PL249683B1 - Lepiszcze asfaltowe do wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych przeznaczonych do nawierzchni drogowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest lepiszcze asfaltowe, będące spienioną z wykorzystaniem wody mieszaniną asfaltu z fluksantem będącym produktem utleniania estrów metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego w obecności katalizatora metalicznego w postaci soli kobaltu i nadtlenku organicznego w postaci wodoronadtlenek kumenu, które charakteryzuje się tym, że stanowi mieszaninę 94 - 99% m/m asfaltu oraz 1 - 6% m/m fluksantu, korzystnie 2 - 3% m/m. Korzystnie, lepiszcze zostaje spienione poprzez podanie pod ciśnieniem 450 - 600 kPa i w ilości 1 - 2,5% m/m, korzystnie 1,5 - 2% m/m, wody spieniającej do płynnej mieszaniny asfaltu i fluksantu o temperaturze 155°C, przy czym jako asfalt stosuje się asfalt wysoko modyfikowany 45/80 - 80, zgodny z normą PN-EN 14023 według najnowszego datowania.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest lepiszcze asfaltowe do wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych przeznaczonych do nawierzchni drogowych, produkowanych i zagęszczanych w obniżonych temperaturach.

Tradycyjna technologia wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych metodą „na gorąco” wymaga podgrzewania kruszywa oraz asfaltu do temperatur przekraczających 180°C w celu obniżenia lepkości asfaltu umożliwiającego połączenie i wymieszanie ich składników. Zwiększenie zdolności asfaltu do otaczania ziaren mieszanki mineralnej można uzyskać poprzez stosowanie odpowiednich dodatków, np. fluksantów, wosków syntetycznych lub przez spienienie gorącego, płynnego asfaltu dodatkiem wody.

Znany jest z publikacji wynalazku PL219042B1 sposób wytwarzania betonu asfaltowego w technologii obniżonej temperatury, w którym do asfaltu dodaje się wosk syntetyczny wytwarzany w procesie Fischera-Tropscha, a następnie mieszaninę tą poddaje się spienieniu poprzez dodanie wody.

W opisie patentowym PL214138B1 ujawniono sposób wytwarzania asfaltu fluksowanego, pozwalającego wytworzyć mieszankę mineralno-asfaltową w obniżonych temperaturach, z wykorzystaniem fluksantu będącego produktem utleniania olejów roślinnych i/lub estrów kwasów tłuszczowych olejów roślinnych utlenianych w obecności katalizatora metalicznego i nadtlenku organicznego.

Lepiszcze asfaltowe, będące spienioną z wykorzystaniem wody mieszaniną asfaltu z fluksantem będącym produktem utleniania estrów metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego w obecności katalizatora metalicznego w postaci soli kobaltu i nadtlenku organicznego w postaci wodoronadtlenek kumenu, charakteryzuje się tym, że stanowi mieszaninę 94-99% m/m asfaltu oraz 1- 6% m/m fluksantu, korzystnie 2-3% m/m, która jest spieniona poprzez podanie pod ciśnieniem 450-600 kPa i w ilości 1-2,5% m/m, korzystnie 1,5-2% m/m, wody spieniającej do płynnej mieszaniny asfaltu i fluksantu o temperaturze 155°C. Ja ko asfalt stosuje się asfalt wysokomodyfikowany 45/80- 80, zgodny z normą PN-EN 14023, charakteryzujący się występowaniem ciągłej fazy kopolimeru styren-butadien-styren.

Asfalt stosowany do wytworzenia mieszaniny charakteryzuje penetracja w zakresie od 45 do 80 dmm (wg PN-EN 1426) oraz temperatura mięknienia większą niż 80°C, wg PN EN 1427. W asfalcie tym występuje ciągła faza kopolimeru styren-butadien-styren.

Fluksant stosowany w wynalazku jest produktem utleniania estrów kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego w obecności katalizatora metalicznego w postaci soli kobaltu i nadtlenku organicznego w postaci wodoronadtlenku kumenu. Estry metylowe kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego, otrzymane w wyniku transestryfikacji oleju roślinnego metanolem, miesza się z katalizatorem kobaltowym w ilości 0,1-0,2% m/m w przeliczeniu na metal oraz z dodatkiem wodoronadtlenku kumenu w ilości 1- 2% m/m. Komponowanie upłynniacza odbywa się w warunkach intensywnego mieszania składników przez 15 minut przy dostępie powietrza, a następnie poddaje utlenianiu tlenem powietrza w temperaturze 20°C. Utlenianie prowadzi się zapewniając dużą powierzchnię kontaktu gazu z ciekłym surowcem. Czas utleniania wynosi 2 godziny przy przepływie powietrza 450-550 l/kg-h.

Mieszaninę asfaltu i fluksantu wytworzoną przez mieszanie w temperaturze 155°C przez 10 minut spienia się poprzez podanie pod ciśnieniem 450-600 kPa i w ilości 1-2,5% (m/m), korzystnie 1,5-2% (m/m), wody spieniającej do płynnej mieszaniny asfaltu i fluksantu o temperaturze 155°C. Lepiszcze asfaltowe należy wymieszać z kruszywem niezwłocznie po spienieniu.

Efektem zastosowania rozwiązania według opisu patentowego jest wytworzenie lepiszcza asfaltowego umożliwiającego produkcję mieszanki mineralno-asfaltowej w obniżonej temperaturze, charakteryzującej się wysokimi parametrami technicznymi. Efekt ten uzyskuje się przez wystąpienie synergii jednoczesnego zastosowania lepiszcza asfaltowego w formie asfaltu spienionego wodą oraz fluksantu:

- dodatek fluksantu obniżając lepkość asfaltu spienionego powoduje zwiększenie ekspansji maksymalnej piany asfaltowej, co przekłada się na jej większą do otaczania mieszanki mineralnej oraz ułatwia zagęszczanie mieszanki mineralno-asfaltowej podczas jej wbudowywania w nawierzchnię,

- lepiszcze asfaltowe z dodatkiem fluksantu zwiększa swoją sztywność i zmniejsza wrażliwość na działanie wysokiej temperatury (wzrost górnej temperatury krytycznej, spadek podatności na pełzanie) po wbudowaniu mieszanki mineralno-asfaltowej wpływając korzystnie na właściwości eksploatacyjne i trwałość nawierzchni asfaltowej z tym lepiszczem.

PL 249683 Β1

PRZYKŁAD WYKONANIA

Przygotowano w laboratorium dwie próby spienionych lepiszczy asfaltowych:

• lepiszcza A będącego asfaltem wysokomodyfikowanym 45/80-80, zgodny z normą PN-EN 14023, dostarczonym od producenta, • lepiszcza B będącego mieszaniną wymienionego asfaltu 45/80-80 oraz fluksantu sporządzonego wg opisu wynalazku.

W celu spienienia lepiszcza A, rozgrzano w metalowym pojemniku do temperatury 170°C asfalt wysokomodyfikowany 45/80-80 a następnie 5,00 kg asfaltu przelano do zasobnika spieniarki laboratoryjnej, której układy wcześniej rozgrzano również do temperatury 170°C. Uruchomiono układ pompowania asfaltu w spieniarce. Pompowanie asfaltu w układzie spieniarki kontynuowano przez 10 minut doprowadzając tym samym do ujednorodnienia asfaltu i ustabilizowania temperatury. Dokonano spienienia 500 g asfaltu do stalowego pojemnika przy następujących parametrach procesu: temperaturze 170°C, ciśnieniu wody spieniającej 450 kPa i przy ilości wody spieniającej równej 2% (m/m) względem asfaltu. Bezpośrednio po spienieniu określono charakterystyki piany asfaltowej (Tabela 1) oraz pobrano próbki do badań właściwości Teologicznych asfaltu poddanego spienieniu (Tabela 2).

Proces przygotowania lepiszcza B przebiegał analogicznie do opisanego wyżej, jednakże zamiast temperatury 170°C, stosowano temperaturę 155°C, a ponadto do zasobnika spieniarki przelano 4,85 kg asfaltu oraz 0,15 kg fluksantu. Proces ujednorodnienia mieszaniny przebiegał podczas pompowania jej w układzie spieniarki w czasie 10 min.

Tabela 1. Charakterystyka piany asfaltowej wytworzonej z asfaltu

Rodzaj lepiszcza asfaltowego	Lepiszcze A: asfalt 45/80-80 bez dodatku fluksantu	Lepiszcze E: asfalt 45/80-80 z dodatkiem fluksantu (3% m/m)
Temperatura spieniania f°C)	170	155
Ekspansja maksymalna ER (-)	12	16,5
Czas półtrwania HL fs)	7,5	8,5

Tabela 2. Właściwości lepiszczy asfaltowych

Właściwość	Metoda badawcza	Lepiszcze A: asfalt 45/80-80 bez dodatku fluksantu	Lepiszcze B: asfalt 45/80-80 dodatkiem fluksantu (3% m/m)
Bezpośrednio po spienieniu	14 dni po spienieniu
Penetracja, 0,1 mm	PN-EN 1426	75	129	124
Temperatura mięknienia, °C	PN EN 1427	95,5	78,9	81,2
Lepkość dynamiczna w 90°C, mPa-s	PN-EN 13302	598,6	143,0	153,7
Górna temperatura krytyczna (G*/sin(6)=l,0 kPa), °C	AASIITO M 320	81,3	79,7	83,1
Nieodwracalna podatność na pełzanie Jnrs.2kPa, 1/kPa	AASIITO T 350	0,026	0,023	0,020
Nawrót w badaniu MSCR w temp. 64°C	AASHTO T350	96	96	96

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Lepiszcze asfaltowe, będące spienioną z wykorzystaniem wody mieszaniną asfaltu z fluksantem będącym produktem utleniania estrów metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego w obecności katalizatora metalicznego w postaci soli kobaltu i nadtlenku organicznego w postaci wodoronadtlenku kumenu, znamienne tym, że stanowi mieszaninę 94-99% m/m asfaltu oraz 1-6% m/m fluksantu, korzystnie 2-3% m/m, przy czym asfalt stanowi asfalt wysokomodyfikowany 45/80-80 z ciągłą fazą kopolimeru styren-butadien-styren, ponadto mieszaninę asfaltu i fluksantu poddaje się spienianiu poprzez podanie 1-2,5% m/m wody spieniającej pod ciśnieniem 450-600 kPa do mieszaniny o temperaturze 155°C, zaś proces spieniania prowadzi się bezpośrednio przed wymieszaniem z kruszywem.