NO320333B1 - Fremgangsmate for fremstilling av en asfaltsammensetning og anvendelse av asfaltsammensetningen - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av en asfaltsammensetning.

Temperaturen hvorved en bitumen blandes med aggregat for å fremstille en asfaltsammensetning klar for bruk på veier, er normalt i området 140-170 °C, selv om det i henhold til noen dokumenter, eksempelvis patentpublikasjon US 38322D0, beskrives at også høyere temperaturer bør anvendes.

Ettersom det nå er velkjent at slike varme bitumen kan medføre fare for helse, sikkerhet og miljø, er betydelige anstrengelser rettet på dette teknologiområde for utvikling av asfaltsammensetninger som kan håndteres ved lavere temperaturer.

I denne sammenheng kan det henvises til anvendelsen av bitumenemulsjoner som fremstilles ved blanding av varm bitumen med en vandig emulgerende løsning. Disse bitumenemulsjoner kan normalt blandes med aggregat ved en temperatur betydelig lavere enn 140 °C, hvorved de ovennevnte farer er bedre under kontroll. Asfaltsammensetninger med relativt høyt innhold av hulrom, såkalt åpengradet asfalt, har fordel av at de er meget gjennom-trengelige for vann. Dette gjør at vann kan transporteres bort hurtigere fra veioverflaten under anvendelsen. En ulempe med det høye innhold av hulrom er at den åpengradede asfalt taper grovt aggregat fra veioverflaten forholdsvis lett, såkalt fretting av veioverflaten. Videre har asfalten tendens til å miste den indre bindekraft lettere, hvilket sluttelig vil medføre kollaps av materialet og tap av indre stabilitet, ofte synlig som defor-masjon av veioverflaten, dvs. hjulspor. Videre blir fastheten av disse asfalter bare langsomt utviklet.

Patentpublikasjon DE-4308567 vedrører fremstilling av asfaltsammensetninger generelt ved til å begynne med å blande en mindre partiell mengde av B200 med en inntrengning på 200 dmm med steinskall og eventuelt sand og fyllekomponenter, og deretter med en større partiell mengde B65 med inntrengning 65 dmm.

Det er nå overraskende blitt funnet at asfaltsammensetninger, nærmere bestemt åpengradede asfaltsammensetninger, kan fremstilles, hvilke har god bestandighet mot fretting og i tillegg god sigebestandighet (mot hjulspordannelse) og utmattingsbestandighet, ved tilsats av en hard bindemiddelkomponent med inntrengning mindre enn 50 dmm til en blanding av ikke-emulgert myk bindemiddelkomponent med viskositet mindre enn 300 mPa ' s (ved 100 °C) , og aggregat ved en relativt lav temperatur.

Patentpublikasjonene US-A-5114483, US-A-4762565 og EP-A-589740 vedrører fremstilling av asfalt ved hjelp av en emulsjon av en myk bindemiddelkomponent og en emulsjon av en hard bindemiddelkomponent. Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse har fordel av at det ikke er nødvendig å fremstille en emulsjon av den myke bindemiddelkomponent.

Følgelig vedrører den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av en asfaltsammensetning,

og fremgangsmåten er særpreget ved at den omfatter å tilføre en hard bindemiddelkomponent med inntrengning mindre enn 50 dmm til en blanding av en ikke-emulgert myk bindemiddelkomponent med viskositet mindre enn 300 mPa • s ved 100 °C og aggregat ved en temperatur lavere enn 140 °C. Det er hensiktsmessig om temperaturen er lavere enn 100 °C. Asfaltsammensetningen er fordelaktig åpengradet.

Den harde bindemiddelkomponent tilføres fortrinnsvis til blandingen som et pulver. Derved kan den harde bindemiddelkomponent meget hensiktsmessig tilføres til blandingen ved en temperatur lavere enn 50 °C, fortrinnsvis ved omgivelsestemperatur. Dersom den harde bindemiddelkomponent benyttes som en emulsjon (eller suspensjon), inneholder emulsjonen (eller suspensjonen) hensiktsmessig mindre enn 50 vekt% vann, fortrinnsvis mindre enn 40 vekt%. Derved kan den harde bindemiddelkomponent hensiktsmessig tilføres til blandingen ved en temperatur lavere enn 100 °C, fortrinnsvis ved en temperatur i området fra omgivelsestemperatur til 80 °C. Ved anvendelse av en emulsjon, kan emulsjonen være en kationisk-, en anionisk- eller ikke-ionisk emulsjon.

Den myke bindemiddelkomponent kan hensiktsmessig tilføres til aggregatet ved en relativt lav temperatur, dvs. en temperatur lavere enn 120 °C.

Den myke bindemiddelkomponent tilføres hensiktsmessig til aggregatet ved en temperatur på minst 70 °C, fortrinnsvis ved en temperatur i området 80-115 °C, mer foretrukket i området 85-110 °C.

I sammenhengen med den foreliggende oppfinnelse er en hard bindemiddelkomponent definert som en bindemiddelkomponent med inntrengning (PEN) mindre enn 50 dmm (som målt i henhold til ASTM D5 ved 25 °C). Den harde bindemiddelkomponent har fortrinnsvis en inntrengning lavere enn 10 dmm, og et mykningspunkt ved under 100 °C ( som målt i henhold til ASTM D 36), fortrinnsvis lavere enn 80 °C.

I sammenhengen med den foreliggende oppfinnelse er en myk bindemiddelkomponent definert som en bindemiddelkomponent med viskositet (som bestemt ifølge ASTM D 2171 ved 100 °C) mindre enn 3 00 mPa • s, fortrinnsvis mindre enn 270 mPa • s, mest foretrukket mindre enn 200 mPa • s (som bestemt ifølge ASTM 2171 ved 100 °C) .

Både den harde og den myke bindemiddelkomponent er fortrinnsvis bitumenkomponenter. I en annen hensiktsmessig utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er imidlertid den harde bindemiddelkomponent en harpiks, for eksempel en kumaron-indenharpiks, og den myke bindemiddelkomponent er en lawiskøs-komponent (et tilsatsmateriale). Harpiksen kan være enhver av de modifiserte harpikser som er beskrevet i patentpublikasjon EP-B-0330281, som herved innbefattes ved henvisning.

I tillegg kan bindemiddelkomponentene hensiktsmessig inneholde et middel til forbedret filmdannelse (for eksempel butyldioksitol), en ikke-ionisk emulgator (for eksempel nonylfenoletoksylat) eller et middel som forbedrer adhesjonen (for eksempel et amin slik som et alkylamidoamin), fortrinnsvis et alkylamidoamin. Slike ytterligere forbindelser tilføres fortrinnsvis til den myke bindemiddelkomponent, og er derved hensiktsmessig til stede i en mengde mindre enn 5 vekt%, fortrinnsvis i en mengde i området 0,25-1,0 vekt%, basert på det totale bindemiddelinnhold. Det kan også være hensiktsmessig å benytte blandinger av disse ytterligere forbindelser. Derved oppnås ytterligere forbedret bestandighet mot fretting.

Bitumenkomponentene kan være naturlig forekommende bitumen eller avledninger fra en mineralolje. Også petroleumsbek oppnådd ved en krakkingprosess, og kulltjære, kan benyttes såvel som blandinger av bituminøse materialer. Eksempler på egnede bitumen innbefatter destillasjon- eller "straight run"

(ubehandlede) bitumen, utfelte bitumen, f.eks. propanbiturnen, medblåste bitumen, f.eks. katalytisk medblåste bitumen, og blandinger derav. Andre egnede bitumensammensetninger innbefatter blandinger av én eller flere av disse bitumen med tilsatsmaterialer (flussmidler) slik som petroleumsekstrakter, f.eks. aromatiske ekstrakter, destillater av rester, eller med oljer.

De harde og myke bindemiddelkomponenter kan hensiktsmessig inneholde eventuelle polymermodifikatorer kjente innen teknikken, slik som for eksempel termoplastisk gummi, hensiktsmessig i en mengde i området 1-10 vekt%. Mengdene av de harde og myke bindemiddelkomponenter som benyttes kan variere innen vide grenser, og er sterkt avhengig av inntrengningsgraden som er ønsket for bindemidlet i asfaltsammensetningen. Den harde bindemiddelkomponent kan for eksempel hensiktsmessig være til stede i en mengde fra 10 til 90 vekt%, basert på total binde-middelmengde.

Asfaltsammensetning fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse er særlig egnet for bruk på veier. Asfaltsammensetningen fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan hensiktsmessig benyttes i konstruksjonen av grovt underlagsmateriale eller grove slitematerialer. Bindemidlet i asfaltsammensetningen fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse har hensiktsmessig en inntrengning som varierer fra 10 til 300 dmm, fortrinnsvis i området 50-150 dmm (som målt ifølge ASTM D 5 ved 25 °C) .

Bitumensammensetningene kan også inneholde andre bestanddeler, slik som fyllmaterialer, f.eks. sot, silika og kalsiumkarbonat, stabilisatorer, antioksidanter, pigmenter og løsemidler hvilke er kjente å være anvendbare i bitumensammensetninger. Asfaltsammensetninger fremstilt i henhold til den foretrukne oppfinnelse omfatter aggregat i mengder som er kjente innen teknikken.

De åpengradede asfaltsammensetninger ifølge den foreliggende oppfinnelse har et hulromsinnhold større enn 10 %, fortrinnsvis større enn 15 %, mest foretrukket i området 20-30 %

(meget åpengradede asfaltsammensetninger).

Hensiktsmessige aggregater innbefatter dem som normalt anvendes i åpengradede asfaltsammensetninger.

Den foreliggende oppfinnelse illustreres nærmere ved hjelp av de etterfølgende eksempler.

Eksempel 1

En meget åpengradet asfaltsammensetning med 4,5 vekt% 100 penkvalitet bindemiddel på 100 vekt% aggregat ble fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse som følger. En mengde på 1 kg lawiskøs bindemiddelkomponent med viskositet 260 mPa ■ s ved 100 °C ("Statfjord short residue") ble forblandet ved 100 °C med 10 g Wetfix (et alkylamidoamin fra Berol Nobel). 19,6 g av den forblandede lawiskøse bindemiddelkomponent ble tilført til 924,8 g aggregat i en Hobart-blander operert ved temperatur 100 °C ved 35 r/min. Aggregatet besto av 5,7 vekt% Filler Rhecal 60 (< 63 \ ua) , 10,1 vekt% knust sand (0,063-2 mm) og 84,2 vekt% nederlandsk knust grus (8-11 mm) . Blandingen som således ble oppnådd ble deretter tilført 36,3 g av en suspensjon av hard bindemiddelkomponent inneholdende 22,1 g av en 10/20 pen kvalitet bitumen (bitumeninnhold i suspensjonen 60,9 vekt%). Suspensjonen ble fremstilt i en ScanRoad (Akzo-Nobel) kolloid-mølle utstyrt med en varmeveksler, hvorved møllen ble operert ved et trykk på 2 bar, en bitumentemperatur på 165 °C, en emulgeringsløsningstemperatur på 60 °C og ved 9000 r/min. 10/20 pen bitumenet hadde en inntrengning på 12 dmm, (som målt ifølge ASTM D5 ved 25 °C) og et mykningspunkt på 70 °C (som målt ifølge ASTM D 36). Emulgeringsløsningen inneholdt 3,0 % av det kommer-sielt tilgjengelige emulgeringsmiddel Redicote EM26 og hadde en pH på 1,5. Løsningen ble forsuret med saltsyre. Den meget åpengradede asfaltsammensetning som således ble oppnådd ble deretter helt inn i en form i en rotasjonskompaktor. Asfaltsammensetningen ble deretter kompaktert ved en temperatur mellom 70 og 100 °C ved et kompakteringstrykk på 3,5 bar, kompakterings-vinkel 1,5 i 100 sykler. Etter kompaktering ble asfaltprøven som ble oppnådd avkjølt til omgivelsestemperatur og fjernet fra formen.

Eksempel 2

For sammenligning ble en konvensjonell varmblandet meget åpengradet asfaltsammensetning med 4,5 vekt% 100 pen kvalitet bindemiddel og 100 vekt% aggregat fremstilt som følger. Et 100 pen bindemiddel ble fremstilt ved å blande lawiskøs bindemiddelkomponent (Statfjord short residue) og en hard bitumenkomponent (10/20 pen kvalitet). 41,6 g av blandingen som således ble oppnådd ble tilført til 924,8 g av aggregatsammen-setningen som er beskrevet i Eksempel 1 ved en temperatur på 140 °C. Asfaltsammensetningen ble deretter rotasjonskompaktert ved 130 °C ved et kompakteringstrykk på 3,5 bar, kompakterings-vinkel 1,5 i 100 sykler. Etter kompakteringen ble asfaltprøven avkjølt til omgivelsestemperatur og fjernet fra formen.

Utprøvingseksperimenter

Bestandigheten mot fretting av de meget åpengradede asfaltsammensetninger fremstilt i Eksemplene 1 og 2 ble deretter bestemt ved en (modifisert) californisk abrasjonstest ved 4 °C, hvilken test er kjent blant fagpersoner innen denne teknikk. Sylindriske testprøver med diameter 101,6 mm og høyde 50 mm, ble benyttet i utprøvingen. Ytelsesdataene for asfaltsammenset-ningene er vist i Tabell 1.

Det ses klart fra dataene at i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan meget attraktive asfaltsammensetninger fremstilles ved fordelaktig lave temperaturer. Videre observeres det at asfaltsammensetningen fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse (Eksempel 1) viser seg å vær like homogen som den konvensjonelle meget åpengradede asfaltsammensetning (Eksempel 2), og graden av belegging av aggregatet er tilsvarende i begge tilfeller.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en asfaltsammensetning , karakterisert ved at den omfatter å tilføre en hard bindemiddelkomponent med inntrengning mindre enn 50 dmm til en blanding av en ikke-emulgert myk bindemiddelkomponent med viskositet mindre enn 300 mPa • s ved 100 °C, og aggregat ved en temperatur lavere enn 140 °C.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at asfaltsammensetningen er en åpengradet asfaltsammensetning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den harde bindemiddelkomponent tilføres til blandingen ved en temperatur lavere enn 100 °C.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at den harde bindemiddelkomponent tilføres til blandingen som et pulver.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den harde bindemiddelkomponent tilføres til blandingen ved en temperatur lavere enn 50 °C.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 1-5, karakterisert ved at den myke bindemiddelkomponent tilføres til aggregatet ved en temperatur lavere enn 120 °C.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at temperaturen er i området fra 80 til 115 °C.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 1-7, karakterisert ved at de harde- og myke bindemiddelkomponenter er bitumenkomponenter.

9. Anvendelse av en asfaltsammensetning fremstilt i henhold til et hvilket ±±cj.oi. av ^.ravene 1-8, for pålegging på veier.