Способ получения асфальтовой композиции и асфальтовая композиция - RU2194729C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу получения асфальтовой композиции.

Температура, при которой битум смешивают с заполнителем для получения асфальтовой композиции, готовой для применения на дороге, обычно находится в пределах от 140 до 170^oС, хотя в некоторых документах, например в US 3832200, указывается, что нужно использовать даже более высокие температуры.

Поскольку в настоящее время хорошо известно, что такой горячий битум может быть потенциально опасен для здоровья, опасен с точки зрения техники безопасности и опасен экологически, в этой области техники разрабатывают асфальтовые композиции, с которыми можно работать при более низких температурах.

В этом отношении можно указать на применение битумных эмульсий, которые готовят смешиванием горячего битума с водным раствором эмульгатора. Эти битумные эмульсии можно в обычном порядке смешивать с заполнителем при температуре гораздо ниже 140^oС, и в этом случае уровень указанных выше рисков значительно снижается. Асфальтовые композиции с относительно высоким содержанием пустот, т.н. "асфальт без мелких и пылевидных фракций", имеют преимущество высокой водопроницаемости. Поэтому при эксплуатации в силу этого преимущества вода стекает с поверхности дороги быстрее. Недостаток высокого содержания пустот заключается в том, что асфальт без мелких и пылевидных фракций довольно легко лишается крупного заполнителя на дорожном покрытии, т.н. "отслаивание заполнителя" дорожного покрытия. Помимо этого асфальт этого типа имеет тенденцию к более быстрой потере внутреннего сцепления, что в конечном счете приводит к ухудшению материала и отсутствию внутренней прочности, нередко проявляющейся в деформации дорожного покрытия, т.е. в колееобразовании.

DE-E-4308567 раскрывает приготовление асфальтовых композиций, которое по существу заключается в исходном смешивании меньшего парциального количества В200 с пенетрацией 200 ддм с каменной крошкой и, как вариант, с песком и с наполняющими компонентами и затем с большим парциальным количеством В65 с пенетрацией 65 ддм.

Обнаружено, что асфальтовые композиции без мелких и пылевидных фракций с хорошей стойкостью с точки зрения отслаивания заполнителя и с хорошими показателями ползучести (колееобразования) и износостойкости можно получать путем введения твердого связующего компонента, имеющего пенетрацию менее 50 ддм, в смесь неэмульгированного мягкого связующего компонента с вязкостью менее 300 мПа•с (при 100^oС) и заполнителя при относительно низкой температуре.

US-A-5114483, US-A-4762565 и ЕР-А-589740 относятся к приготовлению асфальта с помощью эмульсии и мягкого связующего компонента и эмульсии жесткого связующего компонента. Процесс согласно изобретению имеет преимущество, заключающееся в том, что для его реализации нет необходимости делать эмульсию мягкого связующего компонента.

Изобретение относится к процессу приготовления асфальтовой композиции без мелких и пылевидных фракций, содержащему этап введения твердого связующего компонента, имеющего пенетрацию менее 50 ддм, в смесь неэмульгированного мягкого связующего компонента, имеющего вязкость менее 300 мПа•с (при 100^oС), и заполнителя при температуре менее 140^o С. Целесообразно, чтобы применяемая температура составляла менее 100^oС.

Твердый связующий компонент предпочтительно вводят в смесь в виде порошка. В этом случае целесообразно вводить твердый связующий компонент в смесь при температуре менее 50^oС, предпочтительно при температуре окружающей среды. Если твердый связующий компонент применяют в виде эмульсии (или взвеси), то целесообразно, чтобы эмульсия или (взвесь) содержала менее 50% по весу воды, предпочтительно менее 40% по весу. В этом случае твердый связующий компонент целесообразно вводить в смесь с температурой менее 100^oС, предпочтительно при температуре в диапазоне от температуры окружающей среды до 80^oС. В случае применения эмульсии она может быть катионной, анионной или неионной.

Мягкий связующий компонент целесообразно вводить в заполнитель при относительно низкой температуре, т.е. температуре менее 120^oС.

Мягкий связующий компонент целесообразно вводить в заполнитель при температуре по меньшей мере 70^oС, предпочтительно при температуре в пределах от 80 до 115^oС и более предпочтительно в пределах от 85 до 110^oС.

В контексте данного изобретения твердый связующий компонент определяют как связующий компонент, имеющий пенетрацию (ПЕН) менее 50 ддм (согласно измерению в соответствии с нормативом Американского общества по испытаниям и материалам ASTM D5 при 25^o С). Твердый связующий компонент предпочтительно имеет пенетрацию менее 10 ддм и точку размягчения менее 100^oС (согласно измерению по нормативу ASTM D36), предпочтительно менее 80^o С.

В контексте данного изобретения мягкий связующий компонент определяют как связующий компонент, имеющий вязкость (согласно нормативу ASTM D2171 при 100^oС) менее 300 мПа•с, предпочтительно менее 270 мПа•с, наиболее предпочтительно менее 200 мПа•с (согласно нормативу ASTM D2171 при 100^oС).

И твердый, и мягкий связующие компоненты предпочтительно являются битумными компонентами. Но в другом предпочтительном осуществлении изобретения твердым связующим компонентом является смола, например кумарон-инденовая смола, а мягким связующим компонентом является компонент с низкой вязкостью (флюс). Смолы могут быть любыми модифицируемыми смолами, описываемыми в патенте ЕР-В-0330281.

Связующие компоненты могут также предпочтительно содержать присадку, улучшающую свойства образования пленки (например, бутилдиокситол), неионный эмульгатор (например, нонилфенолэтоксилат) или присадку, улучшающую адгезию (например, амин, такой как алкиламидоамин), предпочтительно алкиламидоамин. Эти дополнительные соединения предпочтительно вводят в мягкий связующий компонент, и целесообразно, чтобы они присутствовали в количестве менее 5% по весу, предпочтительно в количестве в пределах от 0,25 до 1,0% по весу от общего содержания связующего. Также целесообразно применять смеси этих дополнительных компонентов. Таким образом обеспечивается еще более повышенная стойкость к отслаиванию заполнителя дорожного покрытия.

Битумными компонентами могут быть природные битумы, или нефтепродукты. В качестве смесей битумных материалов могут быть использованы нефтяные пеки крекинга и коксовый деготь. Примерами соответствующих битумов являются дистилляционные битумы, или битумы прямой перегонки, осажденные битумы, например пропановые битумы, окисленные битумы, например каталитически окисленные битумы, и их смеси. Прочие целесообразные битумные композиции включают в себя смеси одного или нескольких этих битумов с наполнителями (флюсами), такими как нефтяные экстракты, например ароматические экстракты, дистилляты или остатки, или с маслами.

Твердые и мягкие связующие компоненты могут содержать любой применяемый в данной области техники модификатор полимеров, такой как, например, термопластичный каучук, в количестве от 1 до 10% по весу. Количества применяемых твердого и мягкого связующих компонентов могут изменяться в широких пределах и сильно зависят от степени пенетрации, требуемой для связующего данной асфальтовой композиции. Твердый связующий компонент может, например, присутствовать в количестве от 10 до 90% по весу от общего количества связующего.

Асфальтовая композиция, получаемая в соответствии с изобретением, особенно соответствует применению ее для дорог. Ее целесообразно применять для создания материалов несущего слоя с крупным заполнителем или слоя износа с крупным заполнителем. Целесообразно, чтобы связующее асфальтовой композиции, приготавливаемой согласно изобретению, имело пенетрацию в пределах от 10 до 300 ддм, предпочтительно между 50 и 150 ддм (согласно измерению в соответствии с нормативом ASTM D5 при 25^o С).

Битумные смеси могут также содержать прочие ингредиенты, такие как наполнители, например сажа, кремнезем и карбонат кальция, стабилизаторы, ингибиторы коррозии, пигменты и растворители, которые известны как соответствующие для использования в битумных композициях. Асфальтовые композиции, приготавливаемые согласно изобретению, содержат заполнители в количествах, определяемых в известном уровне техники.

Асфальтовые композиции из измельченного материала с пустотами согласно изобретению имеют содержание пустот свыше 10%, предпочтительно более 15% и наиболее предпочтительно в пределах от 20 до 30% (асфальтовые композиции с очень низким содержанием мелких и пылевидных фракций).

Целесообразные заполнители включают в себя заполнители, обычно применяемые в асфальтовых композициях без мелких и пылевидных фракций.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1
Асфальтовая композиция из измельченного материала с пустотами, содержащая 4,5 вес.% связующего (модификации 100 ПЕН - характеристика твердости битумов) на 100 вес.% заполнителя, была приготовлена в соответствии с изобретением следующим образом: 1 кг низковязкого связующего компонента с вязкостью 260 мПа•с при 100^oС (измеренного вискозиметром "НААКЕ" модели RT20), представляющего собой короткий остаток по Статфьорду, был заранее смешан при 100^oC с 10 г алкиламидоамина ("Уетфикса" (Wetfix), бывший "Берол Нобель"). 19,6 г заранее смешанного низковязкого связующего компонента ввели в 924,8 г заполнителя в смесителе Хобарта, работающем при температуре 100^oС, при скорости около 35 об/мин. Заполнитель состоял из 5,7% по весу наполнителя "Рекал 60" (Rhecal) (<63 мкм), 10,1% по весу дробленого песка (0,063-2 мм) и 84,2% по весу "голландского дробленого гравия" (8-11 мм). Затем в полученную таким образом смесь ввели 36,3 г взвеси твердого связующего компонента, содержащего 22,1 г битума сорта 10/20 ПЕН (содержание битума во взвеси составляло 60,9%). Взвесь была приготовлена в коллоидной мельнице "СканРоуд" (Акзо-Нобель) [ScanRoad (Akzo Nobel)], оборудованной теплообменником; указанная мельница работала под давлением 2 бар, температура битума составляла 165^oС, раствора эмульгатора - 60^oС, и при 9000 об/мин. Битум сорта 10/20 ПЕН имел пенетрацию 12 ддм (согласно измерению по нормативу ASTM D5 при 25^oС) и точку размягчения 70^oС (согласно измерению по нормативу ASTM D36). Раствор эмульгатора содержал 3% технического эмульгатора Редикоут (Redicote) EM26 с водородным показателем рН 1,5. Раствор подкисляли соляной кислотой. Полученную таким образом асфальтовую смесь с очень низким содержанием мелких и пылевидных фракций затем выливали в форму вращательного уплотнителя. Асфальтовую композицию затем уплотняли при температуре между 70^oС и 100^oС при уплотняющем давлении 3,5 бар с углом уплотнения 1,5 в течение 100 циклов. После уплотнения полученный таким образом образец асфальта оставляли остывать до температуры окружающей среды и удаляли из формы.

Пример 2
Для сравнения: обычную горячую смесь асфальтовой композиции с очень низким содержанием мелких и пылевидных фракций со связующим в количестве 4,5% по весу сорта 100 ПЕН на основе 100% по весу заполнителя готовили следующим образом. Связующее сорта 100 ПЕН приготовили путем смешивания компонента связующего с низкой вязкостью (короткий остаток по Статфьорду) и твердого компонента битума (сорт 10/20 ПЕН). 41,6 г полученной таким образом смеси ввели в 924,8 г состава заполнителя, описываемого в примере 1, при температуре 140^oС. Асфальтовую композицию затем уплотняли вращением при 130^oС при давлении уплотнения 3,5 бар с углом уплотнения 1,5 в течение 100 циклов. После уплотнения образец асфальта оставляли остывать до температуры окружающей среды и удаляли из формы.

Показатели по отслаиванию заполнителя асфальтовых смесей с очень низким содержанием мелких и пылевидных фракций, приготовленных в примерах 1 и 2, определяли согласно (модифицированному) калифорнийскому испытанию на истирание при 4^oС; упомянутое испытание известно специалистам данной области техники. В этом испытании использовали образцы в форме цилиндров 101,6 мм диаметром, высотой 50 мм. Технические характеристики асфальтовых композиций представлены в таблице.

Из этих данных следует, что согласно изобретению соответствующие асфальтовые композиции можно приготовить при низких температурах, что является преимуществом изобретения. Помимо этого, отмечается, что асфальтовая композиция, приготовленная согласно изобретению (пример 1), является такой же однородной, что и обычная асфальтовая композиция с очень низким содержанием мелких и пылевидных фракций (пример 2), а степень покрытия заполнителя в обоих примерах аналогична.

Реферат

Изобретение обеспечивает способ получения асфальтовой композиции без мелких и пылевидных фракций из дробленого материала с пустотами, составляющими 10-30%, который включает в себя этап введения очень твердого связующего компонента, имеющего пенетрацию менее 50 ддм, в смесь неэмульгированного очень мягкого связующего компонента, имеющего вязкость менее 300 мПа•с (при 100^oС), и заполнителя при температуре менее 140^oС. Твердый связующий компонент является битумом. Технический результат: хорошая стойкость с точки зрения отслаивания заполнителя, хорошие показатели колееобразования, износостойкости. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 1 табл.

Формула