PL188718B1

PL188718B1 - Sposób wytwarzania kompozycji asfaltowej

Info

Publication number: PL188718B1
Application number: PL96327083A
Authority: PL
Inventors: Henricus Engelbertus Johannes Hendriks; Dirk Adriaan Stoker
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2005-04-29
Also published as: SK283646B6; PT863949E; AU697664B2; TR199800980T2; CZ164498A3; AR004786A1; HK1010557A1; AP9801244A0; RU2177970C2; ES2143250T3; ZA9610017B; GR3033491T3; ATE190344T1; WO1997020890A2; MY114325A; KR19990071664A; AU1174797A; BR9611675A; SK72498A3; CO4560587A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania kompozycji asfaltowej, posiadajacej zawartosc luk nie wiek- sza niz 10%, znamienny tym, ze dodaje sie twardy skladnik wiazacy o penetracji wyno- szacej mniej niz 50 dmm do mieszaniny niezemulgowanego miekkiego skladnika wiazace- go o lepkosci mniejszej niz 300 mPa ·S w 100°C i kruszywa, w temperaturze ponizej 140°C. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozycji asfaltowej.

Temperatura, w której bitum miesza się z kruszywem w celu uzyskania kompozycji asfaltowej gotowej do użycia na drogach, wynosi zazwyczaj od 140 do 170°C, choć w pewnych dokumentach, np. w US 3 832 200 podano, że można to robić nawet w wyższych temperaturach.

W związku z tym, że obecnie dobrze wiadomo, że takie gorące bitumy mogą powodować potencjalne zagrożenie dla zdrowia, bezpieczeństwa i środowiska, podejmowane są rozliczne działania w dziedzinie tej technologii w celu opracowania kompozycji asfaltowych, którymi można by manipulować w niższych temperaturach.

W tej dziedzinie można wspomnieć o stosowaniu emulsji bitumu, które wytwarza się przez zmieszanie gorącego bitumu z wodnym roztworem emulgatora. Takie emulsje bitumu można normalnie mieszać z kruszywem w temperaturach znacznie niższych od 140°C, co umożliwia znacznie łatwiejsze panowanie nad wyżej wspomnianymi zagrożeniami.

Kompozycje asfaltowe wytworzone z emulsji bitumu wymagają jednak, aby mieszanki bitum/kruszywo zawierały stosunkowo dużo pustych przestrzeni tak, aby umożliwić ucieczkę wody podczas rozbijania emulsji, ubijania i eksploatacji. Wadą takich kompozycji asfaltowych jest ich duża przepuszczalność względem wody i powietrza. W efekcie raczej łatwo z powierzchni drogi wyrywane jest luźno związane kruszywo tak, że następuje tak zwane rozluźnienie powierzchni. Ponadto tracą one wewnętrzną spójność, czego ostatecznym objawem jest zapadanie się materiału i brak wewnętrznej stabilnosci, często widoczny jako odkształcenia powierzchni drogi, np. tworzenie się kolein. Ponadto wytrzymałość takich asfaltów narasta powoli.

Opis DE-C-4308567 dotyczy wytwarzania kompozycji bitumowej przez wstępne mieszanie mniejszej ilości B 200 o penetracji wynoszącej 200 dmm z odłamkami kamienia i ewentualnie piaskiem i wypełniaczem, a następnie z większą ilością B 65 o penetracji wynoszącej 65 dmm.

188 718

Publikacja ta nie zawiera informacji jak wyprodukować ciężką kompozycję asfaltową.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że wytworzyć można kompozycje asfaltowe o dobrej odporności na rozluźnianie powierzchni oraz o dobrej odporności na pełzanie (tworzenie się kolein) i zmęczenie, poprzez dodanie twardego składnika wiążącego do mieszaniny miękkiego składnika wiążącego i kruszywa w stosunkowo niskiej temperaturze.

W związku z tym przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ciężkiej kompozycji asfaltowej, polegający na tym, że dodaje się twardy składnik wiążący do mieszaniny miękkiego składnika wiążącego i kruszywa w temperaturze poniżej 140°C. Dogodnie temperatura, w której się to wykonuje, wynosi poniżej 100°C.

Zgodnie z wynalazkiem stosować można zarówno emulgowany jak i nie emulgowany miękki składnik wiążący, przy czym korzystnie jest to nie zemulgowany miękki składnik. Gdy stosuje się emulgowany miękki składnik wiążący, to zawiera on niewielką ilość wody, dogodnie mniej niż 50% objętościowych, korzystnie mniej niż 40% objętościowych. Gdy stosuje się emulsję, może to być emulsja kationowa lub emulsja anionowa.

Twardy składnik wiążący korzystnie dodaje się do mieszanki jako proszek. W takim przypadku twardy składnik wiążący można bardzo dogodnie dodać do mieszanki w temperaturze poniżej 50°C, korzystnie w temperaturze otoczenia. Gdy stosuje się twardy składnik wiążący w postaci emulsji (lub zawiesiny), to taka emulsja (lub zawiesina) zawiera mniej niż 50% objętościowych wody, korzystnie mniej niż 40% objętościowych. W takim przypadku twardy składnik wiążący można dogodnie dodać do mieszanki w temperaturze poniżej 100°C, korzystnie w temperaturze w zakresie od temperatury otoczenia do 80°C. Gdy stosuje się emulsję, może to być emulsja kationowa lub emulsja anionowa.

Miękki składnik wiążący można dogodnie dodawać do kruszywa także w stosunkowo niskiej temperaturze, np. w temperaturze poniżej 120°C.

Dogodnie miękki składnik wiążący dodaje się do kruszywa w temperaturze, co najmniej 70°C, korzystnie w temperaturze w zakresie od 80 do 115°C, a jeszcze korzystniej w zakresie od 85 do 110°C.

W znaczeniu użytym w opisie twardy składnik wiążący określa się jako składnik wiążący o penetracji (PEN) poniżej 200 dmm (oznaczanej zgodnie z normą ASTM D 5 w 25°C). Twardy składnik wiążący dogodnie charakteryzuje się penetracją poniżej 100 dmm, korzystnie poniżej 50 dmm, a jeszcze korzystniej poniżej 10 dmm, oraz temperaturą mięknienia (oznaczaną zgodnie z normą ASTM D 36) poniżej 100°C, korzystnie poniżej 80°C.

W znaczeniu użytym w opisie miękki składnik wiążący określa się jako składnik wiążący o penetracji, co najmniej 200 dmm. Dogodnie miękki składnik wiążący charakteryzuje się penetracją (oznaczanej zgodnie z normą ASTM D 5 w 25°C), co najmniej 500 dmm, korzystnie, co najmniej 700 dmm, a jeszcze korzystniej, co najmniej 800 dmm. Jednakże specjaliści zazwyczaj charakteryzują takie środki wiążące nie wielkością penetracji, ale lepkością (oznaczaną zgodnie z normą ASTM D 2171 w 100°C). Lepkość twardego składnika wiążącego wynosi korzystnie poniżej 300 mPa-s, a jeszcze korzystniej poniżej 200 mPa-s (zgodnie z normą ASTM D 2171 w 100°C).

Korzystnie obydwa składniki, twardy i miękki, są składnikami bitumicznymi. Jednakże w innym odpowiednim rozwiązaniu według wynalazku twardym składnikiem wiążącym jest żywica, np. żywica kumaronowo-indenowa, a miękkim składnikiem wiążącym jest składnik o małej lepkości (zmiękczacz). Jako żywicę zastosować można dowolną z modyfikowanych żywic opisanych w opisie EP-B-0330281, który wprowadza się jako źródło literaturowe.

Składniki wiążące mogą dogodnie zawierać dodatkowo środek ułatwiający tworzenie się błony (np. butylodioksytol), niejonowy emulgator (np. etoksylan nonylofenolu) i środek zwiększający przyczepność (np. aminę taką jak alkiloamidoamina), korzystnie alkiloamidoaminę. Takie dodatkowe związki korzystnie wprowadza się do miękkiego składnika wiążącego, przy czym ich ilość wynosi dogodnie mniej niż 5% wagowych, korzystnie od 0,25 do 1% wagowego, w stosunku do całości środka wiążącego. Z powodzeniem stosować można również mieszaniny takich dodatkowych związków. W ten sposób osiąga się jeszcze większą poprawę odporności na rozluźnienie nawierzchni.

188 718

Składnikami bitumicznymi mogą być bitumy naturalne lub pochodzące z oleju mineralnego. Stosować można także paki naftowe uzyskane w procesie krakowania oraż smołę węglową, a także mieszanki materiałów bitumicznych. Do przykładowych odpowiednich bitumów należą bitumy z destylacji lub „z pierwszej destylacji”, bitumy strącane, np. propanobitumy, bitumy przedmuchiwane, np. bitumy przedmuchiwane katalitycznie, oraz ich mieszaniny. Do innych odpowiednich kompozycji bitumicznych należą mieszanki jednego lub więcej tych bitumów z modyfikatorami (zmiękczaczami), takimi jak ekstrakty naftowe, np. aromatyczne ekstrakty, destylaty lub pozostałości, albo z olejami.

Składniki wiążące, twardy i miękki, mogą dogodnie zawierać dowolny znany modyfikator polimerowy, taki jak np. kauczuk termoplastyczny, dogodnie w ilości w zakresie od 1 do 10% wagowych. Ilości stosowanych składników wiążących, twardego i miękkiego, mogą wahać się w szerokich granicach, w znacznym stopniu zależnych do pożądanego stopnia penetracji środka wiążącego w kompozycji asfaltowej. Twardy składnik wiążący dogodnie może np. stanowić od 10 do 90% wagowych całości środka wiążącego.

Kompozycja asfaltowa wytworzona sposobem według wynalazku jest szczególnie przydatna do stosowania na drogach. Kompozycję asfaltową wytworzoną sposobem według wynalazku można dogodnie stosować do wytwarzania surowych materiałów podłożowych lub surowych materiałów odpornych na zużycie. Środek wiążący w kompozycji asfaltowej wytworzonej sposobem według wynalazku dogodnie charakteryzuje się penetracją (oznaczaną zgodnie z normą ASTM D 5 w 25°C) w zakresie od 10 do 300 dmm, korzystnie od 50 do 150 dmm.

Kompozycje bitumiczne mogą również zawierać inne składniki, takie jak wypełniacze, np. sadzę, krzemionkę i węglan wapnia, stabilizatory, antyutleniacze, pigmenty i rozpuszczalniki, znane z zastosowania w kompozycjach bitumicznych. Kompozycje asfaltowe wytworzone sposobem według wynalazku zawierają kruszywo w znanych ilościach.

W znaczeniu użytym w opisie określenie ciężka kompozycja asfaltowa oznacza kompozycję asfaltową o zawartości pustych przestrzeni nie większej niż 10%, korzystnie od 3 do 10%. '

Do odpowiednich kruszyw należą kruszywa zazwyczaj stosowane w ciężkich kompozycjach asfaltowych.

Wynalazek ilustrują następujące przykłady.

Przykład 1

Sposobem według wynalazku kompozycję asfaltową wytworzono w następujący sposób. 1,04 kg składnika wiążącego o małej lepkości (Bright Stock Furfural Extract (BFE)) o lepkości 50 mPa-s w 100°C (oznaczanej zgodnie z normąASTM D 2171) dodano-do 41,17 kg kruszywa w młynie Hurella pracującego w 100°'C z szybkością 35 obrotów/minutę. Kruszywo zawierało 7,1% wagowych wypełniacza (< 63 (im), 36,8% wagowych piasku (63 pm - 2 mmj, 15,3% wagowych kamieni (2-6 mm), 20,4% wagowych kamieni (4-8 mm) i 20,4% wagowych kamieni (8-11 mm). Następnie do uzyskanej w ten sposób mieszanki dodano 1,56 g twardego składnika wiążącego w postaci proszku, w temperaturze otoczenia. Twardy składnik wiążący charakteryzował się penetracją 2 dmm (oznaczaną zgodnie z normą ASTM D 5 w 25°C) oraz temperaturą mięknienia 96°C (oznaczaną zgodnie z normą ASTM D 36). Proszek uzyskano przez rozdrabnianie przedmuchiwanego propano-bitumu o temperaturze mięknienia 95°C (oznaczaną zgodnie z normą ASTM D 36) w młynie rozbijającym Culatti, z sitem 1 mm. Do bryłek twardego bitumu dodawano również regularnie stały dwutlenek węgla w celu chłodzenia młyna i zapobieżenia przyklejaniu się uzyskanych cząstek bitumu. Uzyskaną w ten sposób ciężką kompozycję asfaltową, wylano następnie do formy ubij arki bloków, w której rozprowadzono ją równomiernie uzyskując luźną mieszankę. Kompozycję asfaltową ubijano następnie w temperaturze 100°Ć. Po ubiciu uzyskany blok asfaltu pozostawiono do ostygnięcia do temperatury otoczenia i wyjęto z formy. Blok asfaltu pocięto następnie i rozpiłowano uzyskując kształtki do badań.

188 718

Przykład 2

Kompozycję asfaltową według wynalazku wytworzono sposobem podobnyjn do opisanego w przykładzie 1, z tym że do mieszanki 0,96 kg składnika wiążącego o małej lepkości i 43,96 kg kruszywa dodano 2,78 kg emulsji twardego składnika wiążącego. Emulsję otrzymano przez dodanie 1,64 kg gorącego (180°C) twardego składnika wiążącego (Vacuum Flashed Conversion Residue) do 1,14 kg ciepłego (80°C) wodnego roztworu emulgującego w młynie Fryma pracującym pod ciśnieniem 10 atm w temperaturze 170°C, z szybkością 3000 obrotów/minutę. Wodny roztwór emulgujący zawierał 3,5% wagowych dostępnego w handlu emulgatora Borresperse. 0,25% wagowych żywicy guar, a jego pH wynosiło 12,5. Roztwór zalkalizowano roztworem wodorotlenku sodu. Twardy składnik wiążący charakteryzował się penetracją 3 dmm (oznaczaną zgodnie z normą ASTM D 5 w 25°C) oraz temperaturą topnienia 90.5°C (oznaczaną zgodnie z normą ASTM D 36). pH uzyskanej ostatecznie emulsji bitumu wynosiło 8,6, a jej lepkość (oznaczana zgodnie z normą ASTM D 2171) 87 mPa-s w 100°C; emulsja zawierała 41% wagowych wody.

Przykład 3

Kompozycję asfaltową według wynalazku wytworzono sposobem podobnym do opisanego w przykładzie 1, z tym że 1,33 kg środka wiążącego o małej lepkości (Statfjord Short Residue) o lepkości 250 mPa-s w 100°C (oznaczanej zgodnie z normą ASTM EE 2171) wymieszano wstępnie w 100°C z 13,3 g środka WETFlX (alkiloamidoaminy; z Berol Nobel), po czym wymieszano z 44,22 kg kruszywa. Następnie dodano 2,21 kg emulsji twardego składnika wiążącego. Emulsję otrzymano przez dodanie 1,18 kg gorącego twardego składnika wiążącego do 1,03 kg ciepłego wodnego roztworu emulgującego w młynie Fryma pracującym z szybkością 3000 obrotów/minutę. Wodny roztwór emulgujący zawierał 1,5% wagowych dostępnego w handlu emulgatora Vinsol R, 0,2% wagowych żywicy guar, a jego pH wynosiło 12,6. pH uzyskanej ostatecznie emulsji bitumu wynosiło 12,4, a jej lepkość (oznaczana zgodnie z normą ASTM D 2171) 27 mPa-s w 100°C; emulsja zawierała 46,7% wagowych wody.

Badania

Pełzanie, rozluźnienie nawierzchni i zmęczenie ciężkich kompozycji asfaltowych wytworzonych w przykładach 1, 2 i 3 zbadano odpowiednio w teście dynamicznego pełzania, w kalifornijskim teście ścieralności oraz w trzypunktowym teście zmęczeniowego zginania, które to testy są znane specjalistom. Cylindryczne kształtki do' badań (o średnicy 101,6 mm i wysokości 60 mm) wycięto do badania odporności na pełzanie i rozluźnienie nawierzchni, natomiast do badań zmęczeniowych z bloków wycięto prostokątne kształtki (wysokość 40 mm, szerokość 30 mm, długość 230 mm). Skłonność cylindrycznych kształtek do pełzania oznaczano w teście dynamicznego pełzania w 40°C, a rozluźnienie nawierzchni oznaczano w kalifornijskim teście ścieralności w 4 i 40°C. Wytrzymałość zmęczeniową oznaczano na kształtkach prostokątnych w trzypunktowym teście zginania, przy częstotliwości obciążania 40 Hz, przy stałym naprężeniu w temperaturze 10°C. Dane dotyczące właściwości eksploatacyjnych kompozycji asfaltowych zamieszczono w tabeli 1.

Dane te wyraźnie wskazują, że sposobem według wynalazku uzyskać można cenne kompozycje asfaltowe w dogodnie niskich temperaturach.

188 718

Tabela 1

	Test daneminanego zołaęnie w 40°C	KelifoenijsCi test ściere^ści w	Test teaazunCtowego amncaoniowego aginenie belCi 10°C
OdCsatełnenie osiowe [ ]	SaybCość odCsatełcenie [pm/m/funt]	4°C [g]	40°C [g]	σ6 [MPe]	σ6 [pm/m]	Smix [GPe]
PeaaCłed 1	2,57 ± 0,48	4,76 ±0,11	20,9 ± 0,6	27,9 ± 0,2	123	1,56	12,8 ±0,1
PeaaCłed 2	2,89 ± 1,21	6,89 ± 3,24	35,4 ±1,1	48,4 + 2,3	109	1,19	10,1 + 1,4
PeaaCłed 3	2,33 ±01,34	. 3,76 ±0,23	24,2 ± 0,3	27,4 ± 0,3	138	1,39	9,9 ± 0,2
Waoenowe mieszęnCe 80/100 Hotmix oyeete ne spoiwie	2,86 ±0,10	4,40 ±0,35	22,7 ± 0,4	19,8 ±0,7	123	1,56	13,8 ±0,7

δ⁶ = dopuszczalne naprężenie przy 10⁶ cyklach zmęczeniowych δ⁶ = odkształcenie przy 10⁶ cj^l^li^c^łi zmęczeniowych

Smix o sztywność miesaerCi

Dezeetemert Wydawnictw UP RP. NeCłed 56 ega. Cenę 2,00 ał.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania kompozycji asfaltowej, posiadającej zawartość luk nie większą niż 10%, znamienny tym, że dodaje się twardy składnik wiążący o penetracji wynoszącej mniej niż 50 dmm do mieszaniny niezemulgowanego miękkiego składnika wiążącego o lepkości mniejszej niż 300 mPa-S w 100°C i kruszywa, w temperaturze poniżej 140°Ć.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że twardy składnik wiążący dodaje się do mieszanki w temperaturze poniżej 100°C.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do mieszanki dodaje się twardy składnik wiążący w postaci proszku.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że twardy składnik wiążący dodaje się do mieszanki w temperaturze poniżej 50°C.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że miękki składnik wiążący dodaje się do kruszywa w temperaturze poniżej 120°C.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się temperaturę wynoszącą od

80 do 115°C. '
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się składniki wiążące, twardy i miękki, będące składnikami bitumicznymi.
8. Zastosowanie- kompozycji asfaltowej wytworzonej sposobem według zastrz. 1 na drogi.