JP5701763B2 - アスファルトバインダー及びアスファルト乳剤を用いる道路舗装 - Google Patents
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Description
以下でより詳細に検討するように、次いで、乳化剤溶液はベースアスファルトと混和され、前記混和物は乳化されて、乳化アスファルトバインダーを形成する。一部の実施形態では、乳化剤溶液中のリン酸アミンの量は、乳化アスファルトバインダー中の乳剤全体の重量で、約0.1%〜約2.5%、または約0.5%〜約2%のリン酸アミンを提供するのに十分である。乳化剤溶液中のリン酸アミンがエトキシ化タロウジアミン(例えばDT−3、DM−3またはE−6)から生成される一部の実施形態では、乳化アスファルトバインダー中において重量で、約1%、約0.1%〜約2%、約0.2%〜約2%、または約0.25%〜約1%のエトキシ化タロウジアミンホスファート(ethoxylated tallow diamine phosphate)を生じるのに十分な量のエトキシ化タロウジアミンが乳化剤溶液に加えられる。乳化剤溶液中のリン酸アミンがポリアミンホスファート(例えばC−450)である一部の実施形態では、乳化アスファルトバインダー中において重量で約1.5%、約2.5%以下、約0.5%〜約2.5%、または約1.5%〜約2.5%のポリアミンホスファートを与えるのに十分な量のポリアミンホスファートが、例えば、乳化剤溶液に加えられ得る。
PG 58−34アスファルトを用いて生成し、Elvaloyおよびポリリン酸によって改質したポリマー改質アスファルトを、乳化されていない形で提供した。この改質アスファルトは一連の乳剤のための基材として機能する。1.0kPaの応力でのMSCR回復率(percent recovery)は14.33%であり、3.2kPaの応力での回復率は4.40%であった。非回復コンプライアンス(Jnr)は、2つの応力レベルにおいて、4.185kPa−1および5.392kPa−1であった。同一のポリマー改質アスファルトを、0.25%のCorsathox DT−3および0.25%のH3PO4の乳化溶液を用いて乳化した。沸騰濃縮(boildown)によって得られた新鮮な乳剤残留物は、1.0kPaで13.37%のMSCR回復率(% recovery)および4.412のJnrを有し、3.2kPaで6.18%のMSCR回復率および5.232のJnrを有した。60℃で24時間の保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、1.0kPaで15.09%のMSCR回復率および3.335のJnrを有し、3.2kPaで6.09%のMSCR回復率および4.074のJnrを有した。60℃の炉内で6日間保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、1.0kPaで12.96%のMSCR回復率および3.887Jnrを有し、3.2kPaで6.51%のMSCR回復率および4.603のJnrを有した。
乳化剤溶液は、0.22%のRedicote4819乳化剤を0.2%のHClと混合することにより調製した。アスファルト合成1で使用したものと同一のポリマー改質アスファルトをこの乳化剤溶液で乳化した。沸騰濃縮によって得られた新鮮な乳剤残留物は、1.0kPaで12.15%のMSCR回復率および4.029のJnrを有し、3.2kPaで4.27%のMSCR回復率および5.003のJnrを有した。60℃の炉内で24時間保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、1.0kPaで12.15%のMSCR回復率および4.095のJnrを有し、3.2kPaで3.69%のMSCR回復率および5.119のJnrを有した。炉内で6日間保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、1.0kPaで10.89%のMSCR回復率および4.437のJnrを有し、3.2kPaで3.24%のMSCR回復率および5.493のJnrを有した。リン酸アミンによって生成された乳剤から得られた乳剤残留物(乳剤が60℃で保存された後)に対する特性変化と、アミン塩化物によって生成された乳剤から得られた乳剤残留物に対する特性変化との比較は、リン酸アミン乳剤残留物は、本来のベースアスファルトの特性に匹敵するか、またはそれを超えているが、一方、アミン塩化物によって生成された乳剤からの残留物は時間が経過するにつれて低下するMSCR%回復性およびJnr特性を有することを示している。
Redicote 4819をHClと反応させ、アスファルト合成1に記載したのと同一のポリマー改質アスファルトを、乳剤全体の重量に基づいて、0.7%のRedicote 4819で乳化した。MSCRデータは、1.0kPaで8.42%のMSCR回復率および4.778のJnrと、3.2kPaで2.63%のMSCR回復率および5.812のJnrとを得た。このアスファルト合成はアスファルト合成2よりも安定した乳剤を生成したが、概して、アスファルト合成1に記載したようなリン酸アミン乳化化学作用を用いて生成した乳剤に比べて、低い弾性およびより高いJnrコンプライアンスを有した。
Elvaloy+PPAを用いて生成したPG 64−34ポリマー改質アスファルトを乳剤性基剤として用いた。このベースアスファルトは、1.0kPaで25.1%のMSCR回復率および2.546のJnrを有し、3.2kPaで15.1%のMSCR回復率および3.070のJnrを有した。このベースアスファルトはまた、6.591ジュールのタフネスおよび5.354ジュールのテナシティである、ASTM D5801−95によって測定したタフネスおよびテナシティ特性を有した。前記ベースアスファルトを、0.225%のH3PO4と反応させて2〜2.5の溶液pHにした0.25%のCorsathox DM−3を用いて乳化した。ASTM D7403−09に基づいた減圧蒸留手順を用いて、60℃で1日間の保存後に前記乳剤から得られた残留物は、1.0kPaで23.7%のMSCR回復率および2.795のJnrを有し、3.2kPaで16%のMSCR回復率および3.352のJnrを有した。この残留物はまた6.936ジュールのタフネスおよび5.069ジュールのテナシティである、ASTM D5801−95によって測定したタフネスおよびテナシティ特性を有した。ASTM D7403−09に基づいた減圧蒸留手順を用いて、60℃で7日間保存後に前記乳剤から得られた残留物は、1.0kPaで24.6%のMSCR回復率および3.190のJnrを有し、3.2kPaで16.6%のMSCR回復率および3.770のJnrを有した。この残留物はまた、8.15ジュールのタフネスおよび6.12ジュールのテナシティである、ASTM D5801−95によって測定したタフネスおよびテナシティ特性を有した。図2は、アスファルト合成4のアスファルトに対するタフネスおよびテナシティ試験を示している。タフネスおよびテナシティの値は重要であるが、曲線中の初期のピーク後の曲線の形状は、バインダーの弾性がどれくらいよく維持されているかの指標である。図2は、初期のピーク後の一定期間の荷重の維持を示す。曲線の全体的に丸味を帯びた形状は弾性が維持されたということの表れである。これらの曲線の形状は、ベースアスファルトバインダーおよび乳化アスファルトバインダーの双方が良好な弾性を示すことを強調している。
アスファルト合成4との比較として、アスファルト合成4に記載したベースアスファルトを、0.225%のHClと反応させて2〜2.5の溶液pHにした0.25%のRedicoteE−4819を用いて乳化した。ASTM D7403−09に基づいた減圧蒸留手順を用いて60℃で1日間保存後に乳剤から得られた残留物は、1.0kPaで16.7%のMSCR回復率およびの3.672のJnrを有し、3.2kPaで10.2%のMSCR回復率および4.375のJnrを有した。この残留物はまた6.691ジュールのタフネスおよび5.146ジュールのテナシティである、ASTM D5801−9によって測定したタフネスおよびテナシティ特性を有した。ASTM D7403−09に基づいた減圧蒸留手順を用いて、60℃で5日間保存後に前記乳剤から得られた残留物は、1.0kPaで18.1%のMSCR回復率および3.737のJnrを有し、3.2kPaで10.5%のMSCR回復率および4.513のJnrを有した。この残留物はまた7.629ジュールのタフネスおよび5.202ジュールのテナシティである、ASTM D5801−95によって測定したタフネスおよびテナシティ特性を有した。アスファルト合成4および5において示された結果の分析は、本発明を用いて生成した乳剤は、古典的アミン塩化物の化学作用を用いて生成した乳剤より高いレベルに維持される残留物特性を有することを示している。図1は、アスファルト合成5のアスファルトに対するタフネスおよびテナシティ試験を示している。図1の曲線を図2の曲線と比較して観察すると、図1は一定量の弾性を示しているが、0.14メートルを越えると、図2のベースアスファルト曲線と比較して、試料は徐々に弱化し衰える。ベースアスファルト、および図2の双方のリン酸アミン試料については、衰えがかなり急激であり、これは頑丈で強い材料を表わしている。対照的に、図1の曲線2のプロットは、初期のピーク後の荷重の安定した低下を示しており、これはバインダーにおいて弱化していく弾性を表わしている。
乳化剤溶液は、1.5%のC−450乳化剤を1.5%の塩酸と混合することにより調製した。Elvaloy+PPAで改質した64−28Pアスファルトバインダーを用いたカチオン性低速硬化アスファルトバインダーを上述したC−450−に基づいた乳化剤溶液を用いて乳化した。沸騰濃縮によって得られた新鮮な乳剤残留物は、1.0kPaで15.79%のMSCR回復率および1.972のJnrを有し、3.2kPaで9.00%のMSCR回復率および2.307のJnrを有した。60℃で5日間の炉内保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、1.0kPaで13.33%のMSCR回復率および2.236のJnrを有し、3.2kPaで7.59%のMSCR回復率および2.676のJnrを有した。比較として、同一のベースアスファルトを、1.5%のH3PO4と反応させた1.5%のRedicoteC−450ポリアミンを用いて乳化し、カチオン性低速硬化乳剤を生成した。沸騰濃縮によって得られた新鮮な乳剤残留物は、1.0kPaで29.45%のMSCR回復率および1.305のJnrを有し、3.2kPaで12.18%のMSCR回復率および2.040のJnrを有した。60℃で5日間保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、1.0kPaで31.44%のMSCR回復率および1.309のJnrを有し、3.2kPaで11.77%のMSCR回復率および2.221のJnrを有した。このアスファルト合成は、リン酸アミンの化学作用を用いて生成された乳剤から得られたカチオン性低速硬化乳剤残留物が、古典的なアミン塩化物の化学作用を用いて生成された乳剤から得られた残留物に対して、回復率特性および非回復コンプライアンスの双方を維持し改善することを示している。実際、このアスファルト合成は、アミン塩化物残留物はリン酸アミン誘導残留物に対して劣っていることを示している。
Redicote4819をリン酸と反応させ、アスファルト合成1に記載したのと同一のポリマー改質アスファルトを、乳剤全体の重量に基づいて、0.22%のRedicote4819で乳化した。MSCRデータは、1.0kPaで16.07%のMSCR回復率および3.745のJnrと、3.2kPaで4.98%のMSCR回復率および4.973のJnrとを生じた。このアスファルト合成はアスファルト合成2よりも安定した乳剤を生成したが、依然として全体的に、本明細書に記載したリンに基づく酸を用いた乳化剤に比べて、低い弾性および高い剛性を有した。
乳剤全体の重量で0.25重量%のCorsathox DM−3乳化剤を、乳剤全体の重量で0.225重量%のH3PO4と混合することにより乳化剤溶液を調製した。pHは2.0〜2.5の範囲内であった。Elvaloy+PPAで改質したPG 64−34アスファルトバインダーを用いたCRS−2M乳剤を生成した。60℃の炉内で24時間保存後、ASTM D7403−09に記載された方法に従った減圧蒸留によって得られた乳剤残留物は、1.0kPaで17.9%のMSCR回復率および3.316のJnrを有し、3.2kPaで8.5%のMSCR回復率および4.108のJnrを有した。また24時間後、タフネスは4.123ジュールであり、テナシティは2.307ジュールであった。60℃で6日間の炉内保存後、ASTM D7403−09に記載された方法に従った減圧蒸留によって得られた乳剤残留物は、1.0kPaで17.1%のMSCR回復率および3.888のJnrを有し、3.2kPaで7.6%のMSCR回復率および4.871のJnrを有した。また6日後、タフネスは4.904ジュールであり、テナシティは2.711ジュールであった。このアスファルト合成は、乳化剤としてリン酸アミンを用いることにより材料に経時的に一定した特性を与えることを示している。
全乳剤の重量で2%のC−320乳化剤を、全乳剤の重量で2.4%のリン酸と混合することによって乳化剤溶液を調製した。Elvaloyおよびポリリン酸で改質した70−22アスファルトバインダーを含むポリマー改質アスファルトも準備した。前記ポリマー改質アスファルトを前記乳化剤溶液で乳化して乳剤を生成した。3日後、前記乳剤は、1.0kPaで45.3%のMSCR回復率および0.631のJnrを有し、3.2kPaで30.4%のMSCR回復率および0.836のJnrを有した。これは、1.0kPaで33.3%のMSCR回復率および1.788のJnrを有し、3.2kPaで16.3%のMSCR回復率および2.401のJnrを有するベースポリマー改質アスファルト(未乳化)に匹敵する。
PG 58−28から、0.75重量%のPPAを添加して、PG 64−28を生成した。このアスファルトバインダーを、完成した乳剤の重量で、1%のCorsathox DT−3と、2〜2.5の溶液pHを達成するのに十分な65%のH3PO4との溶液によって乳化した。元のベースアスファルトは、ASTM D7175−08によって測定して、64℃で1.650kPaの剛性を有していた。60℃で1日間の炉内保存後の沸騰濃縮残留物は、64℃で1.77kPaの剛性を有しており、60℃で2日間保存後には、沸騰濃縮残留物の剛性は1.71kPaであった。このアスファルト合成は、単独の改質剤としてPPAを用いて生成してバインダーについては、リン酸アミン誘導乳剤は、少なくとも元のベースアスファルトと同じくらい良好な残留物剛性を有することを示している。
PG70−22ポリマー改質アスファルトをSBS+PPAによって生成し、0.22%のH3PO4と反応させて2.25のpHにした0.25%のRedicote E−6の溶液で乳化した。前記パーセンテージは双方とも乳剤全体の重量によって表現されている。前記ベースアスファルトは、64℃で試験すると、1.0kPaで30.7%のMSCR回復率および1.698のJnrを有し、3.2kPaで12.4%のMSCR回復率およびの2.358のJnrを有した。製造1日後、前記乳剤を室温で一晩維持し、60℃に再加熱すると、前記乳剤は、ASTM D6933−08による測定で0.08%(0.1%の仕様最大値)の篩内容物(sieve content)を有した。また製造1日後、前記乳剤の蒸発残留物質は、64℃で試験すると、1.0kPaで35.9%のMSCR回復率および1.583のJnrを有し、3.2kPaで17.3%のMSCR回復率および2.195のJnrを有した。製造2日後、60℃で一晩保存した前記乳剤の蒸発残留物質は、64℃で試験すると、1.0kPaで35.5%のMSCR回復率および1.599のJnrを有し、3.2kPaで17.0%のMSCR回復率およびの2.188のJnrを有した。これらのデータは、リン酸アミンの化学的性質を用いて生成された乳剤の残留物が元のバインダーのものよりも良好な特性を有しており、2日間にわたって劣化を示さないことを表わしている。
いくつかの異なる乳化アスファルトバインダーに対して、沸騰水剥離試験(boiling water stripping test)も行った。沸騰水剥離試験は、ASTM D3625−96、「Effect of Water on Bituminous−Coated Aggregate Using Boiling Water」に記載されている。該方法は、250グラムの混合物を蒸留水中で10分間にわたって煮沸した後に、前記水をデカントし、前記混合物を調査することを要求している。試験用乳剤が不足したため、100グラムの砂利チップ(gravel chip)材料を室温で6.5グラムの水と混合した。140°F(60℃)で維持した10グラムの乳剤を湿った骨材に加えて混合し、砂利チップを乳剤で被覆した。次いで、前記砂利チップから水分を沸騰して除去し、結果として生じた被覆材料を、200グラムの蒸留水中に配置して、15分間沸騰した。次いで、被覆物が砂利チップ上に残存していることを保証するために、砂利チップを視覚的に検査した。アスファルト合成4からと同一のベースアスファルトをベースアスファルトとして用いた。第1試料では、リン酸で処理した、乳剤の全重量に基づいて0.25%のDM−3で前記ベースアスファルトを乳化し、第2試料では、HClで処理した0.25%のRedicote 4819で前記ベースアスファルトを乳化した。どちらの試料も、剥離試験に曝露した後にいかなる剥離も示さなかった。
Claims (8)
- リンに基づく無水酸改質アスファルトバインダーがリン酸アミンを含む水性乳化剤溶液に分散している分散体から形成された安定した乳剤を含むアスファルトバインダー。
- リンに基づく無水酸は、ポリリン酸である、請求項1に記載のアスファルトバインダー。
- 前記酸改質アスファルトバインダーはポリマー改質アスファルトバインダーを含む、請求項1に記載のアスファルトバインダー。
- 前記改質アスファルトバインダーは、エチレン、アクリル酸ブチルおよびメタクリル酸グリシジルモノマーを含有するターポリマー、またはエチレンおよびメタクリル酸グリシジルモノマーを含むポリマー、によって改質されている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のアスファルトバインダー。
- 前記改質アスファルトバインダーは、ポリリン酸と、スチレン−ブタジエン−スチレンポリマーまたはスチレン−ブタジエンポリマーと、によって改質されている、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のアスファルトバインダー。
- 前記リン酸アミンはエトキシ化タロウジアミンホスファートを含む、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のアスファルトバインダー。
- 前記安定した乳剤は、その乳剤の重量で、0.1重量%〜2.5重量%のリン酸アミンを含有する、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のアスファルトバインダー。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の安定したアスファルト乳剤を骨材材料と組み合わせて舗装材を形成する工程と、前記舗装材を塗布する工程とによってなされる道路舗装。
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