CZ164498A3

CZ164498A3 - Způsob přípravy asfaltové směsi

Info

Publication number: CZ164498A3
Application number: CZ981644A
Authority: CZ
Inventors: Henricus E. J. Hendriks; Dirk A. Stoker
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij B. V.
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-09-16
Also published as: TW412572B; HRP960565B1; SI0863949T1; HRP960565A2; ZA9610017B; WO1997020890A2; CN1137217C; SK283646B6; JP2000501445A; EP0863949A2; DE69607029D1; DE69607029T2; US5743950A; AP9801244A0; AR004786A1; MY114325A; AP1007A; PL188718B1; CN1206431A; NZ324291A

Description

• · • · • · · • · • · • · · · • · • · • · I • · /

Způsob přípravy asfaltové směsi Oblast techniky

Tento vynález se týká způsobu přípravy asfaltové směsi. Dosavadní stav techniky

Teplota, při které se živice mísí s kamenivem, aby se vytvořila asfaltová směs připravená k použití při vytváření povrchu silnic, se běžně pohybuje v rozsahu od 140 do 170 °C, ačkoliv některé dokumenty, např. US 3,832,200 popisují, že je možno použít dokonce i vyšší teploty.

Protože se již dnes dobře ví, že takto horké živice mohou představovat možná zdravotní nebo bezpečnostní rizika a rizika poškození životního prostředí, mnoho úsilí směřuje v tomto technologickém oboru k vývoji asfaltových směsí, se kterými by bylo možno pracovat za nižších teplot. V tomto ohledu je možno se zmínit o aplikaci živičných emulzí, které jsou připraveny smícháním horké živice s vodným roztokem emulgátoru. Tyto živičné emulze mohou běžně být smíchány s kamenivem při teplotách o mnoho nižších než 140 °C, kdy takto je možno výše uvedená rizika mnohem lépe kontrolovat.

Asfaltové směsi připravené z živičné emulze nicméně vyžadují směsi živice/kamenivo s relativně vysokým obsahem pórů, aby voda mohla unikat během praskání emulze, zhutňování a namáhání. Takové asfaltové směsi mají tu nevýhodu, že jsou značně propustné pro vodu a vzduch. Výsledkem je to, že se hrubé kamenivo velmi snadno odírá z povrchu silnice, jde o tzv. tření povrchu silnice. Dále ztrácejí svoji vnitřní soudržnost, což nakonec vede ke zborcení materiálu a ztrátě vnitřní stálosti, což se často viditelně projevuje jako deformace silničního povrchu, tj. vyjeté koleje. Kromě toho pevnost těchto asfaltů se vytváří pouze pomalu. * • ··· • · ·

DE-C-43 08 567 se vztahuje k přípravě živičných směsí, kdy na počátku se smísí menší dílčí množství B200, které má penetraci 200 dmm s úlomky kamene a volitelně pískem a plnivy, a následně s větším dílčím množstvím B65, které má penetraci 65 dmm. Dokument neobsahuje informaci o tom, jak vytvářet asfaltové směsi s dobře odstupňovanou zrnitostí. Překvapivě bylo zjištěno, že asfaltové směsi s dobře odstupňovanou zrnitostí mohou být vytvářeny s dobrou odolností proti tření a kromě toho s dobrým výkonem při dlouhodobém namáhání za vyšších teplot (vyjeté koleje) a při únavě.

Podstata vynálezu V souladu s tím se tedy tento vynález týká způsobu přípravy asfaltové směsi s dobře odstupňovanou zrnitostí, který zahrnuje přidávání tvrdé pojivové složky do směsi měkké pojivové složky a kameniva při teplotě méně než 140 °C. Vhodné je, pokud je aplikovaná teplota nižší než 100 °C.

Podle tohoto vynálezu lze použít jak emulzní, tak i neemulzní měkkou pojivovou složku, preferovaná je neemulzní měkká složka. Pokud se použije emulzní měkká pojivová složka, tato obsahuje malé množství vody. Vhodné je méně než 50 % objemu, preferováno je méně než 40 % objemu. Pokud se použije emulze, může jít buď o kationaktivní nebo aniontovou emulzi.

Tvrdá pojivová složka se do směsi preferovaně přidává ve formě prášku. V tomto případě může být tvrdá pojivová složka do směsi přidána při teplotě méně než 50 °C, což je velmi atraktivní, preferována je teplota okolního vzduchu. Pokud se tvrdá pojivová složka používá ve formě emulze (nebo suspenze), obsahuje tato emulze (nebo suspenze) méně než 50 % objemu vody, preferováno je méně než 40 % objemu. V tomto případě může být tvrdá pojivová složka přidána do směsi při teplotě méně než 100 °C, 2 • ♦♦ • · · · • · · • ♦♦♦ • · ··· ··

preferovaně při teplotě pohybující se od teploty okolního vzduchu až do 80 °C. Pokud se použije emulze, tato emulze může být buď kationaktivní nebo aniontová. Měkká pojivová složka může být přidána do kameniva také za relativně nízké teploty, tj. teploty méně než 120 °C.

Vhodné je, aby měkká pojivová složka byla do kameniva přidána při teplotě alespoň 70 °C, preferována je teplota v rozmezí od 80 do 115 °C, ještě lépe v rozmezí od 85 do 110 °C. V kontextu tohoto vynálezu je tvrdá pojivová složka definována jako pojivová složka, která má penetraci (PEN) méně než 200 dmm (měřeno pomocí ASTM D 5 při teplotě 25 °C). Tvrdá pojivová složka má vhodnou penetraci méně než 100 dmm, a bod měknutí méně než 100 °C (měřeno pomocí ASTM D 36), preferováno je méně než 80 °C. V kontextu tohoto vynálezu je měkká pojivová složka definovaná jako pojivová složka mající penetraci alespoň 200 dmm.

Ve vhodných případech má měkká pojivová složka penetraci alespoň 500 dmm, preferováno je alespoň 700 dmm a nejlépe alespoň 800 dmm (měřeno pomocí ASTM D 5 při teplotě 25 °C). Osoby zkušené v tomto oboru nicméně běžně charakterizují takovou pojivovou složku ne na základě hodnoty její penetrace, ale její viskozity (stanovena pomocí ASTM D 2171 při teplotě 100 °C). Preferovaně má měkká pojivová složka viskozitu méně než 300 mPa.s, preferovaně méně než 200 mPa.s (stanoveno pomocí ASTM 2171 při teplotě 100 °C).

Preferovaně představují jak tvrdá, tak i měkká pojivová složka živičné složky. Nicméně v další vhodné formě tohoto vynálezu představuje tvrdou pojivovou složku pryskyřice, například kumaron-indenová pryskyřice, a měkká pojivová složka 3

• · • · · · • · ·· ··· · * # « · je složka s nízkou viskozitou (změkčovadlo). Pryskyřicemi mohou být některé z modifikovaných pryskyřic popisovaných v EP-B-0330281, na který je zde odkazováno.

Pojivové složky mohou ještě obsahovat zlepšovací prostředek na vytváření povlaků (např. butyldioxitol), neiontový emulgátor (např. nonylfenolethoxylát) nebo zlepšovač přilnavosti (např. amin jako je alkylamidoamin), preferován je alkylamidoamin. Tyto další sloučeniny jsou preferovaně přidávány do měkké pojivové složky a vhodná je jejich přítomnost v množství méně než 5 % váhy, preferováno je rozmezí od 0,25 do 1,0 % váhy, v závislosti na celkovém obsahu pojivá. Lze také použít směsi těchto přídavných sloučenin. Tímto způsobem se získá dokonce další zlepšená odolnost proti tření. Živičné směsi mohou být přírodně se vyskytující živice nebo deriváty ropy. Také ropný asfalt získaný při krakování a černo uhelný dehet mohou být použity stejně jako směsi živičných materiálů. Příklady vhodných živic zahrnují destilační neboli „nepřetržité" živice, srážené živice, např. propanové živice, foukané živice, např. katalyticky foukané živice, a jejich směsi. Další vhodné živičné směsi zahrnují směsi jedné nebo více těchto živic s plnivy (změkčovadly) jako jsou ropné extrakty, např. aromatické extrakty, destiláty nebo zbytky, nebo s oleji.

Tvrdé a měkké pojivové složky mohou vhodně obsahovat jakýkoliv polymerní modifikátor známý v oboru, jako je například termoplastická pryž vhodně v množství od 1 do 10 % váhy. Množství použitých tvrdých a měkkých pojivových složek se mohou lišit uvnitř širokého rámce a velmi závisí na stupni penetrace požadované pro pojivo asfaltové směsi. U tvrdé pojivové složky může například být vhodná přítomnost v množství od 10 do 90 % váhy v závislosti na celkovém pojivu. 4 ·· ♦· • · · * • · ·· • · · · · • · · ·· Μ ·· ·· • · · · * · · • ··· • · ··» ·· • · · • · ·♦· • · · · · • * · · ·· ··

Asfaltová směs připravená podle tohoto vynálezu je zejména vhodná pro využití u silničních aplikací. Asfaltová směs připravená podle tohoto vynálezu může být vhodně použitá při výrobě základových hrubých materiálů nebo horních hrubých materiálů. Pojivo asfaltové směsi připravené v souladu s tímto vynálezem má vhodně penetraci, která se pohybuje mezi 10 a 300 dmm, preferováno je rozmezí od 50 do 150 dmm (měřeno pomocí ASTM D 5 při teplotě 25 °C). Živičné směsi mohou také obsahovat další přísady, jako jsou plniva, např. saze, křemen, vápenec, stabilizátory, antioxidanty, pigmenty a rozpouštědla, o kterých je známo, že jsou v živičných směsích užitečné. Asfaltové směsi připravené podle tohoto vynálezu obsahují kamenivo v množství, které jev oboru známo. V kontextu tohoto vynálezu je asfaltová směs s dobře odstupňovanou zrnitostí definována jako asfaltová směs mající obsah pórů ne více než 10 %, preferovaně 3 až 10 % obsah pórů.

Vhodným kamenivem je takové kamenivo, které se běžně u asfaltových směsí s dobře odstupňovanou zrnitostí používá.

Tento vynález bude nyní demonstrován na následujících příkladech. Příklady provedení vynálezu Příklad 1

Asfaltová směs byla připravena podle tohoto vynálezu následujícím způsobem. 1,04 kg pojivové složky s nízkou viskozitou (lesklý nezpracovaný furalový extrakt - Bright Stock Furfural Extract (BFE)) mající viskozitu 50 mPa.s při teplotě 100 °C (stanoveno pomocí ASTM D 2171) bylo přidáno k 41,17 kg kameniva v Hurellově drtícím zařízení, které pracuje při teplotě 100 °C a při rychlosti 35 otáček za minutu. Kamenivo se skládalo % 5 • ·· t· ·· ·· · · t · t • · • · • ·#· • · · · • · · • • · • · • ··« · · ·· • · Μ Μ ♦ · · * • · ·· ·· · « · • · · ze 7,1 % váhy plniva (< 63 pm), 36,8 % váhy písku (63 pm- 2 mm), 15,3 % váhy kamenů (2-6 mm), 20,4 % váhy kamenů (4-8 mm) a 20,4 % kamenů (8-11 mm). Následně bylo do takto získané směsi přidáno 1,56 kg tvrdé pojivové složky ve formě prášku za teploty okolního vzduchu. Tvrdá pojivová složka měla penetraci 2 dmm, tj. až do (stanoveno pomocí ASTM D 36) 2 dmm a bod měknutí při 96 °C (měřeno pomocí ASTM D 36). Prášek byl připraven rozmělněním foukané propanové živice, která má bod měknutí při 95 °C (měřeno pomocí ASTM D 36) na prach v Culattiho drtícím zařízení se sítem o velikosti 1 mm. Tuhý kysličník uhličitý byl pravidelně přidáván k tvrdým kusům živice, aby se ochladilo drtící zařízení a aby se předešlo slepení vznikajících živičných částic. Takto získaná asfaltová směs s dobře odstupňovanou zrnitostí byla poté nasypána do formy deskového zhutňovače a rozdělena tak, aby vytvořila homogenně rozprostřenou sypkou směs. Asfaltová směs byla poté zhutněna při teplotě 100 °C. Po zhutnění byla získaný asfaltový koberec ochlazen při teplotě okolního vzduchu a byl vyndán z formy. Potom byl asfaltový koberec nakrájen a nařezán na zkušební vzorky. Příklad 2

Asfaltová směs byla připravena podle tohoto vynálezu podobným způsobem jak je popsáno v příkladu 1, s tou výjimkou, že do směsi 0,96 kg pojivové složky s nízkou viskozitou a 43,96 kg kameniva bylo přidáno 2,78 kg emulze tvrdé pojivové složky. Emulze byla připravena přidáním 1,64 kg horké (180 °C) tvrdé pojivové složky (vakuově vznícený konverzní zbytek - Vaccum Flashed Conversion Residue) do 1,14 kg teplého (80 °C) roztoku voda/emulze ve Frymově drtícím zařízení, které pracovalo při tlaku 10 atm, teplotě 170 °C a rychlosti 3000 otáček za minutu. * 6 ·· ·· • ♦ ·

··♦ ·· • · ·· • ♦ ··· · · • * ·· ·· • · · ··· ·

Roztok voda/emulze obsahoval 3,5 % váhy komerčně dostupného emulgátoru Borressperse, 0,25 % váhy guarové gumy a hodnota pH byla 12,5. Roztok byl alkalizován pomocí roztoku hydroxidu sodného. Tvrdá pojivová složka měla penetraci 3 dmm (měřeno pomocí ASTM D 5 při 25 °C) a bod měknutí při 90,5 °C (měřeno pomocí ASTM D 36). Konečná získaná živičná emulze měla pH 8,6 a viskozitu 87 mPa.s při 100 °C (stanoveno pomocí ASTM D 2171) a obsahovala 41 % váhy vody. Příklad 3

Asfaltová směs byla připravena podle tohoto vynálezu podobným způsobem jak je uvedeno v příkladu 2, s tou výjimkou, že 1,33 kg pojivá s nízkou viskozitou (Statfjordský krátký zbytek -Statfjord Short Residue) s viskozitou 250 mPa.s při 100 °C (stanoveno pomocí ASTM D 2171) bylo předem smícháno při teplotě 100 °C s 13,3 g WETFIXu (alkylamidoamin; od Berol Nobel) a potom smícháno s 44,22 kg kameniva. Poté bylo přidáno 2,21 kg emulze tvrdé pojivové složky. Emulze byla připravena přidáním 1,18 kg horké tvrdé pojivové složky do 1,03 kg teplého roztoku voda/emulze ve Frymově drtícím zařízení, které pracovalo při rychlosti 3000 otáček za minutu. Roztok voda/emulze obsahoval 1,5 % váhy komerčně dostupného emulgátoru Vinsol R, 0,2 % váhy guarové gumy a měl hodnotu pH 12,6. Konečná získaná živičná emulze měla hodnotu pH 12,4 a viskozitu 27 mPa.s při 100 °C (stanoveno pomocí ASTM D 2171) a obsahovala 46,7 % váhy vody.

Zkušební pokusy

Parametry tečení materiálu, tření a únavy materiálu u asfaltových směsí s dobře odstupňovanou zrnitostí, které byly připraveny v příkladech 1 2 a 3 byly stanoveny zkouškou dynamického tečení, kalifornskou zkouškou otěru a tříbodovou % 7 • ·· φ· φ · • φ φ • ··· • · φφφ ·· φφ φφ φφ • · φ φφφ • * • φ ·· • φ φφ ♦ φ · • · φφφ φ • φ φφ • φ • φ φ φ zkouškou na únavu v ohybu, tyto zkoušky osoby se zkušenostmi z oboru znají. Válcovité zkušební vzorky (průměr 101,6 mm, výška 60 mm) byly nařezány pro testování odolnosti proti tečení a tření, zatímco obdélníkové zkušební vzorky (výška 40 mm, šířka 30 mm, délka 230 mm) byly nařezány z koberce pro testování únavy materiálu- Válcovité vzorky byly testovány na tečení materiálu při dynamické zkoušce tečení při 40 °C a na odolnost proti tření v kalifornské zkoušce oděru při 4 a 40 °C. Obdélníkové vzorky byly testovány při tříbodové zkoušce únavy v ohybu na mez únavy při zátěžové frekvenci 40 Hz za stálého tlaku při teplotě 10 °C. Údaje o výkonu asfaltových směsí jsou uvedeny v Tabulce 1. Z těchto údajů bude jasné, že přitažlivé asfaltové směsi podle tohoto vynálezu lze připravit za výhodně nízkých teplot. % 8 • ·· • · ·· t · · · • · • • · · • · • · · • ··· • · · • • · • · • ··· ·· ·· • ♦ ·· ·· • * · · • · ·· ··· · · « · ·

cd Μ 3 "š Η 3 bodová zkouška únavy materiálu v ohybu při 10 °C Smix, i [GPa] 12,8 ±0,1 10,1 ± 1,4 9,9 ± 0,2 1 13,8 ±0,7 • I “1 1,56 Os t—H O cn r~H \o uo r—“ cd vo áj 01 123 ON O 1—H 00 cn 123 | Kalifornská zkouška odolnosti proti oděru při o & 27,9 ± 0,2 48,4 ± 2,3 27,4 ± 0,3 19,8 ±0,7 O Γ-, o Ďů rf ^ 20,9 ± 0,6 35,4 ± 1,1 24,2 ± 0,3 22,7 ± 0,4 Dynamická zkouška tečení při 40 °C rychlost pnutí [pm/m/ld] 4,76 ±0,11 6,89 ± 3,24 3,76 ± 0,23 4,40 ± 0,35 osové pnutí 1 [ ] 2,57 ± 0,48 2,89 ± 1,21 ^r co 0' +1 co cn <N 2,86 ±0,10 Příklad 1 Příklad 2 Příklad 3 80/100 Horká směs na bázi referenčního pojivá χ • rH «3 φ fi b ω οο

Claims

• ·♦ • · · • ·

Původní nároky PATENTOVÉ NÁROKY 1. Způsob přípravy asfaltové směsi s dobře odstupňovanou zrnitostí, který zahrnuje přidávání tvrdé pojivové složky do směsi měkké pojivové složky a kameniva při teplotě nižší než 140 °C.
2. Způsob podle patentového nároku 1, kde tato tvrdá pojivová složka má penetraci méně než 100 dmm.
3. Způsob podle patentového nároku 1 nebo 2, kde měkká pojivová složka má penetraci alespoň 500 dmm.
4. Způsob podle kteréhokoliv z patentových nároků 1 až 3, kde tvrdá pojivová složka je přidávána do směsi při teplotě nižší než 100 °C.
5. Způsob podle kteréhokoliv z patentových nároků 1 až 4, kde měkká pojivová složka má formu neemulzní měkké pojivové složky.
6. Způsob podle kteréhokoliv z patentových nároků 1 až 5, kde tvrdá pojivová složka je do směsi přidávána ve formě prášku.
7. Způsob podle patentového nároku 6, kde tvrdá pojivová složka je do směsi přidávána při teplotě nižší než 50 °C.
8. Způsob podle kteréhokoliv z patentových nároků 1-7, kde měkká pojivová složka je přidávána do kameniva při teplotě méně než 120 °C.
9. Způsob podle patentového nároku 8, kde' teplota se pohybuje v rozmezí od 80 do 115 °C.
10. Způsob podle kteréhokoliv z patentových nároků 1 až 9, kde tvrdá a měkká pojivová složka představují živičné složky.
11. Použití asfaltové směsi, jak byla připravena způsobem podle kteréhokoliv z patentových nároků 1 až 10, pro silniční aplikace. 10