如泵来泵送。在离开混合装置时，所形成的热混铺路沥青组合物典型的温度超过143℃。这种高温铺路沥青组合物典型的被本领域技术人员称作热混沥青(“HMA”)。在生产HMA铺路组合物中因为两个主要原因而需要高温。第一，高温确保了从集料中完全除水。湿集料不能被沥青粘合剂包覆。第二，高温确保了沥青粘合剂保持在低的粘度。低粘度的沥青粘合剂使得最终的HMA能够在混合生产和路面修建的全部单元操作中能够使用。
还已知的是水包油沥青乳液和油包水沥青分散体(逆乳液)可以用来在比这些典型的HMA方法更低的温度来生产铺路沥青组合物和构建承重沥青路面。
在US专利公开No.2007/039520和2008/060551中，Crews等人教导了通过这样的方法来生产适于沥青路面结构的铺路沥青组合物，该方法包括将沥青乳液与集料在60℃-140℃的温度混合，其中该水包油沥青乳液包含大约50-75重量%的沥青，大约0.05-2.0重量%的乳化剂，和大约25-50重量%的水。将该沥青乳液传递到工作位置，并且与集料在高温混合装置中混合来生产铺路沥青组合物。同样，加入到该高温混合装置中的水量将超过该铺路沥青组合物的1.0重量%。这个水在该混合装置中转化成蒸气，并且该蒸气会导致该混合加工装置中例如过滤器和袋滤室中结垢。此外，该蒸气会与空气携带的灰尘(在混合方法过程中产生)混合来在设备废气装置的空气过滤器中形成泥浆状障碍物。这种泥浆状障碍物限制了空气流过该废气装置，因此造成混合生产率的降低。
在US专利No.7297204中，Crews等人教导了通过这样的方法来生产适于沥青路面结构的铺路沥青组合物，该方法包括将逆沥青乳液与集料在60℃-140℃的温度混合，其中该逆沥青乳液包含大约75-95重量%的沥青，大约0.05-2.0重量%的乳化剂，和大约5-25重量%的水。将该逆沥青乳液传递到工作位置，并且与集料在高温混合装置中混合来生产铺路沥青组合物。该沥青逆乳液中的水在该混合装置中转化成蒸气，其将使得该混合加工装置结垢和形成泥浆状障碍物，其限制了空气流过废气装置。
因此，这就需要一种在比这些典型的HMA方法低的温度来生产适于构建承重沥青路面的铺路沥青组合物的方法，其中该生产方法使得在集料与沥青粘合剂混合的混合操作中所产生的水蒸气造成的前述问题最小。
发明内容
本发明涉及一种在比那些典型的HMA方法低的温度来生产适于构建承重沥青路面的铺路沥青组合物(bituminous paving composition)的方法，其中该生产方法使得在集料与沥青粘合剂混合操作过程中所产生的水蒸气的含量最小。在该混合操作过程中存在的水含量被降低来使得所产生的蒸气含量最小，同时允许同时分散该乳化剂和沥青。具有提高的铺路性能的铺路沥青组合物是通过混合集料，非乳化沥青和高浓度乳化剂沥青乳液来生产的。这里，措词“高浓度乳化剂沥青乳液”指的是用基于最终的乳液的重量为高浓度的乳化剂所制造的乳液。所公开的高浓度乳化剂沥青乳液具有比常规的沥青分散体更好的表面活性剂分散性能，由此提高了在60℃-140℃的温度范围内生产该铺路沥青组合物的过程中，对于集料的混合和包覆。此外，本发明的沥青乳液包含高含量的乳化剂。同样，可以将期望含量的表面活性剂传递到混合操作，而无需同时加入大量的水。
所公开的沥青组合物可在比常规的热混沥青组合物低得多的温度用于路面结构中，并且它仍然以与那些热混铺路沥青组合物相当的速率来形成粘合强度和承重强度性能。
具体实施方式
本发明现在将在下文中更充分的描述，但是并非表示了本发明全部的实施方案。实际上，这些公开内容可以体现为许多不同的形式，并且不应当解释为对这里所提出的实施方案的限制；而是提供了这些实施方案来使得本发明满足所适用的法律要求。
本发明中的术语“沥青”或者“含沥青的”指的是天然存在的沥青和改性沥青。它们也称作“柏油”。适用于本发明的这样的材料的例子包括但不限于天然存在的沥青，源自于原油的沥青，获自裂化方法的石油沥青，煤焦油，聚合物改性的沥青，橡胶处理的沥青，含有再循环的轮胎材料的橡胶处理的沥青，酸改性的沥青，蜡改性的沥青及其组合。此外，铺路粘合剂可以用作本发明的沥青成分。这样的铺路粘合剂的例子包括但不限于源自于天然或者合成来源的树脂质的或者聚合物材料。
本发明的沥青组合物可以作为铺路组合物，用于承重路面以及用于高速交通路面。
本发明的铺路沥青组合物包括：
(a)高浓度乳化剂沥青乳液，该乳液包含：
(a.1)基于该乳液总重量为大约45%-大约98%的沥青，该沥青的特征在于针入度（penetration number）小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(a.2)基于(a.1)的沥青重量为大约1-大约20重量%的乳化剂添加剂，
(a.3)水，该水处于完成该乳液的量；
(b)非乳化沥青，该沥青的针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的；和
(c)集料，
其中：
(i)来自(a)的高浓度乳化剂沥青的沥青和来自(b)非乳化沥青的沥青的合计重量是大约1%-大约20%，基于该沥青组合物的总重量，和
(ii)集料的重量量是大约80%-大约99%，基于该沥青组合物的总重量。
该本发明的铺路沥青组合物包括：
(a)高浓度乳化剂沥青乳液，该乳液包含：
(a.1)基于该乳液总重量为大约45%-大约98%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(a.2)基于(a.1)的沥青重量为大约2-大约20重量%的乳化剂添加剂，
(a.3)水，该水处于完成该乳液的量；
(b)非乳化沥青，该沥青的针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的；和
(c)集料，
其中：
(i)来自(a)的高浓度乳化剂沥青的沥青和来自(b)非乳化沥青的沥青的合计重量量是大约1%-大约20%，基于该沥青组合物的总重量，和
(ii)集料的重量量是大约80%-大约99%，基于该沥青组合物的总重量。
本发明的铺路沥青组合物包括：
(a)高浓度乳化剂沥青乳液，该乳液包含：
(a.1)基于该乳液总重量为大约45%-大约75%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(a.2)基于(a.1)的沥青重量为大约1-大约20重量%的乳化剂添加剂，
(a.3)水，该水处于完成该乳液的量；
(b)非乳化沥青，该沥青的针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的；和
(c)集料，
其中：
(i)来自(a)的高浓度乳化剂沥青的沥青和来自(b)非乳化沥青的沥青的合计重量量是大约1%-大约20%，基于该沥青组合物的总重量，和
(ii)集料的重量量是大约80%-大约99%，基于该沥青组合物的总重量。
在一种实施方案中，该铺路沥青组合物包括：
(a)高浓度乳化剂沥青乳液，该乳液包含：
(a.1)基于该乳液总重量为大约45%-大约75%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(a.2)基于(a.1)的沥青重量为大约1-大约20重量%的乳化剂添加剂，
(a.3)水，该水处于完成该乳液的量；
(b)非乳化沥青，该沥青的针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的；和
(c)集料，
其中
(i)来自(a.1)的沥青与来自(b)的非乳化沥青的重量分数比是大约0.0135-大约247.5，和
(ii)来自(a.1)的沥青和(b)的非乳化沥青二者之和与(c)的集料的重量分数比是大约0.01-大约0.5。
本发明的沥青组合物可以进一步包括添加剂。这样的添加剂的例子包括但不限于矿物添加剂例如石灰和水泥；和纤维添加剂例如纤维素，玻璃和聚合物纤维。此外，再生的沥青路面材料可以用作添加剂。该添加剂可以与集料供料一起引入。
为了生产所公开的铺路沥青组合物，可以使用不同的次序来合并该高浓度乳化剂沥青乳液，该非乳化沥青和集料。例如，该高浓度乳化剂沥青乳液和该非乳化沥青可以首先混合，然后将所形成的混合物加入到集料中。当期望时，该集料和该非乳化沥青可以首先混合，然后将高浓度乳化剂沥青乳液加入到所形成的混合物中。可选择的，该集料和该高浓度乳化剂沥青乳液可以首先混合，然后将该非乳化沥青加入到所形成的混合物中。同样，当适当时，该高浓度乳化剂沥青乳液和该非乳化沥青可以同时加入到集料中。应当理解本领域技术人员可以调节该混合顺序以适应所选择的混合操作方法。
在一种实施方案中，所公开的铺路沥青组合物是通过这样的方法来生产的，该方法包括步骤：
(A) 制备高浓度乳化剂沥青乳液，该乳液包含：
(i)基于该乳液总重量为大约45%-大约98%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(ii)基于(i)的沥青重量为大约1-大约20重量%的乳化剂添加剂，和
(iii)水，该水处于完成该乳液的量；和
(B)将该高浓度乳化剂沥青乳液与非乳化沥青合并来产生沥青粘合剂组分，所述的非乳化沥青的针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的；和
(C)通过将该沥青粘合剂组分与预热的集料混合，来生产温度范围约50℃-约140℃的沥青组合物；
其中：
来自步骤(A)的高浓度乳化剂沥青的沥青和来自步骤(B)的非乳化沥青的沥青的合计重量量是大约1%-大约20%，基于该沥青组合物的总重量，和
集料的重量量是大约80%-大约99%，基于该沥青组合物的总重量。
在一种实施方案中，所公开的铺路沥青组合物是通过这样的方法来生产的，该方法包括步骤：
(A) 制备高浓度乳化剂沥青乳液，该乳液包含：
(i)基于该乳液总重量为大约45%-大约98%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(ii)基于(i)的沥青重量为大约1-大约20重量%的乳化剂添加剂，和
(iii)水，该水处于完成该乳液的量；和
(B)将该高浓度乳化剂沥青乳液与预热的集料合并，来提供沥青乳液-集料混合物；
(C)向该沥青乳液-集料混合物中加入针入度小于220dmm的非乳化沥青，来生产温度范围为大约50℃-大约140℃的沥青组合物，所述的针入度是根据ASTM标准方法D5在25℃来测量的，
其中：
来自步骤(A)的高浓度乳化剂沥青的沥青和来自步骤(B)的非乳化沥青的沥青的合计重量量是大约1%-大约20%，基于该沥青组合物的总重量，和
集料的重量是大约80%-大约99%，基于该沥青组合物的总重量。
在一种实施方案中，所公开的铺路沥青组合物是通过这样的方法来生产的，该方法包括步骤：
(A) 制备高浓度乳化剂沥青乳液，该乳液包含：
(i)基于该乳液总重量为大约45%-大约98%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(ii)基于(i)的沥青重量为大约1-大约20重量%的乳化剂添加剂，和
(iii)水，该水处于完成该乳液的量；和
(B)将预热的集料与针入度小于220dmm的非乳化沥青混合，来生产沥青-集料混合物；所述的针入度是根据ASTM标准方法D5在25℃来测量的，和
(C)将高浓度乳化剂沥青乳液与步骤(B)的沥青-集料混合物合并；
其中：
来自步骤(A)的高浓度乳化剂沥青的沥青和来自步骤(B)的非乳化沥青的沥青的合计重量量是大约1%-大约20%，基于该沥青组合物的总重量，和
集料的重量量是大约80%-大约99%，基于该沥青组合物的总重量。
在一种实施方案中，所公开的铺路沥青组合物是通过这样的方法来生产的，该方法包括步骤：
(A) 制备高浓度乳化剂沥青乳液，该乳液包含：
(i)基于该乳液总重量为大约45%-大约98%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(ii)基于(i)的沥青重量为大约1-大约20重量%的乳化剂添加剂，和
(iii)水，该水处于完成该乳液的量；和
(B)提供针入度小于220dmm的非乳化沥青，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的；
(C)将高浓度乳化剂沥青乳液和该非乳化沥青同时加入到预热的集料中，和，
其中：
来自步骤(A)的高浓度乳化剂沥青的沥青和来自步骤(B)的非乳化沥青的沥青的合计重量量是大约1%-大约20%，基于该沥青组合物的总重量，和
集料的重量量是大约80%-大约99%，基于该沥青组合物的总重量。
当期望时，上述方法的步骤(A)中的高浓度乳化剂沥青乳液可以包含：
(i)基于该乳液总重量为大约45%-大约98%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(ii)基于(i)的沥青重量为大约2-大约20重量%的乳化剂添加剂，和
(iii)水，该水处于完成该乳液的量。
在一种实施方案中，上述方法的步骤(A)中的高浓度乳化剂沥青乳液可以包含：
(i)基于该乳液总重量为大约45%-大约75%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(ii)基于(i)的沥青重量为大约1-大约20重量%的乳化剂添加剂，和
(iii)水，该水处于完成该乳液的量。
在一种实施方案中，通过上述方法所生产的铺路沥青组合物的特征在于：
来自步骤(A)的高浓度乳化剂沥青的沥青和来自步骤(B)的非乳化沥青的沥青的合计重量量是大约1%-大约20%，基于该沥青组合物的总重量，和
集料的重量量是大约80%-大约99%，基于该沥青组合物的总重量。
在一种实施方案中，所公开的方法生产了这样的沥青组合物，其不存在针入度大于220dmm的沥青，该针入度根据ASTM标准方法D5在25℃测量的。
在所公开方法的一种实施方案中，在与其他组分合并来生产铺路沥青组合物之前，步骤(A)的高浓度乳化剂沥青乳液的温度是大约25℃-大约95℃。
在所公开方法的一种实施方案中，在与其他组分合并来生产铺路沥青组合物之前，将集料预热到大约60℃-大约140℃的温度。
沥青
任何已知的沥青(其满足性能级别，粘度级别或者针入度级别的规格)可以用于本发明中。用于本发明的合适的集料可以具有满足适当的运输部门所制定的适用于承重路面结构的规格的性能。
本发明所用的沥青的针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃来测量的。处于这个针入度范围内的沥青被本领域技术人员称作“硬沥青”。用于本发明的合适的沥青可以是沥青、改性的沥青及其组合。作为此处使用的，“沥青”和“改性的沥青”是那些，其表现出在特定的气候条件下适于铺路应用的流变性能，例如符合公路战略研究计划(Strategic Highway Research Program(SHRP))路面粘合剂规格的这些沥青。此外，该沥青可以符合粘度分级和/或针入度分级沥青的规格。
适用于本发明的沥青例子包括但不限于天然存在的沥青，源自于原油的沥青，获自裂化方法的石油沥青，煤焦油，聚合物改性的沥青，橡胶处理的沥青，含有再循环的轮胎材料的橡胶处理的沥青，酸改性的沥青，蜡改性的沥青，及其组合。此外，铺路粘合剂可以用作本发明中的沥青组分。合适的这样的铺路粘合剂包括但不限于源自于天然或者合成来源的树脂质的或者聚合物材料。
用于本发明的合适的沥青可以包括但不限于天然存在的沥青例如湖沥青、硬沥青和硬沥青衍生物；源自于原油的沥青；获自裂化方法的石油沥青；煤焦油；及其组合。此外，适用于本发明的沥青可以包含来自于再循环轮胎的再循环碎末橡胶。应当理解沥青或者含沥青物还可以称作柏油。
合适的改性的沥青可以包含改性沥青生产中性能满足性能分级标准的任何添加剂。这些添加剂可以包括但不限于天然橡胶，合成橡胶，塑性体，热塑性树脂，热固性树脂，弹性体及其组合。这些添加剂的例子包括但不限于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，苯乙烯-丁二烯-橡胶(SBR)，聚异戊二烯，聚丁烯，丁二烯-苯乙烯橡胶，乙烯基聚合物，乙烯乙酸乙烯酯，乙烯乙酸乙烯酯衍生物等等。
在期望时，该改性的沥青可以包含通常用于沥青乳液生产中的另外的添加剂，来调整最终的铺路沥青组合物的特性。这样的另外的添加剂包括但不限于苯乙烯-丁二烯-橡胶乳胶；聚异戊二烯乳胶；盐；酸改性剂例如聚磷酸，粗妥尔油，蒸馏的妥尔油酸，妥尔油沥青及其衍生物；蜡改性剂例如褐煤蜡，蜂蜡和费-托蜡；再生剂，及其组合。
乳化剂添加剂
本发明所用的乳化剂添加剂在26℃的温度和小于0.1重量%的含水浓度时，在沥青和水之间的界面张力可以小于40达因/cm。
该乳化剂添加剂可以包括阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂，两性表面活性剂，非离子表面活性剂及其组合。
用于本发明的合适的乳化剂添加剂可以具有高温剪切稳定性，用于混合和随后该沥青组合物的压实所需，作为沥青膜和集料之间的界面张力，这样来保持强的粘合结合，并且防止水损坏路面。
可以选择乳化剂添加剂配方来控制分散性能例如界面粘度，Marangoni效应，和在本发明的高温(即，大约50℃-大约120℃)时界面沥青溶解性和同时处于低的表面活性剂剂量。同样可以选择该乳化剂添加剂的剂量来赋予最终乳液以目标界面性能。避免了高的表面活性剂剂量，因为它们是昂贵的。此外，高的乳化剂添加剂剂量导致了压缩强度低的形成速率，和提高了最终路面中的湿气敏感性。
集料
用于铺路材料和道路结构、道路修复、道路维修和道路维护中的任何源自于天然或者合成来源的集料可以用于本发明中。应当理解本发明中的“集料”还包括再生的沥青路面(RAP)。
如同在任何构建方法中一样，用于沥青铺路应用的集料的选择基于许多标准，包括物理性能，与打算用于该构建方法中的沥青的相容性，可获得性和提供这样的最终路面能力，该最终路面满足在工程设计寿命内设计用于交通的路面层的性能规格。在集料性能中对于成功的道路结构来说关键的是分级，其指的是给定尺寸的集料粒子的百分数。对于大部分承重沥青路面来说，三种分级是常规的：密级配(dense graded)，缺级配(gap-graded)和开级配(open-graded)。密级配集料表现出每单位集料最大的矿物表面积。开级配集料主要组成为单个的、大尺寸(例如大约0.375英寸-大约1.0英寸)的石头，具有非常少量(典型的小于总集料的大约2%)的细物(小于0.25英寸的材料)或者填料(小于0.075mm的矿物材料)。缺级配集料处于密级配和开级配种类之间。再生的沥青路面(RAP)材料通常反映了该再生的材料获自其中的路面的分级。如果初始路面是密级配混合物，则RAP通常也将是密级配的，虽然通常观察到RAP填料部分低于初始集料规格的设计限制。
通常用于生产铺路沥青组合物的任何集料都适用于本发明中。它们包括但不限于密级配集料，缺级配集料，开级配集料，石头基质沥青，再生的沥青路面，再生的屋顶瓦片及其混合物。没有完全干燥的集料也可以用于本发明中。
高浓度乳化剂沥青乳液
所公开的沥青乳液可以用与铺路沥青组合物相同的设备来生产。该高浓度乳化剂乳液可以使用几种混合技术来生产。它们包括但不限于使用下面类型的混合装置来混合沥青和水：高剪切胶体磨，静态在线混合器，高剪切混合器和高剪切喷嘴装置。此外，该高浓度乳化剂乳液可以如下来生产：直接将水注入到沥青的加工流中，这样，由该水注入所产生的剪切足以分散和混合水滴到沥青流中和提供沥青乳液。该高浓度乳化剂沥青乳液可以在大约80℃-大约95℃的温度范围，使用这种混合方法来生产，在生产后，注入到混合室，在混合室中，将它与温度大约60℃-大约140℃的集料混合来产生温度大约60℃-大约140℃的铺路沥青组合物。该适用于本发明的高浓度乳化剂沥青乳液可以是水包油乳液或者油包水乳液。
本发明的沥青乳液可以是无溶剂的。环境考虑已经驱使降低，直至取消铺路沥青乳液中的有机溶剂。但是，因为技术原因，在获得本发明之前，完全取消全部铺路应用中的有机溶剂还是不可行的。在某些地区，术语“无溶剂”定义为包括少量的有机溶剂。例如，“无溶剂”在宾夕法尼亚洲中一度定义为包括高达4%的有机溶剂。因此在本发明中，在期望时，该沥青乳液可以包含至少一种溶剂(例如石脑油，煤油，柴油，软化油，生物溶剂等等)，其量小于促进下面任一所需：1)在环境温度混合该沥青组合物来产生完全包覆的集料，或者2)在环境温度压实该沥青组合物。在所公开的沥青乳液中溶剂的含量可以小于5%，基于乳液总重量。在一种实施方案中，在所公开的沥青乳液中溶剂含量小于大约1%，基于乳液总重量。作为此处使用的，术语“环境温度”表示小于大约40℃的环境温度。
铺路沥青组合物
如所述的，该高浓度乳化剂沥青乳液，非乳化沥青和集料的混合次序可以根据所选择用于混合操作的方法来调整。
在所公开的铺路沥青组合物的生产过程中，该高浓度乳化剂中的水基本上在混合操作过程中，在这种所选择的混合温度蒸发。这个水含量可以降低到小于乳液的5重量%。在一些实施方案中，该水含量可以降低到小于乳液的1重量%。
用于制备本发明的沥青组合物的该高乳化剂浓度沥青乳液具有比US专利公开No.2007/039520和2008/060551中所用的沥青乳液更低的水含量；所以，在混合操作中所产生的蒸气被降低，这样混合操作过程中的结垢和过滤问题会最小化。此外，表面活性剂在所公开的沥青组合物中的分散优于US专利 No.7297204中的沥青组合物，这产生了更彻底包覆的具有提高的路面性能的铺路沥青组合物。
所公开的沥青组合物可以在远低于常规的热混沥青组合物的温度用于路面结构中，并且它仍然以与那些热混铺路沥青组合物相当的速率形成了粘合强度和承重强度性能。为了铺设表面，热混沥青组合物的温度必须典型的超过143℃。另一方面，对于铺路应用来说，所公开的沥青组合物的温度可以低于120℃。一旦施用到待铺设的表面上，所公开的沥青组合物可以根据期望，使用铺路应用中已知的任何压实方法来压实。
在一种实施方案中，将所施用的沥青组合物压实到与在超过140℃的温度所制造的热混路面组合物相当的空气空穴含量，并且具有基本等价的集料分级和沥青含量。
在一种实施方案中，将所施用的沥青组合物压实到以与在超过140℃的温度所制造的热混路面组合物相当的速率来形成承重强度，并且具有基本等价的集料分级和沥青含量。
本发明的方法适用于薄升板法覆盖铺路应用中。薄升板法覆盖是一种维护铺路技术，其通常包括放置根据常规热混方法，在通常超过165℃的温度生产的沥青组合物的薄升板(thin lift)，并且在所处场合相应的温度施加到现有的、损坏的路面表面。目前使用热混沥青组合物的薄升板工艺通常具有两个主要的不足。第一，该热沥青组合物倾向于快速冷却，这使得它难以在环境温度延伸(即，铺展)到现有的需要维修的道路表面上。由热沥青材料所制造的薄升板的这种快速冷却还会导致相当差的压实。这种由于快速冷却而发生于结构中的问题(例如，延伸，铺展和压实)在使用聚合物改性的沥青时会变严重。聚合物改性的沥青在给定温度具有比未改性的沥青更高的粘度。因此，在给定的构建温度，用聚合物改性的沥青制造的热混沥青组合物(具有集料的混合物)比由未改性的沥青制成的等价的沥青组合物更粘稠。作为这种粘度和流动阻力提高的结果，用聚合物改性的沥青制成的薄升板沥青组合物表现出在处理和构建方面甚至更大的问题。
在期望时，本发明的方法和沥青组合物可以用于生产沥青铺路块。在这种技术中，将沥青乳液和集料混合来形成沥青组合物，将其流延到模具中，压实和使其固化。该固化块(或者砖)用于修建路面。在一种实施方案中，将所公开的沥青组合物流延到模具中，并且在大约50℃-大约120℃的温度压实。在另外一种实施方案中，将所公开的沥青组合物流延到模具中，并且在大约80℃-大约100℃的温度压实。
由于本发明的沥青组合物所表现出的提高的压实(这导致更高的密度和更高的强度)和加速的固化速率(这导致提高的生产速率和提高的制造经济性)，本发明的方法和沥青组合物提供了相对于使用传统冷混铺路组合物的这些块的结构的改进。
在期望时，本发明的沥青组合物可以使用原位生产方法来生产。这样的原位操作包括原位再循环操作例如在适当位置的热再循环，在这里老化的、损坏的路面可以用多种便携加热器装置加热，切割和与沥青材料重新结合来产生再生的铺路组合物。该再生的铺路组合物是在通车车道的宽度上延伸的，并且压实来产生再生的路面通车表面。
在生产该沥青组合物和将它们用于铺路应用之间的时间内，所公开的沥青组合物可以保持在大约50℃-大约120℃的温度。它可以在封闭系统中(例如相当大的存储器，存储仓，覆盖的运输车辆等)保持在这些温度来防止湿气蒸发。
已知的用于混合沥青乳液和集料的方法和装置(其是固定的或者移动的)可以用于生产所公开的铺路沥青组合物，例如批次搅拌机，转鼓，或者连续的类型。术语“移动的”包括但不限于用于原位和适当位置操作的装置。搅拌机在乳液与粗集料和/或RAP、细物和填料研磨时赋予了它高的剪切。在这些高剪切混合器中，集料和/或RAP(其在转鼓或者批次混合器中加热到规定的加工温度)翻转沿着倾斜的转鼓向下，同时将沥青乳液喷涂到热集料和/或RAP上，这产生了乳液处理的集料和/或RAP，其通过转鼓混合器翻转向下。大部分转鼓混合器的内壁排列有翼片，其重复的截获混合物，在转鼓旋转时将它举起，并且将它沉积回到转鼓底部。转鼓和批次设备能够吞吐数百吨铺路材料每小时。
提供下面的实施例来进一步说明本发明，并且不解释为以任何方式对本发明的限制。
实施例1
所用沥青是性能分级的沥青PG64-22。但是，其他粘度分级的、针入度分级的和性能分级的沥青也适用于本发明。所用集料是Sanders Brothers 密级配12.5mm NMAS。其他符合Superpave集料品质和性能规格的密级配集料也可以用于本发明中。
高乳化剂浓度沥青乳液是如下来制备的：在胶体磨中研磨大约42份的温度大约20-80℃的4.7%的活性表面活性剂添加剂与大约58份的温度大约150℃的沥青PG64-22。
将大约1900g密级配铺路集料(其已经在炉子中预热到135℃的温度)加入混合器中。然后，将预热到150℃温度的大约93.4g的virgin PG64-22沥青加入到该混合器中。向该密级配铺路集料和virgin PG64-22混合物中加入大约10.64g的上述沥青乳液。然后将该混合物通过Hobart混合器搅拌1.0分钟来允许沥青粘合剂包覆集料表面。将该包覆的组合物在120℃压实来产生密级配铺路沥青组合物，该组合物的总沥青含量是5.0%w/w混合物，并且性能类似于用virgin粘合剂和集料制造并且在150℃压实的常规的HMA对照混合物。
测试所形成的沥青组合物的性能，并且与两种对照沥青组合物的那些性能比较：一种对照物是US2007/039520所公开的基于油包水沥青乳液，另一种对照物是US专利No.7297204所公开的基于逆沥青乳液。本发明的沥青组合物(其包含高乳化剂浓度沥青乳液)表现出比两种对照物更好的集料包覆性和外观上更黑。
实施例2
高乳化剂浓度沥青乳液是如下来制备的：在胶体磨中研磨大约42份的温度大约20-大约80℃的7.8%的活性表面活性剂添加剂与大约58份的温度大约150℃的沥青PG64-22。
将大约1900g密级配铺路集料(其已经在炉子中预热到135℃的温度)加入混合器中。然后，将预热到150℃温度的大约96.3g的virgin PG64-22沥青加入到该混合器中。向该集料和virgin PG64-22混合物中加入大约6.41g的该高乳化剂浓度沥青乳液，将该混合物通过Hobart混合器搅拌1.0分钟来允许沥青粘合剂包覆集料表面。将该包覆的组合物在120℃压实来产生密级配铺路沥青组合物，该组合物的总沥青含量是5.0%w/w混合物，并且性能类似于用virgin粘合剂和集料制造并且在150℃压实的常规的HMA对照混合物。
同样，测试所形成的沥青组合物的性能，并且与实施例1中所用的两种对照沥青组合物的那些性能比较。本发明的沥青组合物(其包含高乳化剂浓度沥青乳液)表现出比两种对照物更好的集料包覆性和外观上更黑。
应当理解前述说明所涉及实施方案仅仅是示例性的和说明性的，并且不是对本发明的限制。对本领域技术人员来说很显然可以在其中进行任何的改变和改进。这样的变化被认为处于下面的权利要求所定义的本发明的范围内。
Claims (23)
1.一种生产铺路沥青组合物的方法，其包括步骤：
(A) 制备高浓度乳化剂沥青乳液，该乳液包含：
(i)基于该乳液总重量为45%-98%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(ii)基于(i)的沥青重量为1-20重量%的乳化剂添加剂，和
(iii)水，该水处于完成该乳液的量；
(B)提供针入度小于220dmm的非乳化沥青，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的；
(C)提供预热的集料；
(D)合并该高浓度乳化剂沥青乳液、非乳化沥青和预热的集料，来生产温度范围50℃-140℃的沥青组合物；
其中：
来自步骤(A)的高浓度乳化剂沥青乳液的沥青和来自步骤(B)的非乳化沥青的沥青的合计重量量是1%-20%，基于该沥青组合物的总重量，和
集料的重量是80%-99%，基于该沥青组合物的总重量；
其中在加入该高浓度乳化剂沥青乳液之前，将该非乳化沥青与预热的集料合并。
2.权利要求1的方法，其中该高浓度乳化剂沥青乳液包含：
(a.1)基于该乳液总重量为45%-98%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(a.2)基于(a.1)的沥青重量为2-20重量%的乳化剂添加剂，和
(a.3)水，该水处于完成该乳液的量。
3.权利要求1的方法，其中该高浓度乳化剂沥青乳液包含：
(a.1)基于该乳液总重量为45%-75%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(a.2)基于(a.1)的沥青重量为1-20重量%的乳化剂添加剂，和
(a.3)水，该水处于完成该乳液的量。
4.权利要求3的方法，其中：
(1)来自(a)的高浓度乳化剂沥青乳液的乳化沥青与来自(b)的非乳化沥青的沥青的重量分数比是0.0135-247.5，和
(2)(a.1)的乳化沥青乳液和(b)的非乳化沥青二者之和与(c)的集料的重量分数比是0.01-0.5。
5.权利要求1的方法，其中该沥青组合物不包含任何针入度大于220dmm的沥青，该针入度是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的。
6.权利要求1的方法，其中(a.1)，(b)或者其组合的沥青因此包含选自下面的沥青：天然存在的沥青、源自于原油的沥青、获自裂化方法的石油沥青、煤焦油、聚合物改性的沥青、橡胶处理的沥青、含有再循环的轮胎材料的橡胶处理的沥青、酸改性的沥青、蜡改性的沥青、源自于天然来源的树脂质的或者聚合物材料、源自于合成来源的树脂质的或者聚合物材料、及其组合。
7.权利要求1的方法，其中在26℃的温度和小于0.1重量%的含水浓度时，该乳化剂添加剂在沥青和水之间的界面张力小于40达因/cm。
8.权利要求1的方法，其中该乳化剂添加剂包含选自下面的表面活性剂：阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂、及其组合。
9.权利要求1的方法，其中该集料选自密级配集料、缺级配集料、开级配集料、石头基质集料、再生的沥青铺路材料、再生的屋顶瓦片、及其组合。
10.一种生产铺路沥青组合物的方法，其包括步骤：
(A) 制备高浓度乳化剂沥青乳液，该乳液包含：
(i)基于该乳液总重量为45%-98%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(ii)基于(i)的沥青重量为1-20重量%的乳化剂添加剂，和
(iii)水，该水处于完成该乳液的量；
(B)提供针入度小于220dmm的非乳化沥青，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的；
(C)提供预热的集料；
(D)合并该高浓度乳化剂沥青乳液、非乳化沥青和预热的集料，来生产温度范围50℃-140℃的沥青组合物；
其中：
来自步骤(A)的高浓度乳化剂沥青乳液的沥青和来自步骤(B)的非乳化沥青的沥青的合计重量量是1%-20%，基于该沥青组合物的总重量，和
集料的重量是80%-99%，基于该沥青组合物的总重量；
其中在加入非乳化沥青之前，将该高浓度乳化剂沥青乳液与该预热的集料合并。
11.一种生产铺路沥青组合物的方法，其包括步骤：
(A) 制备高浓度乳化剂沥青乳液，该乳液包含：
(i)基于该乳液总重量为45%-98%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(ii)基于(i)的沥青重量为1-20重量%的乳化剂添加剂，和
(iii)水，该水处于完成该乳液的量；
(B)提供针入度小于220dmm的非乳化沥青，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的；
(C)提供预热的集料；
(D)合并该高浓度乳化剂沥青乳液、非乳化沥青和预热的集料，来生产温度范围50℃-140℃的沥青组合物；
其中：
来自步骤(A)的高浓度乳化剂沥青乳液的沥青和来自步骤(B)的非乳化沥青的沥青的合计重量量是1%-20%，基于该沥青组合物的总重量，和
集料的重量是80%-99%，基于该沥青组合物的总重量，
其中将该高浓度乳化剂沥青乳液和该非乳化沥青同时加入到该预热的集料中。
12.权利要求11的方法，其中该高浓度乳化剂沥青乳液包含：
(i)基于该乳液总重量为45%-98%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(ii)基于(i)的沥青重量为2-20重量%的乳化剂添加剂，和
(iii)水，该水处于完成该乳液的量。
13.权利要求11的方法，其中该高浓度乳化剂沥青乳液包含：
(i)基于该乳液总重量为45%-75%的沥青，该沥青的特征在于针入度小于220dmm，其是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的，
(ii)基于(i)的沥青重量为1-20重量%的乳化剂添加剂，和
(iii)水，该水处于完成该乳液的量。
14.权利要求13的方法，其中：
来自步骤(A)的高浓度乳化剂沥青乳液的乳化沥青与来自(B)的非乳化沥青的沥青的重量分数比是0.0135-247.5，和
步骤(A)(i)的沥青和步骤(B)的非乳化沥青二者之和与步骤(C)的集料的重量分数比是0.01-0.5。
15.权利要求11的方法，其中所生产的沥青组合物不存在任何的针入度大于220dmm的沥青，该针入度是根据ASTM标准方法D5在25℃测量的。
16.权利要求11的方法，其中该高浓度乳化剂沥青乳液是使用高剪切混合方法来制备的，该制备方法选自高剪切胶体磨分散，高剪切静态混合器分散，高剪切旋转混合器分散，经由注水到沥青加工流中，通过相反转法的高剪切分散，及其组合。
17.权利要求11的方法，其中将该高浓度乳化剂沥青乳液在生产后直接传递到至少一个固定的或者移动的沥青混合单元中，其中该混合单元选自转鼓混合器、搅拌机批次混合器、双重混合器及其组合，和其中该移动的混合单元包含在原位或者在适当的位置运行的装置。
18.权利要求11的方法，其中在生产沥青组合物的合并步骤(D)之前，步骤(A)的高浓度乳化剂沥青乳液的温度是25℃-95℃。
19.权利要求11的方法，其中在生产沥青组合物的合并步骤(D)之前，将步骤(C)的集料预热到60℃-140℃的温度。
20.权利要求11的方法，其中(A)(1)，(B)或者其组合的沥青因此包含选自下面的沥青：天然存在的沥青、源自于原油的沥青、获自裂化方法的石油沥青、煤焦油、聚合物改性的沥青、橡胶处理的沥青、含有再循环的轮胎材料的橡胶处理的沥青、酸改性的沥青、蜡改性的沥青、源自于天然来源的树脂质的或者聚合物材料、源自于合成来源的树脂质的或者聚合物材料、及其组合。
21.权利要求11的方法，其中在26℃的温度和小于0.1重量%的含水浓度时，该乳化剂添加剂在沥青和水之间的界面张力小于40达因/cm。
22.权利要求11的方法，其中该乳化剂添加剂包含选自下面的表面活性剂：阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂、及其组合。
23.权利要求11的方法，其中该集料选自密级配集料、缺级配集料、开级配集料、石头基质集料、再生的沥青铺路材料、再生的屋顶瓦片、及其组合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |