PL188371B1

PL188371B1 - Emulsja bitumiczna, sposób otrzymywania emulsji bitumicznej oraz sposób otrzymywania materiału bitumicznego do konstrukcji i konserwacji nawierzchni jezdnych

Info

Publication number: PL188371B1
Application number: PL98325229A
Authority: PL
Inventors: Graziella Durand; Jean-Eric Poirier; Michel Chappat
Original assignee: Colas Sa
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 2005-01-31
Also published as: US6106604A; EP0864611A1; DK0864611T3; CA2232496A1; JPH1149963A; DE69823722T2; PL325229A1; ES2216253T3; FR2760461A1; FR2760461B1; ATE266702T1; EP0864611B1; DE69823722D1

Abstract

1. Emulsja bitumiczna zawierajaca faze bitumiczna, która stanowi bitum wybrany z bitumów czystych, bitumów plynnych i bitumów zmodyfikowanych, jak równiez faze wodna, która stanowi przynajmniej woda i srodek emulgujacy, znamienna tym, ze zawiera srodek rozwarstwiajacy emulsje zamkniety w kapsulkach, pozwalajacy kontrolowac roz- warstwienie emulsji, przy czym rozwarstwienie kapsulek spowodowane jest efektem me- chanicznym. 11. Sposób otrzymywania emulsji bitumicznej obejmujacy etap, w którym wpro- wadza sie faze bitumiczna zawierajaca bitum i faze wodna zawierajaca wode i srodek emulgujacy do mlyna koloidalnego oraz etap, w którym miesza sie faze bitumiczna i wod- na, znamienny tym, ze wprowadza sie zamkniety w kapsulkach srodek rozwarstwiajacy emulsje, pozwalajacy kontrolowac rozwarstwienie emulsji, przy czym srodek rozwarstwia- jacy moze byc uwalniany wskutek mechanicznego dzialania na emulsje. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest emulsja bitumiczna, sposób otrzymywania emulsji bitumicznej oraz sposób otrzymywania materiału bitumicznego do konstrukcji i konserwacji nawierzchni jezdnych.

188 371

W szczególności, przedmiotem wynalazku są emulsje dla warstw powierzchniowych i emulsje do wytwarzania powłok na zimno, jak również sposób otrzymywania takich emulsji oraz sposób otrzymywania materiału bitumicznego z zastosowaniem takich emulsji.

Powyższe emulsje są to emulsje wodne, których rozwarstwienie uwarunkowane jest częściowo odparowaniem wody. W przypadku bitumicznej emulsji wodnej dla warstw zawierających granulaty, rozwarstwienie emulsji powoduje zespolenie granulatu z podłożem jezdni, na której rozprowadzona jest warstwa oraz utrzymanie spójności granulatu. Dla ulepszenia jakości warstwy wypróbowywano różne techniki mające na celu kontrolowanie rozwarstwienia. Dla przykładu można wskazać jednoczesne rozprowadzanie na nawierzchni jezdnej bitumicznej emulsji wodnej i środka rozwarstwiającego, który znajduje się w rozprowadzanej wiązce emulsji, przez co rozwarstwienie emulsji następuje szybko, w chwili rozprowadzania. Inne rozwiązanie polega na wprowadzeniu do emulsji bitumicznej środków rozwarstwiających w postaci emulsji lub zawiesiny w fazie rozpuszczalnika, lub użyciu środków rozwarstwiających w otulinie wytworzonej mechanicznie metodą powierzchni rotacyjnych, na przykład przy pomocy odwirowywania.

W przypadku bitumicznej emulsji wodnej, stosowanej ogólnie do wytwarzania powłok na zimno, a w szczególności do wytwarzania warstwy jezdnej nawierzchni, rozwarstwienie emulsji jest również uwarunkowane odparowaniem wody, ale różni się od rozwarstwienia emulsji używanych w pierwszym sposobie tym, że emulsja musi pozostać stabilna przez dłuższy czas i pozwolić zwłaszcza na doskonałe otulenie wszystkich frakcji granulatu, poczynając od etapu mieszania, poprzez transport otulonych cząstek aż do etapu wykańczania. Co więcej, musi istnieć możliwość rozwarstwienia emulsji w taki sposób, aby warstwa jezdna mogła zostać zagęszczona i aby spójność cząstek była jednolita na całej grubości pokrycia. Wymaga to jednocześnie długotrwałej sterowalności i kontroli momentu rozwarstwienia emulsji.

Znany jest z dokumentu FR-A-2.618.350 sposób pozwalający spowodować rozwarstwienie emulsji bitumicznej za pomocą środka rozwarstwiającego stosowanego w postaci mikrokapsułek, których otulina wykonana jest z materiału, na który emulsja działa chemicznie i/lub fizycznie w celu uwolnienia środka rozwarstwiającego po określonym okresie kontaktu z nią. Sposób ten pozwala opóźnić moment, w którym następuje rozwarstwienie emulsji. Jednakże, ponieważ środek rozwarstwiający jest wprowadzony i rozproszony w emulsji, nie można przesunąć w czasie momentu rozwarstwienia; zależy on tylko od czasu kontaktu kapsułek z emulsją. Wynika stąd, że ten znany sposób nie pozwala kontrolować ruchu emulsji bitumicznej, pozwala jedynie zmienić go o kilkadziesiąt minut.

Ponadto, sposób powyższy wymaga, aby rodzaj otuliny mikrokapsułek był dostosowany do rodzaju emulsji. A więc, emulsja kwaśna wymaga, poza podstawowym środkiem rozwarstwiającym, otuliny mikrokapsułek wrażliwej na kwasy.

Celem wynalazku jest wprowadzenie emulsji bitumicznej, której rozwarstwienie może być kontrolowane, unikając powyższych niedogodności.

Cel wynalazku osiągnięto za pomocą emulsji bitumicznej zawierającej fazę bitumiczną, którą stanowi bitum wybrany z bitumów czystych, bitumów płynnych i bitumów zmodyfikowanych, jak również fazę wodną, którą stanowi przynajmniej woda i środek emulgujący. Emulsja bitumiczna według wynalazku zawiera środek rozwarstwiający zamknięty w kapsułkach, pozwalający kontrolować rozwarstwienie emulsji, przy czym rozwarstwienie kapsułek spowodowane jest efektem mechanicznym.

Według korzystnych sposobów realizacji wynalazku, może on mieć poniższe charakterystyki jako takie lub we wszystkich technicznie możliwych kombinacjach:

- kapsułki zawierające środek rozwarstwiający emulsję są wrażliwe na zniszczenie przez naprężenia ściskające występujące przy zagęszczaniu;

- kapsułki zawierające środek rozwarstwiający emulsję są wrażliwe na zniszczenie przez ścinanie;

- środek rozwarstwiający jest zamknięty w kapsułkach o średniej średnicy mniejszej, niż 100 pm;

- środek rozwarstwiający jest zamknięty w kapsułkach o średniej średnicy zawartej pomiędzy 5, a 50 pm;

188 371

- ścianka kapsułek wytworzona jest z polikondensatów otrzymanych przez polikondensację międzyfazową;

- kapsułki zawierające środek rozwarstwiający emulsję są wytworzone z poliamidu;

- kapsułki zawierające środek rozwarstwiający emulsję są wytworzone z polimocznika.

- kapsułki zawierające środek rozwarstwiający emulsję są wytworzone z poliamidopolimocznika.

Kapsułki oddzielają się łatwo od swojego środowiska reakcyjnego, które jest środowiskiem oleistym, mogą więc być przeniesione bezpośrednio do emulsji lub do fazy wodnej.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób otrzymywania emulsji bitumicznej obejmujący etap wprowadzania fazy bitumicznej zawierającej bitum i fazy wodnej zawierającej wodę i środek emulgujący do młyna koloidalnego oraz etap mieszania faz bitumicznej i wodnej.

Sposób otrzymywania emulsji bitumicznej według wynalazku obejmuje również etap wprowadzania środka rozwarstwiającego emulsję zamkniętego w kapsułkach, pozwalającego kontrolować rozwarstwienie emulsji, przy czym środek rozwarstwiający może być uwalniany wskutek mechanicznego działania na emulsję.

Kapsułki dodawane są do emulsji utrzymywanej w stanie ciepłym po jej wytworzeniu. Homogenizacja dokonuje się przez zwykłe mieszanie.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób otrzymywania materiału bitumicznego na nawierzchnie jezdne zawierającego emulsję bitumiczną i kruszywo. Sposób ten obejmuje etap wprowadzenia emulsji bitumicznej i kruszywa do mieszarki oraz etap mieszania.

Według wynalazku sposób ten obejmuje również etap wprowadzenia zamkniętego w kapsułkach środka rozwarstwiającego emulsje, pozwalającego kontrolować rozwarstwienie emulsji, przy czym środek rozwarstwiający może być uwolniony przez działanie mechaniczne na emulsję.

Według korzystnego wariantu realizacji sposobu otrzymywania materiału bitumicznego, etap wprowadzania zamkniętego w kapsułkach środka rozwarstwiającego emulsję może być przeprowadzony przed lub po wprowadzeniu kruszywa.

Zgodnie z innym wariantem realizacji sposobu według wynalazku, środek rozwarstwiający może być wprowadzony do emulsji bitumicznej przed rozprowadzeniem tak otrzymanej mieszanki, podczas gdy kruszywo lub granulat wprowadzane są po rozprowadzeniu mieszanki.

Wynalazek rozwiązuje w ten sposób problem kontroli rozwarstwienia emulsji bitumicznych stosowanych również jako same emulsje bitumu w warstwach łączących, powłokach na zimno i warstwach powierzchniowych.

Inne cechy i zalety wynalazku wynikną z poniższego opisu dwóch przykładów realizacji wytwarzania emulsji bitumicznej.

Emulsja bitumiczna zawierająca między 55% a 75% wagowych spoiwa bitumicznego wytwarzana jest w młynie koloidalnym z fazy bitumicznej zawierającej czysty bitum lub bitum upłynniony (na przykład środkiem upłynniającym z ropy naftowej, destylatem krakowym lub z wiskoredukcji) albo bitum zmodyfikowany polimerem (na przykład bitum zmodyfikowany za pomocą kopolimeru styren-butadien-styren) i z fazy wodnej zawierającej przynajmniej wodę i środek emulgujący.

Zamknięty w kapsułkach środek rozwarstwiający wytwarzany jest ze środka rozwarstwiającego emulsję, który jest środkiem chemicznym, a jego natura zależy od typu środka emulgującego. Emulsje są najczęściej emulsjami kationowymi. W tym przypadku środek rozwarstwiający może być roztworem wodnym silnej zasady nieorganicznej (NaOH) lub środkiem powierzchniowo czynnym anionowym (jak alkilosiarczan, lub alkilosulfonian, lub alkilosulfobursztynian lub ich mieszanki) albo polimerycznym środkiem anionowym. Środek rozwarstwiający w roztworze wodnym zamknięty jest w kapsułkach, których ścianki stanowią polikondensaty takie jak polimoczniki, poliamidy i poliamidy/polimoczniki (ścianki mieszane).

Środek rozwarstwiający emulsję zamknięty w kapsułkach jest mieszany z emulsją bitumiczną. Mieszanie dokonuje się podczas wytwarzania emulsji bitumicznej. Następnie mieszanka jest składowana w cieple podczas okresu, który może wahać się od kilku godzin do około piętnastu dni. Czas składowania zawarty jest korzystnie między około 2 a 8 dni.

188 371

Kapsułki wytwarzane w celu zamknięcia środka rozwarstwiającego emulsję są stabilne w ich środowisku reakcyjnym, tzn. w rozpuszczalniku, w okresie przynajmniej 9-10 miesięcy. W tym samym czasie kapsułki wytrzymują temperatury rzędu 60-90°C.

Ponadto kapsułki charakteryzują się średnią średnicą 5-50 (im. Kapsułki pękają wskutek działania ciśnienia, które występuje przy zagęszczaniu lub wskutek ścinania przy przechodzeniu przez dysze spryskiwarki. Kiedy składnik czynny, tzn. środek rozwarstwiający zostaje uwolniony, zachodzi rozwarstwienie emulsji.

Dzięki temu, że środek rozwarstwiający jest rozprowadzony w masie emulsji, rozwarstwienie jest bardziej kompletne, niż gdy środek rozwarstwiający zostaje rozprowadzony oddzielnie lub w strumieniu emulsji bitumicznej. Zachodzi ono wewnątrz emulsji. Unika się w ten sposób w szczególności wytwarzania się rozwarstwionej błony na powierzchni, co może opóźnić rozwarstwienie masy emulsji. Zjawisko to zaznacza się jeszcze wyraźniej w obecności emulsji bitumu elastomerycznego.

Korzyść ze stosowania środka rozwarstwiającego zamkniętego w kapsułkach może być zilustrowana przez stosunek stabilności środka niezamkniętego, który powoduje rozwarstwienie emulsji najpóźniej po kilku minutach, do stabilności środka rozwarstwiającego zamkniętego w kapsułkach, która wynosi kilka dni.

Przykład 1

I. Wytwarzanie kapsułek poliamido-polimocznikowych

- Wytwarzanie reagentów:

Wprowadza się 2,5 g środka emulgującego niejonowego i 437,5 g oleju do zlewki 2-litrowej (faza I);

Rozpuszcza się w kolbie stożkowej 2,5 g Na₂CO3H2O i diaminę w 40 g roztworu wodnego i miesza magnetycznie (faza II);

Wprowadza się dichlorek kwasowy i diizocyjanian do 217,5 g oleju (tego samego, co w fazie I) w kolbie stożkowej i miesza magnetycznie (faza III).

Stosunek molowy dichlorku kwasowego do diizocyjanianu jest zawarty między 20:80 a 50:50, korzystnie między 35:65 a 50:50, zaś stosunek molowy diaminy do innych monomerów zawarty jest między 1:5 a 1:1, korzystnie między 1:2 a 1:1. Ilość wytworzonego polimeru wynosi od 0,05 do 0,1 mola, przy ilości, rozpuszczalnika podanej w przykładzie.

- Reakcje:

Miesza się mechanicznie zlewkę 2-litrową z prędkością 450 obrotów/min. Mieszadło powinno znajdować się w odległości około 1 cm od dna zlewki, w ten sposób, aby mieszanie było równomierne. Wprowadza się ręcznie fazę II. Po piętnastu minutach sprawdza się pod mikroskopem, czy emulsyfikacja przebiegła,prawidłowo. Cząsteczki powinny mieć jednolite średnice i być dobrze zindywidualizowane. Średnice powinny być mniejsze od 15 pm. Wprowadza się następnie fazę III za pomocą wkraplacza w ciągu 15 minut. Gdy wkraplanie jest zakończone, zwalnia się mieszanie do 350 obrotów/min. Reakcja trwa około 6 godzin. Ten sposób wytwarzania pozwala otrzymać kapsułki kuliste, dobrze rozdzielone, odporne sklejanie i mające równomierne średnice rzędu 5-10 pm. Ten sposób wytwarzania może być zmodyfikowany tak, by zamykać w kapsułkach więcej lub mniej środka rozwarstwiającego. Kapsułki otrzymane tym sposobem zachowują stabilność do 4-6 dni w emulsji bitumicznej o temperaturze 60°C, do 110 dni w wodzie o temperaturze otoczenia i, od tego czasu, przez 12 miesięcy w środowisku reakcyjnym. II. Wmieszanie kapsułek do emulsji.

Przykład2

I. Wytwarzanie kapsułek polimocznikowych

- Wytwarzanie reagentów:

Odważa się 8 g środka powierzchniowo czynnego niejonowego i 344 g rozpuszczalnika węglowodorowego w zlewce 2-litrowej (faza I);

Odważa się 40g środka rozwarstwiającego w wodnym i związek diaminy w kolbie stożkowej i miesza się mieszadłem magnetycznym (faza II);

Odważa się 40 ml tego samego rozpuszczalnika węglowodorowego, co w fazie I i związek diizocyjanianu w kolbie stożkowej i miesza się magnetycznie (faza III).

188 371

Stosunek molowy diaminy do diizocyjanianu zawarty jest między 60:40 a 40:60. Całkowita proporcja polikondensatu jest 1 do 2,7g na 100 ml rozpuszczalnika węglowodorowego.

- Reakcje:

Emulguje się fazę II wlewając ją do fazy I w ciągu 5 minut za pomocą wkraplacza, mieszając mechanicznie z prędkością 800 obrotów/min. Miesza się do momentu, gdy emulsja jest jednolita (około 5 minut). Szybko wprowadza się ręcznie fazę III w ciągu 30 sekund i zwalnia mieszanie do 500 obrotów/min. Mieszanie utrzymywane jest w temperaturze otoczenia podczas 6 godzin. Otrzymana w ten sposób dyspersja zawiera 10% kapsułek środka rozwarstwiającego.

Otrzymane tym sposobem kapsułki są kuliste, dobrze rozdzielone, odporne sklejanie i mające równomierne średnice rzędu 20-50 pm. Ten sposób wytwarzania może być zmodyfikowany tak, by zamykać w kapsułkach więcej lub mniej środka rozwarstwiającego. Stabilność kapsułek wynosi od 6-10 dni w emulsji bitumicznej o temperaturze 60°C, do 110 dni w wodzie o temperaturze otoczenia i, od tego czasu przez 12 miesięcy w środowisku reakcyjnym.

Monomery wybiera się spomiędzy:

- dichlorków kwasowych: chlorek adypoilu, chlorek sebacoilu, dichlorek kwasu 2,6-naftalenodikarboksylowego itp;

- związków diaminy lub poliaminy: etylenodiamina, propylenodiamina, dietylenotriamina, trietylenotetramina, aminoetyloetanoloamina, dipropylenotriamina itp.;

- związki diizocyjanianowe: 1,6-diizocyjanianoheksan, izotan, toluenodiizocyjanian itp.

II. Wmieszanie kapskłek do emulsji.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Emulsja bitumiczna zawierająca fazę bitumiczną, którą stanowi bitum wybrany z bitumów czystych, bitumów płynnych i bitumów zmodyfikowanych, jak również fazę wodną, którą stanowi przynajmniej woda i środek emulgujący, znamienna tym, że zawiera środek rozwarstwiający emulsję zamknięty w kapsułkach, pozwalający kontrolować rozwarstwienie emulsji, przy czym rozwarstwienie kapsułek spowodowane jest efektem mechanicznym.
2. Emulsja według zastrz. 1, znamienna tym, że może być składowana w cieple podczas okresu, który może wahać się od kilku godzin do około 15 dni.
3. Emulsja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że kapsułki zawierające środek rozwarstwiający emulsję są wrażliwe na zniszczenie przez ściskanie występujące przy zagęszczaniu.
4. Emulsja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że kapsułki zawierające środek rozwarstwiający emulsję są wrażliwe na zniszczenie przez ścinanie.
5. Emulsja według zastrz. 1, znamienna tym, że środek rozwarstwiający jest zamknięty w kapsułkach o średniej średnicy mniejszej, niż 100 gm.
6. Emulsja według zastrz. 5, znamienna tym, że kapsułki mają średnią średnicę zawartą pomiędzy 5 a 50 pm.
7. Emulsja według zastrz. 1, znamienna tym, że ścianka kapsułek wytworzona jest z polikondensatów otrzymanych przez polikondensację międzyfazową.
8. Emulsja według zastrz. 1, znamienna tym, że kapsułki są z poliamidu.
9. Emulsja według zastrz. 1, znamienna tym, że kapsułki są z polimocznika.
10. Emulsja według zastrz. 1, znamienna tym, że kapsułki są z poliamido-polimocznika.
11. Sposób otrzymywania emulsji bitumicznej obejmujący etap, w którym wprowadza się fazę bitumiczną zawierającą bitum i fazę wodną zawierającą wodę i środek emulgujący do młyna koloidalnego oraz etap, w którym miesza się fazę bitumiczną i wodną, znamienny tym, że wprowadza się zamknięty w kapsułkach środek rozwarstwiający emulsję, pozwalający kontrolować rozwarstwienie emulsji, przy czym środek rozwarstwiający może być uwalniany wskutek mechanicznego działania na emulsję.
12. Sposób otrzymywania materiału bitumicznego zawierającego emulsję bitumiczną i kruszywo, obejmujący etap, w którym wprowadza się emulsję bitumiczną, zawierającą bitum i fazę wodną, która zawiera wodę i środek emulgujący, do mieszarki, etap, w którym wprowadza się kruszywo do mieszarki oraz etap, w którym miesza się emulsję bitumiczną i kruszywo, znamienny tym, że wprowadza się zamknięty w kapsułkach środek rozwarstwiający emulsję, który pozwala kontrolować rozwarstwienie emulsji, przy czym środek rozwarstwiający może być uwolniony przez działanie mechaniczne na emulsję.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że środek rozwarstwiający emulsję wprowadza się przed kruszywem.
14. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że środek rozwarstwiający emulsję wprowadza się po kruszywie.