Способ получения асфальтовой композиции и способ нанесения дорожного покрытия, использующий асфальтовую композицию

 

Изобретение касается способа получения сортированной по плотности асфальтовой композиции, имеющей содержание микропустот не более 10%, который включает добавление твердого связующего к смеси мягкого связующего и наполнителя при температуре ниже 140^oС. В качестве твердого компонента используется битумный, имеющий пенетрацию менее 50 дмм. Мягкий компонент неэмульгированный, имеющий вязкость менее 300 МПа•с (при 100^oС). Технический результат - возможность работать при низких температурах при получении асфальтовой композиции, готовой к использованию на дорогах. 2 с. и 6 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способу получения асфальтовой композиции.

Температура, при которой битум смешивают с наполнителем для получения асфальтовой композиции, готовой к использованию на дорогах, обычно находится в пределах от 140 до 170^oС, хотя некоторые документы, например, US 3832200, указывают на применение более высоких температур.

Поскольку в настоящее время существует правильное понимание того, что такие горячие битумы несут потенциальную опасность, связанную со здоровьем, безопасностью и проблемами загрязнения окружающей среды, большие усилия были направлены на поиск решения технологической проблемы создания асфальтовой композиции, с которой можно работать при более низких температурах.

В этой связи можно обратиться к использованию битумных эмульсий, которые получают смешиванием горячего битума с водным раствором эмульгатора. Такие битумные эмульсии обычно можно смешивать с наполнителем при температуре значительно ниже 140^oС, при этом вышеупомянутые проблемы безопасности легче контролировать.

Асфальтовые композиции, полученные из битумной эмульсии, однако требуют, чтобы смеси битум/наполнитель содержали относительно большое количество микропустот для выхода воды в процессе расслоения эмульсии, уплотнения и эксплуатации. Такие асфальтовые композиции обладают недостатком: в них легко проникают вода и воздух. В результате они достаточно легко теряют крупнозернистый наполнитель с поверхности дорог, происходит так называемая фреттинг-коррозия поверхности дорог. Кроме того, они утрачивают внутреннюю когезию, что в результате ведет к разрушению материала и отсутствию внутренней стабильности, это часто визуально проявляется в виде деформации поверхности дорог, т. е. в виде выбоин. Кроме того, очень медленно разрабатываются новые асфальтовые композиции с повышенной прочностью.

Патент Германии 4308567 относится к получению битумных композиций путем смешивания сначала меньшей количественной части В200 с пенетрацией 200 дмм с каменной крошкой и необязательно с песком и компонентами наполнителя, а затем с большей количественной частью В65 с пенетрацией 65 дмм. В документе не содержится информация о том, как получить сортированную по плотности асфальтовую композицию. К удивлению обнаружено, что можно получать сортированные по плотности асфальтовые композиции с хорошим сопротивлением фреттинг-коррозии и с хорошими показателями деформации ползучести и усталости.

Настоящее изобретение относится к способу получения сортированной по плотности асфальтовой композиции, который включает добавление твердого связующего компонента к смеси мягкого компонента связующего и наполнителя при температуре ниже 140^oС. Подходяще используемая температура составляет 100^oС.

В соответствии с изобретением можно использовать как эмульгированный, так и неэмульгированный мягкий компонент связующего, предпочтительно неэмульгированный мягкий компонент. Когда используют эмульгированный мягкий компонент связующего, он содержит небольшое количество воды. Подходяще 50% по объему, предпочтительно менее 40% по объему. Когда используют эмульсию, эмульсия может быть либо катионной, либо анионной эмульсией.

Твердый компонент связующего предпочтительно добавляют к смеси в порошкообразной форме. В этом случае является привлекательным добавление к смеси твердого компонента связующего при температуре ниже 50^oС, предпочтительно при температуре окружающей среды. Если твердый компонент связующего используют в виде эмульсии (или суспензии), эмульсия (или суспензия) подходяще содержит менее 50% по объему воды, предпочтительно менее 40% по объему. В этом случае твердый компонент связующего можно подходяще добавлять к смеси с температурой менее 100^oС, предпочтительно при температуре в пределах от температуры окружающей среды до 80^oС. Когда используют эмульсию, эмульсия может быть либо катионной, либо анионной эмульсией.

Мягкий компонент связующего можно подходяще добавлять к наполнителю также при относительно низкой температуре, т. е. температуре ниже 120^oС.

Подходяще мягкий компонент связующего добавляют к наполнителю при температуре не менее 70^oС, предпочтительно при температуре в пределах от 80 до 115^oС, более предпочтительно в пределах от 85 до 110^oС.

В контексте настоящего изобретения твердый компонент связующего определяют как компонент связующего, имеющего пенетрацию (РЕП) менее 200 дмм (измеренную по методу ASTM D 5 при 25^oС). Твердый компонент связующего имеет пенетрацию менее 100 дмм, предпочтительно менее 50 дмм и более предпочтительно менее 10 дмм, и температуру размягчения менее 100^oС (измеренную по методу ASTM D 36), предпочтительно менее 80^oС.

В контексте настоящего изобретения мягкий компонент связующего определяют как компонент связующего, обладающий пенетрацией менее 500 дмм, предпочтительно менее 700 дмм и более предпочтительно менее 800 дмм (измерено по методу ASTM D 5 при 25^oС). Специалисты, однако, обычно определяют такой компонент связующего не по значению пенетрации, а по показателю вязкости (определенной по методу ASTM D 2171 при 100^oС). Предпочтительно мягкий компонент связующего имеет вязкость менее 300 мПа•с, предпочтительно менее 200 мПа•с (определенную по методу ASTM 2171 при 100^oС).

Предпочтительно компоненты как твердого, так и мягкого связующего являются битумными компонентами. Однако, согласно другому варианту изобретения твердый компонент связующего представляет смолу, например, кумарон-инденовую смолу, а мягкий компонент связующего представляет низковязкостный компонент (флюс). Смолы могут быть любой из модифицированных смол, описанных в европейском патенте 0330281, включенном в данное описание в качестве ссылки.

Компоненты связующего могут подходяще включать в дополнение к пленкообразующей добавке (например, бутилдиокситолу), неионный эмульгатор (например, нонилфенолэтоксилат) или адгезионную присадку (например, амин, такой, как алкиламидоамин), предпочтительно алкиламидоамин. Такие добавочные соединения предпочтительно добавляют к мягкому компоненту связующего, и они присутствуют в количестве менее 5 мас. %, предпочтительно в количестве от 0,25 до 1,0 мас. % в расчете на общее количество связующего. Можно также добавлять смеси этих добавочных соединений. Таким путем получают еще более улучшенную стойкость против фреттинг-коррозии.

Битумные компоненты представляют собой битумы естественного происхождения или полученные из минерального масла. Также можно использовать полученные крекинг-процессом нефтяные пеки и каменноугольную смолу, а также смеси битуминозных материалов. Примеры подходящих битумов включают битумы, полученные путем дистилляции или прямой перегонки, битумы, полученные осаждением, например, пропановые битумы, продутые (окисленные) битумы, например, каталитически окисленные битумы, и их смеси. Другие подходящие битумные композиции включают смеси одного или более из этих битумов с наполнителями (флюсами), такими как нефтяные экстракты, например, ароматические экстракты, дистилляты или нефтяные остатки, или с маслами.

Компоненты твердого и мягкого связующих могут подходяще содержать любой полимерный модификатор, известный из уровня техники, такой, например, как термопластичный каучук, подходяще в количестве от 1 до 10 мас. %. Количества используемых компонентов твердого и мягкого связующего могут меняться в широких пределах и находятся в сильной зависимости от уровня пенетрации, желаемого для связующего асфальтовой композиции. Твердый компонент связующего, например, может присутствовать в количестве от 10 до 90 мас. % в расчете на общее количество связующего.

Асфальтовые композиции, полученные в соответствии с изобретением, особенно подходящи для использования на дорогах. Асфальтовая композиция, полученная в соответствии с настоящим изобретением, может быть использована в конструкции крупнозернистых материалов основы или истираемых крупнозернистых материалов. Связующее асфальтовой композиции, полученной в соответствии с настоящим изобретением, имеет пенетрацию от 10 до 300 дмм, предпочтительно от 50 до 150 дмм (измеренную по методу ASTM D 5 при 25^oС).

Битумные композиции могут также включать другие ингредиенты, такие как наполнители, например, углеродную сажу, двуокись кремния и карбонат кальция, стабилизаторы, антиоксиданты, пигменты и растворители, известные для использования в битумных композициях. Асфальтовые композиции, полученные в соответствии с настоящим изобретением, включают наполнитель в количестве, известном из уровня техники.

В контексте изобретения сортируемую по плотности асфальтовую композицию определяют как асфальтовую композицию, с содержанием микропустот в количестве не более 10%, предпочтительно от 3 до 10%.

Подходящие наполнители включают обычно используемые в сортированных по плотности асфальтовых композициях.

Изобретение далее поясняется с помощью следующих примеров.

Пример 1 Асфальтовую композицию получали в соответствии с настоящим изобретением следующим образом. 1,04 кг компонента низковязкого связующего (Брайтсток Экстракта Фурфурола (BFE)), имеющего вязкость 50 мПа•с при 100^oС (измеренную по методу ASTM D 2171), добавляли к 41,7 кг наполнителя в смесителе Hurell, работающем при температуре 100^oС при около 35 об/мин. Наполнитель асфальтовой композиции состоял из 7,1 мас. % наполнителя (<63 мкм), 36,8 мас. % песка (63 мкм - 2 мм), 15,3 мас. % камня (2-6 мм), 20,4 мас. % камня (4-8 мм) и 20,4 мас. % камня (8-11 мм). Затем к полученной таким образом смеси добавляли 1,56 кг твердого связующего в форме порошка при температуре окружающей среды. Твердое связующее имело пенетрацию до 2 дмм (определенную по методу ASTM D 5 при 25^oС) и температуру размягчения 96^oС (определенную по методу ASTM D 36). Порошок готовили размельчением продутого пропанового битума, имеющего температуру размягчения 95^oС (измеренную по методу ASTM D 36), в дробильной мешалке Culatti с размером сита 1 мм. К твердым комкам битума регулярно добавляли твердую двуокись углерода для охлаждения мешалки и для избежания слипания полученных битумных частиц. Сортированные по плотности асфальтовые композиции, полученные таким путем, затем заливают в форму плиточного уплотнителя и распределяют для образования гомогенно распределенной рыхлой смеси. Затем асфальтовую композицию уплотняли при температуре 100^oС. После уплотнения полученной асфальтовой плите давали охладиться до температуры окружающей среды и извлекали из формы. Затем асфальтовую плиту разрезали и распиливали на образцы для испытаний.

Пример 2 Асфальтовую композицию получали в соответствии со способом по изобретению, аналогичным описанному в примере 1, за исключением того, что к смеси 0,96 кг низковязкого связующего и 43,96 кг наполнителя асфальтовой композиции добавляли 2,78 кг эмульсии твердого компонента связующего. Эмульсию готовили путем добавления 1,64 кг горячего (180^oС) твердого связующего (остаток вакуумной флеш-конверсии) к 1,14 кг теплого (80^oС) раствора вода/эмульсия в смесителе Fryma, работающем в режиме давления 10 атм, температуры 170^oС и 3000 об/мин. Раствор вода/эмульсия содержал 3,5 мас. % коммерчески доступного эмульгатора Borresperse, 0,25 мас. % гуаровой смолы и имел значение рН 12,5. Раствор подщелачивали с использованием раствора гидроксида натрия. Твердый компонент связующего имел пенетрацию 3 дмм (измеренную по методу ASTM D 5 при 25^oС) и температуру размягчения 90,5^oС (измеренную по методу ASTM D 36). Конечная битумная эмульсия, которую получали, имела рН 8,6 и вязкость 87 мПа•с при 100^oС (измеренную по методу ASTM D 2171) и содержала 41 мас. % воды.

Пример 3 Асфальтовую композицию получали в соответствии со способом по изобретению, аналогичным описанному в примере 2, за исключением того, что 1,33 кг низковязкого связующего (a Statfjord Short Residue), имеющего вязкость 250 мПа•с при 100^oС (определенную по методу ASTM D 2171), предварительно смешивали при 100^oС с 13,3 г WETFIX (алкиламидоамином от Berol Nobel) и смешивали с 44,22 кг наполнителя асфальтовой композиции. После этого добавляли 2,21 кг эмульсии твердого битумного компонента. Эмульсию готовили добавлением 1,18 кг горячего твердого связующего к 1,03 кг теплого раствора вода/эмульсия в смесителе Fryma, работающем при 3000 об/мин. Раствор вода/эмульсия содержал 1,5 мас. % коммерчески доступного эмульгатора Vinsol R, 0,2 мас. % гуаровой смолы и имел рН 12,6. Конечная битумная эмульсия, которую получали, имела рН 12,4 и вязкость 27 мПа•с при 100^oС (определенную по методу ASTM D 2171) и содержала 46,7 мас. % воды.

Опыты по испытанию Такие эксплуатационные характеристики, как деформацию ползучести, фреттинг-коррозию и усталость сортированных по плотности асфальтовых композиций, полученных в примерах 1, 2 и 3, определяли в соответствии с динамическим методом испытания на ползучесть, Калифорнийским тестом на истирание и методом испытания на усталость при изгибе в трех точках, все эти методы испытаний хорошо известны специалистам. Образцы для испытаний цилиндрической формы (диаметр 101,6 мм, высота 60 мм) разрезали для испытания на сопротивление ползучести и фреттинг-коррозии, а прямоугольные образцы для испытаний (высота 40 мм, ширина 30 мм, длина 230 мм) отпиливали от плиты для испытания на усталость. Цилиндрические образцы испытывали на сопротивление ползучести динамическим методом испытания ползучести при температуре 40^oС, и на сопротивление фреттинг-коррозии Калифорнийским методом испытания на истирание при 4^oС и при 40^oС. Прямоугольные образцы испытывали методом испытания на усталость при изгибе в трех точках при частоте нагрузки 40 Гц в условиях постоянного напряжения при температуре 10^oС. Эксплуатационные показатели асфальтовых композиций представлены в таблице.

Из представленных данных следует, что в соответствии с настоящим изобретением можно получать асфальтовые композиции при преимущественно низких температурах.

Формула изобретения

1. Способ получения сортированной по плотности асфальтовой композиции, имеющей содержание микропустот не более 10%, включающий добавление твердого компонента связующего, имеющего пенетрацию менее 50 дмм к смеси неэмульгированного мягкого компонента связующего, имеющего вязкость менее 300 мПа•с (при 100^oС) и наполнителя при температуре менее 140^oС, причем твердый компонент связующего является битумным компонентом.

2. Способ по п. 1, по которому твердый компонент связующего добавляют к смеси при 100^oС.

3. Способ по п. 1 или 2, по которому твердое связующее добавляют к смеси в форме порошка.

4. Способ по п. 3, по которому твердое связующее добавляют к смеси при температуре ниже 50^oС.

5. Способ по любому из пп. 1-4, по которому мягкое связующее добавляют к наполнителю при температуре ниже 120^oС.

6. Способ по п. 5, по которому температура находится в пределах от 80 до 115^oС.

7. Способ по любому из пп. 1-6, по которому твердое и мягкое связующие являются битумными компонентами.

8. Способ нанесения дорожного покрытия, использующий асфальтовую композицию, отличающийся тем, что асфальтовую композицию получают способом по любому из пп. 1-7.

РИСУНКИ

Рисунок 1