CN1261651C - 修补含沥青的耐磨道路的方法和组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种修补含沥青的耐磨道路被损坏区域的方法。这种方法包括，加热被损坏的区域；向被损坏的区域施加一种液体，使被损坏的沥青再生；向被损坏的区域加入新材料，其量是使该区域保持水平所需的量；压实新材料。本发明还提供一种使被损坏的沥青再生的新组合物。该组合物可以包括乳化剂、重链烷烃馏分的溶剂萃取剂、重环烷烃馏分的溶剂萃取剂和水。

Description

修补含沥青的耐磨道路的方法和组合物
本发明涉及修补含沥青耐磨道路，例如柏油路或柏油碎石路和停车场的方法和组合物。
                            发明背景
含沥青的耐磨道路，例如柏油路，一般是由约94％的团粒(碎石和砂)和约6％的沥青粘合剂组成。沥青粘合剂是由烃组成的，具有离子的性质，用于将砂和碎石颗粒粘合在一起。
耐磨道路会通过沥青粘合剂的氧化而损坏。氧化过程降低了沥青的离子性质，这又导致团粒的松散。氧化油粘合剂失去其挠性，并且表面起皱和发裂。车辆和天气(温度变化和水分)的影响加速了这一过程。一般在材料松散后，会出现较大的裂缝，这些裂缝最终会变成一些坑洼。
氧化过程加速了对耐磨道路的其它损坏，特别是造成常规修复、在铁制品的周围和在沟道工程上连接的失败。
修复损坏的或老化的柏油路和柏油碎石耐磨路的常规方法，包括通过创、切割、或使用风铭(风钻)挖掘柏油路。处置除掉的柏油，将这个区域用新的材料修好，这些新的材料然后需要压实，并采用条带密封剂或连接密封剂密封。这种常规方法在成本、安全、环境、可持续性和耐久性方面都是不理想的。
                             发明概述
本发明提供一种用于修补含沥青的耐磨道路被损坏区域的改进方法。该方法包括：
(i)加热被损坏的区域；
(ii)向被损坏的区域施加沥青再生液体组合物，使被损坏的沥青再生；
(iii)向被损坏的区域加入新材料；和
(iv)压实所述新材料。
该方法还优选包括：
(v)向被修补的区域施加面涂层液体，它能密封和粘合被修补的区域；和/或
(vi)施加细的团粒以防滑。
本发明适用于任何含沥青的耐磨道路。耐磨道路可以是柏油路或柏油碎石路，例如覆盖在公路、停车场、人行道、机场、火车站月台或车行路表面上的柏油路或柏油碎石路。本发明的方法特别适合修补坑洼，但它同样适用于修补沟道、失效的连接或失效的接缝。
本发明还提供一种组合物，该组合物在本发明的方法中作为再生液体使用。这种组合物可以包括乳化剂、重链烷烃馏分的溶剂萃取剂、重环烷烃馏分的溶剂萃取剂、天然存在的矿物沥青和水。
                          发明详述
发明的方法
在特别优选的方案中，本发明的方法包括：
(i)采用红外加热器加热(软化)被损坏的区域；
(ii)耙松被损坏的区域；
(iii)向被损坏的区域施加一种沥青再生液体组合物，使被损坏的沥青再生；
(iv)进一步耙松被损坏的区域；
(v)向被损坏的区域加入新材料，其用量以使该区保持水平为准；
(vi)压实所述新材料；
(vii)施加面涂层液体；和
(viii)在修补的区域散布细的团粒。
本发明的方法是通过补充经氧化作用损失的化合物(广义地说，称作石油质)修补耐磨道路，使沥青恢复其粘合的离子特性和挠性。加到被损坏区域的沥青再生液体组合物包含那些失去的化合物。这样，本发明就能重新利用和再生被损坏的沥青，不需要从被修补的区域内挖出材料。
本发明方法中的加热步骤一般是采用纤维毯红外加热器进行的。从表面算起，加热深度一般为10mm-100mm。被加热材料的平均温度一般不超过200℃，可为50-200℃，优选100-200℃。和所有的碳结构一样，热会增加氧化作用，但红外加热不会强烈到引起烧焦(烧焦能永久性地破坏粘合剂中的沥青质)的程度。加热时间的变化取决于表面温度、和风冷却因素以及是否表面是潮湿的，例如可以加热5-20分钟，通常约10分钟。本发明的方法可在潮湿的条件下进行，但一般不应在下雨或霜冻的天气下进行。
在加热时，一般要耙松损坏的区域。这能使氧化程度高的上表面与氧化程度较低的底层发生混合。还能增加混合物的表面面积。要小心，不要使磨损层与路面下层的团粒混合。
然后施加沥青再生液体组合物。可以采用标准的手提喷洒器施加。下面将详细地叙述这种液体组合物。这种组合物是专门为本发明的方法使用开发的，其中包括在所选择的具有适宜极性水平的芳香族化合物中精心选择的再生油类。它非常耐温度分解，它必须能耐加热步骤所达到的高达200℃的温度而不分解，并可以耐高达500℃的温度而不分解。沥青再生液体组合物中的油类是采用阳离子型缓慢因化的乳化剂在高于正常浓度下乳化，这不仅能保证是一种完全可以储存和稳定的乳状液，而且还有助于慢固化和转效时间。这大大地提高了被再生的热混合物的施工性能。使沥青再生液体组合物彻底混入混合物中，以确保完全覆盖被加热的材料。
该方法的下一个步骤是加入新材料，例如沥青砂毡。只加入使修补区域保持水平所需要的新材料，即从表面磨掉的材料量。这种材料还有助于连接处的粘合。在某些情况下，例如在热辗压柏油时，加入预涂的石屑，将其压入路面，成为道路的结构。一般是将这些材料耙平，然后，例如通过辗压压实。在这一阶段，一旦冷却，路面就能接受通行。
然而，本发明的方法一般包括向修补区域和其周围的区域施加密封剂/粘合剂的面涂层的另一个步骤。这可向上表面提供另一种增强再生的化合物，但更重要的是，它能粘合和密封表面，以防止氧化。可以使用采用标准粘合剂罐的标准沥青分布器和/或手提喷洒器施加面涂层。下面将详细叙述这种面涂层的化学组成。可以使用以GSB-78和GSB-88商品名称销售的二种可供选择的粘合剂。GSB-78是优选的，因为它具有较好的储存特性，和较好的再生和密封性质。GSB-78是石脑油基的，而GSB-88是一种乳状液。
最后，可以加入细的团粒粉末(例如铝硅酸盐)，以确保有良好的初始防滑性能。在开放通行之前，应留下一段时间，使被修补的区域硬化，通常最少一小时。
本发明的方法有许多优点。这些优点是(无序排列)：
1.成本  因为这种方法的速度快，一个二人的团队(与通常的三人团队相比)每天可覆盖达70m2。此外新材料中柏油的成本低得多，因为只加入补充由于损坏而失去的材料；在常规方法中，还必须补充从损坏区域周围凿出的材料，由于倾倒和路面充填都需花费时间以及纳税，造成成本的增加。与其相比，本方法有沥青再生液体组合物的成本、加热被损坏区域的气体的成本和所需专用设备的成本(加热器和加热箱)。这种方法本身比传统方法总共便宜达50％。
2.无缝修补  通过热熔合，所形成的修补区域与现存的材料充分结合，这避免了连接失效问题，并消除了在常规方法中，在向冷的柏油加入热密封剂或新材料以粘结新材料和旧材料时出现的″冷冲击″问题。没有按旧表面切掉边缘的问题，不需任何类型条带或粘结的密封作用(具有短命的坏名声)，几乎没有任何膨胀率和收缩率不同的材料互相混合。此外，由于在本发明的方法中施加了面涂层，进一步地将表面和与其邻接的材料粘合和密封在一起。
3.环境  有许多环境上的优点。最明显的是能重新利用现有的表面，大大地减少了使用的新材料，不需倾倒任何废弃的材料，以致该过程非常安静，其速度非常快，这意味着道路可以比在通常情况下更早地开放。实际上，由于噪音小，可在交通最轻松的夜晚修补道路，而不会干扰居民。这个系统还避免了风钻引起的″白指病″问题。
在岩石和砂子的耐磨道路中，约94％具有几十年的极长寿命。在耐磨道路中，6％是粘合剂，其中也只有很小的份额会发生降解，其余的部分(主要化合物是沥青质)具有非常长的使用寿命，而且由于本发明的方法能有效地重新产生烃链，所以对材料的利用效率非常高，只需补充一部分损失的芳香油成分。
4.一致的质量  政府当局往往规定修补的深度范围。深度范围可从20mm-100mm。由于这种方法具有标准的修补质量，所以上述的一切都可以采用这个系统修补。而且全都进行得同样好。(了解这个系统的关键在于，柏油的工作就象一根铁棒。其表面首先从外部开始氧化。与铁不同，路面能发生断裂和裂缝，氧化就沿着这些地方进行。加热过程能沿着断裂和裂缝渗透，确保发生氧化的所有混合物都能接受足够的热量，变成可加工的。在加工开始后。施加沥青再生液体组合物，以加入失去的烃化合物)。
沥青再生液体组合物
沥青再生液体组合物一般包括从损坏区域的沥青中失去的化合物，广义地说，是沥青中的石油质。在损坏的区域施加这种液体，补充失去的化合物，从而使沥青恢复其原来的状态。再生液体一般含有大量的极性化合物，补充失去的极性化合物，使沥青恢复在耐磨表面上粘合砂和碎石的能力。
沥青再生液体组合物优选包含占总重量的30-80重量份的重链烷烃馏分的溶剂萃取剂和重环烷烃馏分的溶剂萃取剂、10-60重量份的水、和1-5重量份的乳化剂。更优选的是，这种液体包括占总重量60-65重量份的重链烷烃馏分的溶剂萃取剂和重环烷烃馏分的溶剂萃取剂、30-35重量份的水、和1-5重量份的乳化剂。
特别优选的沥青再生液体组合物，是一种称作″GSB-99″的沥青再生液体组合物。″GSB-99″的组成如下：
产品                                            重量％
芳香族油-溶剂萃取剂                             60-65％
重链烷烃馏分的溶剂萃取剂CAS注册号64742-04-7
重环烷烃馏分的溶剂萃取剂CAS注册号64742-11-6
水(H2O)                                      30-35％
乳化剂                                          高达5％
CAS＝化学文摘服务处
面涂层
如上所述，可将面涂层施加到被修补的区域上。该面涂层组合物可以进一步增加进入上表面的再生化合物，但更重要的是它能粘合和密封表面。
面涂层优选包括黑沥青、天然生成的矿物沥青(纯度99％)，天然沥青兼有优良的粘合和附着性能。该面涂层优选还包括沥青、粘合剂、溶剂和抗剥离剂(粘附剂)。溶剂可以包括石油煤油，石脑油，VM&P石脑油和/或乳醇。这些成分的含量如下：黑沥青和沥青粘合剂—20-60重量份；溶剂—20-80重量份；抗剥离剂—1-5重量份。如上所述，特别优选的面涂层是以商品名称GSB-78销售的面涂层，这种面涂层具有以下组成：
产品                                      重量％
黑沥青和    CAS注册号12002-43-6       35-45％
沥青粘合    CAS注册号8052-42-4
溶剂：                                50-60％
石油煤油，石脑油CAS注册号8008-20-6
                CAS注册号64741-41-9
VM&P石脑油      CAS注册号8032-32-4
乳醇            CAS注册号64742-89-8
抗剥离剂                              高达5％
CAS＝化学文摘服务处
为了生产GSB-78，将这些成分一起放在混合槽中，搅拌到均匀为止，黑沥青已经溶解。
实验部分
采用下列实验说明本发明。实验的目的是比较采用本发明方法的修补和采用常规方法的修补技术完善性。
现场工作和实验室实验
工作从约1.5×2.0m的第一个区域开始，采用红外加热器加热该区域。由于是在环境温度下而且下过雨，所以加热所化的时间比通常稍长(18分钟)。被加热材料的平均温度为162℃。
然后向下一个邻接的区域移动红外加热器。用手工耙松已被加热的材料，在表面上均匀地喷洒GSB-99再生剂10秒钟，接着加上热轧制的沥青毡材料。然后修整该材料，确保表面与所加的预涂附的碎石保持水平。然后采用Dynapac 82(商品名称)震动压路机，将复原的修补区域压实。
然后采用同样的方法，对另外的六个区段进行实验工作，直到该区域(17m2)完全修复为止。总工作时间为2小时45分钟。
然后在完工的表面上喷洒GSB 78黑沥青密封剂，并用手工施加细团粒，马上得到防滑的修补区域。
在工作过程中，取未再生材料试样和再生材料试样进行分析。在辗压之前，测定被加热材料的温度。在施加GSB 78黑沥青密封剂之前，进行中心密度实验。二天后，小心地从修补区域，也从常规热辗压的沥青修补区域提取中心试样。
在实验室中进行的实验包括组成、粘合剂、回收率、软化点、未再生的材料和再生的材料的穿透实验，和对回收的中心试样的密度实验，并将这些密度实验与就地的密度实验进行比较。
对现场和实验室实验结果的讨论
对现有材料试样的组成分析表明，它符合英国标准594(BS 594)：第一部分：1992F类型耐磨道路(30/14)栏规范1。再生的材料的分析表明，粘合剂/填料和细粒含量有增加。这涉及到加入的粘合剂GSB99和热辗压的沥青砂毡。再生的材料满足了BS594：第一部分：1992类型耐磨道路(30/14)栏6/4规范1的要求。
从现有材料中回收粘合剂的结果表明，穿透18dmm，软化点77.6℃。在再生以后，穿透增加到27dmm，软化点为68℃。
在现场使用中心密度计确定在被压实的再生的材料中是否有什么变化。结果表明，压实是一致的，但在加入沟道材料的地方，密度略低，可能是由于使用了较软的粘合剂。将修补区域中心的密度与常规热辗压修补区域中心的密度能很好地相比较。
Nottingham沥青检测仪(NAT)的结果表明，常规沥青修复的修补区域的刚性模量为870MPa。根据经验，该值低于正常值，可能是由于材料中粘合剂较软造成的。再生的修补区域中心的平均刚性模量实验结果为1590MPa。在被再生的沟道修复区域，这些结果略低，为700MPa，怀疑这个区域包含稀释沥青。
结论
分析再生前后所取材料试样的检测结果表明，粘合剂软化点和穿透都有令人满意的改善。中心试样的结果表明，与常规热辗压的沥青修补区域相比，刚性模量增加55％。材料的密度平均为2.236，未见有气孔的痕迹。本发明整个修补系统的实验结果看来是完全可以接受的。再生区域与现有材料的热粘结，通常是非常好的，显示不出可见的连接处，其优点是能立即密封表面，避免了连接处可能的任何损坏。采用细团粒，能立即增强修补区域的防滑性能。

Claims (26)

1.一种用于修补含沥青的耐磨道路损坏区域的方法，该方法包括采用红外加热器加热被损坏的区域；耙松被加热的损坏区域使氧化程度高的被损坏区域的上表面材料与氧化程度较低的底层材料充分混合，向被耙松加热的损坏区域施加沥青再生液体组合物，向被再生的耙松加热的损坏区域加入新材料；和压实该新材料以提供含沥青的耐磨道路的压实的被修复的区域，其特征在于所述沥青再生液体组合物在高达200℃的温度下不分解，该沥青再生液体组合物基本上由阳离子型缓慢固化的乳化剂，重链烷烃馏分的溶剂萃取剂，重环烷烃馏分的溶剂萃取剂和水组成。
2.根据权利要求1的方法，其中在施加所述新材料之前，该方法进一步包括耙松含有被耙松的被加热的损坏区域和所述沥青再生液体组合物的混合物，以使所述沥青再生液体组合物完全混入该混合物中以确保所述沥青再生液体组合物完全覆盖被耙松的被加热的损坏区域。
3.根据权利要求1的方法，其中所述阳离子型缓慢固化的乳化剂是组合物重量的1-5重量份，所述重链烷烃馏分的溶剂萃取剂和重环烷烃馏分的溶剂萃取剂的总和是组合物重量的30-80重量份以及水是组合物重量的10-60重量份，且组合物各组分的总重量构成100重量份。
4.根据权利要求1的方法，其中所述阳离子型缓慢固化的乳化剂是组合物重量的1-5重量份，所述重链烷烃馏分的溶剂萃取剂和重环烷烃馏分的溶剂萃取剂的总和是组合物重量的60-65重量份，以及水是组合物重量的30-35重量份。
5.根据权利要求1的方法，包括通过将基本上由黑沥青、沥青粘合剂、溶剂和抗剥离剂组成的面涂层液体施加到被压实的修复区域的表面提供进一步增加进入被压实的修复区域的上表面的沥青再生化合物以及粘合和密封被压实的修复区域的表面。
6.根据权利要求5的方法，其中黑沥青和沥青粘合剂是面涂层液体重量的20-60重量份，抗剥离剂是面涂层液体重量的1-5重量份，以及溶剂是面涂层液体重量的20-80重量份，且面涂层液体各组分的总重量构成100重量份。
7.根据权利要求6的方法，其中所述溶剂包括石油煤油，石脑油，VM&P石脑油和乳醇。
8.根据权利要求6的方法，其中所述溶剂包括石油煤油，石脑油和乳醇。
9.根据权利要求5的方法，其中所述黑沥青和沥青粘合剂是面涂层液体重量的35-45％，包括石油煤油，石脑油，VM&P石脑油和乳醇的所述溶剂是面涂层液体重量的50-60％，抗剥离剂最多是面涂层液体重量的5％。
10.一种用于修补含沥青的耐磨道路损坏区域的方法，该方法包括采用红外加热器加热被损坏的区域；耙松被加热的损坏区域使氧化程度高的被损坏区域的上表面材料与氧化程度较低的底层材料充分混合，向被耙松加热的损坏区域施加沥青再生液体组合物，向被再生的耙松加热的损坏区域加入新材料；和压实该新材料以提供含沥青的耐磨道路的压实的被修复的区域，其特征在于所述沥青再生液体组合物在高达200℃的温度下不分解，该组合物基本上由阳离子型缓慢固化的乳化剂，重链烷烃馏分的溶剂萃取剂，重环烷烃馏分的溶剂萃取剂，天然存在的矿物沥青和水组成。
11.根据权利要求10的方法，其中在施加所述含沥青的新材料之前，该方法进一步包括耙松含有被耙松的被加热的损坏区域和所述沥青再生液体组合物的混合物，以使所述沥青再生液体组合物完全混入该混合物中以确保所述沥青再生液体组合物完全覆盖被耙松的被加热的损坏区域。
12.根据权利要求10的方法，其中所述阳离子型缓慢固化的乳化剂是组合物重量的1-5重量份，所述重链烷烃馏分的溶剂萃取剂和重环烷烃馏分的溶剂萃取剂的总和是组合物重量的30-80重量份，以及水是组合物重量的10-60重量份，且组合物各组分的总重量构成100重量份。
13.根据权利要求10的方法，其中所述阳离子型缓慢固化的乳化剂是组合物重量的1-5重量份，所述重链烷烃馏分的溶剂萃取剂和重环烷烃馏分的溶剂萃取剂的总和是组合物重量的60-65重量份，以及水是组合物重量的30-35重量份。
14.根据权利要求10的方法，包括通过将由黑沥青、沥青粘合剂、溶剂和抗剥离剂组成的面涂层液体施加到被压实的修复区域的表面提供进一步增加进入被压实的修复区域的上表面的沥青再生化合物以及粘合和密封被压实的修复区域的表面。
15.根据权利要求14的方法，其中黑沥青和沥青粘合剂是面涂层液体重量的20-60重量份，抗剥离剂是面涂层液体重量的1-5重量份以及溶剂是面涂层液体重量的20-80重量份，且面涂层液体各组分的总重量构成100重量份。
16.根据权利要求15的方法，其中所述溶剂包括石油煤油，石脑油，VM&P石脑油和乳醇。
17.根据权利要求15的方法，其中所述溶剂包括石油煤油，石脑油和乳醇。
18.根据权利要求14的方法，其中所述黑沥青和沥青粘合剂是面涂层液体重量的35-45％，包括石油煤油，石脑油，VM&P石脑油和乳醇的所述溶剂是面涂层液体重量的50-60％，抗剥离剂最多是面涂层液体重量的5％。
19.一种使含沥青的耐磨道路的被损坏区域再生的沥青再生液体组合物，其特征在于所述组合物在高达200℃的温度下不分解，基本由阳离子型缓慢固化的乳化剂，重链烷烃馏分的溶剂萃取剂，重环烷烃馏分的溶剂萃取剂和水组成。
20.根据权利要求19的沥青再生液体组合物，含有30-80重量份的重链烷烃馏分的溶剂萃取剂和重环烷烃馏分的溶剂萃取剂，1-5重量份的阳离子型缓慢固化的乳化剂和10-60重量份的水，且组合物各组分的总重量构成100重量份。
21.根据权利要求19的沥青再生液体组合物，含有60-65重量份的重链烷烃馏分的溶剂萃取剂和重环烷烃馏分的溶剂萃取剂，30-35重量份的水，和1-5重量份的阳离子型缓慢固化的乳化剂。
22.一种使含沥青的耐磨道路的被损坏区域再生的沥青再生液体组合物，其特征在于所述组合物在高达200℃的温度下不分解，基本由阳离子型缓慢固化的乳化剂，重链烷烃馏分的溶剂萃取剂，重环烷烃馏分的溶剂萃取剂，天然存在的矿物沥青和水组成。
23.根据权利要求22的沥青再生液体组合物，包含30-80总重量份的重链烷烃馏分的溶剂萃取剂和重环烷烃馏分的溶剂萃取剂，1-5重量份的阳离子缓慢固化的乳化剂以及10-60重量份的水，且组合物各组分的总重量构成100重量份。
24.根据权利要求22的沥青再生液体组合物，包含60-65总重量份的重链烷烃馏分的溶剂萃取剂和重环烷烃馏分的溶剂萃取剂，30-35重量份的水，和1-5重量份的阳离子缓慢固化的乳化剂。
25.沥青再生液体组合物在修补含沥青的耐磨道路的损坏区域中的用途，其特征在于该沥青再生液体组合物是权利要求19-21之一的沥青再生液体组合物。
26.沥青再生液体组合物在修补含沥青的耐磨道路的损坏区域中的用途，其特征在于该沥青再生液体组合物是权利要求22-24之一的沥青再生液体组合物。
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