專利名稱：制備溫泡沫混合瀝青組合物的方法和體系的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制備溫泡沫混合瀝青組合物的方法和體系。
用于道路修建或鋪設的瀝青通常由石頭/砂礫、沙子、填料和粘合劑組分組成。在本發(fā)明中，這種粘合劑組分指的是瀝青，但是其他的粘合劑組分同樣適用。該瀝青組分可以是天然存在的瀝青或從礦物油衍生而來。將沙子、石頭/砂礫和填料稱為集料材料或粒狀集料材料。
瀝青用作礦物集料組分的膠粘劑。瀝青是總瀝青混合物的一小部分，通常占按質量計算的4至7％之間(或按體積計算的10至15％之間)。
瀝青組合物通常分成兩大類，即“熱混合”瀝青和“冷混合”瀝青。正如以下將更詳細描述的那樣，另一類更少見的“溫混合”瀝青也在使用。
熱混合瀝青比冷混合瀝青的綜合性能更好，因此被用于交通量大的道路上。制備熱混合瀝青時，在將熱粘合劑材料加入集料中混合前，需加熱集料材料。
通常在溫度150℃-190℃之間制備熱混合瀝青，并且常在溫度130℃-160℃間在道路上進行敷鋪和壓實。在某些情況下，甚至使用更高的溫度。由于若干原因，需加熱瀝青和礦物集料。集料需要干燥，瀝青要有低粘度以便完全地涂附在集料組分上，并且為了能夠在道路上敷鋪、延展和壓實，瀝青混合物需要有足夠低的混合粘度。瀝青混合物的類型和瀝青的級別在很大程度上決定了制備溫度。熱混合瀝青差不多馬上獲得了最終強度/穩(wěn)定性。因此，用熱混合瀝青鋪設的道路幾乎很快就能通車。
通常使用化石燃料加熱瀝青組分，這會產生有害環(huán)境的氣體和粉塵，消耗了不可再生的資源并增加了瀝青的綜合成本。此外，高溫處理瀝青構成了潛在安全危險。
冷混合瀝青比熱混合瀝青更便宜，更容易使用并且更有利于環(huán)境。在制備冷混合瀝青的過程中，當與熱或冷粘合劑材料混合時，集料材料冷并且潮濕。為減輕冷混合瀝青的混合難度，通常將粘合劑在與冷且潮濕的集料材料混合前制成泡沫。
挪威專利申請NO 854387和國際專利申請WO 95/22661中公開了各種制備泡沫瀝青的方法。但是，涉及冷混合瀝青技術生產出的混合物的性能比傳統(tǒng)熱混合瀝青混合物的性能低。這歸咎于多種因素，例如集料與瀝青的低覆蓋度，瀝青混合物中水的存在，瀝青混合物低的延展和壓實能力。這些因素使得瀝青混合物對水和空氣具有高度滲透性，這使得最后形成的路表面易于磨損，即意味著松散粗糙的集料非常容易從路表面流失。內聚力也降低了，這將最終導致材料的坍塌和缺乏內部穩(wěn)定性。這種情況常見于路面并已知形成車轍。為了增大混合物的強度，冷混合瀝青需要一定的固化時間。固化時間通常從幾天到數(shù)月。反過來這又會加快瀝青路面的變形、裂化和表面磨損。由于以上提到的原因，冷混合瀝青通常用于沒有大交通量的道路，例如，在北歐的國家和澳大利亞。
為了解決以上的問題，專利申請WO97/20890中提出了一種在比通常熱混合方法低的溫度下制備瀝青組合物的方法。通過在不同部分使用含瀝青的粘合劑，即硬組分和軟組分粘合劑，可以降低采用的溫度。硬組分和軟組分一起組成達到標準的最終規(guī)格的瀝青。軟組分可以在低得多的溫度下與礦物集料混合(60℃-130℃，優(yōu)選90-110℃)。隨后以粉末狀或乳狀形式將硬瀝青組分均勻地分散到混合物中。通?！坝病睘r青組分具有50dmm或更小的針入度。這一組分的溫度通常在20℃到70℃之間。這一方法制備出的瀝青混合物能在溫度70℃至100℃之間進行敷鋪，延展和壓實。實驗室和現(xiàn)場實驗表明了這些瀝青混合物的良好性能。在本發(fā)明中，稱這種具有比熱混合物低的混合溫度的瀝青為溫混合物。
但是，在制備、混合、鋪設和壓實的過程中，已經證明使用乳液的溫混合瀝青混合物昂貴并且使用起來很復雜。從瀝青乳液制備而來瀝青組合物，要求瀝青/集料混合物具有相對高的孔隙率以便能在乳化、壓實和保養(yǎng)過程中排除水分。該方法中使用的乳液通常含30％-50％的水分。由于在瀝青混合廠里需要乳化場所和額外的儲存桶，因此對承建者來說，無論是就產品成本或設備成本而言，生產瀝青乳液都是很昂貴的。由于需要運輸30-50％的水，因此運輸乳液的成本效益很低。運輸重量的增加也增加了環(huán)境有害物質的排放。
由于制備中使用的化學品、終產品的霜凍敏感性及對單獨儲存桶的要求，瀝青乳液的制備和處理需要一些額外的措施。
因此，需要一種瀝青混合物，其具有熱混合瀝青的性質，但是又具有冷混合瀝青的環(huán)境有利、低成本和易于處理的特性。公眾及工業(yè)管理中不斷增長的健康、安全和環(huán)境意識導致進行了大量的努力，目標在于減少使用不可再生的化石燃料，節(jié)約能源并隨之減少排放。瀝青工業(yè)中，熱瀝青混合物制備溫度的降低有助于接近這一目標。
在此，本發(fā)明提供了一種制備瀝青組合物的方法，它能夠在比制備熱混合物更低的溫度下，以更少的能源投入，相等或更低的成本制備出具有相同或更好的機械性能的瀝青組合物。通過制備溫混合瀝青組合物的方法來實現(xiàn)這一目的，該方法包含將粒狀集料材料與軟粘合劑混合，和將泡沫狀硬粘合劑加入前述粒狀集料材料與軟粘合劑混合物中。


圖1是常規(guī)熱瀝青混合物生產途徑與本發(fā)明溫泡沫瀝青混合物生產途徑的比較示意圖；圖2顯示硬粘合劑發(fā)泡方法的例子。
將各種組分混合后，硬粘合劑與軟粘合劑將融合成具有目標性質的粘合劑組分。硬粘合劑泡沫減小了粘度，使粘合劑能在更低的溫度下完全地涂抹并粘附在集料組分上。
使用泡沫硬粘合劑比使用粉末狀或乳狀瀝青具有重大的經濟和環(huán)境的優(yōu)點，不會對形成的瀝青混合物性質和鋪好的道路造成傷害。與前述的含30％-50％水分的乳液相比，水分含量僅為2-5％。這對儲存、性能、加熱要求和運輸有重要意義。與乳狀粘合劑相比，低水分含量的泡沫狀瀝青在有限度地加熱下能夠迅速固化。
與冷混合泡沫瀝青相比，按本發(fā)明方法制得的稠密的瀝青混合物，具有的孔隙率比用泡沫粘合劑組分制備的冷混合瀝青低。冷泡沫混合物使用的粘合劑具有180dmm至700dmm之間的軟針入度。
此外，取決于實際使用情況，本發(fā)明中泡沫硬瀝青的最大針入度值小于100dmm，與之相比，乳液中使用的“硬”瀝青組分的針入度通常在50dmm或更低。
將本發(fā)明的瀝青混合物與使用粘合劑泡沫的冷混合瀝青相比，應該強調的是，本發(fā)明的混合物可以在交通繁重的道路上使用，但是冷混合泡沫瀝青只能用于交通量小的道路上。這是因為傳統(tǒng)的冷泡沫混合物中使用的瀝青具有高針入度，在180至700dmm之間。本發(fā)明方法中的瀝青的最終級別可以更硬一些，通常針入度在60至250dmm之間。冷混合瀝青通常在原處即在路上在環(huán)境(冷)溫度下制備，而按照本發(fā)明制備的瀝青通常可在60-100℃之間在瀝青工廠和/或在路上制備。這立刻影響到這些瀝青混合物的使用和適用性。
本發(fā)明中，乳狀或非乳狀軟粘合劑組分均可使用，但優(yōu)選非乳狀軟粘合劑。若使用乳狀軟粘合劑，乳狀軟粘合劑中將含有大量水。在混合物達到完全凝結和混合強度之前，必須將其中的水分排除。乳液可以是陽離子或陰離子型乳液。
將硬粘合劑組分以泡沫狀物加入混合物中。在特定情況下發(fā)現(xiàn)有優(yōu)點的話，軟粘合劑也可以泡沫狀物加入。
軟粘合劑組分也可以在相對低的溫度下加入集料中，即，在低于120℃的溫度。
軟粘合劑通常在至少為70℃的溫度下加入集料中，優(yōu)選溫度在60至130℃之間，更優(yōu)選在90至110℃之間。
在本申請中，將軟粘合劑組分定義為針入度至少為200dmm的粘合劑組分。
合適的軟粘合劑組分針入度至少為500dmm，優(yōu)選至少700dmm，更優(yōu)選至少800dmm(在25℃時按照ASTM D5測量)。這些軟粘合劑組分通常由它們的粘度表征(在100℃時按照ASTM D2171測量)。軟粘合劑組分的粘度應小于0.300Pa.s，優(yōu)選小于0.200Pa.s。
本發(fā)明中制備的瀝青主要用于道路，但在本發(fā)明范圍中也可以考慮其他用途。
本發(fā)明方法中制備的密級配瀝青的孔隙率優(yōu)選小于約10％，更優(yōu)選孔隙率在3至10％之間。
本發(fā)明方法中制備的瀝青也可以是孔隙率在約15至25％間的松級配(open graded)瀝青。
通過以下實施例描述本發(fā)明的實施方式。
圖1列出了工藝流程的比較示意圖，圖2顯示制備粘合劑泡沫的方法。表II和表I是性能和成本的比較。
采用本發(fā)明方法制備瀝青混合物(圖1)的瀝青生產設備包含干燥鼓、混合機、混合物存儲倉和瀝青泡沫生產設備。向干燥鼓中加入石頭/沙子并加熱至約130℃。然后將溫石頭/沙子加入混合機中，在約120℃下與軟瀝青混合。在軟瀝青與石頭/沙子完全混合后，向混合物中加入硬瀝青，混合持續(xù)進行直到最后填料在約20℃下加入混合物中。按質量計算，產品包含90％石頭/沙子，2.5％軟瀝青，2.5％硬瀝青和5％填料。
將控制的熱瀝青通過第一個閥(A)流入管道體系以制備泡沫(圖2)。第一個閥(A)允許環(huán)流引回儲存室，這保證了體系要求的穩(wěn)定溫度。將熱油或加熱器纜索環(huán)繞在管道上并隔離，以此來控制并維持管道體系的溫度。所選的溫度取決于瀝青的性能、硬度及所要增加的體積。通常溫度在130℃至180℃之間。
將控制的冷或溫的水流(5℃-80℃)通過第二個閥(B)按從2-7％的含量順序加入瀝青中，將水注入瀝青流后，瀝青開始膨脹。在混合室里的靜態(tài)混合器里將瀝青混合均勻。將體積通常增長了10到20倍的膨脹瀝青通過出口導出混合室后通過一個或幾個噴嘴加入集料混合物中。
將該方法與標準的制備相同性能瀝青的熱混合方法進行比較，發(fā)現(xiàn)二氧化碳排放量減少了60-70％，粉塵排放量降低了30-40％，燃料消耗量降低了40-60％。
以下的表I和表II分別是與熱混合物在相對性能、相對成本的比較。表1中，《＝》表示達到平均水平或相等，《+》表示相等或超過平均水平，《-》表示更糟糕或低于平均水平，《？》表示不確定、不知道或未測量。
表I與熱混合物的相對性能比較
表II相對成本比較(熱混合物＝1.0)
上面非限制性實施例只是本發(fā)明的一種實施方式，應理解在本發(fā)明精神和范圍內還可以采取其他實施方式。本發(fā)明應只由所附權利要求書所限定。
權利要求
1.一種制備溫混合瀝青組合物的方法，所述的方法包括將粒狀集料材料與軟粘合劑混合，和將泡沫硬粘合劑加入所述粒狀集料材料與軟粘合劑的混合物中。
2.權利要求1的方法，其特征是使用針入度小于100dmm的硬粘合劑組分(在25℃按ASTM D5測量)。
3.權利要求1的方法，其特征是使用100℃時針入度小于0.3Pa.s的軟粘合劑組分(在100℃時按ASTM D2171測量)。
4.權利要求1的方法，其特征是集料在與軟粘合劑和硬粘合劑混合前加熱到60-120℃。
5.權利要求1的方法，其中泡沫硬粘合劑通過獨立的發(fā)泡過程制備，所述發(fā)泡過程的特征為下列步驟加熱未發(fā)泡的硬粘合劑至溫度為130℃至180℃之間；提供溫度在5℃-80℃之間的水；和將按重量計占2-7％的水注入前述已加熱的未發(fā)泡的硬粘合劑中使其膨脹為泡沫。
6.權利要求1的方法，其特征是使用含水量為5％或更少的泡沫。
7.權利要求1的方法，其特征是在溫度低于120℃時將軟粘合劑組分加入集料中。
8.權利要求1的方法，其特征是混合后溫混合物的溫度在80℃至115℃之間。
9.權利要求1的方法，其特征是使用密級配瀝青組合物為溫混合瀝青組合物。
10.權利要求9的方法，其特征是使用孔隙率在2％至10％間的密級配瀝青組合物為溫混合瀝青組合物。
11.權利要求1的方法，其特征是使用松級配瀝青組合物為溫混合瀝青組合物。
12.權利要求11的方法，其特征是使用孔隙率在14％至26％間的松級配瀝青組合物為溫混合瀝青組合物。
13.權利要求1的方法，其中將軟粘合劑與集料材料在溫處理混合設備里預先混合成半成品以便運到瀝青鋪設點，在所述瀝青鋪設點將泡沫硬粘合劑加入到生產用敷鋪設備中的半成品里。
14.前述權利要求中任一項的方法，其特征是將瀝青組分作為粘合劑組分使用。
15.按照前述權利要求中任一項的方法制備的瀝青組合物在道路鋪設中的應用。
16.權利要求1中制備溫混合瀝青組合物的體系，包含加熱和干燥集料組分的干燥鼓，混合瀝青組分的混合機和混合物存儲倉，其特征是所述體系進一步包含將硬粘合劑在引入混合機前制成泡沫的泡沫生產設備。
17.權利要求16的體系，其特征是泡沫生產設備包含用于加熱硬粘合劑組分的加熱裝置，和用于隨后將水引入硬粘合劑中制備泡沫的水或蒸氣加料單元。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種制備溫混合瀝青組合物的方法，該方法通過將粒狀集料材料和軟粘合劑進行混合，然后再向其中加入硬粘合劑來完成。硬粘合劑加入混合粒狀集料材料前通過發(fā)泡過程制成泡沫。在此也公開了制備溫混合瀝青組合物的體系，該體系包含了加熱和干燥集料組分的干燥鼓，混合瀝青組分的混合機和混合物儲存?zhèn)}，該體系也包括了將硬粘合劑在引入混合機前制成泡沫的泡沫生產設備。
文檔編號C08J9/12GK1404509SQ01805251
公開日2003年3月19日 申請日期2001年2月5日 優(yōu)先權日2000年2月25日
發(fā)明者奧勒·R·拉森, 卡爾·C·羅伯塔斯 申請人:科洛維德克股份有限公司