CN1293217A

CN1293217A - 用于排水型沥青铺设材料混合物的添加剂

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Publication number: CN1293217A
Application number: CN00124930A
Authority: CN
Inventors: 施素蕊; 幸海珊
Original assignee: Natsteel Technology Investments Pte Ltd
Current assignee: Natsteel Technology Investments Pte Ltd
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2001-05-02
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: TW500749B; SG99291A1; HK1034727A1; MY121490A; CN1241978C

Abstract

本发明公开了一种用于排水型混合物的添加剂,该添加剂包括消石灰。其中,添加剂为Ca(OH)₂纯度为80—100%的消石灰,粒度范围为0.05—300微米。优选的是,消石灰的Ca(OH)₂纯度为80—100%,颗粒粒度分布为粒度在0.05—0.5微米范围的占8—12%,粒度在0.5—75微米范围的占73—90%,粒度在76—300微米范围的占0.5—7%。根据本发明的另一方面,得到一个包含有聚集物,粘结剂和消石灰的改进排水混合物。

Description

用于排水型沥青铺设材料混合物的添加剂

本发明涉及生产沥青铺设材料的材料，特别地，本发明涉及制备具有良好排水性的沥青铺设材料及其使用方法。

一般用于铺设路面的沥青铺设材料混合物包含三种主要组分：矿物聚集物，沥青粘结剂和填料。聚集物一般为能通过20mm筛孔的碎石料，填料为粒度小于70微米的颗粒物，用于填充于碎石料聚集物之间的空隙。沥青用于将碎石料和填料粘结在一起。近几年，已开始向一些致密混合物中加入聚合物或破碎的轮胎粉末。这些组分混合在一起形成空隙率约3-7％的铺路材料。这些混合材料一般为众知的致密混合物。

现有技术已经在致密混合铺路材料中使用消石灰作为矿物填料和抗剥落剂。剥落是指在湿气中失去结构特性。现有技术中，国家石灰协会(The National Lime Association)登载了(1984)题为“在沥青铺路料混合物中使用消石灰”的文章，在该文中Kennedy讨论了剥落机理并提出了处理方法。这些方法包括：通过适当的压紧少空气空隙，以此防止湿气渗入混合物；通过将铺路材料适当提升于水表面迅速除去铺路材料中的表面水份而得到适当的排水性，或使用处理材料以防止湿气渗入。使用消石灰是处理聚集物的最有效的方法之一。消石灰是通过将聚集物中的钙和硅键合，以及通过沥青中的酸性部分可能的交互作用或改性来改进抗湿性。某些情况下当聚集物有泥土或粘土表面涂层时，消石灰中的钙和粘土中的硅将发生凝硬反应生成硅酸钙。现有技术报道，使用空气空隙率为7％的混合物作测试，结果表明当将消石灰直接应用到沥青混合物时，消石灰是改善沥青混合物抗湿性的最有效的手段。

另一种沥青铺路材料是具有排水性的混合物。排水型混合物和致密混合物之间的主要区别是空隙率的不同，排水型混合物的空隙率较高，一般达到15-25％。这可以通过使用带棱角的碎石料、聚合物改性沥青粘结剂(如Cariphalte)、减少或从混合物中除掉细小的聚集组分来实现。排水型铺路材料中由于高的空隙率允许水或污水直接通过铺路材料的结构，因此，可以改善潮湿天气下的排水情况。更进一步的是，由于有空气包的缓冲作用可以减少路周围环境的噪声污染。因此该种混合物特别适合用于潮湿天气或道路的噪声对环境造成影响的人口稠密的城市。然而，高的空隙率也造成排水型铺路材料易于被潮气破坏，导致耐用性不长。

图1为习用制备消石灰方法的流程图。

图2A-C所示分别为A-C类消石灰颗粒的颗粒大小分布图。

图3A和B为根据本发明制备的铺路材料与常规的含有(Cariphalte)(图3A)排水型混合物或常规60／70级粘结剂(图B)的轮辙测试结果。

本发明的一个方面是提供了一种用于排水型混合物的包含消石灰的添加剂。本发明的一个实施例中，添加剂为纯度为80-100％Ca(OH)₂的消石灰，其颗粒大小分布为0．05-300微米。在一个优选的实施例中，消石灰的Ca(OH)₂纯度为80-100％，颗粒大小分布为其中8-12％的粒度为0．05-0．5微米，73-90％的粒度0．5-75微米及0．5-7％的粒度为76-300微米。在更优选的实施例中，消石灰的Ca(OH)₂纯度约为90-98％，粒度分布为8-12％的粒度为0．05-0．5微米，85-90％的粒度为0．5-75微米及1-3％的粒度为76-300微米。

根据本发明的另一个方面，提供了一种改进的包含有聚集物、粘结剂和消石灰的排水型混合物。粘结剂可以是聚合物改性的或未改性的(如标准的)粘结剂。标准的粘结剂的例子为如普通级60／70或80／100的粘结剂。聚合物改性粘结剂的例子为Carphalte。通过使用棱角矿物聚集物和／或减少聚集物的量使排水型混合物的空隙率至少达到15％，改进的排水型混合物在保持所需的排水性能下提高了耐用性。在所述实施例中，改进混合物包含占干聚集物和粘结剂重约0．5-5％的消石灰，该消石灰与标准聚集物和粘结剂组分结合。在一优选实施例中，占干聚集物重约1-3％的消石灰与聚集物和聚合物改性粘结剂结合。在一更优选实施例中，包含约占干聚集物重2％的纯度为90-98％的消石灰Ca(OH)₂和4-5％聚合物改性粘结剂。

根据本发明的再一个方面，干消石灰和湿消石灰浆都可以作为添加剂。另外，也可以使用其它二价阳离子的氢氧化物替代消石灰。使用方法在下文中有详细描述。简而言之，该方法包括下述步骤：将矿物聚集物和粘结剂调和成混合物，将混合物倾倒在一基层上，挤压混合物形成空隙率至少为15％的排水型沥青铺路材料。

下面详细的说明中描述了实施本发明的优选实施例。但是，本领域熟练技术人员应该明白下面的详述只是用于说明本发明，而不能认为是对本发明的限制。另外，下面的描述和权利要求书中所使用的一些术语是指一些特殊的组分或物质。正如本领域熟练技术人员所知，不同的公司对同一组分会使用不同的名称。本文对功能相同而名称不同的组分不做区分。在下面的叙述中，及在权利要求书中提到的术语“包含”，“包括”，“具有”，和“含有”是开放式术语，因此，应理解为“包括但不限于此”。

本文中使用的致密沥青铺路材料是指目标空隙率少于或等于7％，并且不能从中排出大量水分的铺路材料。排水型沥青铺路材料是指目标空隙率为15-25％并容许水从中通过的铺路材料。

致密混合物是指包含下述组分的一种沥青混合物，当这些组分在标准釜式或连续混合工艺中混合并铺设到道路表面时生成致密沥青铺路材料。排水型混合物是指包含下述组分的一种沥青混合物，当这些组分在标准釜式或连续混合工艺中混合并铺设到道路表面时生成排水型沥青铺路材料。

空隙率是在成型后的铺路材料中存在的空气包或空气空隙，典型的估算方法是测量混合物的体密度，然后减去聚集物和粘结剂占有的体积。填料是指加入混合物中用于填充矿物聚集物之间的空气气包的细粉物质。

材料的耐用性可以通过测量马歇尔稳定度，抗拉强度，弹性摸量，和抗湿气破坏性来确定。通过比较在模拟气候处理包括德克萨斯(Texas)沸腾实验和轮辙(wheel tracking)实验前后的结构性质变化来估算混合物的相对抗湿气破坏性。Texas沸腾实验是一种测量粘结聚集物相对抗剥性的直观方法。

如果一种或多种实验结果表明添加了消石灰添加剂的混合物比未加消石灰添加剂的混合物的耐用性有所改进，就认为添加了消石灰添加剂混合物的耐用性得到改善。

根据本发明可以使用标准方法制备用于排水型混合物添加剂的消石灰。另一方面，C种消石灰是最优选的添加剂材料。各种类型的添加剂及其制备方法和在排水型混合物中的使用叙述如下。消石灰添加剂的制备

参见图1，根据本发明的消石灰(Ca(OH)₂)添加剂可以按照标准消石灰工艺技术制备。典型地，该工艺包括通过煅烧石灰岩(CaCO₃)生成生石灰(CaO)，然后，对生石灰进行干或湿式水化生成消石灰Ca(OH)₂。进一步的下游工艺有时是进行大小分离和脱出杂质这些选择性步骤，图中用点线表示。下游工艺方法之一是使用空气分离器将粗粒和细粒分开。如果实施该步骤，得到的细粉物质根据其粒度大小分布称为A，B或C类消石灰。

图2A-C所示分别为三类消石灰的颗粒大小分布的特例。在图2A所示的A类消石灰例子中，颗粒大小分布在相对较窄范围内，100％的消石灰颗粒为0．5-75微米。图2B所示为B类消石灰的例子，中等大小的分布，大约93％的消石灰颗粒在0．5-75微米范围，6％的消石灰颗粒在0．05-5微米范围。图2C所示为C类消石灰的例子，粒度分布范围很广，约有88％位于0．5-75微米范围内，10％位于0．05-0．5微米范围内及1．5％位于76-300微米范围内。表1为三种消石灰的一般粒度范围。

表1

颗粒大小（微米）	A类消石灰	B类消石灰	C类消石灰
0．05-0．5	0％	3-9％	8-12％
0．5-75	100％	85-95％	73-90％
76-300	0％	0-0．5％	0．5-7％

为了实施本发明，A，B和C类消石灰及未经过筛分的消石灰的湿浆或干消石灰粉末都可以使用。优选浓度范围为占干聚集物重量的0．5-5％，更优选浓度范围为占干聚集物重量的1-3％，最优选浓度范围为占干聚集物重量的2％。

该领域中众所周知，消石灰与沥青混合物反应生成防水层。根据本发明，在维持排水型混合物所需的排水性时，消石灰还可以用来改善排水型混合物的耐用性。结果表明(未示出)向排水型混合物中添加消石灰并不影响到得到的铺路材料的结构性能。使用消石灰改进排水型混合物的结构特性

根据本发明，可以向排水型混合物中添加0．5-5％的消石灰以改善最终排水型铺路材料的一种或多种结构性能。本发明的一个优选实施例中，排水型混合物中消石灰的添加量为2％。本发明的一个优选实施例中，排水型混合物中C类消石灰的添加量为2％。

表2为根据本发明制备的铺路材料的马歇尔稳定度的研究结果。在这些例子中，占干聚集物2％(干重量)的A，B和C类消石灰加入到含有4．5％普通级60／70沥青或Cariphalte(聚合物改性粘结剂)的混合物中。使用3种消石灰都增强了最终排水型铺路材料的的马歇尔稳定度，其中C类消石灰提高的最多。

C类添加剂也提高了标准和聚合物改性粘结剂的弹性摸量约15-17％(结果未示出)。

表2

排水型混合物类型	消石灰添加剂类型（2％）	与没有添加剂的对照组比较，气候老化处理前的马歇尔稳定度变化
聚合物改性粘结剂	A类	+0．76kN（7．8％）
聚合物改性粘结剂	B类	-2．15Kn（22．0％）
聚合物改性粘结剂	C类	2．74KN（28．0％）
标准粘结剂	A类	1．38KN（15．4％）
标准粘结剂	B类	1．35KN（15．0％）
标准粘结剂	C类	2．77KN（30．8％）

使用消石灰改进排水型混合物的耐用性

1-3％消石灰加入到排水型混合物中以改善排水型混合物的抗湿破坏耐用性。在优选实施例中，使用了2％的消石灰。在最优选实施例中向排水型混合物中加入了2％C类消石灰。

进行了实验室模拟测试以评估本发明的效果。在进行马歇尔稳定度和弹性模量测试之前，所有样品经过120个周期的气候老化处理，每一个气候老化处理周期包括2小时湿气候和2小时干气候。表3所示为向含有4．5％普通级60／70粘结剂或聚合物改性粘结剂的排水型混合物中加入A，B和C类消石灰后弹性模量的影响效果。

表3

在气候老化处理后，未添加消石灰的聚合物改性粘结剂混合物的弹性模量显著下降，而标准混合物不受影响。然而三种类型的消石灰的加入都显著提高了标准和聚合物改性粘结混合物的弹性模量。C类对聚合物改性粘结剂最有效，A类对标准粘结剂最有效。图3A和图3B进一步表明标准粘结剂混合物的抗轮辙(rutting)性已改进到与聚合物改性粘结剂相当的水平。因此，根据本发明的一方面，使用含有标准粘结剂的排水型混合物制备出与聚合物改性粘结剂耐用性相当的排水型铺路材料。由于消石灰的价格低于聚合物的价格，在本发明一实施例中通过对标准粘结剂使用消石灰添加剂，以较低的制备费用得到与聚合物改性粘结剂同样性能的排水型混合物。如果需要进一步改善性能，根据本发明的另一个实施例向习用聚合物改性混合物中加入石灰添加剂得到了性能更好的排水型铺路材料。

测试结果(未示出)表明马歇尔稳定度没有因为气候老化处理过程而受到明显损害。另外，如图3A和3B所示的轮辙(WheelTracking)测试结果表明，使用三种添加剂对两种排水混合物的耐用性都有改进。结果发现B类对标准粘结混合物效果最好，三种添加剂对聚合物改性粘结剂的性能的影响没有差别。

表4所示为向同样两种排水型混合物中加入2％A类，B类和C类消石灰后的Texas沸腾测试结果。使用三种消石灰对粘结剂涂敷性能都有改进。根据粘结剂涂敷层剩余百分量的直观评估方法，沸腾测试对较大颗粒聚集物有更显著的效果。当未使用消石灰时，细小聚集物较粗聚集物的粘结剂保留效果好。使用消石灰后聚集物颗粒大小的这种影响效果减弱。在三类消石灰中，C类消石灰的性能最好。

表4

混合物中粘结剂类型	消石灰添加剂类型	聚集物大小（mm）
		聚集物大小（mm）					13．0	9．5	4．75	1．18	全部大小
		聚合物改性	无	80％	85％	85％	85％	100％
聚合物改性	2％A类	95％	95％	95％	98％	98％
聚合物改性	2％B类	95％	90％	95％	95％	98％

聚合物改性	2％C类	98％	95％	98％	98％	98％
标准G60/70	无	70％	60％	85％	90％	95％
标准G60/70	2％A类	90％	90％	100％	100％	98％
标准G60/70	2％B类	100％	95％	95％	95％	98％
标准G60/70	2％C类	100％	100％	100％	100％	100％

图4A和B所示为根据本发明制备的铺路材料与标准混有4．5％普通级60／70粘结剂(图4B)或聚合物改性粘结剂(图4A)的轮辙(wheel tracking)测试结果的对比结果。未加消石灰添加剂的两种排水型混合物的轮辙(wheel tracking)都失败。任何一种消石灰的加入对两种排水混合物的抗轮辙性都有改进。对两种类型混合物，使用消石灰添加剂后轮辙量减少一半，并且含聚合物改性粘结剂的混合物经6000轮量及含标准粘结剂的混合物经5000轮量后没有明显的破坏。三种类型的添加剂对混有聚合物改性粘结剂的混合物有相同的效果，对标准黏结混合物，B和C类消石灰的效果好于A类消石灰。

消石灰可以以多种方式添加到排水型混合物中。一些非限制性的混合物方法的实例叙述如下。

实例1

(a)将带有湿气或湿的聚集物置于预混平台上。

(b)将干消石灰加入到还未经干燥处理的带有湿气或湿的聚集物中。

(c)在干燥机中干燥混合物。

(d)将干燥混合物放入粒径级配的可控制的热料箱中。

(e)将适当量的前述粒径的聚集物放入釜式混合器中。

(f)在釜式混合器中混合。

(g)在软化的粘结剂中混合。

(h)将混合物倾倒前述磨层上并压紧磨层到所需的程度。

实施例2

将干消石灰加入到带有湿气或湿的聚集物中，然后向混合物中喷入少量的水，以下步骤同实施例1的步骤(c)到(h)。

实施例3

向湿聚集物上喷少量水，然后加入干的消石灰，以下步骤同实施例1的步骤(c)到(h)。

实施例4

向湿聚集物上喷消石灰浆液到所需的浓度，以下步骤同实施例1的步骤(c)到(h)。

实施例5

向已经过标准干燥工艺如实施例1中(a)到(f)步骤处理之后的干聚集物中加入干消石灰。然后将软化的沥青粘结剂加入到消石灰-粘结剂混合物中，如实施例1中的步骤(g)到(h)。

实施例6

直接向软化的沥青粘结剂中加入干的消石灰，以下步骤如实施例1中的步骤(a)到(h)。

实施例7

将生石灰粉末与湿聚集物混合，然后喷少量水使生石灰充分氢化。以下步骤同实施例1中的步骤(a)到(h)。

应该说明，当结合前述消石灰类型和排水型混合物描述本发明时，所举图形和结果只是为了说明本发明，而不能认为是对本发明的限制。另外，很清楚，本发明所述方法和材料在很多需要使用耐用排水型混合物的领域中有效用。在不脱离本发明精神和发明范围的前提下，使用本领域的常规技术的一种就可以对本发明作出很多的改进和改变。例如，虽然使用了消石灰作为排水混合物的添加剂例子，但是，其它具有二价阳离子的碱性物质如白云石和镁的氢氧化物具有同样的作用。根据本发明，除Cariphalte外，其它类型的改性粘结剂也可以加入到排水型混合物中。粘结剂包括但不限于此，硬沥青改性粘结剂(硬沥青购于美国Gilsonite公司)，人工合成或天然的橡胶改性粘结剂，及其前述物的结合物。根据本发明可以使用的粘结剂类型包括但不限于此，牌号40／50，60／70，80／100，120／150及其结合物。根据本发明，各种类型的改性或标准粘结剂可以与适当的矿物聚集物和消石灰添加剂混合以改善排水型混合物和铺路材料的性能。

Claims

1．一种包含消石灰的用于改善排水型混合物耐用性的添加剂。

2．根据权利要求1所述的添加剂，其中所述排水型混合物包括矿物聚集物和粘结剂。

3．根据权利要求2所述的添加剂，其中所述的粘结剂为标准粘结剂或改性粘结剂。

4．根据权利要求3所述的添加剂，其中所述的粘结剂为标准牌号0／50粘结剂，标准牌号60／70粘结剂，标准牌号80／100粘结剂，标准牌号120／150粘结剂，白云石改性粘结剂，合成橡胶改性粘结剂，天然橡胶改性粘结剂，聚合物改性粘结剂或CARIPHALTE。

5．根据上述任一权利要求所述的添加剂，其中所述消石灰纯度为80-99％Ca(OH)₂。

6．根据上述任一权利要求所述的添加剂，其中所述消石灰的颗粒粒度分布为粒度在0．05-0．5微米范围的占8-12％，粒度在0．5-75微米范围的占73-90％，粒度在76-300微米范围的占0．5-7％。

7．根据上述任一权利要求所述的添加剂，其中所述的排水型混合物用于制备空隙率至少为15％的沥青铺路材料。

8．用于制备沥青铺路材料的排水型混合物的添加剂，所述的添加剂选自基本上由消石灰，氢氧化镁和白云石组成的一组。

9．根据权利要求8所述的添加剂，其中所述的排水型混合物包含至少15％的空隙率。

10．根据权利要求8或9所述的添加剂，其中所述消石灰纯度为80-99％Ca(OH)₂。

11．根据权利要求8，9或10所述的添加剂，其中所述的消石灰的颗粒粒度分布为粒度在0．05-0．5微米范围的占8-12％，粒度在0．5-75微米范围的占73-90％，粒度在76-300微米范围的占0．5-7％。

12．用于制备排水型沥青铺路材料的混合物，该混合物包括矿物聚集物，粘结剂和消石灰。

13．根据权利要求12所述的混合物，其中所述粘结剂为标准粘结剂或改性粘结剂。

14．根据权利要求13所述的混合物，其中所述的粘结剂为标准牌号40／50粘结剂，标准牌号60／70粘结剂，标准牌号80／100粘结剂，标准牌号120／150粘结剂，白云石改性粘结剂，合成橡胶改性剂，天然橡胶改性剂，聚合物改性粘结剂或CARIPHALTE。

15．根据权利要求12-14的任一项所述的混合物，其中所述混合物为包含至少15％空隙率的可以用于制备排水型沥青铺路材料的混合物。

16．根据权利要求12-15的任一项所述的混合物，其中所述粘结剂的用量为4-5％(体积)，所述消石灰为1-3％，其余为矿物聚集物。

17．根据权利要求12-16的任一项所述的混合物，其中所述消石灰浓度为1．5-2．5％。

18．根据权利要求12-17的任一项所述的混合物，其中所述的消石灰纯度为80-98％。

19．根据权利要求12-18的任一项所述的混合物，其中所述消石灰的颗粒粒度分布为粒度在0．05-0．5微米范围的占8-12％，粒度在0．5-75微米范围的占73-90％，粒度在76-300微米范围的占0．5-7％。

20．用于制备排水型沥青铺路材料的混合物，该混合物包括矿物聚集物，聚合物改性粘结剂和选自基本上由消石灰，氢氧化镁和白云石组成的添加剂组的添加剂。

21．根据权利要求20所述的混合物，其中所述混合物可以用于制备至少含有15％空隙率的排水型沥青铺路材料。

22．根据权利要求20-21的任一项所述的混合物，其中所述粘结剂用量为4-5％(体积)，所述消石灰用量为1-3％，其余为矿物聚集物。

23．根据权利要求20-22的任一项所述的混合物，其中所述消石灰浓度为1．5-2．5％。

24．根据权利要求20-23的任一项所述的混合物，所述的消石灰纯度为80-98％。

25．根据权利要求20-24的任一项所述的混合物，所述消石灰的颗粒粒度分布为粒度在0．05-0．5微米范围的占8-12％，粒度在0．5-75微米范围的占73-90％，粒度在76-300微米范围的占0．5-7％。

26．制备排水型沥青铺路材料的方法，包括：将消石灰，矿物聚集物和粘结剂混合；将所述混合物倾倒一基层上；挤压混合物形成含有至少15％空隙率的排水型沥青铺路材料。