PL226899B1 - Urzadzenie dopomiaru stabilnosci magazynowania asfaltów modykowanych polimerami, guma lub mieszanina modykatorów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru stabilności magazynowania asfaltów modyfikowanych polimerami, gumą lub mieszaniną modyfikatorów.

W tradycyjnym sposobie wytwarzania mieszanki mineralno-asfaltowej na gorąco z użyciem lepiszczy asfaltowych, modyfikowane lepiszcze asfaltowe przechowywane jest i transportowane w temperaturze około 180°C w celu zapewnienia odpowiednio niskiej lepkości niezbędnej w procesie technologicznym. W przypadku asfaltów modyfikowanych, transport i magazynowanie w wysokiej temperaturze wiąże się jednak z możliwością utraty stabilności koloidalnej zdyspergowanego polimeru lub rozproszonych cząstek gumy w lepiszczu. Separacja fazy modyfikatora w asfalcie powoduje nieodwracalne zniszczenie lepiszcza i wyklucza jego pełnowartościowe użycie.

Na etapie produkcji asfaltów modyfikowanych polimerem, gumą lub mieszaniną modyfikatorów, niezmiernie istotna jest kontrola stabilności produkowanych lepiszczy. Najczęściej stosuje się „test tubowy” wg PN-EN 13399 pozwalający ocenić separację fazy polimerowej po 72 godzinach wygrzewania lepiszcza w wysokiej temperaturze. Lepiszcze modyfikowane wykazujące mniejszą różnicę w temperaturze mięknienia i penetracji niż podane w przedmiotowej normie PN-EN 14023 nazywa się stabilnym koloidalnie.

Znana z opisu normowego w PN-EN 13399 metoda oznaczania stabilności podczas magazynowania asfaltów modyfikowanych polega na przechowywaniu jednorodnej próbki asfaltu modyfiko₃ wanego przez 3 dni w tubie o pojemności około 200 cm³ w pozycji pionowej w temperaturze 180°C lub w temperaturze określonej przez producenta lepiszcza. Po schłodzeniu próbka jest dzielona na trzy równe części. Dwie skrajne części, górna i dolna, są poddane ocenie konsystencji (temperatura mięknienia i penetracja) w celu oceny możliwych różnic we właściwościach.

W normie EN 13399 podano materiał, z którego powinna być wykonana tuba do badania stabilności. Tuba powinna być wykonana z cienkiego, nie lakierowanego aluminium, o wysokości minimum 160 mm i średnicy od 25 mm do 40 mm, zamknięta na jednym końcu. Do wykonania oznaczenia potrzebna jest suszarka utrzymująca temperaturę w zakresie 180 ± 5°C.

Ze zgłoszenia patentowego nr US 2002 014 110 znane jest także urządzenie do badania stabilności asfaltu wyposażone w izolowany termicznie zbiornik w kształcie cylindra z pokrywą i szczelną podstawą. Zbiornik jest wyposażony w grzałkę, mieszadło i czujnik temperatury. Pokrywa urządzenia ma co najmniej jeden otwór, przez który jest wprowadzana pionowa rurka aplikatora do pobierania próbek z górnej i dolnej części pojemnika. Urządzenie umożliwia wykonanie różnych testów stabilności. Niedogodnością tego urządzenie jest pobieranie próbek przez otwory w pokrywie za pomocą aplikatora, co utrudnia pobór właściwych próbek i w rezultacie wpływa na zmniejszenie dokładności pomiarów.

Celem wynalazku było poprawienie i rozszerzenie metody oceny stabilności koloidalnej asfaltowych lepiszczy modyfikowanych polimerem, gumą lub mieszaniną modyfikatorów z uwzględnieniem możliwego występowania zjawiska prądu konwekcyjnego w zbiorniku magazynowym lepiszcza.

Urządzenie do pomiaru stabilności magazynowania asfaltów modyfikowanych polimerami, gumą lub mieszaniną modyfikatorów, posiadające zbiornik w kształcie cylindra z pokrywą i podstawą przytwierdzoną szczelnie do cylindra, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zbiornik jest wyposażony w trzy zawory spustowe usytuowane na trzech poziomach: górnym, środkowym i dolnym, przy czym każdy zawór spustowy jest dołączony do poziomej rurki spustowej zamocowanej promieniowo w ściance cylindra, otwór wlotowy każdej rurki spustowej jest doprowadzony do osi zbiornika, osie rurek spustowych są usytuowane w różnych płaszczyznach promieniowych, a szerokość podstawy jest większa od średnicy cylindra.

W korzystnym wykonaniu urządzenia średnica cylindra wynosi 2/5 jego wysokości L, długość odcinka rurek spustowych wewnątrz zbiornika jest równa promieniowi cylindra, odległość między kolejnymi rurkami spustowymi mierzona w płaszczyźnie poziomej wynosi 1/4 wysokości L cylindra, odległość między rurką spustową zamocowaną na poziomie dolnym a podstawą nie przekracza 1/14 wysokości L cylindra, a podstawa ma kształt kwadratu o boku równym co najmniej 1/2 wysokości L cylindra.

Urządzenie według wynalazku, do pomiaru stabilności magazynowania asfaltów modyfikowanych polimerem, gumą lub mieszaniną modyfikatorów, umożliwia pomiar stabilności lepiszcza na trzech poziomach urządzenia: górnym, środkowym i dolnym, z uwzględnieniem prądów konwekcyjnych. Pomiar stabilności tej samej próbki lepiszcza możliwy jest w zależności od potrzeby i pojemności urządzenia pomiarowego w różnym czasie przechowywania w wysokiej temperaturze. ZastosowaPL 226 899 B1 nie urządzenia o większej pojemności w formie zbiornika cylindrycznego lepiej odzwierciedla warunki przechowywania lepiszcza w rzeczywistych warunkach przemysłowych i pozwala na wykonanie większej ilości analiz z jednej próbki.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy urządzenia do pomiaru stabilności magazynowania asfaltów modyfikowanych, fig. 2 przedstawia urządzenie z fig. 1 w przekroju A-A, fig. 3 przedstawia wykres zmiany temperatury mięknienia wg pierścienia i kuli w funkcji czasu wygrzewania lepiszcza całkowicie stabilnego, fig. 4 przedstawia wykres zmiany nawrotu sprężystego w funkcji czasu wygrzewania lepiszcza całkowicie niestabilnego, fig. 5 przedstawia wykres zmiany temperatury mięknienia wg pierścienia i kuli w funkcji czasu wygrzewania lepiszcza częściowo stabilnego.

Urządzenie przedstawione na fig. 1, 2 ma zbiornik zbudowany ze stalowego cylindra 1 o wysokości L i średnicy 2/5 L, stalowej pokrywy 2 z uchwytem, oraz stalowej podstawy 3 przytwierdzonej szczelnie do cylindra 1. Średnica cylindra 1 wynosi 2/5 jego wysokości L, a długość odcinka rurek spustowych 5 wewnątrz zbiornika jest równa promieniowi cylindra 1. Na trzech poziomach urządzenia, górnym, środkowym i dolnym, są zamontowane zawory spustowe 4 zapewniające szczelność przy zamknięciu w wysokiej temperaturze oraz umożliwiające pobieranie próbek w określonym procedurą czasie. Każdy zawór spustowy 4 jest dołączony do poziomej rurki spustowej 5 zamocowanej promieniowo w ściance cylindra 1, otwór wlotowy każdej rurki spustowej 5 jest doprowadzony do osi zbiornika, a osie rurek spustowych 5 są usytuowane w różnych płaszczyznach promieniowych. Odległość między kolejnymi rurkami spustowymi 5 mierzona w płaszczyźnie poziomej wynosi 1/4 wysokości L cylindra 1, zaś odległość między rurką spustową 5 zamocowaną na poziomie dolnym a podstawą 3 nie przekracza 1/14 wysokości L cylindra 1.

W celu zapewnienia stateczności urządzenia szerokość podstawy 3 jest większa od średnicy cylindra 1. W przykładowym urządzeniu podstawa 3 ma kształt kwadratu o boku równym co najmniej 1/2 wysokości L cylindra 1. Łączna długość odcinka rurki spustowej 5 i zaworu spustowego 4 wynosi około 1/2 L. Stalowa pokrywa 2 ogranicza starzenie lepiszcza podczas wygrzewania w wysokiej temperaturze.

Procedura pomiaru stabilności magazynowania asfaltów modyfikowanych oraz poboru próbek ₃ na przykładzie cylindra 1 o pojemności 6 dm³ polega na:

- pobraniu i podgrzaniu próbki lepiszcza do temperatury 180°C lub innej dobranej indywidualnie przy napełnieniu cylindra 1 o pojemności 6 dm3 do poziomu 4/5L ujednorodnionym lepiszczem asfal₃ towym w ilości ok. 5 dm³,

- wstawieniu cylindra 1 do suszarki laboratoryjnej o temperaturze 180°C a następnie po 15 minutach, oczyszczeniu zaworów poprzez spuszczenie przez każdy zawór około 100 ml lepiszcza asfaltowego,

- pobraniu z każdego poziomu cylindra 1 próbek do badań; w trakcie przebiegu badania, przed pobraniem próbki, należy spuścić ok. 20 ml lepiszcza z każdego zaworu w celu opróżnienia rurki spustowej 5 z zalegającego lepiszcza.

Pobranie próbek do badań wykonuje się wg ustalonego harmonogramu, np.: w dniu napełnienia cylindra 1 (oznaczenie 0), po 1 dniu, po 3 dniach, po 7 dniach i po 10 dniach od napełnienia cylindra 1.

₃

Przykładowo, urządzenie pomiarowe o pojemności 6 dm³ umożliwia pięciokrotny pobór w odstępach czasu próbek lepiszcza asfaltowego na trzech poziomach. Ilość lepiszcza asfaltowego pobra₃ nego z każdego poziomu pomiarowego urządzenia o pojemności 6 dm³ pozwala na przeprowadzenie pomiaru penetracji, nawrotu sprężystego oraz temperatury mięknienia wg metody pierścienia i kuli.

Po zestawieniu wyników pomiarów właściwości lepiszczy asfaltowych pobranych z każdego poziomu w funkcji czasu wygrzewania, można wykreślić krzywą zmiany właściwości i określić okres termicznej stabilności lepiszcza modyfikowanego. Pojemność urządzenia można dobrać tak, żeby wykonać 33 niezbędne pomiary właściwości lepiszcza. Zastosowanie pojemności urządzenia od 2 dm³ do 100 dm³ pozwala zasymulować w warunkach laboratoryjnych warunki panujące w przemysłowym zbiorniku lepiszcza. Większa objętość urządzenia pozwala na wyeliminowanie konieczności wykonywania oznaczenia na kolejnych wydzielonych próbkach lepiszcza, w celu zapewnienia odpowiedniej ilości lepiszcza do pomiaru zmiany właściwości. Dzięki temu pomiar stabilności przeprowadza się na tej samej próbce w sposób ciągły, w założonym okresie czasu, wyznaczając granicę stabilności lepiszcza modyfikowanego.

Pomiar stabilności magazynowania asfaltów modyfikowanych jest w pełni uzasadniony ekonomicznie. Wyznaczenie granicy stabilności lepiszcza w czasie magazynowania w wysokiej temperatu4

PL 226 899 B1 rze pozwala zmniejszyć ryzyko wytworzenia niestabilnej mieszaniny i zabezpiecza tym samym producenta asfaltowego lepiszcza modyfikowanego przed zwrotem przez zamawiającego niestabilnego produktu.

Przykłady pomiaru stabilności magazynowania asfaltów modyfikowanych w urządzeniu według wynalazku

P r z y k ł a d 1 ₃

Cylinder 1 o pojemności 6 dm³.

Próbka asfaltu modyfikowanego polimerem PMB45/80-55.

Temperatura pomiaru 180°C.

Czas poboru próbek 0, 1, 3, 7, 10 dni.

Próbkę asfaltu modyfikowanego polimerem 45/80-55 w ilości 5 dm3 pobiera się, podgrzewa do temperatury 180°C i ujednorodnia. Cylinder napełnia się rozgrzanym lepiszczem. Cylinder wstawia się do suszarki laboratoryjnej o temperaturze 180°C i po 15 minutach wygrzewania otwiera się kolejno zawory spustowe 4 i pobiera około 100 ml lepiszcza asfaltowego w celu oczyszczeniu zaworów. Po oczyszczeniu zaworów spustowych 4 pobiera się próbki do badań z każdego poziomu cylindra 1 i oznacza cyfrą 0 (próbki wyjściowe - porównawcze). Następnie, po 1 dniu, po 3 dniach, po 7 dniach i po 10 dniach przeprowadza się pobranie próbek do badań. W trakcie przebiegu badania, przed pobraniem próbki należy spuścić ok. 20 ml lepiszcza z każdego zaworu, w celu opróżnienia rurki spustowej 5 z zalegającego lepiszcza. Z pobranego lepiszcza z każdego poziomu urządzenia pomiarowego formuje się próbki do badania temperatury mięknienia wg metody pierścienia i kuli, a wyniki badania nanosi się na wykres w funkcji czasu. Ocenie poddaje się różnicę pomiędzy wartościami otrzymanymi na każdym poziomie cylindra 1 oraz moment przegięcia wykresu danej właściwości. Stabilność magazynowania wyrażoną zmianą wartości temperatury mięknienia wg pierścienia i kuli przedstawiono na wykresie na fig. 3 i w tabeli 1 - kolumna 1.

P r z y k ł a d 2 ₃

Cylinder 1 o pojemności 6 dm³.

Próbka asfaltu 70/100 modyfikowanego miałem gumowym w ilości 15% m/m.

Temperatura pomiaru 180°C.

Czas poboru próbek 0, 1, 3, 7, 10 dni.

₃

Próbkę asfaltu 70/100 modyfikowanego miałem gumowym w ilości 15% m/m w ilości 5 dm³ pobiera się, podgrzewa do temperatury 180°C i ujednorodnia. Cylinder 1 napełnia się rozgrzanym lepiszczem. Cylinder 1 wstawia się do suszarki laboratoryjnej o temperaturze 180°C i po 15 minutach wygrzewania, otwiera się kolejno zawory spustowe 4 i pobiera około 100 ml lepiszcza asfaltowego w celu oczyszczeniu zaworów. Po oczyszczeniu zaworów spustowych 4 pobiera się próbki do badań z każdego poziomu cylindra 1 i oznacza cyfrą 0 (próbki wyjściowe - porównawcze). Następnie, po 1 dniu, po 3 dniach, po 7 dniach i po 10 dniach przeprowadza się pobranie próbek do badań. W trakcie przebiegu badania, przed pobraniem próbki należy spuścić ok. 20 ml lepiszcza z każdego zaworu, w celu opróżnienia rurki spustowej 5 z zalegającego lepiszcza. Z pobranego lepiszcza z każdego poziomu urządzenia pomiarowego formuje się próbki do badania nawrotu sprężystego a wyniki badania nanosi się na wykres w funkcji czasu. Ocenie poddaje się różnicę pomiędzy wartościami otrzymanymi na każdym poziomie cylindra 1 oraz moment przegięcia wykresu danej właściwości. Stabilność magazynowania wyrażoną zmianą wartości nawrotu sprężystego przedstawiono na wykresie na fig. 4 i w tabeli 1 - kolumna 2.

P r z y k ł a d 3 ₃

Cylinder 1 o pojemności 6 dm³.

Próbka asfaltu modyfikowanego polimerem z dodatkiem miału gumowego 45/80-55 CR.

Temperatura pomiaru 180°C.

Czas poboru próbek 0, 1, 3, 7, 10 dni.

Próbkę asfaltu modyfikowanego polimerem z dodatkiem miału gumowego 45/8055 CR w ilości ₃ dm³ pobiera się, podgrzewa do temperatury 180°C i ujednorodnia. Cylinder 1 napełnia się rozgrzanym lepiszczem. Cylinder 1 wstawia się do suszarki laboratoryjnej o temperaturze 180°C i po 15 minutach wygrzewania, otwiera się kolejno zawory spustowe 4 i pobiera około 100 ml lepiszcza asfaltowego w celu oczyszczeniu zaworów. Po oczyszczeniu zaworów spustowych 4 pobiera się próbki do badań z każdego poziomu cylindra 1 i oznacza cyfrą 0 (próbki wyjściowe - porównawcze). Następnie, po 1 dniu, po 3 dniach, po 7 dniach i po 10 dniach przeprowadza się pobranie próbek do badań. W trakPL 226 899 B1 cie przebiegu badania, przed pobraniem próbki należy spuścić ok. 20 ml lepiszcza z każdego zaworu, w celu opróżnienia rurki spustowej 5 z zalegającego lepiszcza.

Z pobranego lepiszcza z każdego poziomu urządzenia pomiarowego formuje się próbki do badania temperatury mięknienia wg pierścienia i kuli wyniki badania nanosi się na wykres w funkcji czasu. Ocenie poddaje się różnicę pomiędzy wartościami otrzymanymi na każdym poziomie cylindra 1 oraz moment przegięcia wykresu danej właściwości. Stabilność magazynowania wyrażoną zmianą wartości temperatury mięknienia wg pierścienia i kuli przedstawiono na wykresie na fig. 5 i w tabeli 1 kolumna 3.

T a b e l a 1

Stabilność magazynowania lepiszczy modyfikowanych

Właściwość	Numer przykładu
1	2	3
Stabilność koloidalna mieszaniny	Tak	Nie	Tak
Stałość właściwości w czasie	Całkowita do 10 dni. Zmiana 1 dzień do 10 dni < 6%	0 dni - produkt do natychmiastowego zużycia po wyprodukowaniu	Całkowita do 7 dni

Zastrzeżenia patentowe

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do pomiaru stabilności magazynowania asfaltów modyfikowanych polimerami, gumą lub mieszaniną modyfikatorów, posiadające zbiornik w kształcie cylindra z pokrywą i podstawą przytwierdzoną szczelnie do cylindra, znamienne tym, że zbiornik jest wyposażony w trzy zawory spustowe (4) usytuowane na trzech poziomach: górnym, środkowym i dolnym, przy czym każdy zawór spustowy (4) jest dołączony do poziomej rurki spustowej (5) zamocowanej promieniowo w ściance cylindra (1), otwór wlotowy każdej rurki spustowej (5) jest doprowadzony do osi zbiornika, osie rurek spustowych (5) są usytuowane w różnych płaszczyznach promieniowych, a szerokość podstawy (3) jest większa od średnicy cylindra (1).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że średnica cylindra (1) wynosi 2/5 jego wysokości L, a długość odcinka rurek spustowych (5) wewnątrz zbiornika jest równa promieniowi cylindra (1).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że odległość między kolejnymi rurkami spustowymi (5) mierzona w płaszczyźnie poziomej wynosi 1/4 wysokości L cylindra (1), zaś odległość między rurką spustową (5) zamocowaną na poziomie dolnym a podstawą (3) nie przekracza 1/14 wysokości L cylindra (1).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że podstawa (3) ma kształt kwadratu o boku równym co najmniej 1/2 wysokości L cylindra (1).