CZ298950B6

CZ298950B6 - Zpusob a souprava na výrobu teplého smesného asfaltového prostredku

Info

Publication number: CZ298950B6
Application number: CZ20022823A
Authority: CZ
Inventors: R. Larsen@Olle; C. Robertus@Carl.
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij B.V.
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2008-03-19
Also published as: CA2401349C; PL194623B1; DE60103985T2; PT1263885E; KR100735112B1; JP4383706B2; WO2001062852A1; WO2001062852A8; CA2401349A1; EP1263885A1; US6846354B2; EP1263885B1; CN1404509A; TR200401982T4; CN1161422C; JP2003524054A; NZ521062A; NO20000955D0; PL356327A1; KR20020097187A

Abstract

Zpusob prípravy teplého smesného asfaltového prostredku obsahující následné kroky a) zrnité kamenivo se smísí s mekkým asfaltovým pojivem za vzniku teplé smesi, a b) k teplé smesi se pridá zpenené tvrdé asfaltové pojivo, zpenené s 2 až 7 % hmotnostními vody, které má penetraci méne než 100 x 0,1 mm, mereno podle ASTM D5 pri 25 .degree.C za vzniku teplého smesného asfaltového prostredku. Zarízení na výrobu teplého smesného asfaltového prostredku,které obsahuje sušicí buben pro ohrev a sušení kameniva, hnetací stroj pro mísení asfaltových složek, zásobník smesi a zarízení na zpenování tvrdého pojiva pred jeho zavedením do hnetacího stroje.

Description

Předkládaný vynález se týká způsobu a soupravy pro přípravu teplých směsných asfaltových prostředků.

io Dosavadní stav techniky

Asfaltové směsi, používané pro stavbu pozemních komunikací a dlažeb, sestávají obecně ze směsí kamene a štěrku, písku, plniva a pojivových složek. Pojivovými složkami je zde myšlen asfalt, ale jsou rovnocenně použitelné i jiné pojivové složky. Asfaltovými složkami může být přirozeně se vyskytující asfalt nebo asfalt získaný z minerálního oleje. Písek, kámen nebo štěrk a plnivo jsou označovány jako kamenivo nebo jako zrnité kamenivo.

Asfalt účinkuje jako lepidlo pro minerální složky kameniva. Asfalt představuje malý podíl z celkové asfaltové směsi, typicky mezi 4 až 7 % hmotn., případně mezi 10 až 15 % objemovými.

Asfaltové prostředky jsou normálně děleny do dvou hlavních skupin, konkrétně na asfaltové „horké směsi“ a na asfaltové „studené směsi“. Třetí, méně obvyklá skupina asfaltových „teplých směsí“, bude detailně popsána později.

Horké asfaltové směsi mají celkově lepší vlastnosti než studené asfaltové směsi a jsou z těchto důvodů používány na pozemní komunikace s hustým provozem. Při výrobě horkých asfaltových směsí je kamenivo zahřáto před tím, než se k němu za míchání přidá pojivo.

Výroba horkých asfaltových směsí probíhá typicky při teplotách mezi 150 až 190 °C a pokládání a utužování na vozovce probíhá typicky při teplotách 130 až 160 °C. V některých případech jsou popisovány ještě vyšší teploty. Asfalt a minerální kamenivo musí být ohřátý z několika důvodů. Kamenivo musí být suché, asfalt musí mít nízkou viskozitu, aby důkladně obalil a přilnul ke složkám agregátu a asfaltová směs musí mít také nízkou viskozitu, aby jí bylo možno položit, rozprostřít a utužit na komunikaci. Výrobní teplota je závislá na asfaltové směsi a druhu asfaltu. Horké asfaltové směsi dosahují obecně lepší výsledné síly a stability. Silnice s horkou asfaltovou směsí může být více méně okamžitě zatížena dopravou.

Zahřívání složek asfaltových směsí je normálně prováděno fosilními palivy, která mohou produkovat plynné a tuhé emise, nepřízniví pro životní prostředí. Fosilní paliva jsou současně neobno40 vitelná a přispívají k vysoké ceně asfaltových směsí. Zacházení s asfaltem při vysokých teplotách představuje možné zdravotní riziko.

Studené asfaltové směsi jsou levnější, snadněji použitelné a vůči životnímu prostřední šetrnější než horké asfaltové směsi. Při výrobě studených asfaltových směsí je kamenivo při míšení s hor45 kým nebo studeným pojivém studené a vlhké. Aby bylo usnadněno míšení studených asfaltových směsí, je pojivo často zpěněno před jeho smísením s vlhkým a studeným kamenivem.

V norské patentové přihlášce NO 854 387 a v mezinárodní patentové přihlášce WO 95/22 661 jsou popsány různé způsoby výroby pěnového asfaltu. Způsoby, používající studené asfaltové směsi měly za výsledek bohužel směsi s horší kvalitou ve srovnání s obvyklými horkými asfaltovými směsmi. Toto je důsledkem několika faktorů, jako je horší obalení kameniva asfaltem, přítomnost vody v asfaltových směsích a horší roztírací a utužovací schopnosti asfaltových směsí. Tímto je způsobena vysoká propustnost těchto směsí pro vodu a vzduch, což činí výsledný povrch silnice náchylný k rozpadávání, což značí, že nespojené hrubé kamenivo je snadno uvol55 ňováno z povrchu komunikace. Je rovněž snížena soudržnost, což může vést až ke zhroucení

-1 CZ 298950 B6 materiálu a ztrátě vnitřní stability. Tento jev je často viditelný na povrchu vozovky a je znám pod pojmem tvorba vyjetých kolejí. Studené asfaltové směsi potřebují určitou dobu zrání, nezbytnou pro tvorbu silné směsi. Tato doba může být dny až měsíce. Opak může mít za následek rychlejší deformaci, praskání a poničení povrchu asfaltu. Ze shora uvedených důvodů jsou studené asfalto5 vé směsi typicky používány pro pozemní komunikace bez velkého provozu, například, v severských zemích a Austrálii. Pro překonání některých shora uvedených problémů navrhuje WO 97/20 890 „Způsob přípravy asfaltového prostředku“, kde je asfaltová směs vyráběna při poněkud nižší teplotě než je tomu při tradičním způsobu výroby horké směsi. Použití nižších teplot je umožněno rozdělením asfaltového pojivá na tvrdou a měkkou složku. Tvrdé a měkké složky tvoří ío dohromady asfalt, který splňuje normální, na něho kladené požadavky. Měkká složka může být smísena s minerálními agregáty při mnohem nižší teplotě (60 až 130 °C, výhodně při 90 až 110 °C). V této směsi je následně dispergována v práškové nebo emulzní formě. „Tvrdá“ asfaltová složka má typickou penetraci 50 x 0,1 mm (50 dmm) nebo nižší. Teplota této složky může být typicky mezi 20 až 70 °C. Tento způsob poskytuje asfaltovou směs, která může být pokládána, rozetřena a utužována při teplotách mezi 70 až 100 °C. Laboratorní a terénní zkoušky prokázaly dobré vlastnosti těchto asfaltových směsí. Asfalty jako je tento, se sníženou teplotou při míšení ve srovnání s horkými směsmi, jsou pro tyto účely nazývány „teplé směsi“.

Bylo však zjištěno, že teplé asfaltové směsi používající emulze jsou nákladné a komplikované pro použití při výrobě, míšení, kladení a utužování. Asfaltové prostředky, připravené z asfaltových emulzí vyžadují směs asfaltu s kamenivem s relativně vysokým obsahem prázdných prostorů pro umožnění úniku vody při rozpadu emulze, utužování a při provozu. Emulze používaná při tomto způsobu obsahuje typicky 30 až 50 % vody. Asfaltová emulze je výrobně velmi nákladná, co se týče ceny produktu i ceny zařízení u odběratele, v důsledku nutnosti pořízení výrobního zařízení na emulzi a zvláštních zásobních tanků v mísímě asfaltové směsi. Transport emulzí není také cenově výhodný v důsledku převážení 30 až 50 % vody. Transport zvýšené hmotnosti představuje také zvýšení emisí látek škodlivých životnému prostředí.

Výroba a zacházení s asfaltovými emulzemi vyžadují některá další opatření v důsledku chemiká30 lií použitých při výrobě, citlivosti na mráz konečného produktu a potřeby oddělených zásobníků.

Existuje tedy potřeba asfaltových směsí, které mají kvalitu jako horké asfaltové směsi, ale jsou přitom neškodné pro životní prostředí ajsou cenově a co se týče zacházení na stejné úrovni jako studené směsi. Rostoucí povědomí zdravotní, bezpečnostní a životního prostředí ve veřejnosti a v průmyslu mělo za výsledek průkazné pokroky dosažené ve snižování spotřeby neobnovitelných fosilních paliv, zachování energie a následkem toho snížení emisí. V průmyslu zpracovávajícím asfalt bude snížení výrobní teploty horkých asfaltových směsí napomáhat těmto cílům.

Podstata vynálezu

V souhlase s tím poskytuje předkládaný vynález způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku spočívající vtom, že se a) zrnité kamenivo smísí s měkkým asfaltovým pojivém za vzniku teplé směsi, a b) k teplé směsi se přidá zpěněné tvrdé asfaltové pojivo, zpěněné s 2 až 7 % hmotnostními vody, které má penetraci méně než 100 x 0,1 mm, měřeno podle ASTM D5 při 25 °C za vzniku teplého směsného asfaltového prostředku.

Vynález tedy poskytuje asfaltový prostředek, který lze vyrábět při nižších teplotách než horké směsi, s nižší spotřebou energie, se stejnými nebo lepšími mechanickými vlastnostmi a při stej50 ných nebo nižších nákladech.

Toho bylo dosaženo způsobem přípravy teplého asfaltového prostředku, obsahujícím míšení zrnitého kameniva s měkkým pojivém a přidáním zpěněného tvrdého pojivá do uvedené směsi zrnitého materiálu a měkkého pojivá.

-2CZ 298950 B6

Po smísení různých složek dojde ke spojení tvrdého pojivá a měkkého pojivá za vzniku požadovaných vlastností. Zpěněného tvrdého pojivá snižuje viskozitu a umožňuje vlastní obalení a přilnavost pojivá na složky kameniva při nižší teplotě.

Použití zpěněného tvrdého pojivá má průkazné výhody ekonomické a co se týče životního prostředí vůči použití asfaltového prášku nebo emulzí formy asfaltu, aniž by došlo ke snížení kvality výsledných asfaltových směsí a dláždění. Obsah vody je pouze 2 až 5 % ve srovnání s předchozími 30 až 50 % vody v emulzi. Toto má průkazný vliv na skladování, kvalitu, požadavky na teplotu a transport. Ve srovnání s emulzními pojivý umožňují nízký obsah vody v pěnovém asfaltu ío okamžité vyzrání s omezeným zahřátím.

Ve srovnání se studenými pěnoasfaltovými směsmi poskytuje směs připravená podle předkládaného vynálezu husté asfaltové směsi s mnohem menším obsahem vzduchových dutin než studené asfaltové směsi, vyrobené s pěnovými složkami pojivá. Pojivá použitá v pěnových studených směsích mají vysoké hodnoty penetrace, mezi 180 až 700 x 0,1 mm. Kromě toho „tvrdá“ složka asfaltu, použitá v emulzi, má typickou penetraci 50 x 0,1 mm nebo více, ve srovnání s maximální hodnotou penetrace zpěněného tvrdého asfaltu méně než 100 x 0,1 mm v závislosti na konkrétních podmínkách.

Při srovnávání asfaltové směsi podle předkládaného vynálezu se studenou asfaltovou směsí, ve které je použito pěnové pojivo, je třeba zdůraznit, že směsi podle předkládaného vynálezu lze použít na silnice s těžkou dopravní zátěží, zatímco studené pěnoasfaltové směsi lze použít na silnice s malým provozem. Je to důsledkem toho, že asfalt, použitý v tradičních studených pěnových směsích je asfaltem s vysokými hodnotami penetrace mezi 180 až 700 x 0,1 mm (180 až

700 dmm). Vhodný druh asfaltu, použitý způsobem podle vynálezu, může být tvrdší, s typickou penetrací od 60 do 250 x 0,1 mm (60 až 250 dmm). Příprava studených asfaltových směsí se obvykle provádí na místě, tj. na komunikaci, při okolních (chladných) teplotách, protože asfalt připravený podle tohoto vynálezu může být vyroben v mísímě a/nebo na komunikaci a vyroben při typicky 60 až 100 °C. Toto bezprostředně ovlivňuje možnosti použití a použitelnost těchto asfaltových směsí.

V předkládaném vynálezu lze sice použít emulgované i neemulgované měkké složky pojivá, ale výhodné je použití neemulgováného měkkého pojivá. Pokud je použito emulgované měkké pojivo, obsahuje emulgované měkké pojivo velké množství vody. Tato voda musí být vypuzena ze směsi dříve než je dosaženo plné soudržnosti a síly směsi. Tato emulze může být buď kationtová nebo aniontová.

Tvrdá složka pojivá je přidána ke směsi jako pěna. Měkké pojivo může být také přidáno jako pěna, pokud to ve specifických situacích bude výhodné.

Měkká složka pojivá může být také přidána ke kamenivu při relativně nízké teplotě, tj., při teplotě nižší než 120 °C.

Měkké pojivo může být normálně přidáno ke kamenivu při teplotě nejméně 70 °C, výhodně při teplotě v rozsahu od 60 do 130 °C, výhodněji v rozsahu od 90 do 110 °C.

V této přihlášce je měkká složka pojivá definována jako složka pojivá o penetraci nejméně 200 x 0,1 mm (200 dmm).

Je vhodné, když měkká složka pojivá má penetraci nejméně 500 x 0,1 mm (50 dmm), výhodně nejméně 700 x 0,1 mm (700 dmm) a výhodněji nejméně 800 x 0,1 mm (800 dmm) měřeno podle ASTM D 5 při 25 °C. Tyto složky pojivá jsou často definovány jejich viskozitou, určenou podle ASTM D 2171 při 100 °C. Měkká složka pojivá má viskozitu méně než 0,300 Pa.s, výhodně méně než 0,200 Pa.s.

-3 CZ 298950 B6

Asfalt připravený podle předkládaného vynálezu je hlavně určen pro použití na pozemních komunikacích, ale jiná použitá je třeba také považovat za zahrnutá v rozsahu vynálezu.

Hutná asfaltová směs, vyrobená způsobem podle předkládaného vynálezu, má výhodně obsah 5 vzduchových dutin do 10 % aještě výhodněji obsah dutin v oblasti mezi 3 až 10 %.

Asfaltová směs, vyrobená způsobem podle předkládaného vynálezu, může také být řídká, s obsahem dutin mezi 14 % až 26 %.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek 1 ukazuje schematické srovnání výrobních způsobů asfaltových směsí srovnáním „Výroba běžné asfaltové horké směsi“ s „Výroba teplé pěnoasfaltové směsi“ podle tohoto vyná15 lezu.

Obrázek 2 ukazuje příklad způsobu zpěnění tvrdého pojivá.

Příklady uspořádání vynálezu

Uspořádání vynálezu bude nyní popsáno pomocí následujícího příkladu.

Schematické srovnání způsobu je uvedeno na obrázku 1 a způsob se zpěněným pojivém je na obrázku 2. Porovnání kvality a cen je uvedeno v tabulkách I a II.

Výrobní zařízení asfaltu pro výrobu asfaltových směsí (obrázek 1) používá způsob podle tohoto vynálezu a obsahuje sušicí buben, míchací buben, míchací zásobní silo a zařízení na výrobu asfaltové pěny. Kamenivo a písek se přivede do sušicího bubnu a zahřeje se na 130 °C. Teplé kamenivo a písek se potom vedou do míchacího bubnu, kde se smísí s měkkým asfaltem pří teplotě 120 °C. Když se měkký asfalt důkladně promísí s kamenivem a pískem, přidá se ke směsi tvrdý asfalt a v míchání se pokračuje až do přidání plniva do směsi při teplotě 20 °C. Produkt obsahuje 90 % hmotn. kameniva a písku, 2,5 % hmotn. měkkého asfaltu, 2,5 % hmotn. tvrdého asfaltu a 5 % hmotn. plniva.

Pěna se vytvoří vpuštěním (obrázek 2) kontrolovaného proudu horkého asfaltu do potrubního vedení přes první ventil (A). První ventil (A) umožňuje cirkulaci do zásobníku a tím zajišťuje stabilní teplotu, potřebnou v tomto systému. Teplota v potrubním vedení je kontrolována a udržována horkým olejem nebo topným kabelem, které obklopují potrubí a izolací. Zvolená teplota závisí na kvalitě, tvrdosti a odpovídajícím zvýšením objemu asfaltu. Teplota je typicky v rozsahu od 130 do 180 °C.

Kontrolovaný proud vody, teplý nebo chladný (5 až 80 °C), je veden druhým ventilem (B) a přidává se do asfaltu v množství řádově 2 až 7 %. Vstřikováním vody do proudu asfaltu dochází ke zvětšování objemu asfaltu. Asfalt se homogenizuje ve statickém mixeru v mísící komoře. Expandovaný asfalt, typicky s 10 až 20násobně zvýšeným objemem, se vypustí z mísící komory a přidá se ke směsi kameniva jednou nebo několika tryskami.

Srovnáním tohoto způsobu se standardním horkým způsobem míchání, produkujícím asfaltovou směs stejné kvality, bylo zjištěno, že emise CO₂ byly o 60 až 70 % nižší, emise tuhých látek byly o 30 až 40 % nižší a spotřeba paliva byla o 40 až 60 % nižší.

Níže uvedené tabulky I a II ukazují relativní porovnání kvality s horkou směsí, respektive relativní srovnání nákladů. Symbol „=“ označuje průměrný nebo stejný, „+“ označuje stejný nebo nad-4CZ 298950 B6 průměrný a označuje horší nebo nižší než průměrný v tabulce I. Symbol „?“ označuje nejistý, „neznámý“ nebo nestanovený.

Tabulka I: Relativní srovnání kvality s horkou směsí

Teplá směs Teplá směs Studená směs emulze emulze

KVALITA

Stabilita	= =
Přilnavost	=	+	-
Praskání	=	=	=
Trvanlivost	=	+	-
Zpracovatelnost	=	+	-

VLIV NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Palivo Emise CO2/CO Emise tuhých látek	40 až 60 % méně 40 až 70 % méně 30 % méně	40 až 60 % méně 40 až 70 % méně 30 % méně	7 ??
ZDRAVOTNÍ HLEDISKA
Práce při výrobě směsi	60 až 80 % méně	60 až 80 % méně	100 až 160 °C méně
Práce při pokládání	60 až 80 % méně	60 až 80 % méně	80 až 140 °C méně
směsi
Hladiny těkavých	snížené	snížení	0

organických látek

Tabulka II: Relativní náklady (horká směs = 1,0)

NÁKLAD	Teplá směs emulze	Teplá směs emulze	Studená směs
Kamenivo	1,0	1,0	1,0
Palivo	0,5	0,5	0
Pojivo (emulze, aditiva apod.)	1,5	1,0	1,5
Celkové náklady	1,2	0,9	0,9

Shora uvedený neomezující příklad je pouze jedním z provedení vynálezu aje třeba mu rozumět tak, že lze provést ještě jiné příklady a stále budou patřit do záměru a rozsahu předkládaného vynálezu. Vynález je omezen pouze následujícími patentovými nároky.

-5CZ 298950 B6

Claims

5 1. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku, vyznačující se tím, že se a) zrnité kamenivo smísí s měkkým asfaltovým pojivém za vzniku teplé směsi, a b) k teplé směsi se přidá zpěněné tvrdé asfaltové pojivo, zpěněné s 2 až 7 % hmotnostními vody, které má penetraci méně než 100.0,1 mm, měřeno podle ASTM D 5 při 25 °C za vzniku teplého směsného asfaltového prostředku.
2. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle nároku 1, vyznačující se tím, že se použije měkká složka pojivá s viskozitou menší než 0,
3 Pa.s při 100 °C, měřeno podle ASTM D 2171 při 100 °C.

15 3. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se kamenivo zahřeje na 60 až 120 °C před tím, než se smísí s měkkým a s tvrdým pojivém.
4. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle nároků laž3, vy z n a 20 čující se tím, že se zpěněné tvrdé pojivo připraví odděleným zpěňovacím způsobem, při kterém se nezpěněné tvrdé pojivo zahřeje na teplotu mezi 130 až 180 °C, připraví se voda s teplotou 5 až 80 °C a do takto ohřátého nezpěněného tvrdého pojivá se vstřiknou 2 až 7 % hmotn. vody, přičemž ohřáté nezpěněné tvrdé pojivo expanduje na pěnu.

25 5. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se použije zpěněné tvrdé asfaltové pojivo mající obsah vody 0 až 5 % hmotnostních.

6. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle nároků 1 až 5, vy z n a 30 čující se tím, že se složka měkkého pojivá přidá ke kamenivu při teplotě menší než

120 °C.

7. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že se teplota teplého směsného asfaltového prostředku pohybuje

35 mezi 80 až 115 °C.

8. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se jako teplý asfaltový směsný prostředek použije hutný obalený asfaltový prostředek.

9. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle nároku 8, vyznačující se tím, že se použije hutný obalený asfaltový prostředek s objemem dutin mezi 2 až 10%.

45 10. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se jako teplý asfaltový směsný prostředek použije řídký obalený asfaltový prostředek.

11. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle nároku 10, vyznaču50 jící se tí m , že se použije řídký obalený asfaltový prostředek o objemu dutin mezi 14 až 26 %.

-6CZ 298950 B6

12. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že se předem smísí měkké pojivo s kamenivem v mísicím zařízení teplého způsobu výroby na poloprodukt, který se pak přepraví na místo asfaltového položení, kde
5 zpěněné tvrdé pojivo se aplikuje na poloprodukt v pokládacím stroji na místě asfaltového položení.

13. Způsob podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že se použije zrnité kamenivo obsahující v podstatě písek, kámen nebo štěrkopísek a plnivo.

14. Teplý směsný asfaltový prostředek připravený způsobem podle nároku 1.

15. Zařízení na přípravu teplého směsného asfaltového prostředku podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje sušicí buben pro ohřev a sušení zrnitého kameniva, hnětači

15 stroj pro míšení zrnitého kameniva s měkkým asfaltovým pojivém a tvrdým asfaltovým pojivém a zásobník směsi, a dále zpěňovací zařízení pro zpěnění tvrdého pojivá před jeho vnesením do hnětacího stroje.

16. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že zpěňovací zařízení obsahuje

20 zařízení pro ohřátí tvrdého asfaltového pojivá a zařízení pro zavádění vody nebo páry pro následné zavedení vody nebo páry do zahřátého tvrdého asfaltového pojivá, aby vznikla pěna.

17. Použití asfaltového prostředku připraveného způsobem podle některého z nároků 1 až 13 pro dláždění.