SK283646B6

SK283646B6 - Spôsob prípravy asfaltovej kompozície hustého stupňa

Info

Publication number: SK283646B6
Application number: SK724-98A
Authority: SK
Inventors: Henricus Engelbertus Johannes Hendriks; Dirk Adriaan Stoker
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij B. V.
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2003-11-04
Also published as: AP1007A; CA2238368C; WO1997020890A3; PL188718B1; MY114325A; SI0863949T1; DE69607029T2; DE69607029D1; HRP960565B1; KR100487263B1; EP0863949A2; SK72498A3; HRP960565A2; EP0863949B1; JP3860839B2; CO4560587A1; AR004786A1; PT863949E; TW412572B; AU1174797A

Abstract

Spôsob prípravy asfaltovej kompozície hustého stupňa majúcej obsah pórov nie viac ako 10 % spočíva v tom, že sa pridáva tvrdý spojivový komponent s penetráciou nižšou ako 50 dmm k zmesi neemulzifikovaného mäkkého spojivového komponentu s viskozitou nižšou ako 300 mPa.s a agregátu pri teplote nižšej ako 140 °C. ŕ

Description

Oblasť vynálezu

Predložený vynález sa týka spôsobu prípravy asfaltovej kompozície hustého stupňa, ktorá sa používa na nanášanie na cesty.

Doterajší stav techniky

Teplota, pri ktorej je bitúmen miešaný s agregátmi, na účely produkcie asfaltovej kompozície pripravenej na použitie na cesty, je normálne v rozsahu medzi od 140 do 170 °C, hoci niektoré dokumenty, napr. US 3 832 200 opisuje, že môžu byť použité aj vyššie teploty.

Keďže je v súčasnosti dobre známe, že takéto horúce bitúmeny môžu vytvárať potenciálne zdravotné, bezpečnostné a environmentálne riziká, je mnoho snáh v tomto technologickom odbore smerovaných na vývoj asfaltových kompozícií, ktoré môžu byť spracovávané pri nižších teplotách.

V tomto ohľade sa možno odvolávať na prihlášky bitúmenových emulzií, ktoré sú pripravené miešaním horúceho bitúmenu s vodným roztokom emulzifíkátora. Tieto bitúmenové emulzie môžu byť normálne miešané s agregátom pri teplote oveľa nižšej ako 140 °C, pričom pri tomto spôsobe sú oveľa lepšie kontrolovateľné uvedené riziká.

Ale asfaltové kompozície pripravené z bitúmenovej emulzie vyžadujú bitúmen/agregát zmesi s relatívne vysokým obsahom pórov, s cieľom umožniť vode, aby mohla uniknúť počas zlomu emulzie, kompaktnosti a servisných vlastností. Takéto asfaltové kompozície majú tú nevýhodu, že sú vysoko permeabilné proti vode a vzduchu. Výsledkom je, že sa pomerne ľahšie stráca hrubozmný agregát z povrchu cesty, takzvané vymieľanie cestného povrchu. Ďalej strácajú vnútornú kohéznosť, ktorá eventuálne vedie ku kolapsu materiálu a strate vnútornej stability, často viditeľnej vo forme deformácie cestného povrchu, napríklad vymieľania koľají. Navyše pevnosť týchto asfaltov je len pomaly rozvíjaná.

DE-C-43 08 567 sa týka prípravy bitúmenovej kompozície najprv miešaním menšieho čiastočného množstva B200 majúceho penetráciu 200 dmm s kamennými úlomkami, voliteľne s pieskom a náplňovými komponentmi, a následne s väčšou časťou množstva B65 majúceho penetráciu 65 dmm. Dokument neobsahuje informáciu o tom, ako vyrobiť asfaltovú kompozíciu hustého stupňa. Prekvapujúco sa teraz zistilo, že môže byť vyrobená asfaltová kompozícia hustého stupňa majúca dobrú odolnosť proti vymieľaniu a navyše má dobré vlastnosti týkajúce sa tečenia a únavy materiálu.

Opis vynálezu

V súlade s tým sa predložený vynález týka spôsobu prípravy asfaltovej kompozície hustého stupňa, ktorý zahŕňa pridávanie tvrdého spojivového komponentu do zmesi mäkkého spojivového komponentu a agregátu pri teplote nižšej ako 140 °C. Vhodne je použitá teplota nižšia ako 100 °C.

Podľa predloženého vynálezu môže byť použitý tak emulziftkovaný, ako aj neemulzifikovaný mäkký spojivový komponent. Ak je použitý emulzifikovaný mäkký spojivový komponent, tak obsahuje malé množstvo vody. Vhodne menej ako 50 % obj., výhodne menej ako 40 % obj. Ak sa použije emulzia, emulzia môže byť buď katiónovou alebo aniónovou emulziou.

Tvrdý spojivový komponent je výhodne do zmesi pridávaný ako prášok. V tom prípade môže byť tvrdý spojivový komponent pridávaný do zmesi veľmi atraktívne pri teplote nižšej ako 50 °C, výhodne pri teplote okolitého prostredia. Ak jc tvrdý spojivový komponent použitý vo forme emulzie (alebo suspenzie), emulzia (alebo suspenzia) vhodne obsahuje menej ako 50 % obj. vody, výhodne menej ako 40 % obj. V tom prípade môže byť tvrdý spojivový komponent vhodne pridávaný do zmesi s teplotou nižšou ako 100 °C, výhodne pri teplote do 80 °C. Ak sa použije emulzia, emulzia môže byť buď katiónovou alebo aniónovou emulziou.

Mäkký spojivový komponent tiež môže byť vhodne pridávaný do agregátu pri relatívne nízkej teplote, napr. teplote nižšej ako 120 °C.

Vhodne je mäkký spojivový komponent pridávaný do agregátu pri teplote aspoň 70 °C, výhodne pri teplote v rozsahu od 80 do 115 °C, výhodnejšie v rozsahu od 85 do 110°C.

V kontexte predloženého vynálezu je tvrdý spojivový komponent definovaný ako spojivový komponent majúci penetráciu (PEN) nižšiu ako 200 dmm (merané podľa ASTM D 5 pri 25 °C). Tvrdý spojivový komponent má vhodne penetráciu nižšiu ako 100 dmm, výhodne nižšiu ako 50 dmm, a najvýhodnejšie nižšiu ako 10 dmm, a teplotu mäknutia nižšiu ako 100 °C (merané podľa ASTM D 36), výhodne nižšiu ako 80 °C.

V kontexte predloženého vynálezu je mäkký spojivový komponent definovaný ako spojivový komponent majúci penetráciu aspoň 200 dmm.

Vhodne má mäkký spojivový komponent penetráciu aspoň 500 dmm, výhodne aspoň 700 dmm a najvýhodnejšie aspoň 800 dmm (merané podľa ASTM D 5 pri 25 °C). Ale priemerný odborník v oblasti zvyčajne charakterizuje takýto spojivový komponent nie hodnotou jeho penetrácie, ale jeho viskozitou (merané podľa ASTM D 2171 pri 100 °C). Výhodne má mäkký spojivový komponent viskozitu nižšiu ako 300 mPa.s, výhodne nižšiu ako 200 mPa.s (merané podľa ASTM D 2171 pri 100 °C).

Výhodne, oba, tvrdý aj mäkký spojivový' komponent sú bitúmenové komponenty. Ale v inom vhodnom uskutočnení tohto vynálezu je tvrdým spojivovým komponentom živica, napríklad kumarónindénová živica, a mäkkým spojivovým komponentom je komponent s nízkou viskozitou (flux). Živicou môže byť ktorákoľvek modifikovaná živica opísaná v EP-B- 0330281, ktorý'je tu včlenený na referenciu.

Spojivové komponenty môžu navyše vhodne obsahovať látku zlepšujúcu formovanie filmu (napr. butyldioxitol), neiónový emulzifikátor (napr. nonylfenoletoxylát) alebo látku zlepšujúcu adhéziu (napr. amín, ako napríklad alkylamidoamín), výhodne alkylamidoamín. Takéto prídavné zlúčeniny sú výhodne pridávané do mäkkého spojivového komponentu, a sú vhodne prítomné v množstve nižšom ako 5 % hmotn., výhodne v množstve v rozsahu od 0,25 do 1,0 % hmotn., vztiahnuté na celkový obsah spojiva. Vhodne môžu byť tiež použité zmesi týchto prídavných zlúčenín. Týmto spôsobom možno dosiahnuť aj ďalšie zlepšenie odolnosti proti vymieľaniu.

Bitúmenovými komponentmi môžu byť prirodzene sa vyskytujúce bitúmeny alebo deriváty minerálnych olejov. Použité môžu byť tiež ropné bitúmeny získané v procese krakovania a uhoľný decht, ako aj zmesi bitúmenových materiálov. Príklady vhodných bitúmenov zahŕňajú destilačné alebo „primáme“ bitúmeny, precipitačné bitúmeny, napr. propánový bitúmen, fúkané bitúmeny, napr. katalytický fúkaný bitúmen, a ich zmesi. Iné vhodné bitúmenové kompozície zahŕňajú zmesi jedného alebo viacerých z týchto bitúmenov s extendermi (fluxami), akými sú napríklad ropné extrakty, napr. aromatické extrakty, destiláty alebo rezíduá, alebo s olejmi.

Tvrdé a mäkké spojivové komponenty môžu vhodne obsahovať akýkoľvek modifikátor polyméru známy z doterajšieho stavu techniky, ako napríklad termoplastickú gumu, vhodne v množstve v rozsahu od 1 do 10 % hmotn. Množstvo použitých tvrdých a mäkkých spojivových komponentov môže varírovať v rámci širokých limitov, a veľmi závisí od penetračného stupňa želateľného pre spojivo asfaltovej kompozície. Tvrdý spojivový komponent môže byť napríklad vhodne prítomný v množstve od 10 do 90 % hmotn., vztiahnuté na celkové spojivo.

Asfaltová kompozícia pripravená podľa predloženého vynálezu je vhodná hlavne na nanášanie na cesty. Asfaltová kompozícia pripravená podľa predloženého vynálezu môže byť vhodne použitá pri konštrukcii hrubozmných základných materiálov alebo povrchových hrubozmných materiálov. Spojivo asfaltovej kompozície pripravenej podľa predloženého vynálezu má vhodne penetráciu, ktorá varíruje medzi 10 a 300 dmm, výhodne medzi 50 a 150 dmm (merané podľa ASTM D 5 pri 25 °C).

Bitúmenové kompozície môžu tiež obsahovať iné ingredienty ako napríklad plnivá, napr. sadze, oxid kremičitý a uhličitan vápenatý, stabilizátory, antioxidanty, pigmenty a rozpúšťadlá, o ktorých je známe, že sú vhodné do bitúmenových kompozícií. Asfaltové kompozície pripravené podľa predloženého vynálezu obsahujú agregát v množstve, ktoré je známe z doterajšieho stavu techniky.

V kontexte predloženého vynálezu je asfaltová kompozícia hustého stupňa definovaná ako asfaltová kompozícia majúca obsah pórov nie vyšší ako 10 %, výhodne 3 až 10%.

Vhodne zahŕňajú agregáty tie, ktoré sú normálne používané v asfaltových kompozíciách hustého stupňa.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Predložený vynález bude teraz ilustrovaný cestou nasledujúcich príkladov.

Príklad 1

Asfaltová kompozícia bola pripravená podľa predloženého vynálezu nasledovne. 1,04 kg nízko viskózneho spojivo vého komponentu (Furfuralový extrakt z vysokoviskóznej svetlej frakcie ropy (BFE)) majúci viskozitu 50 mPa.s pri 100 °C (merané podľa ASTM D 2171) bolo pridaných do 41,17 kg agregátu do Hurellovho mlyna pracujúceho pri teplote 100 °C a približne 35 rpm. Agregát pozostával z 7,1 % hmotn. plniva (< 63 pm), 36,8 % hmotn. piesku (63 pm - 2 mm), 15,3 % hmotn. kamienkov (2-6 mm), 20, 4 % hmotn. kamienkov (4 - 8 mm) a 20, 4 % hmotn. kamienkov (8-11 mm). Následne bol do takto získaného 1,56 kg zmesi pridaný tvrdý spojovací komponent vo forme prášku pri teplote okolitého prostredia. Tvrdý spojovací komponent mal penetráciu 2 dmm (merané podľa ASTM D 36). Prášok bol pripravený drvením fúkaného propánového bitúmenu majúceho teplotu topenia 96 °C (merané podľa ASTM D 36) v Cullatovom lámačom mlyne so sitom veľkosti 1 mm. Ku kusom tvrdého bitúmenu bol pravidelne pridávaný pevný oxid uhličitý, aby sa zabránilo zlepeniu vyrábaných bitúmenových častíc. Takto získaná asfaltová kompozícia hustého stupňa bola potom naliata do formy doskového kompaktera a distribuovaná do formy homogénne roztiahnutej uvoľnenej zmesi. Asfaltová kompozícia bola potom kompaktovaná pri teplote 100 °C. Po kompaktácii bolo umožnené, aby sa získaná asfaltová doska schladila na teplotu okolitého prostredia a vybrala sa z formy. Potom bola testovaná doska rozrezaná a rozpílená do testovacích vzoriek.

Príklad 2

Asfaltová kompozícia bola pripravená podľa predloženého vynálezu podobným spôsobom, ako je opísané v príklade 1 s výnimkou toho, že k zmesi 0,96 kg spojivového komponentu s nízkou viskozitou a 43,96 kg agregátu bola pridaná emulzia tvrdého spojivového komponentu. Emulzia bola pripravená pridaním 1,64 kg horúceho (180 °C) tvrdého spojivového komponentu (rezíduum rýchlej vákuovej konverzie) k teplému vodnému/emulznému roztoku vo frymovom mlyne, ktorý pracoval pri tlaku 10 atm, teplote 170 °C a 3000 rpm. Vodný/emulzný roztok obsahoval 3,5 % hmotn. komerčne dostupného emulzifikátora Borresperse, 0,25 % hmotn. Guar Gum a mal pH 12,5. Roztok bol alkalizovaný použitím roztoku hydroxidu sodného. Tvrdý spojivový komponent mal penetráciu 3 dmm (merané podľa ASTM D 5 pri 25 °C) a teplotu mäknutia 90,5 °C (merané podľa ASTM D 36). Výsledná získaná bitúmenová kompozícia mala pH 8,6 a viskozitu 87 mPa.s pri 100 °C (merané podľa ASTM D 2171) a obsahovala 41 % hmotn. vody.

Príklad 3

Asfaltová kompozícia bola pripravená podľa predloženého vynálezu podobným spôsobom, ako je opísané v príklade 2 s výnimkou toho, že 1,33 kg spojiva s nízkou viskozitou (Stadfjordove krátke rezíduum) majúceho viskozitu 250 mPa.s pri 100 °C (merané podľa ASTM D 2171) bol vopred zmiešaný pri 100 °C s 13,3 g WETFIXu (alkylamidoamín, Berol Nobel) a zmiešaný s 44,22 kg agregátu. Následne bolo pridaných 2,21 kg emulzie tvrdého bitúmenového komponentu. Emulzia bola pripravená pridaním 1,18 kg horúceho tvrdého spojivového komponentu do 1,03 kg teplého vodného/emulzného roztoku v Frymovom mlyne, ktorý pracoval pri 3000 rpm. Vodný/emulzný roztok obsahoval 1,5 % hmotn. komerčne dostupného emulzifikátora Vinsol R, 0,2 % hmotn. Guar Gum, a mal pH 12,6. Získaná finálna bitúmenová kompozícia mala pH 12,4 a viskozitu 27 mPa.s pri 100 °C (merané podľa ASTM D 5 2171) a obsahoval 46,7 % hmotn. vody.

Testovacie experimenty

Vlastnosti týkajúce sa tečenia, vymieľania a únavy materiálu asfaltových kompozícii hustého stupňa pripravených v príkladoch 1, 2 a 3 boli potom determinované v dynamickom teste odolnosti proti tečeniu, v Califomskom teste opotrebúvavania a trojbodovom ohýbacom teste únavy materiálu, pričom tieto testy sú známe priemernému odborníkovi v oblasti. Na testovanie rezistencie proti tečeniu a proti vymieľaniu boli odrezané valcovité testovacie vzorky (priemer 101,6 mm, výška 60 mm), zatiaľ čo na testovanie únavy materiálu boli z dosky odpílené obdĺžnikové vzorky (výška 40 mm, šírka 30 mm, dĺžka 230 mm). Valcovité vzorky boli testované na vlastnosti týkajúce sa tečenia v dynamickom teste na odolnosť proti tečeniu pri 40 °C a vlastnosti týkajúce sa vymieľania v Califomskom teste opotrebúvavania pri 4 a 40 °C. Obdĺžnikové vzorky boli testované v trojbodovom ohýbacom teste silu únavy materiálu pri záťažovej frekvencie so 40 Hz pri konštantnom tlaku pri teplote 10 °C. Údaje o vlastnostiach asfaltových kompozícií sú uvedené v tabuľke 1.

Z týchto údajov je zrejmé, že podľa predloženého vynálezu môžu byť pripravené asfaltové kompozície pri výhodne nízkych teplotách.

Tabuľka 1

	Dynamkftýtea tatanfa Mpinani*	odolnoall voči rrUťC Rýchioat Mpinani* (prrVmM)	Califanaký laat P 4’C 191	I	Trojbodov ma únavu (pnVm)	ohýbací kk materiálu p o*. (Mpal	110 ’C Smbt, lGp«l
Príklad 1	2,57*0,44	4,7B*0,11	20.0 * 0.6	27.B t O.2	123	1.6Ó	12.6* 0,1
Príklad 2	3,89* 1.21	41i 344	36,4*1,1	46.4*2.3	106	1.19	10.1 * 1.4
Prikladá 2.336,34	3.76 0,23	242*0.3	27.4*0,3	136	1.30	t.o* 0.2
00/100 raŕaranM 2,860,10 •pojhzo zatažarte n i Hótmtx I	4,49*0,35	22,7*0,4	19,8*0,7	123	1.5β	13.8* O.7

σ^δ = povolený tlak pre 10⁶ cyklov na únavu materiálu ε⁶ = povolený ťah pre 10⁶ cyklov na únavu materiálu Smix = tuhosť zmesi

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob prípravy asfaltovej kompozície hustého stupňa majúcej obsah pórov nie viac ako 10 % na nanášanie na cesty, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa pridávanie tvrdého spojivového komponentu majúceho penetráciu nižšiu ako 50 dmm k zmesi neemulzifikovaného mäkkého spojivového komponentu majúceho viskozitu nižšiu ako 300 mPa.s a agregátu pri teplote nižšej ako 140 °C.
2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že tvrdý spojivový komponent je pridávaný do zmesi pri teplote nižšej ako 100 °C.
3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa t ý m , že tvrdý spojivový komponent je pridávaný do zmesi ako prášok.
4. Spôsob podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že tvrdý spojivový komponent je pridávaný do zmesi pri teplote nižšej ako 50 °C.
5. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že mäkký spojivový komponent je pridávaný do agregátu pri teplote nižšej ako je 120 °C.
6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa t ý m , že teplota je v rozsahu od 80 do 115 °C.
7. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že tvrdé a mäkké spojivové komponenty sú bitúmenové komponenty.