CN1276820A - 施工路面用的沥青或柏油、路面和生产沥青或柏油的方法 - Google Patents

施工路面用的沥青或柏油、路面和生产沥青或柏油的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及施工路面用的沥青或柏油,其中所述沥青或柏油含有一定比例的按费一托合成法所制的石蜡(FT石蜡)。本发明也涉及用所述沥青的路面以及用所述沥青施工路面或道路的方法。

Description

施工路面用的沥青或柏油、路面 和生产沥青或柏油的方法
本发明首先涉及施工路面用的沥青或柏油。
路面普遍采用柏油或沥青与骨料例如砂、砾石、粗砂(圆形或破碎的)等的混合物进行施工的。
对路面的一个要求是具有高的耐磨性。另外，为了防止路面出现不平例如车轮痕迹等，路面的变形倾向应该尽可能低，即便不能避免，这种变形倾向也应该是轻微的或者在投入使用后较长一段时间后才出现。
本发明涉及改性沥青或柏油，尤其是施工路面用的沥青或柏油的技术问题。
该技术问题主要和实质上通过权利要求1的主题得到解决，其中沥青或柏油含有一定比例的按费-托合成法合成的石蜡(FT石蜡)。FT石蜡原则上仅由标准石蜡组成。一般90％以上是正烷烃。剩余的是异烷烃。链长为C30至C100，品位等级(凝固点，SP)为68-105℃。FT石蜡所占的比例按柏油的沥青含量或沥青本身的含量计为0.5％或以上为宜。实践中，这些百分比是按重量计的。但是，它们也可按体积百分比计。人们惊奇地发现：用按这种方式改性的沥青或柏油生产的路面明显地更耐用。与常规的沥青或柏油路面相比，在公路运输中由于汽车运输出现的在通常路面上车轮压痕的形成明显降低。路面强度取决于各种互相依赖的因素，尤其是压实度。这里，人们惊奇地发现：添加FT石蜡大大促进了压实。尽管FT石蜡最终导致路面变硬，液态石蜡同时降低“胶凝材料”即沥青的粘度，它们起“液化剂”的作用。所使用的圆形或破碎形式的粗砂对路面强度也是至关重要的。在使用破碎的粗砂时，会获得高强，这要归因于单个粗砂颗粒的相互配合。但是，如果使用未经破碎的圆形粗砂或砾石，也会压实的更好。在这种情况下，添加的FT石蜡起积极的作用。改良了沥青与石子，严格来说是与粗砂或砾石的粘结。如果使用氧化的FT石蜡(至少是部分使用)，这种改性将更显著。与非氧化的FT石蜡相比，尽管这样做会使凝固点下降约5°，但是上述的粘结明显得到改善，从而确保使用圆形砾石或粗砂(至少占一定比例)时不会降低要求的强度。氧化FT石蜡的有益效果归因于它们具有的官能团(极性)。
实践中，FT石蜡所占的比例按沥青的重量计为0.5-10％(重量)，优选2.5-7.5％(重量)，更优选4-5％(重量)。优选使用凝固点为90-105℃的FT石蜡。
至于标准柏油，则使用滚轧形式的柏油，含3-8％的沥青，也可使用所谓的含6.5-8.5％沥青的沥青砂胶。这里通常使用的品位为B45或品位更高的沥青。为了防止运输沥青砂胶期间矿物成分的沉降，需要进行持续的搅拌直到最终施工。在搅拌时，为了保持低粘度，就要将沥青砂胶保持在较高的温度下，即200-250℃。令人惊奇地是，如上所述，添加与沥青砂胶(或沥青砂胶中的沥青)大致相等比例的FT石蜡会大大降低搅拌混合物所必需保持的温度。迄今为止，所需的温度至少为220-250℃，添加FT石蜡则降低温度30℃。温度越低，同时带来的显著优点是削弱了有害物质的释放。
已经发现：柏油例如沥青砂胶或甚至是滚轧柏油大大延长了加工或施工柏油所需的时间。令人惊奇地发现：也可在比迄今为止施工温度低的温度下施工柏油。除了降低上述粘度外，这种作用也有利于石蜡的潜热贮存效果。在石蜡发生相转变时，释放热量，而不会降低温度。
此外，本发明也涉及由砂/砾石底层(防冻层)、位于砂/砾石层上的沥青副基层、柏油粘合剂层和柏油/混凝土层构成的路面，一般称为柏油路面。就这种类型的路面而言，本发明涉及的技术问题是使路面具有较高的耐用性，尤其是防止变形。
该技术问题主要和实质上是有关路面的解决，其中柏油路面层和/或沥青副基层的沥青含一定比例FT石蜡。FT石蜡所占的比例优选为0.5-10％(重量)，更优选2.5-7.5％(重量)。这里也可使用体积百分比。
如上所述，添加FT石蜡改变上部路面层，即柏油路面层，虽然这不是必须的，但也包括在本发明的范围内。事实上，甚至发现：向柏油路面中添加1-3％的FT石蜡会使强度提高，尤其是因为还有更大的压实潜力。现代知识表明：向柏油路面层中添加FT石蜡是对路面单层的最重要的因素。
本发明的FT石蜡是SP为68-105℃，优选链长为C30-C100或甚至是C105的FT石蜡。如上所述，尤其是氧化的FT石蜡，这里以相同的方式使用。
本发明也涉及施工路面的方法，涉及提高耐用性的技术问题。
针对这方面，本发明提出在筑路中混合施工沥青副基层和/或柏油粘合剂层和/或柏油路面用的柏油混合物，其中沥青含有0.5-10％，优选2.5-7.5％，更优选4.5-5％的按重量计的FT石蜡。最好将FT石蜡以固态或液态加入到液态沥青或柏油中。就固态形式而言，这里所使用的FT石蜡可以是诸如颗粒、粉末、片或丸粒状的石蜡。片状石蜡包括片状物质。它们与沥青或柏油的混合最好在沥青温度达160-170℃的温度下进行。然后向按这种方式改性的沥青中添加诸如石子、砾石或粗砂类的骨料。
总之，已经发现：这种类型的沥青具有较高的软化点，较低的针入度。实际上，这种针入度要比我们所期望的稍低。软化点上升的要比针入度下降快得多。没有发现分离的迹象。按这种方式改性的沥青所具有的优点是储存期限延长。另外，与常规沥青相比，粘结特性改进到大致具有相同的断裂点。正如上文提到的，采用这种沥青生产的柏油混合物也得到了相应的改进。令人惊奇地是，低温特性没有被削弱。这是通过使用的基础沥青进行测试的。
本发明还涉及施工路面的方法，所述路面含有一定比例的从路面上刮下来的使用过的柏油和一定比例的新鲜柏油，其中，首先将使用过的柏油温热到低于新鲜柏油的温度，然后按比例混合使用过的柏油和新鲜的柏油。在该方法中，本发明提出向新鲜柏油中添加FT石蜡，必要时向使用过的柏油中添加FT石蜡。这样做会更好地分裂使用过的柏油。仅温热使用过的柏油即可，不要使其液化。相反，只有在添加新鲜柏油和由于新鲜柏油特别高的温度时才会发生液化并与新鲜柏油进行混合。向新鲜柏油中添加FT石蜡的事实使新鲜柏油液化到较高的程度，导致更紧密地混合，由此使得温度较快的升高而分裂使用过的柏油。在这种情况下，FT石蜡的添加量优选为0.1-0.5％，实施例的添加量为约0.25％，各种情况都是按所使用的新鲜柏油量计算的。
                      实施例实施例1：
分别用2.5％(体积)、5％(体积)和7.5％(体积)的FT石蜡制备路面建筑用沥青B 100。采用浆式搅拌机在160℃将FT石蜡搅拌到沥青中。获得下列值：
   单位     B100  B100+2.5％FT石蜡  B100+5.0％FT石蜡   B100+7.5％FT石蜡
    软化点     ℃浴液     44.5水     75.5水     94.5甘油     101.0甘油
25℃下的针入度    mm/10     89     57     44     41
  法氏断裂点     ℃    -14.5    -13.0    -12.0    -10.0
   热稳定性     ℃     0.5     1.5     1.5     1.0
粘结特性(澳大利亚标准B3682)+40℃水中储存，表面覆盖
白云石灰岩24小时48小时白云石24小时48小时白粒岩24小时48小时花岗石24小时48小时 ％％％％％％％％ 1001009595100959085 100100100100100100100100 100100100100100100100100 100100100100100100100100
RTFOT后重量变化(ASTM D2872-88)RTFOT后的沥青的环球法软化点R&BSP降低R&BSP增加 ％℃浴液％％ ＜0.143.5水2.2- ＜0.173.0水3.3- ＜0.197.5甘油-3.2 ＜0.1102.0甘油-1.0
RTFOT后25℃下的针入度针入度降低 mm/10％     6230.3      3735.1      2836.4      2636.6
下面解释表中内容：
按照澳大利亚标准C9212采用环球测定法测定软化点。按照澳大利亚标准C9214测定针入度。按照澳大利亚标准C9213测定法氏断裂点。按照TL-Pmb，部分1(1991)，在+180℃和72小时下试验热稳定性(管式试验)。按照澳大利亚标准B3682，用下列石子试验粘结特性：EBK 8/11白云石灰岩(Bad Deutsch Altenburg)；EBK8/11白云石(Gaaden)；EBK8/11白粒岩(Meiding)；EBK8/11花岗石(Niederschrems)。
按照ASTM D 2872-88，在163℃下进行“滚动薄膜炉试验”加热试验，并测定25℃下的重量变化，环球法软化点和针入度的变化。
结果表明：添加FT石蜡引起软化点增加，针入度降低。通过向各种粒径的骨料(0-32)例如花岗石、白粒岩或白云石灰岩中添加FT石蜡，改进了粘结特性。
添加的FT石蜡是具有常规链长分布的FT石蜡，最大链长为C40至C60，得自按费-托合成法。实施例2：
施工由路面层和柏油粘合剂层构成的路面。柏油层含有2-3％(按沥青计)按费-托合成法合成的具有一般链长的FT石蜡。
沥青副基层的压实时间明显延长，由迄今为止的0.5小时延长到2小时以上，这是由于添加FT石蜡改善了流动性的缘故。施工仍然可以在3℃以下的室外温度下进行。也提高了沥青副基层和路面层的压实度。例如，迄今为止的压实度一般为97％，而本发明的压实度可达100％以上。耐用性明显提高，而形成车轮痕迹的倾向却大大降低。实施例3：
制备含7.5％沥青的沥青砂胶。向沥青中添加按沥青重量计5％的FT石蜡。加工温度(搅拌温度)从目前的250℃降低到220℃。尽管加工温度降低，但是添加的FT石蜡改善了流动性，延长了沥青砂胶的加工期限。可以观察到：在施工沥青砂胶时的排放值由于温度的下降而明显降低。总之，在加工期间，由于能够加工更大量的柏油，无需担心加工温度会降低到最低加工值以下，因而能提高单位时间内的平方米值。实施例4：
测定粗砂沥青砂胶0/11 S、B65上的痕迹形成。这里的符号“0/11”代表石子的大小为0-11mm。获得的结果示于下表中。FT石蜡含量按使用的沥青计(％重量)。FT  蜡含量  压痕深度[mm]，横过20000次[％]        40℃          50℃
0          3.0           5.7
2          1.5           2.7
3          1.2           2.2实施例5：
采用按原始粘合剂B80计，分别为0％(重量)、1.5％(重量)、3.0％(重量)和4.5％(重量)的沥青B80进行对比试验。获得的结果示于下表中。
                                                     按％重量计的FT石蜡的比例
    粘合剂    B80+0   B80+1.5   B80+3.0   B80+4.5
    R&B软化点℃针入度1/10mm法氏断裂点℃灰分％延展性，25℃cm密度，25℃g/cm3     4871-7.50.18＞1001.0228     5248-7.50.16＞1001.0233     7637-6.50.15951.214     9642-7.50.19＞1001.216
    在转动的烧瓶中加热后，165℃重量变化％R&B软化点上升值℃针入度下降％延展性，25℃cm -0.053.5-25.4＞100 0.059.5-24.6＞100 0.15.5-16.290 0.20.5-21.4＞100
    粘度110℃130℃180℃EVT100℃ 230075095178℃ 211960072170℃ 171350.474166℃ 159348064165℃
实施例6：
采用B45、B65和B80进行进一步的试验，在各试验中采用4或6％(重量)的FT石蜡(按原始粘合剂计)。另外，为便于对比，测定聚合物改性的沥青(PmB45A)和含30％(重量)Trinidad Epure沥青B45的相应值。结果示于下表中。
这里基本上获得了如下的一般结果。
可将FT石蜡均匀地搅拌到150℃的沥青中。由于添加了FT石蜡，所以用R&B软化点定义的从固态向液态的转变特别快。如果起始沥青的软化点在50-60℃的范围内，那么因添加4％(重量)FT石蜡而增加到85-95℃。相反，针入度仅略有下降。在2号粘合剂品位(B80-B45)的区域内，粘度增加。根据法氏断裂点测定的低温特性仅略有改变，因1号粘合剂品位的最大值而发生偏移。由此导致可塑性范围大大增加。此外，还说明：选择的起始粘合剂越软，发生的改变越明显。
R&B软化点[℃] 针入法硬度[0.1mm] 法氏断裂点[℃] ΔT[°K]    塑性           范围增             加
组分.w.bit.或FT石蜡[％]   组分w.PmB45A[％]
    B45   58.5     33     -12  70.5     -     -
B45+4％FT石蜡   87.5     25     -10  97.5     38     37
B45+6％FT石蜡   93.5     21     -6  99.5     41     40
    B65   51.0     48     -8    59     -     -
B65+4％FT石蜡   91.0     25     -9   100     69     41
B65+6％FT石蜡   93.5     25     -7 110.5     70     42
    B80   45.5     83     -11  56.5     -     -
B80+4％FT石蜡   83.5     50     -11  94.5     67     33
B80+6％FT石蜡   92.0     45     -8   100     77     41
   PmB45A   58.0     38     -13    71     -     -
B45+Trinidad   66.0     21     -8    74     -     -
下面参照附图说明本发明路面的施工，但是，附图仅给出了说明性实施例。图中：图1是示意图，穿过路面的断面图；图2是制备柏油的示意图；图3是示意图，穿过另一路面的断面图；图4是采用使用过的柏油和新鲜柏油的混合物施工路面的示意图。
参见图1，说明如下。
路面1由上部柏油混凝土层(也称为柏油路面2)、中间沥青副基层3和底部防冻层4构成。防冻层4由砂和砾石的混合物构成。防冻层的深度h1为40cm。防冻层上的沥青副基层3的深度h2为6-20cm，柏油路面2的深度h3为2-4cm。
采用含5％(重量)FT石蜡的沥青制备沥青副基层。FT石蜡的熔点为约100℃，按费-托合成法合成。
上述结构的沥青副基层3具有很大的耐用性。由于沥青副基层的耐用性是造成路面变形的原因，尤其是车轮压痕变形，因此，通过该沥青副基层3可大大延长路面的总使用期。
图2以图解形式示出了制备沥青副基层混合物的罐5。用加热装置6加热罐5。
骨料例如砾石和砂子10或各种粒径的其他石子、沥青11和FT石蜡12通过溜槽7、8和9被输送到罐5中。正如附图所示的，通过由两个相反旋转螺旋13、14所构成的搅拌器将这些组分一起进行搅拌。通过排放管15从罐中排出按这种方式制备的组合物。搅拌是在160℃的温度下进行的。
混合物由约95％石子和5％沥青组成。向混合物中添加5％FT石蜡，按5％沥青含量计。
偶尔也用术语“氢化蜡”或“氢化石蜡”代替术语“FT石蜡”。用于本发明目的时，所述石蜡按费-托合成法合成，偶尔也将它们称为微晶石蜡。优选使用由链长为C30-C80、C90或C100的长链烃组成的石蜡。
参照图3，路面13由柏油路面2、位于柏油路面层下的柏油粘合剂层14、沥青副基层3和底部防冻层4构成。
柏油路面2、沥青副基层3和防冻层4具有上述图1解释的结构，柏油粘合剂层14的深度h4为4-8cm。
现在参见图4，按附图所示的，刮掉使用过的路面层，回收使用过的柏油15，形成一层含部分新鲜柏油17和使用过的柏油15的新路面16。
首先，在说明性实施方式中用燃烧器19的火焰进行，加热老路面18。借助于提供的其他的罐20、21而制备新鲜柏油。新鲜柏油的通常温度为200-250℃。也可采用加热新鲜柏油排放出来的废热加热老路面18。
此外，用铣刀22刮掉老路面18，得到使用过的柏油团块15。将使用过的柏油15喂入到混合装置23中，再向混合装置中加入新鲜的柏油。另外，也可在混合装置23之后加入柏油17′。
此外，既可以向罐20的新鲜柏油中添加FT石蜡，也可以在其自己拥有的添加装置24中添加FT石蜡，将FT石蜡添加到混合装置23中。将最终制得的柏油25施加在地基上形成新路面16。
已经公开了与本发明有关的所有特征。有关的/附带的优先权文本(优先申请的副本)所公开的内容全部引入本申请的公开文本中，引入这些文本特征的目的也作为本申请权利要求的特征。

Claims (20)

1.施工路面用的沥青或柏油，其特征在于：含有按费-托合成法合成的石蜡(FT石蜡)。
2.根据权利要求1或特别是据此的沥青，其特征在于：FT石蜡所占的比例为0.5％或以上，优选1.5-5％，更优选7.5-10％。
3.根据上述权利要求之一项或多项或特别是据此的沥青，其特征在于：FT石蜡的熔点(凝固点)为68-105℃。
4.根据上述权利要求之一项或多项或特别是据此的沥青，其特征在于：FT石蜡至少部分含有氧化的FT石蜡。
5.由底部砂子/砾石层(4)、砂子/砾石层上的沥青副基层(3)、和上部柏油/混凝土层或路面(2)构成的路面(1)，其特征在于：沥青副基层(3)的沥青含有按费-托合成法合成的石蜡(FT石蜡)。
6.根据权利要求5或特别是据此的路面(1)，其特征在于：FT石蜡所占的比例为0.5％-10％以上，优选1.5-7.5％，更优选3-5％。
7.根据上述权利要求5-6之一项或多项或特别是据此的路面(1)，其特征在于：路面层含FT石蜡。
8.根据上述权利要求5-6之一项或多项或特别是据此的路面(1)，其中施加粘合剂层，其特征在于：粘合剂层含FT石蜡。
9.根据上述权利要求5-8之一项或多项或特别是据此的路面(1)，其特征在于：路面层中的FT石蜡含量为0.5-5％(按沥青计)。
10.根据上述权利要求5-9之一项或多项或特别是据此的路面(1)，其特征在于：FT石蜡的熔点(凝固点)为68-105℃。
11.根据上述权利要求5-10之一项或多项或特别是据此的路面(1)，其特征在于：FT石蜡至少部分含有氧化的FT石蜡。
12.施工路面的方法，其特征在于：在筑路时为了形成沥青副基层，将含沥青的柏油与按费-托合成法合成的石蜡(FT石蜡)混合，其中，FT石蜡的含量按沥青含量计为0.5-10％，优选2.5-7.5％，更优选3-5％。
13.根据上述权利要求11或特别是据此的方法，其特征在于：在筑路时为了形成路面层，将含沥青的柏油与0.5-5％的FT石蜡混合。
14.根据权利要求12或13之一项的方法，其中施加有一层粘合剂层，其特征在于：为了形成粘合剂层，将含沥青的柏油与0.5-5％的FT石蜡(按沥青计)混合。
15.根据权利要求12-14之一项或特别是据此的方法，其特征在于：向液态沥青中加入固态FT石蜡。
16.根据权利要求12-15之一项或特别是据此的方法，其特征在于：FT石蜡是以粒状、粉状、片状或丸粒状或液态的形式混合的。
17.根据权利要求12-16之一项或特别是据此的方法，其特征在于：FT石蜡至少部分含有氧化的FT石蜡。
18.已经加入了FT石蜡的沥青砂胶的用途，用于整平板、桥梁路面和所有类型的沙胶层和柏油层。
19.含有从路面上刮下来的使用过的柏油和新鲜柏油的路面的施工方法，其中首先将使用过的柏油加热到低于新鲜柏油的温度，然后混合使用过的柏油和新鲜柏油，其特征在于：向新鲜柏油，或任选地向使用过的柏油中添加FT石蜡。
20.根据权利要求19或特别是据此的方法，其特征在于：加入的FT石蜡按使用的新鲜柏油量计为0.1-0.5％。
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