CN1148073A - 在制备用作道路路基的沥青中粘合剂的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在25℃的穿透本领为0-20的沥青用于制备具体用来修建或基础加固道路的含沥青覆盖层。根据本发明,覆盖层中沥青的含量是6%(重)以上。
Description
本发明涉及在制备具体用于道路路基的含沥青的覆盖层中非常硬的含沥青的粘合剂的应用。
人们知道,具体地采用蒸馏原油和/或将来自于这种蒸馏或这些蒸馏的重馏分脱沥青,可以由原油得到这种沥青。根据原油的来源,这种沥青由不同比例的链烷烃或环烃或芳烃的饱和油、树脂和沥青烯构成(要了解这个主题更详细的细节可以参看专利EP 246 956,该专利为申请人持有)。
人们还知道,含沥青的覆盖层是由沥青和无机骨料制作的组合物,沥青起着保证物料粘着的粘合剂的作用。
人们把材料的抗蠕变现象的性质称之它的抗车辙强度,这种现象可能是在炎热气候条件下由交通运输,特别是重载和缓慢的交通运输造成的。
人们把材料的承受拉应力的性质称之它的抗机械疲劳性,这种应力是在通常的气候或寒冷的气候条件下由交通运输产生的。
人们知道,硬沥青在25℃的穿透本领是10-25,软化温度高于60℃,由于测量软化温度所使用的方法而将它称为“珠-环”温度,所述的硬沥青具体是由原油经直接蒸馏和/或脱沥青得到的。
即使在制备道路沥青覆盖层时使用硬沥青,它给所述的覆盖层带来所要求的性质,如耐车辙和抗疲劳,人们知道,这种沥青越硬,造成机械起因和/或热起因的开裂,并且这些开裂往覆盖层中发展的危险性就越大。
因此,使用硬沥青可带来道路专业人员意识到的许多熟知的问题,并且寻找其解决办法构成了他们目前的主要任务。
正是如此,某些工业家提出在制备用于修建道路的含沥青覆盖层中使用这些硬沥青,具体如Ia Societe Travaux Produits Routiers在FR 2 483 938专利中提出的。事实上,在这份专利中描述了一种道路使用的新的含沥青混合物,这种混合物使用了在25℃的穿透本领为5-20、涂敷温度为175℃和刚性模量为16.103-24.103MPa的沥青。
然而,人们知道,当在25℃的穿透本领低于10,覆盖层刚性模量高于24.103MPa时,这种沥青被认为对于能够使用来说太硬。因此,这类沥青直到今天在道路应用中都是不可能利用的。
申请人在这个领域中按照与现有技术相反的方式进行了研究工作,惊奇地证实将来有可能使用所述的非常硬的沥青,以便制备用于修建道路的含沥青的覆盖层,只是要求在覆盖层中的沥青含量高于该技术现状所提倡的含量。另外,申请人认为,使用这样高含量的非常硬的沥青时,在道路中使用低于通常厚度的含沥青覆盖层的厚度是可能的。
因此,本发明的目的是利用非常硬的沥青,在制备具体用于道路路基的含沥青覆盖层时使用这些沥青,这样便解决了利用它们所遇到的问题。
为此,本发明的第一个目的在于在制备其刚性模量高于24.103MPa,具体用于修建或增强道路的含沥青覆盖层中,使用在25℃的穿透本领为0-20的非常硬的沥青,其特征在于覆盖层中沥青含量高于6%(重)。
本发明还有一个目的是具体用于修建或增强道路的含沥青覆盖层,其特征在于它含有6%(重)以上在25℃穿透本领为0-20的沥青。
在本发明这些目的中和在下面的说明中,穿透本领是根据AFNOR NFT66-004标准测定的,刚性模量是根据TOTAL762-94方法测定的。
在本发明中,起着粘合剂作用的沥青可以是所述的“天然的”沥青,或者所述的“合成的”沥青。天然沥青具体地可以从原油、含沥青的页岩、重油、含沥青砂中提取。
例如天然沥青可以是:
a)在大气压力下或在减压下直接蒸馏原油所得到的最重的馏分;
b)采用a)的重馏份作为溶剂进行脱沥青所得到的重相;
c)在催化剂存在下或没有催化剂时,a)的重馏份或b)的重相混合物的氧化产物;
d)在催化剂存在下或没有催化剂时,a)的重馏份或b)的重相与下述物质的混合物的氧化产物:
润滑油脱芳构化时得到的
-馏分,或
-芳族提取物,或
-脱沥青的柏油(brai);
e)由c)和d)或硬相所得到的氧化产物和下述物质的混合物:
在润滑油脱芳构化时得到的
-馏分,或
-芳族提取物,或
-脱沥青的柏油,或
-a)重馏分或b)重相;
f)单一的粘性降低基体,或它与一种或多种上述产品形成的混合物;
g)a)和f)与下述物质混合得到的其中一种产物:
润滑油脱沥青所得到的
-馏分,或
-芳族提取物,或
-脱沥青的柏油,或
-来自于催化裂解方法的芳族重馏分(“催化浆体”)。
可使用的沥青还可以是具有与上述“天然的”沥青特性相近特性的合成沥青,并且例如可以是因加颜料而可着色的光亮合成粘合剂。例如可以由石油树脂或茚-香豆酮树脂,与芳烃和/或链烷烃混合构成。这些石油树脂可以是由在不饱和石油馏分中存在的不饱和烃聚合制备的,这些石油馏分如是由热裂解或在水蒸汽下或由热解得到的馏分。在这方面,茚-香豆酮树脂一般是由煤焦油得到的。
不管选择起粘合剂作用的沥青如何,这都是非常硬的沥青,其穿透本领是0-10,这样得到刚性模量高于24×103MPa的覆盖层。
本发明可使用的沥青是由不同组分得到的混合物经简单混合或吹制制备的。因此申请人成功地试验了具体由具有穿透本领为15-25的直接蒸馏的硬基质,和大气压力下或减压下蒸馏原油时得到的重馏分,或如催化裂解或热解这些方法得到的产物所得到的沥青。这种重馏分优选地是,如在其蒸馏时,在温度等于或高于350℃,优选地是在400℃下得到5%以下的馏分。
上面提到的任何蒸馏都是根据ASTM D 1160标准进行的。
制备覆盖层可使用的无机骨料具有粒度分布组成为如0/14或0/20,可以是细砾石、砂和填充料的混合物。这种骨料的特性是如它们满足P18-101标准。
这样,申请人成功地使用了所述的“materiaux Meilleraire”组合物,这种组合物具有粒度分布为0/14,其配方如下:
-42%砂 0/2
-10%细砾石 2/4
-10%细砾石 4/6
-13%细砾石 6/10
-23%细砾石 10/14
-2%填充料。
含沥青覆盖层是按如下方式制备的:在温度为180-200℃,流量为30-500t/h,和在不需要特定物质的涂敷条件下,将沥青和无机骨料混合。
然后,进行覆盖层捣实操作,以便沥青合理地被掺入无机骨料中,并且其机械特性是最优的。
实施本发明使用的沥青的含量可以是在覆盖层中6-8%(重)沥青,这明显地超过了现有技术中主张的6%(重)的最低值。事实上,申请人确定了,使用非常硬的沥青时,往后有可能提高道路中沥青份数,按照机械的和热的性能,这是有利的。
由经典关系式P=K5√∑.α计算这种高沥青含量P,式中P代表覆盖层中沥青含量,以%(重量)表示,K代表强度模量,∑代表通常的骨料比表面和α之比:
这时强度模量K是3.8-4.5。覆盖层的密实度(覆盖层的骨料含量)高于95%,以便具有最佳的机械性状。
事实上,覆盖层中沥青量不充足在任何道路水平的情况下都产生开裂问题,沥青的量太高又产生道路的车辙问题。相反地本发明的沥青量有利于自动-补救。
应该具有构成道路路基层的含沥青覆盖层的厚度根据本发明可以是5-30厘米。与现有技术中遇到的通常的厚度相比,这是非常有利的,如下面的实施例所指出的,通常的厚度是40-50厘米。这样,较少的覆盖层量对于修建道路来说是很必要的,这时显著降低了道路修建成本。
现有技术最通常描述的道路路基层或者是由已处理的材料和水硬粘合剂,具体如砂砾石混合料-水泥或砂砾石混合料-矿渣构成的,或者是由砂砾石混合料-沥青类型的含沥青覆盖层构成的。
人们将含有如砂、细砾石或填充料之类的骨料和水泥混合物的材料称之“砂砾石混合料-水泥”。
人们将含有如砂、细砾石或填充料之类的骨料混合物和矿渣的材料称之“砂砾石混合料-矿渣”。
人们将含有如砂、细砾石或填充料之类的骨料混合物和沥青的材料称之“砂砾石混合料-沥青”。
人们根据TOTAL 762-94方法进行的试验,将在106负荷后出现试样断裂的应力称之σ6。
人们根据TOTAL 762-94方法进行的试验,将在106负荷后出现试样断裂的变形称之ε6。
受到水硬粘合剂处理的材料具有好的结构效果,因为它们因水泥或矿渣的存在而得到高的刚性模量,15×103-35×103MPa数量级。抗疲劳性得到σ6值约0.85MPa数量级。但是,这种效果只是在相当长的凝固时间之后才达到,其时间为数星期,还注意到热起因的开裂。
人们知道根据NFP 98-138标准的砂砾石混合料-沥青类型的含沥青覆盖层,根据它们因沥青的存在而具有粘弹性特性的情况,具有赋予变形可能性的优点,这种变形可能性表现在抗疲劳强度至少为0.8×10-4,但是,它们的刚性模量在15℃和10Hz下很难超过11×103MPa。刚性模量是根据NFP98-260 2标准测定的。
正如下面实施例所表明的,根据本发明使用非常硬的沥青,对于覆盖层来说能够同时达到受到水硬粘合剂处理的材料的刚性性质,和含沥青覆盖层的粘弹性性质。
事实上,所述的覆盖层具有在15℃和10Hz下刚性模量为24×103MPa,受到应力的抗疲劳性得到在15℃和25Hz下σ6值为1-2.5MPa,受到变形的抗疲劳性得到ε6值高于0.8×10-4。
这些性质对于道路路基层来说是必不可少的,它应该保证在任何道路中间有良好的应力分布和由道路交通运输在表面产生的变形分布。
这个道路路基层例如将被置于天然土壤或在土壤上的未处理的砂砾石混合料,与直接同车辆接触的磨损层之间。根据本发明使用非常硬的沥青用于制备道路路基的含沥青的覆盖层,对于修建新的道路和对于增强现有的道路同样都是有价值的。
无论如何,在道路的应用中,这种覆盖层只能够作为路基层,因为它不具有足够的粘着性质,还具有封闭的、光滑的、无孔也不粗糙的表面形态。因此,有必要用磨损层覆盖这个路基层,这磨损层可以是例如混凝土-沥青的通常覆盖层。这个磨损层的作用在于保证良好的热保护,根据其粗糙性,对于车辆来说还具有良好的粘着性。这个覆盖层还可以用作能够支撑重负荷和锚固的工业土壤。
下面的实施例说明本发明而不限制本发明。实施例1
这个实施例的目的在于证明,按照本发明,将非常硬的沥青用于制备作为道路路基材料的覆盖层,更具体地用于修建新的道路。
使用下述材料修建通常类型的道路:在两种厚度的砂砾石混合料-水泥(材料受到水硬粘合剂处理)上铺一层含沥青的混凝土磨损层,它们本身铺在土壤上。
可以在与修建新道路相关的Ia Cataloque des Structures LCPC-SETRA中找到的这种参比道路的结构如下:
-厚度为14厘米含沥青的混凝土层,
-二层砂砾石混合料-水泥,各自的厚度为25厘米和20厘米。
-按照本发明,使用非常硬的沥青制备覆盖层(记为E1)作为道路路基层,希望修建在机械上等效的道路。
覆盖层E1是由如下材料制备的:
1/起作粘合剂作用的沥青,它的特性如下:
-根据AFNOR 66004标准在25℃的穿透本领:十分之七毫米,
-根据AFNOR NFT 66-008标准的软化温度:90.5℃;
2/Meiileraie材料类型的无机材料,根据P18101标准,它的粒度分布为0/14,其配方如下:
-42%砂 0/2
-10%细砾石 2/4
-10%细砾石 4/6
-13%细砾石 6/10
-23%细砾石 10/14
-2%填充料。
这样制备的覆盖层E1具有如下特性:
-在15℃和10Hz条件下刚性模量:24×103MPa,
-根据NFT 98-140标准的真密度:2.61g/cm3,
-选择的强度模量:4.04,与根据NFP 98-140标准测定的在覆盖层中沥青的含量为每百份重量6.5份相对应。
所述的道路包括:在覆盖层E1层上铺含沥青的混凝土的磨损层,覆盖层E1自身置于含沥青的砂层上,而含沥青的砂层置于土壤上。
由Laboratoire Central des Ponts et Chaussees(桥梁与道路中心实验室,简写L.C.P.C.)的ALIZE III类型的模型出发,对修建这种道路所必需的覆盖层E1厚度进行最佳化。这种道路尺寸如下:
-厚度为14厘米的含沥青的混凝土层,
-由两种厚度(一层为10厘米,另一层为12厘米)的覆盖层E1构成的层,
-厚度为2厘米的砂-沥青层。
这些结果表明,对于修建与在Cataloque des STRUCTURES LCPC-SETRA中提出的通常结构等效道路来说,有可能按照本发明使用沥青B1制备用于路基层的覆盖层E1。因此,它可以取代受到直至目前仍被使用的水硬粘合剂处理的材料,还具有使用量少得多的优点。这样,它的应用能够显著降低道路总厚度。实施例2
这个实施例的目的在于说明,按照本发明将非常硬的沥青用于制备作为道路路基材料的覆盖层,更具体地用于对现有的道路进行基础加固。
使用下述材料对道路路基进行基础加固:在砂砾石混合料-水泥(材料受到水硬粘合剂处理)层上铺一层含沥青的混凝土磨损层,它们本身铺在现有道路上,现有道路本身在土壤上。
可以在与道路的基础加固相关的Ia Cataloque des Structures LCPC-SETRA中找到的这种参比道路的结构如下:
-厚度为8厘米含沥青的混凝土层,
-一层厚度为25厘米的砂砾石混合料-水泥,
-再铺在厚度为25厘米的现有道路上。
按照本发明使用在实施例1中描述的非常硬的沥青B1制备取代砾石混合料-水泥路基层的覆盖层E1,希望对这种道路进行基础加固。
覆盖层E1是以实施例1的相同方式制备的。
以下述方式对道路进行基础加固:在覆盖层E1层上铺一层含沥青的混凝土磨损层,覆盖层E1层本身铺在现有道路上,这道路本身铺在土壤上。
由L.C.P.C.的ALIZE III类型的模型出发,对基础加固这种道路所必需的覆盖层E1厚度进行最佳化。这种道路尺寸如下:
-厚度为8厘米的含沥青的混凝土层,
-厚度为13厘米的覆盖层E1层,
-再铺在厚度为25厘米的现有道路上。
这些结果表明,对于以与Cataloque des STRUCTURES LCPC-SETRA中提出的等效方式基础加固道路来说,有可能按照本发明使用沥青B1制备用于路基层的覆盖层E1。
因此,这种覆盖层可以取代直到目前还使用的受到水硬粘合剂处理的材料,它具有的优点是使用量比所述处理材料的低得多。这样,它的应用能够显著降低道路的总厚度。实施例3
这个实施例的目的在于说明,按照本发明制备的覆盖层E1的抗车辙和抗水剥离的性能,与现有技术中作为道路路基使用的含沥青覆盖层的性能是可比较的。
覆盖层E1是按照与实施例1相同的方式制备的。
为了与覆盖层E1比较,所选择的现有技术的砾石混合料-沥青类型的含沥青材料是一种砾石混合料-沥青类型(记为GB)的覆盖层,按照NFT 98-138标准给出了它们的特性,包括:
1/起粘合剂作用并具有如下特性的沥青(记为B′):
-根据AFNOR 66-004标准测定的在25℃的穿透本领:十分之四十毫米,
根据AFNOR NFT 66-008标准测定的软化点:54℃,
2/根据P18101标准测定的粒度分布为0/14的Meilleraie材料类型的无机材料,其配方如下:
-42%砂 0/2
-10%细砾石 2/4
-10%细砾石 4/6
-13%细砾石 6/10
-23%细砾石 10/14
-2%填充料。
这样制备的覆盖层GB具有如下特性:
-根据NFT 98-138标准测定的真密度:2.62g/cm3,
-强度模量:2.8,相应于在覆盖层中粘合剂的含量,4.25%(重)。
对根据本发明制备的覆盖层E1和对覆盖层GB进行了下述试验:
a)根据NFT 98-253-1标准,在循环30000次之后于60℃测定的车辙试验,
b)根据NFT 98-251-1标准,按照DURIEZ方法浸在水中并压制之后,通过测定于18℃下的抗压碎所进行的抗水剥离试验,
所得到的与两种覆盖层相关的结果列于下表I中:
表I
性质 | 覆盖层,E1 | 覆盖层,GB |
在循环30000次之后平均车辙深度(mm) | 1.8 | 2.0 |
在18℃浸没-压制比(MPa) | 1.0 | 0.90 |
表I的结果表明,根据本发明制备的覆盖层E1具有与覆盖层GB同样高的抗车辙和抗水剥离的性能。实施例4
这个实施例的目的在于说明,按照本发明制备的覆盖层E1的性能,与现有技术中作为道路路基使用的材料性能至少是可比较的,具体地与砾石混合料-矿渣或砾石混合料-水泥类型的水硬材料的刚性性质相比。
本发明的覆盖层E1是按照与实施例1相同的方式制备的。
为了与覆盖层E1比较,所选择的现有技术的砾石混合料-矿渣或砾石混合料-水泥类型的水硬材料是一种砾石混合料-水泥(记为GC)。
对根据本发明制备的覆盖层E1和对材料GC进行了下述试验:
a)根据上述的TOTAL方法,在15℃和速度为1mm/分的条件下进行的抗正拉强度试验,同时从所施加应力下的抗疲劳强度试验得到的σ6值出发,确定具有非常高模量的覆盖层的路基层厚度(如上面所指出的,σ6相应于以拉力-压力形式施加在覆盖层上的应力,在15℃和25Hz下经过106次负荷循环之后引起所述的覆盖层断裂),
b)在15℃和25Hz施加应力的条件下的抗疲劳强度试验,以便根据NFP98-261-1标准,在经过106次以拉力-压力形式负荷循环之后,测定覆盖层的断裂应力σ6,c)在15℃和25Hz条件下的刚性模量的测定。所得到的与两种覆盖层相关的结果列于下表II中:
表II
性质 | 覆盖层,E1 | 砾石混合料-水泥,GC |
抗拉强度,σR(MPa) | 4.56 | 7天以后:0.51360天以后:1.88 |
断裂应力σ6(MPa) | 1.5 | 0.9 |
刚性模量(MPa) | 25×103 | 25×103 |
表II的结果表明,根据本发明制备的覆盖层E1的抗正拉强度比材料GC的高得多,甚至当这个抗拉强度在360天以后达到最佳值时也是如此。另外,可以看到,覆盖层E1的高性能是立刻可获得的,而材料GC相反,它需要凝固数月。
另一方面,这些结果表明,覆盖层E1具有与材料GC同样好的刚性,与材料GC相反,覆盖层E1同时有良好的抗疲劳强度。
Claims (13)
1.在25℃的穿透本领为0-20的非常硬的沥青用于制备具体用来修建或基础加固道路的含沥青覆盖层,这种覆盖层的刚性模量高于24×103MPa,其特征在于覆盖层中沥青的含量是6%(重)以上。
2.根据权利要求1所述沥青的应用,其特征在于覆盖层中沥青的含量是6-8%(重)。
3.根据权利要求1或2所述沥青应用,其特征在于它被用于制备厚度小于30厘米的,用于修建道路的含沥青的覆盖层。
4.根据权利要求3所述沥青应用,其特征在于它被用于制备具有厚度5-20厘米的含沥青的覆盖层。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述沥青的应用,其特征在于穿透本领是0-10。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述沥青的应用,其特征在于所述沥青是天然沥青。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述沥青的应用,其特征在于所述沥青是合成沥青。
8.具体用于修建或基础加固道路的含沥青的覆盖层,其特征在于它含有6%(重)以上的,在25℃的穿透本领为0-20的沥青。
9.根据权利要求8所述的含沥青的覆盖层,其特征在于它具有在施加的应力下得到在15℃和25Hz条件下的σ6值是1-2.5MPa的抗疲劳性能。
10.根据权利要求8或9所述的含沥青的覆盖层,其特征在于其刚性模量在15℃和10Hz条件下高于24×103MPa。
11.根据权利要求8-10中任一权利要求所述的含沥青的覆盖层,其特征在于其强度模量为3.8-4.5
12.根据权利要求8-11中任一权利要求所述的含沥青的覆盖层,其特征在于其密实度高于95%。
13.根据权利要求8-12中任一权利要求所述的含沥青的覆盖层,其特征在于它是在温度为180-200℃下通过沥青与无机材料混合制备的。
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