CN103814088A - 针对沥青添加剂的沥青改性处理***和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于生产改性沥青粘结剂组合物的处理方法，其涉及在搅拌球磨机中混合沥青粘结剂和至少一种沥青添加剂和/或沥青改性剂，以使所述混合物进行混合、剪切、冲击和研磨。

Description

针对沥青添加剂的沥青改性处理***和方法
技术领域
本发明总体上涉及包括改性沥青组合物的沥青产品。更特别地，本发明涉及用于形成改性沥青组合物的方法和设备，其包括用于产生在沥青产品中使用的性能增强的沥青组合物的混合***和处理方法。
背景技术
铺路沥青组合物使用来源于原油的沥青膏来常规制造。近年来，沥青和原油的价格已迅速增长。除了这些基础组分的价格增长以外，由于添加剂的成本和将这些添加剂加入沥青粘结剂所需的时间和能量，涉及将添加剂和沥青粘结剂组合的制造成本也有相当大的增加。
铺路组合物中使用沥青粘结剂必须满足性能标准和规定，从而被认定为可用于铺路用途。常规沥青组合物一般不能满足所有性能标准和规定。无法满足这类性能标准和规定可导致道路在高温中过软，而在低温中过脆。
常规沥青粘结剂被认为是不掺杂(neat)的粘结剂，且不含添加剂。改性沥青粘结剂可包含包括聚合物、粒状生胶、硬沥青(gilsonite)、页岩、木瓦和其它改性剂的各种添加剂。这些添加剂在沥青制造终端或热拌沥青(hot mixasphalt)工厂添加，且它们目前都具有它们自己独特的添加过程。
Maldonado等人的美国专利4,145,322号公开了即使在低温下也具有优良机械性质的含有包括二烯和苯乙烯基团的嵌段共聚物的沥青-聚合物组合物的制备方法。
Butler等人的美国专利6,972,047号公开了用于改进沥青组合物的方法，所述方法涉及向沥青添加包括至少一种沥青岩的合成稀释油(synthetic fluxoil)和包括环烷或石蜡烃油的载体油。
Zickell等人的美国专利申请公开2011/0049275号公开了回收沥青瓦(asphalt shingle)材料的方法，其涉及将沥青瓦材料低温研磨为细粉或并入沥青的材料。超微磨碎机(attritor)用于分解材料。
Kalkanoglu等人的美国专利申请公开2010/0129667号公开了由回收的屋面材料制成的屋面产品。回收的屋面材料可在超微磨碎机或其它介质混合机中处理，从而减少屋面颗粒的大小，进而避免屋面产品弱的撕裂强度。
发明内容
根据本发明的各种特征、特性和实施方案随着其描述的进行将变得显而易见，本发明提供一种改性沥青粘结剂组合物的生产方法，所述方法包括：
提供搅拌球磨机(stirred ball mill)；
添加沥青粘结剂至所述搅拌球磨机中，所述沥青粘结剂包括未改性沥青(virgin asphalt)；
添加至少一种沥青添加剂至搅拌球磨机中；添加大量研磨介质至搅拌球磨机；
在加热条件下在搅拌球磨机中混合沥青粘结剂、至少一种沥青添加剂和研磨介质，从而引起所述混合物的混合、剪切、冲击和研磨；和
将与在不同于搅拌球磨机的装置中处理的沥青和添加剂的相似混合物相比具有改进的性能特性的改性沥青组合物回收。
本发明进一步提供通过所述处理方法生产的改性沥青粘结剂组合物和包括改性沥青组合物和聚集材料的铺路组合物。
附图说明
将参考如图描述本发明，所述附图仅以非限制性实例示出，其中：
图1为超微磨碎机的示意图，其描述了根据本发明的一个实施方案的改性沥青组合物的生产过程。
具体实施方式
本发明旨在用于形成改性沥青组合物的方法和设备，包括用于产生在沥青产品中使用的性能增强的沥青组合物的混合***和处理方法。
本发明进一步提供用于形成改性沥青粘结剂组合物的沥青添加剂混合***和处理方法。
所述处理方法能够将沥青添加剂，例如页岩添加剂、屋面木瓦、硬沥青、回收的沥青路面或其它溶剂可溶性材料与未改性沥青共混。本发明提供用于沥青铺路及其他用途的改性沥青粘结剂。用于沥青和添加剂一起处理的方法出乎意料地使所得沥青粘结剂产生增强的高温性能特性。
本发明的处理方法涉及使沥青和添加剂进行混合、剪切、冲击和研磨的组合。
利用包含内部搅拌研磨介质的研磨机(grinding mill)进行沥青和添加剂的混合、剪切、冲击和研磨；这些单元通常称作搅拌球磨机。超微磨碎机为此类装置的实例；超微磨碎机由容器、研磨介质和混合臂(mixing arm)构成。当混合臂在高rpm下旋转时，其使得介质产生涡流，而对容器内部的材料产生剪切和冲击力。Zoz的美国专利5,464,163号和Lessells等人的美国专利3,458,144号示例了常规超微磨碎机。根据本发明可使用任何类型的球磨机，其包括但不限于，水平或垂直的球磨机以及其中外壁和/或内轴旋转(或一个为静止的)的那些球磨机。
图1为超微磨碎机的示意图，其描述了根据本发明的一个实施方案的改性沥青组合物的生产过程。
示于图1的超微磨碎机包括容器1，其具有加热套或其它手段来加热容器1的内容物，以及延伸至容器中的混合棒2，其如所描述的包括从混合棒2的中央可旋转轴向外延伸的多个臂3。
参考数字4表示设置在容器1中的研磨介质，在本发明中的目的是为了与混合棒2和容器1的壁一起预热到至少为要在超微磨碎机中处理的材料的软化点或之上。
如所描述的，沥青粘结剂5(例如未改性沥青)和期望的添加剂6二者(单独或一起)添加至容器1中。在处理后，改性沥青7可从容器1中移除。
可用于生产根据本发明的改性沥青组合物的添加剂包括，但不限于聚合物、粒状生胶、硬沥青、页岩、木瓦和其它改性剂。优选地，添加剂具有约1至约99%的沥青中的溶解度。
实施例
在下述实施例中，使用包括具有加热套、其中流通热油以便保持产品在高于软化点的情况下混合的容器的超微磨碎机。研磨介质由具有3/8至1/4英寸直径的硬不锈钢球制成。添加要在容器中处理的混合物直至容器大约3/4满。容器内部的混合棒具有位于容器中央的旋转轴的不同层面上的多个臂。当混合棒在约450rpm以上的高rpm下旋转时，其使得混合物产生涡流并对容器内部的材料产生剪切和冲击力。将未改性沥青和添加剂单独或一起作为组合浆料添加至超微磨碎机。在超微磨碎机中处理后，所得材料为供给材料的均一混合物，其根据本发明包括改性沥青粘结剂。
在这些实施例中，沥青粘结剂组合物根据下述方法制备。将添加剂与未改性沥青混合。超微磨碎机容器、研磨介质和混合棒全部预热至约350℉。将要处理的混合物添加至超微磨碎机，并引入氮气层(nitrogen blanket)来防止混合期间的氧化。混合棒在400-500rpm下旋转。将研磨介质和沥青添加剂混合物涡流7.5-12分钟。在该过程中，研磨介质提供剪切和冲击力来减少沥青添加剂粒径。在大小减少的过程中，添加剂的内部组分暴露并与未改性沥青均一共混。超微磨碎机不仅更完整地混合，而且还除去某些添加剂颗粒上的外涂层，暴露更多的沥青添加剂的沥青相容部分。
添加至未改性沥青的添加剂的量具有2%至90%的非常广泛的范围，依赖于添加剂的特性和所需要的期望性能标准。添加剂的最优范围在5%和28%之间，基于沥青的重量。
实施例的数据如下示于表1：
Figure BDA0000466627730000051
上述用于实施例并列于表1的添加剂如下列于表2：
添加剂号 添加剂
添加剂#1 中国页岩混合物(Shale Chinese Blend)
添加剂#2 柏果页岩(Baiguo Shale)
添加剂#3 水观音页岩(Shuiguanyin Shale)I
添加剂#4 水观音页岩II
添加剂#5 火柿页岩(Huoshi Shale)
表1中，根据AASHTO T315测量原始DSR(动态剪切流变仪)破坏温度(failtemperature)。根据ASTM D-7173测量分离。根据AASHTO T53BBR测量软化点。根据ASTM D6648测量BBR(弯曲梁流变仪)。根据AASHTO TP62-03测量振幅扫描测试(Amplitude Sweep Test)(Hz)(使用所列温度和频率)。
"分散"样品通过将添加剂与未改性沥青以总样品的1%结合来制备。当提及添加剂添加5%时，将5%的粘结剂样品用作向粘结剂添加的添加剂的量。100克粘结剂具有5克添加剂。未改性沥青(PG64-22)加热至165℃至175℃的范围。添加剂与沥青结合并用螺旋桨叶片混合1小时。混合后，将样品置于163℃的炉中1小时。从炉中移除样品并再次用螺旋桨叶片混合30分钟。在30分钟混合后即刻完成用于各试验的取样。即时取样对提供均一样品是重要的。
从表1所示数据可以看出，通过本发明的处理方法生产的改性沥青组合物具有将该改性沥青组合物与通过仅将添加剂分散至沥青粘结剂中的常规方法生产的改性沥青组合物相区分的性质和特性。
通过本发明生产的改性沥青粘结剂对于制备道路特别有用。这些道路可包括，但不限于，公路、机场跑道、人行道、小径、高球车道、池塘衬膜(pondliner)、垃圾填埋地覆盖物、沥青屋面衬垫材料(asphalt underlayment)和桥面。另外，本发明的改性沥青粘结剂组合物对于制造除道路以外的其它沥青产品是有利的。例如，改性沥青粘结剂组合物可用于屋面用途。
尽管已参考特定的装置、材料和实施方案来描述本发明，但从前述描述中，本领域技术人员可容易确定本发明的必要特征，并可进行各种更改和变更以适应各种用途和特征，而不偏离如上所述以及示于所附权利要求的本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种改性沥青粘结剂组合物的生产方法，其包括：
提供搅拌球磨机；
添加沥青粘结剂至所述搅拌球磨机中，所述沥青粘结剂包括未改性沥青；
添加至少一种沥青添加剂至所述搅拌球磨机中；
添加研磨介质至所述搅拌球磨机；
然后在加热条件下在所述搅拌球磨机中混合所述沥青粘结剂、所述至少一种沥青添加剂和研磨介质，从而引起所述混合物的混合、剪切、冲击和研磨；和
将与在不同于搅拌球磨机的装置中处理的沥青和添加剂的相似混合物相比具有改进的性能特性的改性沥青组合物回收。
2.根据权利要求1所述的改性沥青粘结剂组合物的生产方法，其中所述搅拌球磨机为超微磨碎机。
3.根据权利要求1所述的改性沥青粘结剂组合物的生产方法，其中所述至少一种沥青添加剂包括聚合物、粒状生胶、硬沥青、页岩、木瓦的至少一种。
4.根据权利要求2所述的改性沥青粘结剂组合物的生产方法，其中所述至少一种沥青添加剂包括聚合物、粒状生胶、硬沥青、页岩、木瓦的至少一种。
5.根据权利要求2所述的改性沥青粘结剂组合物的生产方法，其中所述超微磨碎机包括以约400至约500rpm旋转的搅拌棒。
6.根据权利要求2所述的改性沥青粘结剂组合物的生产方法，其中所述超微磨碎机包括以至少约400rpm旋转的搅拌棒。
7.根据权利要求1所述的改性沥青粘结剂组合物的生产方法，其中所述沥青添加剂的总量为约2至约90wt.%，基于沥青粘结剂和沥青添加剂的总重量。
8.根据权利要求1所述的改性沥青粘结剂组合物的生产方法，其中所述沥青添加剂的总量为约5至约28wt.%，基于沥青粘结剂和沥青添加剂的总重量。
9.根据权利要求2所述的改性沥青粘结剂组合物的生产方法，其中所述沥青添加剂的总量为约2至约90wt.%，基于沥青粘结剂和沥青添加剂的总重量。
10.根据权利要求2所述的改性沥青粘结剂组合物的生产方法，其中所述沥青添加剂的总量为约5至约28wt.%，基于沥青粘结剂和沥青添加剂的总重量。
11.一种改性沥青粘结剂组合物，其通过权利要求1所述的方法制得。
12.一种改性沥青粘结剂组合物，其通过权利要求1所述的方法制得。
13.一种铺路组合物，其包括权利要求1所述的改性沥青粘结剂组合物和聚集材料。
14.一种铺路组合物，其包括权利要求2所述的改性沥青粘结剂组合物和聚集材料。
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