CN117820871A - 包含消化物添加剂的沥青混合料组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及适合于下列应用的沥青混合料组合物:修建道路、人行道和摊铺区域、屋顶、停车场、室内驾驶区、步道、诸如网球场或游乐场的休闲区、诸如农场道路或动物隔间的农业用途、飞机场、跑道和进出通道、硬地面、仓储区、诸如大坝建设、海岸防护的水力应用等。本发明还涉及提供此类组合物的方法及其各种用途。具体而言,本发明涉及用消化物添加剂和一种或多种其它组分例如一种或多种骨料、一种或多种添加剂和/或一种或多种填料代替所述沥青混合料组合物所包含的至少一部分粘合剂或粘合剂组合物,所述粘合剂或粘合剂组合物优选为沥青或聚合物改性的沥青。

Description

包含消化物添加剂的沥青混合料组合物
本申请为于2019年6月21日提交的申请号201980043126.8、发明名称为“包含消化物添加剂的沥青混合料组合物”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及适合用于例如下列应用中的沥青混合料组合物:修建道路、人行道和摊铺区域、屋顶、停车场、室内驾驶区、步道、诸如网球场或游乐场的休闲区、诸如农场道路或动物隔间的农业用途、飞机场、跑道和进出通道、硬地面、仓储区、诸如大坝建设、海岸防护的水力应用,等等。本发明还涉及提供此类组合物的方法及其各种用途。具体而言,本发明涉及用消化物添加剂代替所述沥青混合料组合物所包含的粘合剂或粘合剂组合物的至少一部分,所述粘合剂或粘合剂组合物优选为沥青或聚合物改性的沥青。沥青混合料组合物可进一步包含一种或多种其它组分,例如一种或多种骨料、一种或多种添加剂和任选存在的一种或多种填料。
背景技术
每年都有许多道路因繁忙交通和天气原因而受损。这是导致道路表面出现裂缝的两个主要因素。繁忙交通引起表面开裂是由于轮胎在路面表面的大量剪切载荷而引起的材料疲劳所致,沥青材料的老化在这里也起到重要作用;天气引起热开裂是由于温度变化造成的例如拉伸应力所致。
通常,许多国家的政府根据损害的特征,投入大量资金来支持和保证对道路的修复行动。沥青路面的再生主要有五种类型:全深度再生、现场热拌再生、现场冷再生、冷刨再生和热拌再生。
道路劣化对于城市和国家来说是一个持续的问题。这就是为什么工程师和公共工程官员转向使用水泥的所谓全深度再生(FDR)的方法。这是一个现场过程:将现有的沥青路面和骨料基层磨碎并将两者混合在一起,然后将其替换回路基土壤上。对于FDR,通常将所有路面部分以及某些情况下预定量的底层材料与沥青乳液混合,以产生稳定的基层。基底问题可以用这种施工纠正。
目前,全球大多数道路都用沥青摊铺。如今,全球每年对沥青的需求量已超过1亿吨。沥青的粘度类似于冷糖浆,而由在525℃下沸腾的原油分馏得到的材料有时称为“精制沥青”。
沥青摊铺还广泛用于世界各地的机场。由于坚固性且能够快速修复的能力,它广泛用于专门用于飞机着陆和起飞的跑道。
关于沥青(bitumen)和沥青混合料(asphalt)的现有技术的一般概述,包括包含沥青的任何组合物、此类组合物的提供以及用途和应用、标准、定义等,请参考例如《壳牌沥青手册(The Shell Bitumen Handbook)》第6版(SHB#6;ISBN 978-0-7277-5837-8),其以全文引用的方式并入本文中。
沥青的化学性质非常复杂,所产生的沥青的性质与原油来源和精炼工艺密切相关。通过选择合适的原油和/或合适的精炼工艺,可以获得所需的沥青性能。然而,受限于沥青的性能,从而影响了包含所述沥青的沥青混合料组合物的一些性能,例如抵抗路面的车辙和开裂的性能、耐磨稳定性、对天气和气候条件的适应性等。
为了获得质量更高的沥青,越来越多的研究也开始关注沥青改性。沥青材料在用作摊铺材料、粘合剂或防水材料时,由于其极高的粘合性,可加工性通常很差。因此,通常将沥青材料在通过诸如加热(即热熔化过程)、使用适当的乳化剂和水将沥青材料处理成乳液形式、以及溶解在合适的溶剂中等手段提高其流动性之后再使用,以确保理想的可加工性。
本发明的沥青混合料组合物可以例如用于道路的铺设。所谓的破乳是在使用沥青混合料组合物完成道路之后,由组合物中的含水组分的蒸发和消除而引起的。沥青因此发生硬化从而完成道路的铺设。
如前所述,本发明的沥青混合料组合物也可用于沥青屋顶。直馏沥青从流动到其变得坚硬发脆的温度间隔相当小,这可能是有问题的,因为不论天气如何恶劣多变,沥青都应当能够避免受损。可以通过氧化沥青来增加所述温度间隔(特别是向更高的温度方向)。这可以通过例如在约250℃的温度下使热空气吹过沥青来完成。为了朝向较低温度实现更大的温度间隔,可以选择从合适的软沥青开始,或者可以在氧化后添加软沥青或沥青油。
大多数沥青屋顶都有含有一定量的添加的矿物填料的沥青层。填料的添加由于提高了软化点和/或降低了开裂的风险,因此改善了沥青屋顶的质量并提供例如保护效果。矿物填料可以使沥青稳定,因为它粘合部分沥青油,否则沥青油会蒸发并使沥青变得更硬。此外,填料可降低紫外线的影响,从而沥青以较低的速率分解。填料的添加还可降低沥青的可燃性,从而提高沥青屋顶对飞火的抵抗力。
当粘合剂组合物例如沥青组合物包含消化物添加剂和/或当沥青混合料组合物包含消化物时,与不包含消化物的相似和/或相当的粘合剂组合物和/或沥青混合料组合物相比,以此特别地,但并非排他地,提供以下一个或多个优点和/或效果:
(i)更加环保,
(ii)改善CO2足迹,
(iii)减少对化学物质例如塑性改性剂的需求,
(iv)减少泡沫,因此例如不需要或减少了消泡剂的需要,
(v)粘合剂组合物例如沥青组合物中具有较高程度的消化物,
(vi)成本降低,因为消化物比例如SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)或其它聚合物或组分便宜,它们可以至少部分地用较便宜的消化物代替或取代,
(vii)减少或防止例如在消化物存在下混合粘合剂例如沥青期间的氧化,和/或暴露于例如空气和/或氧气的表面的氧化,
(viii)由于消化物的存在,提高抗紫外线性能,
(ix)提高粘合剂组合物例如沥青组合物、道路、人行道、沥青屋顶、防水材料、粘合剂或包含粘合剂组合物例如本文所公开的沥青组合物的任何构造的预期寿命(寿命),
(x)增加穿透阻力,和/或
(xi)提高软化点。
摊铺
通常在开始摊铺操作之前需要加热摊铺装置,以防止沥青混合料组合物粘附到机器的敏感部件上。在现代摊铺机上,熨平板中的压实***可以单独启动。特别是高密实性熨平板实现非常好的密实性。因此,摊铺机后方的滚轴只需要较少的行程以达到规定的最终密实度。
压实
随着温度的升高,沥青混合料组合物的压实变得更加有效。最有利的温度范围取决于沥青混合料组合物的组成、摊铺的厚度和所用粘合剂的类型。当摊铺标准沥青混合料组合物时,温度通常应保持在110℃以上,以确保有足够的压实时间。
获得恰当的沥青混合料组合物
有几种不同的方法获得沥青混合料组合物,其中最常见的是热法和冷法。热拌沥青是通过加热骨料以降低粘合剂的粘度并使其整体更具流动性,然后干燥以去除任何残留的水分而制成的。在大约90至180℃下对其进行热拌。将其称为热拌沥青,不仅因为对其进行热拌,而且还必须优选保持热状态以进行摊铺和压实用于维修或安装。这种需要沥青混合料组合物在进行摊铺和压实的同时保持温热是在夏季进行大量摊铺的原因之一。
在稠度或粘度和纯度上评估成品沥青的质量。这些是沥青应当适当控制的重要参数,以便其在摊铺项目中得到充分运输和使用。
冷拌沥青通常由四分之一英寸的碎屑和专用油制成。这种特殊的配方使沥青保持柔软并有助于其防水。顾名思义,冷拌沥青无需温热的以用于沥青修复。油中的添加剂使混合物全年都保持柔软,从而允许在不同类型的天气里修补坑洼。即使在寒冷或潮湿的天气里,冷拌沥青也保持柔软且防水,使其非常适合在冬季和初春修补坑洼。它将水从坑洼中排出,粘附到下表面并保持柔韧性,使坑洼全年都可修补。
因此,沥青混合料组合物的性能取决于所述至少一种骨料和/或至少一种粘合剂如沥青的物理和化学性质。已使用许多新材料来增强沥青混合料组合物的性能,并且另一方面,使这些材料稳定化,特别是在路面有废料的情况下。
沥青制造
大多数路面由几层不同的材料组成,这些材料的结合使得道路坚固耐用。沥青路面经常被描述为柔性路面,这意味着它们能够吸收交通和天气带来的应力而不开裂。这样的路面的组成层的一个例子如图1所示。本发明的沥青混合料组合物适用于这些层中的一层或多层。
每层的功能如下:
路基通常是天然土壤,其位于通常被交通压实的旧道路上,位于经过精心整形和压实至适当水平和轮廓的新道路上。可以通过用石灰、水泥和粒化高炉矿渣粉(GGBS)处理土壤,或通过添加较低质量骨料的“封盖层(capping layer)”改善路基。底基层是最底层,其置于下方以有助于增强路面强度。它还为用于铺设和压实上面各层的机器提供了一个工作平台。它通常由碎石和/或砂砾制成。
基层通常是沥青路面的主要组成部分,并提供路面的大部分强度和载荷分布特性。对于车流量少的道路、停车场和人行道,基层通常是由级配碎石和/或硬底层制成的,并且/或者它可以是与少量水泥(与水泥结合的粒料基层或贫混凝土)和其它液压结合材料(HBM)结合的碎石。但是,对于大多数载有重型车辆的道路和地区,沥青基层用于提供高强度和耐久性的路面,以实现所需的承载能力并吸收交通载荷,从而使下方的路基不变形。
粘合剂层通常进一步有助于路面的强度,并且同时提供平坦、规则的表面以承载路面的最上层。这将是沥青混合料组合物。
表面层通常提供平坦且耐候的表面,该表面可以承受交通的摩擦力并针对特定情况提供适当的防滑性。例如,当路面结构中包含的水开始结冰时,道路承受特别高的应力。水结冰时膨胀,可能会导致霜冻损坏,这迟早将对道路表面产生影响。这通过所谓的防冻层来防止,所述防冻层通常由添加有粉碎的矿物骨料的砂砾和沙子的混合物组成。压实时,这些抗冻材料层将水从上层路面层导走,同时非常有效地降低了张力。
在许多情况下,粘结基层覆盖在非粘结基层上。沥青、水泥和/或石灰主要用作粘合剂。
用于基层、粘合剂层和表面层的沥青混合料组合物是例如矿物骨料(碎石、矿渣、沙砾和/或沙子)和粘合剂例如,石油沥青和/或改性沥青的混合物,以提供特定的附加性能。将这些组分细心地按比例混拌,以达到所需的规格。所述沥青混合料组合物通常在较热或温暖下被铺设和压实,尽管也可以用冷铺设的混合物。
路面的性能在很大程度上取决于对制备、铺设和压实沥青混合料组合物的关注。
新路建设
道路和其它摊铺区域必须经设计以使其足够坚固以分布交通载荷,以使下面的土壤或任何路面层都不会承受过高的压力。因此,在设计新的路面时,重要的参数是土壤路基的强度、预期交通的重量和强度以及可用于构成不同路面层的材料的刚度。但是,水对路面和路基的破坏可能性很高,因此,基本需要也包括适当设计的路面排水***。路面设计方法必须反映其预期的环境,例如,由于英国具有相对湿润的气候和重粘土土壤,英国的方法相当重视正确评估土壤路基的负载支撑特性的重要性以及预计的交通载荷的恰当评估。重型车轮载荷尤其具有破坏性。
Stationery Office出版的“道路和桥梁设计手册(Design Manual for Roadsand Bridges)”的第7卷中描述了现有的新路设计方法,或者从http://www.standardsforhighways.co.uk/dmrb/index.htm下载。
现有道路
沥青混合料组合物具有理想的性能用于加固表现出遇险迹象的路面,例如在交通载荷下出现开裂、坑洼或变形。它们可以叠加在现有道路上作为覆盖层,因此这些道路可以继续承载比最初设计的更大的交通量。或者,可以通过用新的沥青混合料组合物代替一层或多层旧的表面层来提高路面强度。
许多现有的路面由在不同时期铺设的不同材料层组成,通常很难评估这种旧路面的残余强度,因此难以预估所需要的进一步加固。但是,有方法通过测量载荷下路面的挠度来评估路面强度。在英国经常针对道路使用的弯沉仪(Deflectograph)有助于评估道路路面的当前状况,并在需要时提供数据以帮助设计覆盖层。还使用视觉评估技术的结果,以及在需要时通过挖掘试验坑来检查存在于现有路面中的层厚度和材料类型的结果。这些技术现在是高度自动化且复杂精妙,并且可以通过以交通速度行进的车载***来执行。对于所需的覆盖层厚度不是立即很明显的任何情况,雇用使用这些技术的专家来提供适当的设计是明智的。
除道路外,沥青混合料组合物还用于许多其它情形,例如:
·停车场
·自驾车
·步道
·休闲区-网球场、游乐场等
·农业用途-农场道路、动物隔间、摊铺区域等。
·机场-跑道和通道等
·硬地面和仓储区
·水利应用:大坝建设,海岸防护等
质量与合规性
BS EN 13108系列中的至少两个标准涵盖了评估和论证沥青混合料组合物符合欧洲沥青标准的要求,PD 6691提供了进一步的解释和指导。这两个标准是:
·BS EN 13108-20型试验
·BS EN 13108-21工厂生产控制
他们详细阐明了沥青生产商的义务,以作出如下声明:使用PD 6691提供的指南,材料符合来自BS EN 13108标准之一的特定规范。
一旦摊铺,粘合剂连续经历多个降解过程,例如高温车辙、低热开裂和应力疲劳开裂,这些都将随着时间的推移而降低其性能。如果使用未改性的沥青粘合剂而不是改性的粘合剂,则将加重这些失效。因此,在一些实施方案中,沥青粘合剂的改性和增强是有必要的。
环境
炼油厂和沥青制造商的排放使用设备进行控制,该设备重新收集灰尘和颗粒物,并在加热过程中重新使用它们。这避免了它们被排放到环境中,并且还提高了加热过程的效率。沥青再生也对环境产生积极影响:每年至少有9000万吨的旧沥青路面被压碎并再生为新的沥青。
但是,沥青混合料组合物中使用的粘合剂例如沥青的量仍很显著,当考虑到沥青制造过程对环境的影响以及所产生的残渣的量时,这可能是一个担心,所产生的残渣需要谨慎处理,这也增加了制造和再生沥青的成本。
技术-消化物(Digestate)
环保的垃圾处理方法是基于生物学的技术,其中将包含有机物的垃圾例如普通未分类和/或分类/部分分类的家庭垃圾与水、一种或多种酶以及任选存在的微生物混合以液化和/或糖化有机垃圾如食物垃圾、纸板、纸张、标签和类似物,并将其转变为可用于通过厌氧消化过程生产沼气的生物液体。
消化物”是在厌氧消化可生物降解的原料例如通过技术获得的生物液体后残留的物质。所述消化物可以有利地通过一种或多种分离装置例如过滤器、沉淀池、压滤机、螺旋压榨机(有或没有聚合物和/或其它化学物质例如絮凝剂)等分离为“脱水的消化物”和“废水”–参见图2。
在至少一个实施方案中,根据本发明的沥青混合料组合物的制造方法是基于技术,并且与其中对包含有机物的垃圾已进行生物处理如酶水解和/或微生物发酵以液化和/或糖化垃圾组合物中的有机部分并由此产生生物液体的任何过程兼容。在WO2006056838、WO2007036795、WO2011032557、WO2013185778、WO2014198274、WO2016030480、WO2016030472、WO2016050893、WO2017/174093和欧洲专利申请18156484.0中公开了这样的垃圾处理过程的实例,其全部内容在此通过引用的方式明确地并入本文中。所述过程最优选在生物反应器内进行,本文中称为“/>生物反应器”。
技术是指从垃圾中提供生物液体的方法,其包括:
a)在生物反应器中对垃圾进行酶和微生物的联合处理,其中微生物处理包括产生乳酸的细菌;
b)将来自步骤a)的经处理的垃圾进行一个或多个分离步骤,从而提供生物液体部分;和
c)任选地使所述生物液体部分进行厌氧消化(AD),
其中,
步骤a)中垃圾的酶和微生物的联合处理在生物反应器中进行。通过添加一种或多种水解酶以及通过垃圾中存在的细菌来进行该处理。任选地,可以将标准的、培养的或操作的酵母、细菌或能够将垃圾中存在的有机物转化为适合于随后在厌氧消化过程中产生沼气的有机酸或其它成分的任何其它微生物添加到该生物反应器中。酶以天然形式或引起此类酶积累的微生物的形式提供。
步骤a)中酶和微生物的联合处理可以通过添加一种或多种水解酶进行,所述水解酶以天然形式和/或引起此类酶积累的微生物的形式提供;和/或通过垃圾中存在的细菌进行;和/或任选地通过添加如下物质进行:标准的、培养的或操纵的酵母、细菌、或能够将垃圾中存在的有机物转化为有机酸或任何其它成分的任何其它微生物,所述有机酸或任何其它成分例如乳酸、3-羟基丙酸(3-HPA)、1,4-丁二醇(BDO)、丁二酸(琥珀酸)、乙烷-1,2-二醇(乙二醇)、丁醇或1,2-丙二醇(丙二醇),适合于随后在厌氧消化过程中产生沼气。
可以在步骤a)中添加到生物反应器中的微生物包括酵母和/或真菌和/或细菌。
可以在步骤a)中添加到生物反应器的其它微生物包括可以将己糖和戊糖有效地发酵成短链有机酸以及醇的细菌,己糖和戊糖包括但不限于纤维二糖、葡萄糖、木糖和***糖,短链有机酸包括但不限于柠檬酸、乳酸、甲酸、乙酸、丁酸、戊酸、异戊酸和丙酸,所述醇包括但不限于乙醇。
可以在步骤a)中添加到生物反应器中的其它微生物包括发酵生物,例如芽孢杆菌属(Bacillus sp.),例如凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans);念珠菌属(Candida sp.);梭菌属(Clostridium sp.);克雷伯菌属(Klebsiella sp.);乳酸杆菌属(Lactobacillussp.);大肠埃希氏菌属(Escherichia sp.),例如大肠杆菌,特别是经过基因修饰以提高乙醇、生物乙醇或乳酸产量的大肠杆菌菌株;链球菌属(Streptococcus sp.);肠球菌属(Enterococcus sp.)等。
可以对发酵微生物进行基因修饰,以提供发酵戊糖的能力,例如利用木糖、利用***糖、以及共同利用木糖与***糖的微生物。
发酵生物可以包含编码本文所述的一种或多种纤维素分解酶、半纤维素分解酶和辅助酶的一种或多种多核苷酸。
垃圾中存在的或添加到生物反应器中的微生物可产生有机酸或其它成分,例如乳酸、3-羟基丙酸(3-HPA)、1,4-丁二醇(BDO)、丁二酸(琥珀酸)、乙烷-1,2-二醇(乙二醇)、丁醇或1,2-丙二醇(丙二醇),其可在随后的厌氧消化过程中用作进料。这些有机酸或其它成分还包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐。适用于处理的垃圾通常包含至少产生乳酸的细菌。
当在步骤a)中在酶和微生物联合降解之前添加微生物和/或对垃圾接种时,可以使用一种或多种产生乳酸的细菌。
本领域技术人员很容易理解,用于接种的细菌制剂可以包含不同生物的群落。可以使用一种或多种天然存在的细菌,它们存在于任何给定的地理区域中,并且适于在该区域的垃圾例如MSW中繁殖。如本领域中众所周知,产生乳酸的细菌是普遍存在的,并且通常将包含垃圾例如MSW中任何天然存在的细菌群落的主要成分。
在优选实施方案中,步骤a)中的微生物处理是通过微生物组合物进行的,其中大多数活的微生物是产生乳酸的细菌,包括例如凝结芽孢杆菌。
步骤a)中的微生物处理可以通过微生物组合物来进行,其中至少10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或99%的活微生物是产生乳酸的细菌。
处理步骤a)可包括使垃圾与至少一种活的乳酸菌和/或其它微生物接触,所述微生物包括发酵生物,例如浓度约为1x105CFU/ml、1x106CFU/ml、1x107CFU/ml或9x107CFU/ml的凝结芽孢杆菌。当将这些微生物添加到垃圾中时,应以至少1x105CFU/ml,1x106CFU/ml,1x107CFU/ml或9x107CFU/ml的浓度添加。在优选的实施方案中,使这些微生物以1x106CFU/ml至9x106CFU/ml的浓度添加至和/或存在于垃圾中。
处理步骤a)可包括通过用表现出细胞外纤维素酶活性的一种或多种微生物接种来添加纤维素酶活性。
在步骤a)中,用酶组合物处理垃圾。合适的酶组合物是本领域众所周知的,并且可以商购。合适的酶组合物包含一种或多种纤维素酶和/或一种或多种半纤维素酶和/或一种或多种淀粉降解酶。合适的酶组合物是例如包含以下的组合物:纤维素分解背景组合物,与选自(i)蛋白酶、(ii)脂肪酶和(iii)β-葡聚糖酶的一种或多种酶组合;并且任选地与选自(iv)果胶酸裂解酶、(v)甘露聚糖酶和(vi)淀粉酶的一种或多种其它酶组合。
步骤a)中的处理可通过用酶组合物处理垃圾来完成,所述酶组合物包含纤维素分解背景组合物和选自(i)蛋白酶、(ii)脂肪酶和(iii)β-葡聚糖酶的一种或多种酶。步骤a)中的处理可以通过用酶组合物处理垃圾来完成,所述酶组合物包含纤维素分解背景组合物和(i)蛋白酶、(ii)脂肪酶和(iii)β-葡聚糖酶。
步骤a)中的处理可通过用酶组合物处理垃圾来完成,所述酶组合物包含纤维素分解背景组合物和选自(i)蛋白酶、(ii)脂肪酶和(iii)β-葡聚糖酶的两种或更多种的酶(例如,蛋白酶和脂肪酶;蛋白酶和β-葡聚糖酶;或脂肪酶和β-葡聚糖酶)。步骤a)中的处理可以通过用酶组合物处理垃圾来完成,所述酶组合物包含纤维素分解背景组合物和(i)蛋白酶、(ii)脂肪酶和(iii)β-葡聚糖酶,并且还包含选自(iv)果胶裂解酶、(v)甘露聚糖酶和(vi)淀粉酶的一种或多种酶。
所述纤维素分解背景组合物(CBC)可以包含选自以下的一种或多种酶:a)纤维二糖水解酶I或其变体;(b)纤维二糖水解酶II或其变体;(c)β-葡糖苷酶或其变体;和(d)具有纤维素分解增强活性的多肽和/或任何上述酶的同源物,包括上述任何酶的任何组合。
特别是,纤维素分解背景组合物可以包含纤维二糖水解酶I或其变体;纤维二糖水解酶II或其变体;β-葡萄糖苷酶或其变体;具有纤维素分解增强活性的多肽;或任何上述酶的同源物,包括上述任何酶的任何组合。
纤维素分解背景组合物可以包含选自以下的一种或多种酶:(a)烟曲霉(Aspergillus fumigatus)纤维二糖水解酶I或其变体;(b)烟曲霉纤维二糖水解酶II或其变体;(c)烟曲霉β-葡萄糖苷酶或其变体;和(d)具有纤维素分解增强活性的青霉菌(Penicillium sp.)GH61多肽;或其同源物。
纤维素分解背景组合物可包含商业纤维素分解酶制剂。适用于Renescience方法的商业纤维素分解酶制剂的实例包括,例如,CTec(Novozymes A/S)、CTec2(Novozymes A/S)、CTec3(Novozymes A/S)、Cellic CTec RE(Novozymes A/S)、(Novozymes A/S)、NOVOZYMTM188(Novozymes A/S)、SPEZYMETMCP(Genencor Int.)、ACCELLERASETMTRIO(DuPont)、/>NL(DSM)、/>S/L 100(DSM)、ROHAMENTTM7069W(/>GmbH)或/>CMAX3TM(Dyadic International,Inc.)。
纤维素分解酶制剂的添加有效量为约0.001重量%至约5.0重量%的固体,例如约0.025至约4.0重量%的固体,或约0.005至约2.0重量%的固体。
任何“辅助活性9多肽”或“AA9”多肽都可以用作酶组合物的组分。
蛋白酶可以以0-20%w/w的比率存在,例如,占总酶蛋白的10%w/w。Β-葡聚糖酶可以以0-30%w/w的比率存在,例如,占总酶蛋白的15%w/w。果胶裂解酶可以以0-10%w/w的比率存在,例如,占总酶蛋白的5%w/w。甘露聚糖酶或淀粉酶可以以0-10%w/w的比率存在,例如,占总酶蛋白的5%w/w。纤维素分解酶共混物可以以40%-99%w/w的比率存在,例如,占总酶蛋白的50%-90%w/w,例如60%-80%w/w,例如65-75%。
酶组合物可以进一步包含选自以下的一种或多种酶:纤维素酶、AA9多肽、半纤维素酶、纤维素诱导蛋白(CIP)、酯酶、扩张蛋白、木质素分解酶、氧化还原酶、果胶酶、蛋白酶和swollenin。
所述半纤维素酶可以是选自木聚糖酶、乙酰木聚糖酯酶、阿魏酸酯酶、***呋喃糖酶、木糖酶和葡糖醛酸酶的一种或多种酶。
可以在高于20℃到最高75℃的温度下,根据步骤a)在进行微生物发酵的同时,对垃圾的可生物降解部分进行酶水解,从而对垃圾的可生物降解部分进行液化和/或糖化并积累微生物代谢产物。
根据处理步骤a)的方法可以在20至75℃、30至70℃、40至60℃、45至55℃和/或约50℃的温度下进行。
在引发酶水解之前调节垃圾如MSW的温度可能是有利的。如本领域众所周知,纤维素酶和其它酶通常表现出最佳的温度范围。尽管从最佳温度约为60℃或甚至70℃的极端嗜热生物中分离出的酶的实例是确定已知的,但是酶最佳温度范围通常落在35℃至55℃的范围内。酶水解可以在30至35℃、或35℃至40℃、或40℃至45℃、或45℃至50℃、或50℃至55℃、或55℃至60℃、或60℃至65℃、或65℃至70℃、或70℃至75℃的温度范围内进行。
在加热期间搅动以获得均匀加热的垃圾可能是有利的。搅动进一步实现了引入机械能以在垃圾和垃圾混合料中产生剪切力。搅动可包括自由降落混合,例如在具有沿基本水平轴旋转的腔室的反应器中、或在具有提起垃圾例如MSW的旋转轴的混合器中、或在具有提起垃圾例如MSW的水平轴或桨叶的混合器中混合。搅动可以包括振荡、搅拌或通过运输螺旋输送机输送中的一种或多种。在将垃圾例如MSW已加热到所需温度后,可继续搅动。
步骤a)中的生物反应器可调适成处理高于1、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50吨垃圾/小时。
垃圾例如MSW可具有的干物质(DM)含量为10-90;20-85;30-80;40-75;50-70;或55-65%(w/w);和/或大约10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85或90%(w/w)。
可以在不同的时间点确定垃圾的DM含量。垃圾的DM含量的测量或评估可以在(i)在步骤a)中进入生物反应器之前,例如在垃圾坑或转运站中进行;(ii)在步骤a)中进入生物反应器的垃圾进行所述酶和微生物联合处理开始时进行;和/或(iii)在通过一个或多个固/液分离步骤提供步骤a)中获得的生物液体之前进行。
因此,可以在以下一个或多个时间点测量或评估垃圾中的DM含量:(i)在步骤a)中进入生物反应器之前;ii)在步骤a)中进入生物反应器的垃圾进行所述酶和微生物联合处理开始时;(iii)在通过一个或多个固/液分离步骤提供步骤a)中获得的生物液体之前。
实际上,尽管要处理的垃圾的组成有所不同,但在步骤a)中添加相对恒定质量比例的水(包括水溶液)是很方便的。例如,当要处理的垃圾是城市固体垃圾(MSW)时,每千克MSW添加0.8至1.8千克水,或每千克MSW添加0.5至2.5千克水,或每千克MSW添加1.0至3.0千克水将是方便的。因此,在处理过程中垃圾(或MSW)的实际非水含量可在适当范围内变化。
步骤b)是分离步骤,其中将生物液体与不可降解的部分分离。结合回收,清洁并有效地利用垃圾(例如MSW)的可降解组分,通常需要某种分类或分离方法,以将可降解物质与不可降解物质分离。步骤b)中的分离可以通过本领域已知的任何方式进行,例如在冲击式分离机、洗涤鼓和/或液压机中。在一个实施方案中,分离在酶水解之前进行。液体和固体的分离可以例如在不同的压榨机(例如螺杆和/或活塞压榨机)中进行,或例如使用更简单的筛分功能进行。冲击式分离机通常用于将固体分离为2D和3D部分,其次才是液体分离。
步骤b)可以在生物反应器中的酶和微生物联合处理之前、之中或之后进行,其中在一个实施方案中,所述步骤b)在酶和微生物联合处理期间进行的同时,也可以在生物反应器中所述酶处理之后但在所述微生物处理之前进行。
可以通过多种方法将垃圾的液化和/或糖化的可发酵部分与不可发酵的固体分离。可以使用一种分离操作或至少两种不同分离操作的组合,包括但不限于螺旋压榨机操作、冲击式分离机操作、振动筛操作或本领域已知的其它分离操作。
分离
在该步骤中,将生物液体与不可降解的部分分离。分离通常由一个或多个分离步骤装置进行,其可以示例性地由一个或多个冲击式分离机、筛子、洗涤鼓、压榨机和/或液压机中的一些进行。所述一个或多个分离装置将经酶和微生物联合作用处理的垃圾例如MSW分离成生物液体、一部分2D材料(例如不可生物降解)和一部分3D材料(例如不可生物降解)。3D部分(例如罐头和塑料瓶)不结合大量生物液体,因此单一的清洗步骤通常足以清洗3D部分。2D部分(例如纺织品和金属箔)通常结合大量的生物液体。因此,通常使用例如螺旋压榨机挤压2D部分,清洗并再次挤压以优化生物液体的回收率,并获得更加干净干燥的2D部分。通常从生物液体中去除例如,筛除为沙子和玻璃的惰性材料。通常从所有提到的部分中除去金属。可以将一个或多个洗涤鼓中使用的水再循环并加热,然后用于第一步中加热垃圾。2D部分可以进一步分离为可回收物和/或残留物,例如SRF(固体回收燃料)、RDF(垃圾衍生燃料)和/或惰性材料。3D部分也可以进一步分离为可回收物和/或残留物,例如金属、3D塑料和/或RDF。
步骤c)是指厌氧消化(AD),这是一系列生物过程,其中微生物在没有氧气存在的情况下分解可降解材料。最终产品之一是沼气,沼气可以燃烧产生电和/或热,或者可以加工成可再生的天然生物甲烷气体和/或运输燃料。现有技术中存在多种用于将垃圾转化成沼气的厌氧消化技术,所述垃圾例如城市固体垃圾、城市废水固体、食物垃圾、高强度工业污水和残留物、脂肪、油和油脂(FOG)和其它各种有机垃圾流。许多不同的厌氧消化器***是可商购的,本领域技术人员将熟悉如何应用和优化厌氧消化过程。参与厌氧消化的微生物群落的代谢动力学很复杂。在生产甲烷沼气的典型厌氧消化(AD)中,由微生物介导的生物过程实现了四个主要步骤-将生物大分子水解为组成的单体或其它代谢产物;产酸,由此产生短链烃酸和醇;产乙酸,由此将可利用的营养物质分解代谢为乙酸、氢和二氧化碳;和产甲烷,由此通过专门的古生菌将乙酸和氢分解代谢为甲烷和二氧化碳。水解步骤通常是限速的并且取决于生物质的类型。在生物液体中,产甲烷菌限制了处理速度。此外,从AD获得消化物,其包含固体部分和液体部分(废水),特别是包含具有可分离的悬浮颗粒的水状液体。
为了使常规的AD方法有效地起作用,pH通常应保持在6.0至9.0,优选在6.5至8.3。这在很大程度上可能受到沼气中产生的二氧化碳的影响。该过程本身通过产生/释放HCO3 -和NH4 +来产生pH缓冲液(碱性浓度)。通过保持高碱性浓度可以增加稳定性。pH的降低可能归因于有机酸中间体的积累,通常是由于降低了产甲烷菌将那些垃圾转化为沼气的能力的垃圾的存在,这是因为抑制了将先前过程产物产甲烷转化成沼气。随着蛋白质分解,被动释放了氨。碳酸氢盐是平衡碱度和pH值的主要缓冲剂。碳酸氢盐与甲烷在同一过程中产生。氨离子可以由蛋白质分解释放到液体中。氨始终是液体中氨与铵离子的平衡。当温度升高时,可以得到更多的游离氨,其可以在适当的浓度下作为产甲烷菌抑制剂。
乙酸盐和乙酸与甲烷的直接前体相同。在此过程中,乙酸盐被去除并转化成甲烷。仅当该过程不平衡且产甲烷微生物无法去除产生的乙酸盐时,pH才下降。这明确意味着pH降低仅是症状-问题在于无法转化乙酸盐。底物的糖含量影响所得沼气的甲烷百分比。
为了例如在实验室分批式消化器中,确保保持适当的pH值,可以在消化批次开始时添加碱度。常见的碱性添加剂包括碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钾、硝酸钠和无水氨。因此,从AD过程中释放的AD消化物是碱性的。
AD消化物或其碱性部分可用于将生物反应器中的pH调节至约4.5至6,从而使酶和微生物联合降解的过程保持连续进行。在步骤c)中获得的AD消化物或其碱性部分可以包含以下中的一种或多种或由以下一种或多种组成:i)废水,ii)从AD消化物和/或废水获得的净化水部分和/或iii)盐水。
由于消化物(以及因此AD消化器内容物)大部分是碱性的,因此不能用于向下(只能向上)调节生物反应器的pH值。在由乳酸菌和/或其它微生物将生物反应器的pH值初始降至5以下之后,这可能是一个优点,因为AD水抵消生物反应器中pH值的进一步下降,从而增强糖向乳酸转化的能力。
在本领域中众所周知,三大类微生物有助于在酶和微生物联合处理期间以及随后的厌氧消化过程中,垃圾中可生物降解的有机物质向CH4和CO2的转化。发酵微生物通过经胞外酶水解以及随后水解产物的发酵,将有机物质转化为短链脂肪酸(特别是乳酸)。发酵过程的其它产物是乙酸、醇、CO2和H2。发酵和产酸细菌的最终产物(乳酸、甲酸、乙酸和H2)通过产甲烷微生物被转化为CH4和CO2。在一些实施方案中,产甲烷微生物可以包含属于古生菌域的微生物。
步骤c)中的厌氧消化可以包括在受控的曝气条件下操作的一个或多个反应器,以消除或最小化可利用的氧气,其中在包括该***的每个反应器中产生甲烷气体。AD反应器可以但不必与在步骤a)中的生物反应器是同一垃圾处理厂的一部分,并且可以但不必与步骤a)中的生物反应器连接。而且,AD处理可以是固定过滤器***的形式。固定过滤器厌氧消化***是这样的***,其中厌氧消化聚生体任选地固定在物理支撑基质上的生物膜内。
步骤c)中获得的AD消化物或其碱性部分可以通过使用一个或多个包括用于微生物膜的附着装置的厌氧消化器来提供。
步骤c)中获得的AD消化物或其碱性部分可以通过使用包含载体基质的装置来提供。
步骤c)中获得的AD消化物或其碱性部分可以通过使用WO2016050893中公开的消化器来提供。
使用“环境”微生物或使用选择性“接种”的微生物,在嗜热条件下例如高于约45℃下酶水解的同时促进微生物发酵改善了“有机捕集”。即,同时进行的嗜热微生物发酵安全地增加了生物液体的有机产率。对于本发明,液化和发酵在环境微生物生存的温度下进行,但是具体温度取决于要处理的垃圾的具体种类和/或要获得的最终产物。
除了改善酶水解中的“有机捕集”之外,使用乳酸菌或产生乙酸盐、乙醇、甲酸、丁酸盐、乳酸盐、戊酸盐或己酸盐的微生物的任意组合同时进行微生物发酵,“预调节”了生物液体,使其更有效地用作进一步处理例如生产生物甲烷的底物。相对于仅由酶液化产生的生物液体,微生物发酵产生的生物液体相较于悬浮固体,具有通常增加的溶解百分比。垃圾中有机物的转化优选包括至少产生乳酸的细菌。所得的包含高百分比微生物代谢物的生物液体提供了生物甲烷底物,一种适合于厌氧消化以产生沼气的底物。
厌氧消化(AD)是一系列生物过程,其中微生物在没有氧气存在的情况下分解可降解材料。最终产物之一是沼气,沼气可以燃烧产生电、热,和/或可以加工成可再生的天然气体和/或运输燃料。现有技术中存在多种用于将垃圾转化成沼气的厌氧消化技术,所述垃圾例如城市固体垃圾、城市污水固体、食物垃圾、高浓度工业废水和残留物、脂肪、油和油脂(FOG)和其它各种有机垃圾流。许多不同的厌氧消化器***是可商购的,本领域技术人员将熟悉如何应用和优化厌氧消化过程。参与厌氧消化的微生物群落的代谢动力学很复杂。在生产甲烷沼气的典型厌氧消化中,由微生物介导的生物过程实现了四个主要步骤-将生物大分子水解为组成单体或其它代谢产物;产酸,由此产生短链烃酸和醇;产乙酸,由此将可利用的营养物质分解代谢为乙酸、氢和二氧化碳;和产甲烷,由此通过专门的古生菌将乙酸和氢分解代谢为甲烷和二氧化碳。
AD产生消化物,有时称为“粗消化物”或“AD消化物”或“AD流出物”。这些术语可以互换使用,是指厌氧消化的废物。消化物包括固体和液体,这些部分可用于各种用途。固液分离可以例如通过倾析、离心和/或沉淀来完成。通常,消化物主要包含水,其中来自AD的粗消化物的总固体含量为约4-8%,且在脱水后,固体消化物的总固体含量为25-30重量%,其余为水。它还包含不可降解的有机物、悬浮固体和溶解的物质如离解的盐,并且具有碱性pH值。废水定义为对AD消化物进行一次或多次固液分离后获得的液体部分。
厌氧消化产生的消化物的标准至少可以在化学、生物学和物理学三个方面进行评估。需要从重金属和其它无机污染物、持久性有机化合物以及诸如氮、磷和钾等常量元素的含量方面来考虑化学质量。
堆肥的物理标准主要包括外观和气味因素。虽然物理污染通常不对人类、植物或动物的健康造成问题,但污染(以塑料、金属和陶瓷的形式)会引起公众负面的看法。当前出现了关于天然资源中终止微型和可见塑料的公开争论,这些塑料被动物食用或被缠住,可能会引起健康问题。而且,锋利的材料(例如玻璃或金属)当在自然界中使用(用于施肥或土地恢复应用)时,由于存在切割的危险而被认为是一个问题。即使堆肥是高质量的并且满足所有标准,公众仍然对基于垃圾的堆肥持负面看法。可见污染物的存在提醒用户这一点。
原料的质量控制是确保最终产物质量的最重要方法。在供应之前,应尽可能全面地表征送达现场的垃圾的含量和质量。
可持续解决方案
由于道路的劣化对于城市和国家来说是一个持续的问题,因此需要提供经济的铺路材料,所述铺路材料具有添加剂和任选存在的填料,其改善沥青混合料组合物的质量和性能,例如,路面厚度、所述沥青混合料的组成及其通过车轮追踪确定的车辙深度、刚度模量和水敏性,以及粘合剂的性能如软化点和针入度、以及其它参数/性能,例如疲劳开裂性能和老化性能。
对环境和全球变暖显著且合理的关注导致迫切需要解决预防和纠正措施,以尽可能多地减少碳排放以及工业或家庭环境产生的不可再使用的或有毒的残留物的处置。需要提高这些残留物的再循环率,因此需要进一步研究该领域中可以做些什么。先前已经完成了在沥青组合物中掺入几种废料本身,例如塑料、污水污泥和其它材料。废料和污泥通常包含有机物、水和无机物作为主要成分。
但是,与不包含废料的沥青组合物相比,这些现有技术的沥青组合物远未达到所期望的性能,即,不能保持或改善沥青组合物的质量和/或安全性。实际上,这些性能,特别是那些影响沥青持久性的性能经常受到损害。
因此,明确了进一步的需求是提供用于回收利用残留物的可持续解决方案,所述残留物例如消化物,例如来自城市固体垃圾(MSW)处理的垃圾衍生的消化物,MSW处理包括通过添加一种或多种酶将MSW的有机部分液化。
发明内容
本发明提供一种解决方案,其基于用消化物添加剂代替沥青混合料组合物所包含的粘合剂或粘合剂组合物的至少一部分,所述粘合剂或粘合剂组合物优选为沥青或聚合物改性的沥青。所述沥青混合料组合物还包含一种或多种骨料且可包含一种或多种其它组分,例如一种或多种填料和/或一种或多种添加剂。
在第一方面,本发明提供一种沥青混合料组合物,其包含一种或多种粘合剂、一种或多种骨料、任选存在的一种或多种填料和/或添加剂,其中所述至少一种添加剂是消化物。
在第二方面,提供包含消化物灰分作为填料的沥青组合物。
在第三方面,本发明提供一种制造所述沥青混合料组合物的方法。
在第四方面,本发明提供消化物添加剂和包含所述消化物添加剂的粘合剂用于建设道路和人行道的用途。本发明还涉及使用消化物添加剂制备沥青混合料组合物例如用于道路建设。
在优选的实施方案中,本发明的沥青混合料组合物通过用于制备沥青混合料组合物的现有技术方法以及用消化物添加剂代替至少一部分粘合剂,优选沥青而获得,其中,例如,包含所述粘合剂的沥青混合料组合物的高达约70%(w/w)被消化物添加剂代替。
沥青主要用于铺路,因为它的可加工性使道路易于施工,但是在其变冷时表现为弹性固体,使最终的沥青混合料组合物具有内聚力,因此支撑并抵抗正常交通的作用力和载荷。
所述消化物添加剂可以是任何类型的消化物,包括源自AD过程的消化物。在优选的实施方案中,消化物添加剂在本文中定义为:消化物添加剂、消化物灰分、污水污泥消化物添加剂、工业垃圾消化物添加剂和/或食物垃圾消化物添加剂,包含这些消化物中的仅一种或其中至少两种的组合。
在另一个优选实施方案中,消化物添加剂源自AD过程,其中底物是通过生物处理(例如酶处理和/或微生物处理)垃圾组合物例如MSW产生的。
因此,鉴于现有技术,本发明的沥青混合料组合物提供以下至少两个主要优点:
1)回收利用消化物的可持续解决方案;
2)沥青混合料组合物的性能得到改善或保持,例如在与所述沥青混合料组合物的耐久性、安全性和表现性能有关的相关质量评估性能中,车轮车辙、刚度模量、路面层的水敏性或厚度,以及所述沥青组合物所包含的粘合剂的性能,例如软化点、针入度和抗老化性。
令人惊讶地发现,当用占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂代替根据本发明的沥青混合料组合物的粘合剂时,实现了上述性能(2)的保持或改善。因此,可以制备沥青混合料组合物,其中,可用占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%-1%、1%-5%、5%-10%、10%-15%、15%-20%、20%-25%、25%-30%、30%-35%、35%-40%、40%-45%、45%-50%、50%-55%、55%-60%、60%-65%或65%-70%或这些范围的任何组合的消化物添加剂代替粘合剂例如沥青。
附图说明
图1-由几层不同材料组成的路面的示意图。
图2-技术的代表性视图。
图3-技术的实例/>
图4-含有和不含消化物添加剂(0重量%-15重量%)的沥青的抗车辙参数
图5-含有和不含消化物添加剂(0重量%-15重量%)的沥青的疲劳开裂参数
图6-含有和不含消化物添加剂(0重量%-15重量%)的沥青的老化指数
具体实施方式
在第一方面,本发明提供一种沥青混合料组合物,其包含一种或多种粘合剂、一种或多种骨料、任选存在的一种或多种填料和/或添加剂,其中所述至少一种添加剂或填料是消化物。
在第二方面,本发明提供一种制造所述沥青混合料组合物的方法,并且在第三方面,提供消化物添加剂用于制造沥青混合料组合物和/或用于修建道路和人行道的用途。
消化物添加剂(Digestate Additive)的制备
消化物添加剂由用/>技术处理的未分类的城市固体垃圾(MSW)制备,所述/>技术包括用例如一种或多种添加的酶进行酶处理,然后进行厌氧消化,如WO2014/198274和WO2013/18778中所述。
垃圾精炼厂的理念是将垃圾如MSW分类为不同的部分,例如以下所列的四个部分所示:
(i)生物浆料,也称为生物液体,适用于生产生物甲烷和其它过程,
(ii)用于回收利用的惰性材料,例如玻璃和沙子,
(iii)“二维”(2D)部分和
(iv)“三维”(3D)部分,2D和3D部分都包含无机材料,其适用于生产垃圾衍生燃料(RDF)和固体回收燃料(SRF),以及回收利用金属、塑料和木材。
从城市地区收集MSW。MSW被运送到垃圾精炼厂,在那里,其直到处理前都被储存在垃圾坑中。
将具有添加的酶的垃圾在称为“生物反应器”的反应器中培养,该反应器类似于WO2011/032557中所述,其将MSW从输入端连续移动到输出端。
收集由有稳定沼气产生的厌氧消化得到的粗消化物,并将其储存在-18℃的冰箱中,直到需要进一步测试。在本发明的范围内,粗消化物无需在使用前进行冷冻。
然后将冷冻的消化物如实施例1.1中所述进行处理,并分离成液相和固体消化物。将固体消化物例如在105℃下干燥直至质量恒定。
食物垃圾消化物添加剂的制备
使用现有技术的厌氧消化(AD)***对食物垃圾进行厌氧消化,从而制备食物垃圾消化物添加剂。固体食物垃圾消化物例如可以从操作混合食物垃圾原料的工业厌氧消化厂获得。“固体消化物”包含约25%的总固体含量,即,其是湿的,不能在沥青中使用。在将食物垃圾消化物干燥至水分含量低于10%且通常磨成粉末之前,其不是适合的“食物垃圾消化物添加剂”。“食物垃圾消化物添加剂”可以是例如直径为1-10毫米的小丸和/或颗粒的形式。
食物垃圾原料可以包括多种材料,所有这些材料通常都是按来源分类的可生物降解垃圾,符合《厌氧消化质量协议(Anaerobic Digestate Quality Protocol)》中可接受的垃圾–同样参见实施例1.2。
污水污泥消化物添加剂的制备
固体污水污泥消化物可以例如从较大的城市市政废水处理厂获得。废水经过典型的废水处理,产生初沉污泥和二沉污泥,从而产生污水污泥消化物,将其在废水处理厂脱水。
固体污水污泥消化物通常在例如在105℃下干燥直至质量恒定之前收集并储存–同样参见实施例1.3。
其它类型的消化物添加剂的制备
消化物添加剂可以是来自对选自以下组的一种或多种垃圾/原料进行现有技术的厌氧消化的消化物:
家庭垃圾、污水污泥、一般食物垃圾、工业垃圾、纤维素垃圾、植物垃圾、动物垃圾、动物食品垃圾、蔬菜食品垃圾、纸张和/或纸箱垃圾、纺织品垃圾、来自诸如餐饮业、食品加工业、一般工业等行业的垃圾部分、来自造纸工业的垃圾部分、来自回收设施的垃圾部分、来自食品或饲料工业的垃圾部分、来自医药或制药工业的垃圾部分、来自医院和诊所的垃圾部分、来自农业或农业相关部门的垃圾部分、来自加工富含糖或淀粉产品的垃圾部分、污染的或以其它方式变质的农产品例如不可用于食品或饲料用途的谷物、土豆和甜菜,花园垃圾、银币原料(argent feed stock)例如富含脂肪酸的原料和淀粉工业原料。
在沥青混合料组合物中混合消化物添加剂和粘合剂
本文提供一种制造包含消化物添加剂的沥青混合料组合物的方法,该方法包括以下步骤:
a)提供消化物添加剂;
b)提供一种或多种骨料和任选存在的一种或多种填料;
c)提供一种或多种粘合剂;
d)将一种或多种骨料、任选存在的一种或多种填料和一种或多种粘合剂与消化物添加剂混合以获得沥青混合料组合物,
其特征在于:
(i)所述消化物添加剂通过以下获得:将包含有机物的垃圾例如普通未分类和/或分类/部分分类的家庭垃圾与水、酶以及任选存在的微生物混合以液化和/或糖化有机垃圾例如食物垃圾、纸板、纸张、标签和类似物,并将其转变为可用于通过厌氧消化过程生产沼气的生物液体;并且通常其中:
(ii)当不干燥时,将骨料和任选存在的填料在例如约110±15℃下干燥,以达到质量恒定;
(iii)然后将骨料和任选存在的填料进行混合,优选以符合根据EN 13108-1:2016的AC20 Dense Bin 40/60的要求;
(Iv)粘合剂通常例如在1至12小时内,优选4至8小时内加热至例如约155±25℃,并搅拌;
(v)将一种或多种骨料与消化物添加剂混合以达到占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%,5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂的所需浓度;
(vi)将粘合剂加入到混合物中,并通常混合直到所述一种或多种骨料完全被所述一种或多种粘合剂涂覆。
混合容器可以预先加热,例如到约155±25℃,并将得到的沥青混合料组合物进一步压实。
为了测量沥青混合料组合物的车辙,如实施例4.1中所述,根据EN 12697-33,压实可以例如使用在垂直滑动钢板上运行的压辊通过碾压压实进行,以产生直径200mm的样品。
为了测量沥青混合料组合物的水敏性,如实施例4.2中所述,根据EN 12697-30:2012,压实可以例如通过每侧击打50次进行。
为了测量间接张力以确定沥青混合料组合物的刚度模量,如实施例4.3中所述,根据EN 12697-31:2007,压实可以例如通过旋转压实进行。
所述粘合剂优选是沥青或聚合物改性的沥青(PmB)或其混合物。
用消化物添加剂进一步改性的聚合物改性沥青(PmB)
通过添加聚合物,例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS),进行了主要的沥青粘合剂改性,所述聚合物具有增强的沥青粘合剂使用性能,例如机械阻力、温度敏感性、粘合性和弹性。然而,与沥青有关的这些石油衍生产品的高价格限制了其在沥青基质中的浓度。
为了解决这些价格限制,在保持机械和流变改性的粘合剂性能的同时,减轻聚合物生产中产生的有害排放,应研究添加新的添加剂。
聚合物改性的沥青可通过用“热塑性弹性体”改性沥青而获得,所述“热塑性弹性体”是指包括诸如以下的化合物:苯乙烯-丁二烯弹性体(SBE)、线性或径向(radial)苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SBS)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯弹性体(SIS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、异丁烯-异戊二烯无规共聚物(IIR)、聚异丁烯(PIB)、聚丁二烯(PBD)、聚异戊二烯(PI),包括其任何组合。
此外,已发现沥青改性剂易于掺入沥青中并达到粘度值,从而允许使用常规的沥青工厂和摊铺设备来制造、摊铺和压实沥青混合料组合物。另外,改性的沥青可稳定储存,从而避免在储存粘合剂罐中的沉降问题以及其它性能,例如抗紫外线辐射、热敏感性和防水性能。
已观察到,用占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂进一步改性的聚合物改性沥青,根据EN 13398,使包含其的沥青组合物的弹性回复率增加超过50%。此外,用消化物添加剂进一步改性的所述聚合物改性沥青的内聚力高于2J/cm2
定义
在本发明的上下文中,术语“骨料”或“填料”可以互换使用,并且意指包括沥青中最大的成分,通常但不排他地例如92-96质量%。骨料的类型、其矿物学以及物理和化学性质被认为对沥青性能具有重大影响。可以根据国家或地区标准,例如EN 13043(BSI,2002),规定用于符合欧洲沥青混合料组合物的合适的骨料及其性能。该标准将骨料定义为“用于建筑的颗粒材料”,并将其分为以下三种类型之一:(i)天然骨料,(ii)加工骨料,(iii)再生骨料,如下所述:(i)天然骨料:“来自仅经过机械加工的矿物来源的骨料”(例如碎石,沙子和砂砾,通常被称为主要骨料);(ii)加工的骨料:“由涉及热或其它改性的工业过程产生的矿物来源的骨料”(例如高炉矿渣);和(iii)再生骨料:“由先前用于建筑的无机或矿物材料加工产生的骨料”(例如再生沥青)。
可通过粒度的描述对骨料进一步分类:(i)粗骨料:基本保留在2mm的测试筛上;(ii)细骨料:基本通过2mm的测试筛;(iii)全部骨料:粗骨料和细骨料的组合;(iv)填充骨料:基本通过0.063mm的测试筛。适合作为骨料的岩石类型包括(i)火成岩、(ii)沉积岩和/或(iii)变质岩。近年来,环保意识的提高不仅引起了人们对回收利用的兴趣,而且还引起了人们对道路建设中所谓的“二次骨料”材料例如板岩废料、陶土废料和PFA/粉煤灰的使用的相当大的兴趣。这些材料中许多具有适当的技术性能的材料,被用作填充料、封盖料或底基骨料,最近的发展已看到板岩和陶土废料用作沥青混合料组合物中的骨料。
压碎的混凝土也用于填充、加盖或底基层,而在维护过程中从现有道路清除的旧沥青可用作新沥青混合料组合物中“骨料”的一部分。为了用于筑路,实际上为了大多数土木工程的使用,必须严格控制骨料的质量。
对于道路,最重要的性能是:
尺寸:骨料混合物的“等级”表示混合物中不同标准尺寸的比例,并在很大程度上决定了其主要性能;
形状:这对于骨料层的机械互锁很重要;“薄片度”(flakiness)是单个碎屑成楞角程度的度量,但优选大致等维颗粒;
强度:抗压碎/断裂性;
表面特征:对于在表面层中使用的骨料,要确保足够的防滑性和耐磨性,重要的要求是在交通条件下具有良好的耐“抛光”性和耐磨性。
这些性能分别用石料磨光值(PSV)和骨料耐磨值(AAV)来表征。现在,欧洲标准BSEN 13043中给出了用于沥青的骨料的规范,而BSI公布的文件PD 6682-2中给出了使用该标准的指南。大多数骨料性能测试方法都规定在欧洲标准BS EN 932和BS EN 933的各个部分中。
在相关的特定道路建筑产品的相关欧洲或英国标准(或其它规范)中,找到了对使用这些测试的质量的适当限制。
本文所用的术语“约”通常是指数量或范围,相对于所指的数量或范围而言,可以指+/-1、2、5%或甚至10%。“约”、“周围”、“大约”或符号“~”可以互换使用,并且意在包括本领域中普遍接受的变化,例如,包括分析误差等。因此,“约”还可以指示本领域中通常遇到的测量不确定性,其可以为大约例如+/-1、2、5、10、20甚至50%的大小。
在本发明中,“添加剂”或“填料”可以互换使用。“填料”通常是添加的惰性材料,以减少其它更昂贵或难以使用或具有挑战性的材料(例如Renescience消化物灰分)的量。“添加剂”通常是活性组分,其改善了包含它(例如,Renescience消化物添加剂)的沥青组合物的性能。本发明中所述的任何消化物添加剂也可以充当填料,而不改变包含它的沥青组合物的性能。
“厌氧消化器消化物”或“AD消化物”定义为来自于用于产生沼气和从生物液体中去除有机内容物的厌氧消化(AD)的残余输出物。厌氧消化器可在用于产生沼气的厌氧条件下用微生物持续处理例如来自市政、工业和/或农业生产的有机垃圾。通常,“AD消化物”具有碱性pH,并且包含低水含量、不可降解的有机物、悬浮的固体和溶解物质如解离的盐。
“厌氧消化***”或AD***是指包括在厌氧条件下运行的一个或多个反应器的发酵***,其中在每个反应器中产生甲烷气体。产生甲烷气体至在“AD***”中发酵混合物的水相中溶解的甲烷浓度在所用条件下达到饱和的程度,并从***中排放出甲烷气体。“AD***”可以是固定过滤器***。“固定过滤器AD***”是其中厌氧消化微生物菌群任选地固定在物理支撑基质上的生物膜内的***。
在本发明的上下文中,术语“一种或多种消泡剂”是指包括一种或多种通常基于硅酮的化合物和/或组合物,例如活性硅酮聚合物、硅氧烷聚合物、有机改性的硅氧烷,还包括非硅酮化合物/组合物,所述非硅酮化合物/组合物包括基于聚丙烯的聚醚分散体、脂肪酸型消泡剂、非离子型乳化剂。多种消泡剂是可商购的,并且在基于沥青和/或沥青混合料的应用中能有效预防和/或减少泡沫和/或显著降低泡沫的半衰期。
在本发明的上下文中,术语“活性组分”旨在包括例如一种或多种分散剂、一种或多种表面活性剂、一种或多种水溶助长剂、一种或多种乳化剂、一种或多种防腐剂、一种或多种消泡剂、一种或多种粘度改性剂、一种或多种反应性聚合物及其任何组合。
为了本发明的目的,沥青组合物、沥青混凝土、沥青混合料组合物、沥青混合料、沥青混合物、沥青路面或仅沥青是指组合物,其包含以不同的量和相对的百分比的至少一种骨料、任选存在的至少一种填料、至少一种添加剂和至少一种粘合剂例如沥青和/或其它物质。术语“沥青”在本文中也用于描述至少沥青粘合剂和骨料的广泛混合料,其单独称为热轧沥青(HRA)、石胶泥沥青混凝土(SMA)、专有薄路面(proprietary Thin Surfacing)、沥青砂胶、沥青混凝土等,可用于建造和维护摊铺区域。沥青路面经常被描述为柔性路面,这意味着它们能够吸收交通和天气造成的应力而不开裂。根据本发明的沥青混合料适合于修建道路、人行道和摊铺区域、屋顶、停车场、室内驾驶区、步道、休闲区例如网球场或游乐场、农业用途例如农场道路或动物隔间、飞机场、跑道和进出通道、硬地面、仓储区、水力应用例如大坝建设、海岸防护等等。
顾名思义,粘合剂用于沥青混合料组合物时,将骨料颗粒粘合成粘性混合物,同时在加热时使颗粒润滑以有助于压实。根据混合料的类型及其最终用途,粘合剂的用量通常将占混合物质量的3%至9%。沥青粘合剂的特征是黑色、粘稠和具有热塑性,即加热时它们变得更柔软且更具流动性,而冷却时又***。
从某些类型的原油精炼得到的石油沥青是主要的粘合剂。沥青以几种不同的形式产生:
摊铺级沥青,相对较硬的沥青,用其允许的针入度值范围表示(例如40/60、100/150针入度),这是在25℃的温度下,在100克的载荷下5秒内用标准针刺入沥青中的深度,以十分之一毫米为单位;
硬质摊铺级沥青,“较硬”等级的沥青(10/20和15/25针入度),用于交通流量极大和/或被施加高载荷的高速公路沥青,通常用于基层沥青和粘合剂层沥青中,例如EME2;
稀释沥青,其中通过将其与挥发油混合(混合通常在沥青厂的搅拌机中进行),使摊铺级沥青的粘度降低,以使其在较低的温度下比摊铺级沥青更方便使用。使用稀释沥青生产的沥青主要用于临时复原;
沥青乳液,其中摊铺级沥青以很小的珠粒形式分散在水中,再次使其比摊铺级沥青更方便冷使用或与某些乳液一起在更低的温度下使用;沥青通过使用特殊的乳化剂保持悬浮;
改性沥青,与合适的改性剂如聚合物混合的沥青,以为使用它们的沥青混合料组合物提供增强的性能;
沥青混合料,即,沥青和特立尼达湖沥青(TLA)的混合料,通常在沥青厂混合。
其中,到目前为止,最常用于生产沥青混合料组合物的沥青是摊铺级沥青,选择实际的针入度以适合用于要铺的表面。最近,已经引入了专门开发的沥青乳液,用于生产高强度的冷拌沥青,以代替传统的热混合料。在新的沥青表面层下以及在某些情况下在其它沥青层之间,乳液也用作粘结涂层。较少粘性的稀释沥青用于制作修补材料,使用前应存放一段时间。
对于摊铺(针入度)级沥青,BS EN 12591规定了各种沥青等级,BS 3690第1部分规定了稀释沥青,以及BS 3690第3部分规定了沥青/TLA混合料。在沥青混合料组合物的英国标准中主张了适合不同沥青用途的合适的等级(参见下文)。BS EN 13808(阳离子)和BS434第1部分(阴离子)中规定了各种等级的沥青乳液。
涵盖改性沥青的欧洲规范为BS EN 14023。这些粘合剂中的大多数是作为专有材料生产的,其选择基于过去的经验和混合料的所需最终性能。
在本发明的上下文中,术语“沥青”也意在包括精炼原油产生的烃产物。这通常是通过在精炼过程中从原油中去除较轻的馏分(例如液态石油气、汽油和柴油)来实现的。在北美,沥青(bitumen)通常被称为沥青粘合剂或沥青混合料(asphalt),这有时可能给定义带来不确定性。
“可生物降解的物质”是指可以被微生物和/或酶部分或完全降解为简单的化合物例如单糖、二糖和/或寡糖、氨基酸和/或脂肪酸的有机物质。可生物降解的物质通常是为微生物提供营养的有机物质,例如单糖、多糖或寡糖、脂肪和/或蛋白质。这些物质数量和种类太多,以至于大量化合物可被生物降解,包括烃(油)、多环芳烃(PAH)、多氯联苯类(PCB)和药物。微生物分泌生物表面活性剂即一种细胞外表面活性剂来增强此过程。
“生物液体”是通过包含有机物的垃圾的酶水解而获得的液化和/或糖化的可降解成分。生物液体还指一旦与不可发酵的固体分离后,通过包含有机物的垃圾的酶水解而获得的液体部分。生物液体包括水和有机底物例如蛋白质、脂肪、半乳糖、甘露糖、葡萄糖、木糖、***糖、乳酸盐、乙酸盐、乙醇和/或其它成分,取决于垃圾的组成(诸如蛋白质和脂肪的成分可以是可溶和/或不可溶的形式)。生物液体还包括纤维、灰分和惰性杂质。所得的包含高百分比微生物代谢物的生物液体为产生气体提供了底物—一种适合于厌氧消化例如用于产生沼气的底物。
“盐水”定义为来自为了得到具有改善的纯度的水馏分而对废水进行一种或多种净化处理的残余输出物。盐水通常被各种盐饱和或强烈地充满。
CTec 3(Novozymes A/S)是一种高效的纤维素酶和半纤维素酶复合物,其作用于多种底物,包括酸底物、自水解底物和碱性预处理底物。Cellic CTec3的最佳性能在50-55℃的温度和pH 4.75-5.25下出现。最佳条件可随具体的预处理底物和工艺条件(例如固体含量和水解时间)而变化。
“内聚力”是指根据EN 13588:2017测定的将立方块从支撑体上完全分离所需的每单位面积的能量,而立方块和支撑体的先前粘结面仍被粘合剂完全覆盖。
“包括”应解释为说明存在所述的部件、步骤、特征、组分等,但不排除存在一个或多个其它的部件、步骤、特征、组分等。例如,包括化合物的组合物因此可以包括额外的化合物。它可以在一个或多个原子、官能团或子结构上有所不同,这些原子、官能团或子结构被其它原子、基团或子结构所代替。
“同时进行的微生物发酵和酶水解”将生物聚合物降解为易于使用的底物,并且进一步实现了将主要底物代谢转化为短链羧酸,例如葡萄糖、木糖、***糖、乳酸、甘露糖、半乳糖、乙酸盐和/或乙醇。蛋白质和/或脂肪同样至少部分被降解。
为了本发明的目的,“Renescience消化物”有时也称为“粗消化物”或“AD消化物”或“AD流出物”。这些术语可以互换使用,是指厌氧消化产生的废料产物,其中用于AD过程的底物是通过“Renescience技术”产生的生物液体。Renescience消化物包括固体和液体,且这些部分可用于各种用途。固液分离可以例如通过倾析、离心和/或沉淀来完成。通常,Renescience消化物主要包括水,其中来自AD的粗消化物的总固体含量为约4-8%,且在脱水后,固体消化物的总固体含量为25-30重量%,其余为水。它还包括不可降解的有机物、悬浮固体和溶解的物质如解离的盐,并且具有碱性pH值。
用于本发明目的的“Renescience消化物添加剂”是指源自通过Renescience技术获得的Renescience消化物,通过干燥所述Renescience消化物(例如,高达约105℃)直至水分为0-20%(优选0-10%水分)获得的消化物,其可以研磨成粉末(在一个实施方案中,研磨是干燥过程的一部分),并且已准备好用于,例如,添加到粘合剂混合物和/或沥青混合料组合物中。所述制备的一个例子是如实施例中所述调节水分含量和粒径。所述Renescience消化物添加剂还可以指Renescience消化物添加剂与不同的消化物添加剂和/或其它材料例如CaCO3的混合物。在特定实施方案中,Renescience消化物添加剂可以是颗粒和/或小丸的形式。
用于本发明目的的Renescience消化物灰分是指Renescience消化物,其已例如通过单次焚烧和/或其它热过程例如热解或气化制备为填充剂的形式用于例如添加到粘合剂混合物中。
“Renescience技术”是指对垃圾例如MSW的生物处理,其包括由例如一种或多种添加的酶进行的酶处理和/或微生物处理,从而使垃圾中的有机部分液化和/或糖化以产生适合于厌氧消化的生物液体。Renescience技术在WO2014/198274和WO2013/18778中有示例,并且在本发明的背景技术和描述中有进一步详细说明。
“污水污泥消化物添加剂”和“食物垃圾消化物添加剂”分别是指从污水污泥和食物垃圾的AD过程中得到的任何消化物。在一个具体的实施方案中,污水污泥消化物添加剂和食物垃圾消化物添加物是指如实施例1中获得的消化物添加剂。
用于本发明目的的消化物或消化物添加剂可以是任何类型的消化物。在本发明的一个实施方案中,消化物来自AD过程。在本发明的优选实施方案中,消化物或消化物添加剂包括消化物添加剂、/>消化物灰分、污水污泥消化物添加剂和/或食物垃圾消化物添加剂中的至少一种。/>
“干物质”,也以DM形式出现,是指全部固体,可溶和不可溶的,并且有效地表示“无水含量”。通过在约60至105℃下干燥直至达到恒重来测量干物质含量。在优选的实施方案中,通过在约105℃下干燥来测量干物质含量。当所分析底物包含挥发性化合物时使用较低的温度范围,这些挥发性化合物在沸腾水时可能会逸出,并降低分析结果的准确性。
“弹性回复”表示根据EN 13398:2017确定的相对于通常为200mm的延伸长度,在切割后30分钟内已经变化的两个半截螺纹的两端之间的距离的百分比。
“酶”是一种具有催化功能的蛋白质,这意味着它提高化学反应速率,而其自身在过程中不经历任何总的化学变化。根据酶委员会(EC)的分类,存在六种主要类型的催化不同反应类型的酶,即:氧化还原酶(EC 1.X.X.X)、转移酶(EC 2.X.X.X)、水解酶(EC3.X.X.X)、裂解酶(EC 4.X.X.X)、异构酶(EC 5.X.X.X)和连接酶(EC 6.X.X.X)。与有机材料液化和/或糖化有关的酶主要属于第三类(EC 3.X.X.X)。这些酶促进水解反应,即,在水作为辅底物的参与下***化学键。此类酶通常根据其水解的底物来命名:淀粉酶水解淀粉(直链淀粉和支链淀粉)、纤维素酶水解纤维素、半纤维素酶水解半纤维素、果胶酶水解果胶、脂肪酶水解脂质以及蛋白酶水解蛋白。一些半纤维素酶是酯酶,其与脂肪酶类似,对酯键进行催化。一些果胶酶是裂解酶,其使用非水解反应去除化学基团。最近,发现了一种新的酶类别,称为裂解多糖单加氧酶(LPMO),它对纤维素具有催化活性(Quinlan等人,2011,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 208:15079-15084,Phillips等人,2011,ACS Chem.Biol.6:1399-1406;Lin等人,2012,Structure 20:1051-1061)。LPMO以氧气或过氧化氢作为辅底物催化纤维素的氧化裂解,并在辅助活性9多肽下分组。属于其它类型的另一氧化酶,例如过氧化氢酶(EC 1.11.1.6),催化过氧化氢转化成水和氧气。
“酶水解”优选地在合适的水性环境中在本领域技术人员可以容易确定的条件下进行。一方面,水解在适合于酶活性的条件下进行,即,对于酶而言最适宜的条件。一方面,在溶解氧以至少0.1%的饱和浓度存在下,例如在至少0.2%、0.3%、0.4%或0.5%的饱和浓度下,进行液化和/或糖化。
“发酵”和“消化”可以互换使用。通常在产生沼气的背景下,“消化”一般用于厌氧消化。“发酵”或“发酵过程”是指任何发酵过程或包括发酵步骤的任何过程。发酵过程还包括在消费性酒精工业(例如啤酒和葡萄酒)、乳制品工业(例如发酵乳制品)、皮革工业和烟草工业中使用的发酵过程。发酵条件取决于所需的发酵产物和发酵生物,并且本领域技术人员可以很容易确定。
“水解”与以下背景有关:其中将城市固体垃圾材料水解以将纤维素和/或半纤维素以及其它底物分解成可发酵糖例如葡萄糖、纤维二糖、木糖、木酮糖、***糖、甘露糖、半乳糖和/或可溶性寡糖(也称为糖化)。水解是通过一种或多种酶组合物分一个或多个阶段以酶促方式进行。在水解步骤中,将例如经过预处理的城市固体垃圾材料进行水解,以分解垃圾中存在的蛋白质和脂质(例如甘油三酯)。水解可以单批次处理或多批次处理进行。水解可以单批或连续进料过程进行,或以多批或连续进料过程进行,其中将城市固体垃圾逐渐进料到例如包含酶组合物的水解溶液中。水解可以是连续水解,其中在整个水解过程中在不同的间隔加入MSW材料和酶组合物,并且在整个水解过程中在不同的间隔去除水解产物。水解产物的去除可以在添加纤维素材料和纤维素分解酶组合物之前、同时或之后进行。
“大规模工业应用”是指工业废弃物处理过程,其中每小时可处理至少约5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、500kg或1、5、10、15、20,25、50或100吨(t)废料。
“大型工厂”是指以商业规模处理垃圾的工厂;其中所述工厂通常连续运转至少5至8小时,并且至多约24h、36h、72h或96h的时段,通常接着是下一个连续时段;其中处理从不同来源收集的垃圾;并且其中进入工厂的每批垃圾可以通过垃圾进入工厂的方式来定义,例如一个或多个特定尺寸的载荷,例如5–10m3、10–15m3或15–20m3垃圾处置的载荷,或垃圾处置的特定重量,例如一个或多个载荷的重量,例如卡车载荷或传送带载荷的重量。任选地,大型工厂还包括用于“垃圾转化成能源”的装置,或与用于“垃圾转化成能源”的装置连接,例如用于生产沼气、生物乙醇、合成气、热或电的装置。
“微生物酶”包括可以使用本领域已知的方法在合适的微生物宿主中表达的任何酶,例如一种或多种纤维素酶、一种或多种半纤维素酶和/或一种或多种淀粉降解酶。这样的酶也可以以纯净形式或以酶混合物形式商购。可以同样使用本领域已知的方法,从市售的酶混合物中纯化特定的酶活性。-例如参见等人(2005)“Efficiencies ofdesigned enzyme combinations in releasing arabinose and xylose from wheatarabinoxylan in an industrial fermentation residue”(Enzyme and MicrobialTechnology 36(2005)773-784),其中用纤维素酶(Finizym)纯化里氏木霉(Triucdermareesei)β-木糖苷酶,并公开了其它的商业酶制剂。
“城市固体垃圾(MSW)”是指通常可在城市中获得的垃圾部分,但不一定来自任何市区本身,即,MSW指来自任何市区的每种固体垃圾,但不一定是典型的家庭垃圾–可能是来自机场、大学、校园、食堂、常见食物垃圾等的垃圾。MSW可以是纤维素、植物、动物、塑料、金属或玻璃垃圾中的一种或多种的任意组合,包括但不限于以下任意一种或多种:在正常的城市收集***中收集的,任选地在中央分类、切碎或制浆设备例如中处理的垃圾;从家庭分类出的固体垃圾,包括有机部分和富含纸张的部分。通常,世界上西方的城市固体垃圾通常包括以下的一种或多种:动物食物垃圾、蔬菜食物垃圾、新闻用纸、杂志、广告、书籍和电话簿、办公用纸、其它清洁用纸、纸和纸箱容器、其它纸板、牛奶纸箱等、果汁纸箱和其它带有铝箔的纸箱、厨房用纸、其它脏纸、其它脏纸板、软塑料、塑料瓶、其它硬塑料、不可回收塑料、庭院垃圾、鲜花等、动物和粪便、尿布和卫生棉条、棉签等、其它棉制品等、木材、纺织品、鞋子、皮革、橡胶等、办公用品、空的化学瓶、塑料制品、烟头、其它可燃物、真空吸尘器袋、透明玻璃、绿色玻璃、棕色玻璃、其它玻璃、铝制容器、铝托盘、铝箔(包括茶灯蜡烛箔)、金属容器(-Al)、金属箔(-Al)、其它种类的金属、土壤、岩石、石头和碎石、陶瓷、猫砂、电池(纽扣电池、碱、温度计等),其它不可燃物和精细物(fine)。
“有机”是指包含碳的且可生物降解的材料,并且包括源自活生物体的物质。有机材料可以在有氧条件下(含氧)降解或在无氧条件下(无氧)降解。可生物降解物质的分解可包括生物和非生物步骤。
“粘合剂的针入度”一致性,表示根据EN 1426:2015测定的在规定的温度、载荷和载荷持续时间下,标准针垂直刺入材料样品的距离,以十分之一毫米表示。
在本发明的上下文中,“百分比(%)”中的%表示%重量/重量(w/w),除非另有说明。
在本发明的上下文中,术语“一种或多种塑性改性剂”是指包括塑性体、热塑性弹性体、橡胶、粘度改性剂和反应性聚合物中的一种或多种。
在本发明的上下文中,术语“塑性体”是指包括诸如以下的化合物:乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)、无规聚丙烯(APP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS),包括其中的任何组合。
在本发明的上下文中,术语“一种或多种反应性聚合物”是指包括诸如以下的化合物:乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的一种或多种无规三元共聚物,或马来酸酐接枝的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物,包括其任何组合。
在本发明的上下文中,术语“热塑性弹性体”是指包括诸如以下的化合物:苯乙烯-丁二烯弹性体(SBE)、线性或径向苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SBS)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯弹性体(SIS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、异丁烯-异戊二烯无规共聚物(IIR)、聚异丁烯(PIB)、聚丁二烯(PBD)、聚异戊二烯(PI),包括其中的任何组合。
在本发明的上下文中,术语“一种或多种橡胶”是指包括废胶末、旧轮胎橡胶、再生橡胶、天然橡胶、橡胶胶乳等。
“废水”定义为对AD消化物进行一次或多次固液分离后获得的液体部分。
“车辙深度”是指根据EN 12697-22:2003+A1:2007中所述的方法,由加载的车轮反复通过而导致的相对于样品原始厚度,测试样品沥青混合料组合物厚度的减少,以毫米或百分比表示。
“2D/3D分离”通过一个或多个步骤实现。在一个实施方案中,首先,冲击式分离机除去两股不可降解的材料流,从而产生包含塑料袋和其它通常无形的材料的2D部分,包含确定形状的瓶子和容器的3D部分以及一定体积的生物可降解组分的生物液体浆料。在该实施方案的第二步骤中,将2D部分进一步用螺旋压机或类似装置挤压,以进一步提高生物浆料的产率。为了进一步回收可生物降解的材料,可以进一步洗涤2D部分。
“粘合剂的软化点”是指在EN 1427:2015中描述的标准化测试条件下,材料达到特定稠度的温度。
“固体/液体分离”是指主动的机械过程和/或单元操作,其中通过例如挤压、离心、沉淀、倾析等施加一些力,从而将液体与固体分离。通常,固体/液体(s/l)分离提供液体和固体部分。
“分类”是指其中将垃圾例如MSW基本上分成单独的部分,从而使得有机材料与塑料和/或其它不可生物降解的材料基本上分离的过程。
本文所用的“分类的垃圾”(或“分类的MSW”)是指其中约小于30重量%、优选小于20重量%、最优选小于15重量%干重的垃圾是不可生物降解的材料的垃圾。
“刚度模量”是表达当线性粘弹性材料经受正弦载荷波时应力与应变之间的关系的参数。刚度模量可以根据EN 12697-26:2012确定。
“未分类”是指垃圾或MSW基本上未分离成单独的部分,使得有机材料基本上没有与塑料和/或其它无机材料分离,尽管已经除去了一些大的物体或金属物体并且还进行了塑料和/或其它无机材料的分离。本文所用的术语“未分类的垃圾”(或“未分类的MSW”)是指包括可生物降解和不可生物降解的材料的混合物的垃圾,其中15重量%或更高的干重是不可生物降解的材料。经过简单分类的垃圾仍然产生未分类的垃圾(或MSW)部分。通常,未分类的MSW可包括有机垃圾,包括一种或多种食物和厨房垃圾;包含纸和/或纸板的材料;可回收材料,包括玻璃、瓶、罐、金属和某些塑料;可燃材料;以及惰性材料,包括陶瓷、石头和碎片。可回收材料可以在来源分类之前或之后。
在本发明的上下文中,术语“一种或多种粘度改性剂”是指包括一种或多种沥青稀释油(芳烃、环烷烃、链烷烃)或费托(Fischer-Tropsch)蜡,包括其任何组合。
“垃圾”包括分类和未分类的城市固体垃圾(MSW)、农业垃圾、医院垃圾、工业垃圾、污水污泥,例如来自诸如餐饮业、食品加工业、一般工业等工业的垃圾部分;来自造纸工业的垃圾部分;来自回收设施的垃圾部分;来自食品或饲料工业的垃圾部分;来自医药或制药工业的垃圾部分;来自医院和诊所的垃圾部分;来自农业或农场相关部门的垃圾部分;来自加工富含糖或淀粉产品的垃圾部分;受污染的或以其它方式变质的农产品,例如不可用于食品或饲料用途的谷物、土豆和甜菜;或花园垃圾。
“源自家庭的垃圾部分”包括未分类的城市固体垃圾(MSW);在某些中央分类、切碎或制浆设备如或/>处理的MSW;来自家庭的分类的固体垃圾,包括有机部分和富含纸张的部分;RDF(垃圾衍生燃料);经过后处理得到的部分,例如惰性材料、有机部分、金属、玻璃和塑料部分。在优选的实施方案中,制备2D和3D部分。2D部分可以进一步分离为可回收物和/或残留物,例如SRF(固体回收燃料)、RDF(垃圾衍生燃料)和/或惰性材料。3D部分也可以进一步分离为可回收物和/或残留物,例如金属、3D塑料和/或RDF。
“源自工业的垃圾部分”包括一般工业垃圾部分,包括现在被视为家庭垃圾的纸或其它有机部分;来自造纸行业例如来自回收设施的垃圾部分;来自食品和饲料工业的垃圾部分;来自医药行业的垃圾部分,医院和诊所垃圾,机场垃圾,来自其它公共和私人服务场所的垃圾。
“来自农业或与农业有关的部门产生的垃圾部分”包括来自过程中的垃圾部分,包括富含糖和淀粉的产品,如土豆和甜菜;被污染的或以其它方式变质不能用于食品或饲料目的的农产品,例如谷物、土豆和甜菜;花园垃圾肥料或肥料衍生产品。
“来自市政、县或州相关的或受管理的活动中心的垃圾部分”包括废水处理厂产生的污泥;来自沼气加工的纤维或污泥部分;公共部门的一般垃圾部分,包括纸张或其它有机部分。
水敏性是沥青易受水损害的度量。其通过确定样品的经水调节的子集样品的间接拉伸强度与干燥子集样品的间接拉伸强度之间的比率来测量。如果这些间接拉伸强度之间的比率低,则表明与具有高水敏性比率的沥青相比,沥青更容易受到水的损害。水敏性通过间接拉伸强度比(ITSR)来计算,即湿的(经过水调节的)样品与干的样品的间接拉伸强度之比,其以百分比表示,并根据EN 12697-12:2008来测定。
在本发明的上下文中,术语“全浆”旨在包括一个过程,其中预处理的生物质可以直接用于随后的水解步骤中,例如酶水解和/或发酵,例如于2014年2月5日提交的PCT/DK2014/050030,公布为WO2015/014364中所披露的,该案通过全文引用的方式并入本文中。
车辙深度是车轮在来回行驶设定次数后在沥青中形成的车辙深度的度量。
具体实施方案
1.一种沥青混合料组合物,其包括至少一种粘合剂、至少一种骨料和至少一种添加剂,其特征在于所述至少一种添加剂是消化物。
2.根据实施方案1的沥青混合料组合物,其中消化物添加剂从厌氧消化过程获得。
3.根据实施方案1-2的沥青混合料组合物,其中所述组合物还包括至少一种填料。
4.根据实施方案1-3的沥青混合料组合物,其中消化物添加剂是消化物添加剂、污水污泥消化物添加剂和/或食物垃圾消化物添加剂。
5.根据实施方案1-2的沥青混合料组合物,其中所述添加剂为Renescience消化物或其衍生部分。
6.根据实施方案1-5的沥青混合料组合物,其中消化物添加剂是消化物添加剂,即,包括固体和液体、低水含量的通过厌氧消化不可降解的有机物、悬浮的固体和溶解物例如解离的盐,所述消化物添加剂具有碱性pH值且通过/>技术获得,即,将包含有机物的垃圾,例如普通未分类和/或分类/部分分类的家庭垃圾与水、酶和任选存在的微生物混合,以液化和/或糖化有机垃圾例如食物垃圾、纸板、纸张、标签等,并将所述有机垃圾转变为可用于通过厌氧消化过程生产沼气的生物液体。
7.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中所述粘合剂是沥青粘合剂,例如石油沥青、摊铺级沥青、硬质摊铺级沥青、稀释沥青、沥青乳液、改性沥青和/或沥青混合物。
8.根据实施方案1-5的沥青混合料组合物,其中所述粘合剂是焦油和/或其它非沥青粘合剂。
9.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中消化物添加剂在所述组合物中混合,代替部分所述粘合剂。
10.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中消化物添加剂代替占沥青混合料组合物的重量高达约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的粘合剂。
11.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中消化物添加剂代替约11重量%或约22重量%的粘合剂。
12.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中所述至少一种粘合剂是沥青粘合剂。
13.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中粘合剂是沥青,并且优选包括0重量%至20重量%、最优选约5重量%、10重量%或15重量%的消化物添加剂。
14.根据前述权利要求的沥青混合料组合物,其中所述粘合剂用至少一种聚合物改性例如聚合物改性的沥青(PmB),并且占包括用至少一种聚合物改性的所述粘合剂的沥青组合物的重量的高达约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%被进一步改性。
15.根据实施方案12的沥青混合料组合物,其中所述聚合物是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)。
16.根据实施方案12-13的沥青混合料组合物,其中用聚合物和消化物添加剂改性的粘合剂的软化点比仅用聚合物改性的粘合剂的软化点高约1℃至约10℃。
17.根据实施方案12-14的沥青混合料组合物,其中当所述沥青混合料组合物中包含约0.5重量%、1重量%、5重量%、10重量%、15重量%、20重量%、25重量%、30重量%、35重量%、40重量%、45重量%、50重量%、55重量%、60重量%、65重量%或70重量%的消化物添加剂时,泡沫被消除或显著减少。
18.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中其适用于道路施工中从上层到下层中的以下一层或多层:
a)表面层
b)粘合剂层
c)基层
d)底基层
e)路基。
19.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中所述组合物还包含塑性改性剂,例如塑性体、热塑性弹性体、橡胶、粘度改性剂和反应性聚合物中的一种或多种。
20.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中其进一步包含其它材料,例如再生的沥青组合物、再生的粘合剂或其它沥青混合料组合物组分、盐、污水污泥、沙、砾石、塑料、金属和/或其它材料,优选符合EN 13108或其它适用的标准和方法的材料。
21.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,使得当所述粘合剂包含占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂时,所述粘合剂相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出-80%至+80%的针入度变化。
22.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,使得当所述粘合剂包含占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂时,所述粘合剂相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出-50%至+53%的针入度变化。
23.根据实施方案19的沥青混合料组合物,使得当所述粘合剂包含占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂时,所述粘合剂的针入度和所述沥青混合料组合物的耐久性的提高与消化物的浓度成正比。
24.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,使得当粘合剂包含约11重量%的消化物添加剂时,所述粘合剂比其中所述粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示高出约53%的针入度率。
25.根据前述实施例的沥青混合料组合物,使得当所述粘合剂包含占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂时,所述粘合剂相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出-30%至40%的软化点变化。
26.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,使得当所述粘合剂包含占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂时,所述粘合剂相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出-8%至16%的软化点变化。
27.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,使得当所述粘合剂包含约11重量%的消化物添加剂时,所述粘合剂相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出约-8%的软化点。
28.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中所述粘合剂包含消化物添加剂,在所述组合物中所述粘合剂的针入度和软化点与所添加的消化物添加剂的量成正比。
29.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,所述组合物包含占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂,并且其相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,在湿处理时显示出高达50%的间接拉伸强度的增加,在干处理时也显示出高达50%的间接拉伸强度的增加。
30.根据前述实施方案的沥青混凝土混合料组合物,所述组合物包含0.5重量%的消化物添加剂,并且其相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,在湿处理时显示出高达26%的间接拉伸强度的增加,在干处理时显示出高达22%的间接拉伸强度的增加。
31.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中所述组合物包含高达1重量%的消化物添加剂,并且其相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出刚度模量约13%至约241%的变化。
32.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,所述沥青混合料组合物包含占该沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂,并且相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出刚度模量5%至400%的变化。
33.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,所述沥青混合料组合物包含0.5重量%的消化物添加剂,并且相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出刚度模量约13%至78%的变化。
34.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中所述组合物包含0.5重量%至1.0重量%的消化物添加剂,并且相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出刚度模量约13%至241%的变化。
35.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中所述沥青混合料组合物包含占该沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂,并且相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出车辙深度减少高达70%。
36.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中所述组合物包含高达1重量%的消化物添加剂,并且相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出车辙深度减少高达38%。
37.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,所述沥青混合料组合物包含约0.5重量%的消化物添加剂,并且相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出车辙深度减少高达38%。
38.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中所述组合物包含0.5重量%至1.0重量%的消化物添加剂,并且相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出车辙深度减少高达38%。
39.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,使得当所述粘合剂包含占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的消化物添加剂时,所述沥青混合料组合物相对于其中粘合剂包含0重量%的消化物添加剂的可比较的沥青混合料组合物,显示出水敏性改善高达30%。
40.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,使得当所述粘合剂包含约11重量%的消化添加剂时,所述沥青混合料组合物显示出水敏性改善高达14%。
41.根据前述实施方案的沥青混合料组合物,其中Renescience消化物灰分是填料。
42.一种制造包含消化物添加剂的沥青混合料组合物的方法,其包括以下步骤:
a)提供所述消化物添加剂;
b)提供所述一种或多种骨料;
c)提供所述一种或多种粘合剂;
d)将所述一种或多种骨料和一种或多种粘合剂与消化物添加剂混合以获得沥青混合料组合物,
其特征在于以下至少一个或多个:
(i)通过厌氧消化获得所述消化物添加剂,例如Renescience消化物添加剂、食物垃圾消化物添加剂和/或污水污泥添加剂;以及
(ii)骨料包含小于5%、小于10%、小于15%或小于20%(w/w)的水分含量;
(iii)在1至12小时内,优选4至8小时内将粘合剂加热至其参考压实温度(110±25℃)并搅拌;
(iv)消化物添加剂实现占所述沥青混合料组合物的重量的高达约0.5%、1%,5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的所需浓度;
(v)进行混合直到所述一种或多种骨料被所述一种或多种粘合剂完全涂覆。
43.根据实施方案42的方法,其中将混合容器预热至约155±25℃。
44.根据实施方案42-43的方法,其中将所获得的沥青混合料组合物进一步压实。
45.一种沥青混合料组合物,其特征在于由实施方案42-44中提及的方法直接获得。
46.消化物添加剂的用途,其特征在于,所述消化物添加剂代替约0.5重量%,1重量%,5重量%,10重量%,15重量%,20重量%,25重量%,30重量%,35重量%,40重量%,45重量%,50重量%,55重量%、60重量%,65重量%或70重量%的所述沥青混合料组合物,并且用于制造用于以下应用的沥青混合料组合物:修建道路、人行道和摊铺区域、屋顶、停车场、室内驾驶区、步道、诸如网球场或游乐场的休闲区、诸如农场道路或动物隔间的农业用途、飞机场、跑道和进出通道、硬地面、仓储区、诸如大坝建设、海岸防护的水力应用等。
47.实施方案1-41所述的和/或根据实施方案42-44获得的沥青混合料组合物用于以下应用的用途:修建道路、人行道和摊铺区域、屋顶、停车场、室内驾驶区、步道、诸如网球场或游乐场的休闲区、诸如农场道路或动物隔间的农业用途、飞机场、跑道和进出通道、硬地面、仓储区、诸如大坝建设、海岸防护的水力应用等。
本发明的其它实施方案
第一方面中,本发明涉及一种组合物,其包含粘合剂例如沥青、消化物添加剂,以及任选存在的一种或多种其它组分。合适的其它组分可以包括例如骨料、任选存在的一种或多种填料,和/或一种或多种活性组分,例如一种或多种分散剂、一种或多种表面活性剂、一种或多种水溶助长剂、一种或多种乳化剂、一种或多种防腐剂、一种或多种消泡剂、一种或多种粘度改性剂、一种或多种反应性聚合物及其任何组合。
这样的组合物可以适合于建筑工程,例如,密封工程、道路工程、铺路工程、提供表层、提供密封层、提供道路和提供人行道、提供道路的上层和/或涉及例如以下方面的广泛应用中:(i)农业,(ii)建筑和工业铺路,(iii)水力和冲蚀防治,(iv)工业,(v)铺路,(vi)铁路,和(vii)休闲。
第二方面中,本发明涉及根据第一、第四或第八方面的组合物在以下一项或多项中的用途:密封工程、道路工程、铺路工程、提供表面层、提供密封层、提供道路并提供人行道、提供道路的上层。此类用途可能包括与(i)农业、(ii)建筑和工业铺路、(iii)水力和冲蚀防治、(iv)工业、(v)铺路、(vi)铁路和(vii)休闲有关的应用。
第三方面中,本发明涉及包含根据本发明的第一、第四或第八方面的组合物的密封层。这样的密封层可以例如包含在例如屋顶、水坝、游泳池、池塘、湖泊、屋顶、桥梁、隧道、道路等之中。
第四方面中,本发明涉及包括根据本发明的第一方面或第八方面的组合物的沥青组合物。这类沥青组合物包括矿物骨料、任选存在的填料,并且可以包括石油沥青砂胶或碾压沥青。
第五方面中,本发明涉及包含根据本发明的第一、第四或第八方面的组合物的道路和/或路面。这样的道路通常包括表面层和任选存在的一个或多个其它层,例如粘合剂层、基层和/或底基层。所述任何层可包括根据第一、第四或第九方面的组合物。
第六方面中,本发明涉及建筑工程,其包括提供和/或使用根据本发明的第一、第四或第八方面的组合物,以及根据本发明的第二或第十方面的用途。
第七方面中,本发明涉及一种提供根据本发明的第一、第四或第八方面的组合物的方法,所述方法包括将所述沥青、所述一种或多种塑性改性剂、所述消化物添加剂和所述任选存在的一种或多种其它组分混合的步骤。所述混合可以至少部分在140至220℃、160至200℃、或170至180℃的温度下进行。
第八方面中,本发明涉及包含根据本发明的第一方面或第四方面的组合物的沥青乳液。
第九方面中,本发明涉及一种维护、维修和/或回收利用的方法,其包括使用根据第一、第四或第八方面的组合物,和/或维护、维修和/或回收利用根据本发明的第三或第五方面的密封层、道路或人行道。
本发明的目的是通过使用消化物添加剂作为制造摊铺混合料用的沥青组合物的原料,来回收利用垃圾组分。
通过以下编号的实施方案进一步描述本发明:
1.一种组合物,其包含沥青、消化物添加剂和任选存在的一种或多种其它组分。
2.根据实施方案1的组合物,其中所述沥青为直馏沥青、硬质沥青、氧化沥青、稀释沥青(cut-back bitumen)或软质沥青(fluxed bitumen)。
3.根据实施方案1或2的组合物,所述一种或多种其它组分是一种或多种骨料,例如天然骨料、加工骨料、再生骨料,以及任选存在的一种或多种填料,包括其任何组合。
4.根据实施方案3的组合物,所述骨料为粗骨料、细骨料、混合骨料和填料骨料中的一种或多种。
5.根据实施方案3或4的组合物,其中所述骨料或填料包括火成岩、沉积岩和/或变质岩,例如花岗岩、正长岩、花岗闪长岩、闪长岩、辉长岩、粗玄岩、辉绿岩、流纹岩、粗面岩、安山岩、英安岩、玄武岩;砂岩、粗砂岩、砾岩、角砾岩、长石砂岩、杂砂岩、石英岩(正交)、页岩、粉砂岩、石灰岩、白垩岩、白云岩、角岩、火石和斜长角闪岩、片麻岩、麻粒岩、角页岩、大理岩、石英岩(变质)、蛇纹岩、片岩、板岩;包括其任何组合。
6.根据前述实施方案中任一项的组合物,所述组合物适用于道路建设、密封工程等。
7.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述(i)沥青;(ii)沥青和塑性改性剂(即聚合物改性的沥青(PMB));(iii)包含消化物添加剂的沥青;PMB和消化物添加剂;或所述组合物具有如下中所规定的一个或多个特征:EN 12591、EN 13924、EN 14023、IS 73:2006、ASTM D946-09、ASTM D3381-09和M 226-80、EN 12591:2009a(BSI,2009a)、EN 13924:2006(BSI,2006)、EN 14023:2010(BSI,2010a)、EN 13304:2009(BSI,2009b)、EN 13305:2009(BSI,2009c)、EN 15322:201 3(BSI,2013)、EN 14023:2010(BSI,2010a)、EN 14771:2012(BSI,2012a)、EN 14770:2012(BSI,2012b)、EN 13589:2008(BSI,2008)、EN 13703:2003(BSI,2003)、EN 13587:2010(BSI,2010b)或EN 13398:2010(BSI,2010c)。
8.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述沥青、PMB、包含木质素的沥青、包含木质素的PMB或所述组合物为等级20/30、30/45、35/50、40/60、50/70、70/100、100/150、160/220、250/330或330/430。
9.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述一种或多种塑性改性剂是一种或多种塑性体、一种或多种热塑性弹性体、一种或多种橡胶、一种或多种粘度改性剂和/或一种或多种反应性聚合物,包括其任何组合。
10.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述塑性体为例如乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)、无规聚丙烯(APP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)中的一种或多种。
11.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述一种或多种塑性体选自以下的一种或多种:EVA、EMA、EBA、APP、PE、PP、PVC和PS,包括其任何组合。
12.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述热塑性弹性体是诸如以下中的一种或多种:苯乙烯-丁二烯弹性体(SBE)、线性或径向苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SBS)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯弹性体(SIS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、异丁烯-异戊二烯无规共聚物(IIR)、聚异丁烯(PIB)、聚丁二烯(PBD)、聚异戊二烯(PI)。
13.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述一种或多种热塑性弹性体选自以下的一种或多种:SBE、SBS、SBR、SIS、EBS、EPDM、IIR、PIB、PBD和PI,包括其任何组合。
14.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述橡胶是天然橡胶,例如乳胶,或合成橡胶,例如再生轮胎橡胶或再生废胶末。
15.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述粘度改性剂是一种或多种沥青稀释油(芳烃、环烷烃、链烷烃)或费托蜡,包括其任何组合。
16.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述反应性聚合物是乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的一种或多种无规三元共聚物,或马来酸酐接枝的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物,包括其任何组合。
17.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述活性组分选自以下组:一种或多种分散剂、一种或多种表面活性剂、一种或多种水溶助长剂、一种或多种乳化剂、一种或多种防腐剂、一种或多种消泡剂、一种或多种粘度改性剂、一种或多种反应性聚合物,及其任何组合。
18.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述一种或多种其它组分或活性组分的存在量为0.001%至5%(w/w)。
19.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述沥青、所述一种或多种塑性改性剂、所述木质素和所述任选存在的一种或多种其它组分和/或活性剂处于混合的状态。
20.根据实施方案19的组合物,其中所述混合的状态选自以下组:以溶液形式混合;以悬浮液形式混合;以乳液形式混合;以分散体形式混合;以浆料形式混合;及其任何组合。
21.根据实施方案17至20中任一项的组合物,其中所述一种或多种分散剂选自包括下列或由下列组成的组:非离子、阴离子、阳离子和两性分散剂,及其任何组合和/或相容性混合物。
22.根据实施方案17至21中任一项的组合物,其中所述一种或多种分散剂在所述流体组合物中的存在量,相对于包括或不包括所述任选存在的一种或多种骨料和/或任选存在的一种或多种填料的所述组合物为10-50,000ppm或200-20,000ppm,例如300-18,000ppm,例如,400–16,000ppm,例如500–14,000ppm,例如600–12,000ppm,700–10,000ppm,例如800–8,000ppm,例如900–7,000ppm,例如1,000-6,000ppm,1,200-5,000ppm,例如1,400-5,000ppm,例如1,600–4,000ppm,1,800–3,000ppm,例如2,000–2,800ppm,例如2,200–2,600ppm(w/w)。
23.根据实施方案17至22中任一项的组合物,其中所述一种或多种表面活性剂选自包括下列或由下列组成的组:阴离子、阳离子、两性离子和非离子表面活性剂,及其任何组合和/或相容性混合物。
24.根据实施方案17至23中任一项的组合物,其中所述一种或多种表面活性剂在所述流体组合物中的存在量,相对于包括或不包括所述任选存在的一种或多种骨料和/或任选存在的一种或多种填料的所述组合物为10-50,000ppm或200-20,000ppm,例如300-18,000ppm,例如,400–16,000ppm,例如500–14,000ppm,例如600–12,000ppm,700–10,000ppm,例如800–8,000ppm,例如900–7,000ppm,例如1,000-6,000ppm,1,200-5,000ppm,例如1,400-5,000ppm,例如1,600–4,000ppm,1,800–3,000ppm,例如2,000–2,800ppm,例如2,200–2,600ppm(w/w)。
25.根据实施方案17至24中任一项的组合物,其中所述一种或多种水溶助长剂选自包括下列或由下列组成的组:非离子、阴离子、阳离子和两性水溶助长剂,及其任何组合和/或相容性混合物。
26.根据实施方案17至25中任一项的组合物,其中所述一种或多种水溶助长剂在所述流体组合物中的存在量,相对于包括或不包括所述任选存在的一种或多种骨料和/或任选存在的一种或多种填料的所述组合物为10-50,000ppm或200-40,000ppm,例如300-30,000ppm,例如,400–20,000ppm,例如500–15,000ppm,例如600–12,000ppm,700–10,000ppm,例如800–8,000ppm,例如900–7,000ppm,例如1,000-6,000ppm,1,200-5,000ppm,例如1,400-5,000ppm,例如1,600–4,000ppm,1,800–3,000ppm,例如2,000–2,800ppm,例如2,200–2,600ppm(w/w)。
27.根据实施方案17至26中任一项的组合物,其中所述一种或多种乳化剂选自包括下列或由下列组成的组:磷酸钠、阳离子硬脂酰乳酸钠、卵磷脂、DATEM(双乙酰酒石酸单甘油酯),及其任何组合和/或相容性混合物。
28.根据实施方案26至36中任一项的组合物,其中所述一种或多种乳化剂在所述流体组合物中的存在量,相对于包括或不包括所述任选存在的一种或多种骨料和/或任选存在的一种或多种填料的所述组合物为10-50,000ppm或200-20,000ppm,例如300-18,000ppm,例如,400–16,000ppm,例如500–14,000ppm,例如600–12,000ppm,700–10,000ppm,例如800–8,000ppm,例如900–7,000ppm,例如1,000-6,000ppm,1,200-5,000ppm,例如1,400-5,000ppm,例如1,600–4,000ppm,1,800–3,000ppm,例如2,000–2,800ppm,例如2,200–2,600ppm(w/w)。
29.根据实施方案17至28中任一项的组合物,其中所述一种或多种防腐剂选自包括下列或由下列组成的组:一种或多种羧酸盐、苯甲酸盐、苯甲酸衍生物,例如对羟基苯甲酸酯类、醛类、噻嗪类、有机酸等,及其任意组合。
30.根据实施方案17至29中任一项的组合物,其中所述一种或多种防腐剂在所述流体组合物中的存在量,相对于包括或不包括所述任选存在的一种或多种骨料和/或任选存在的一种或多种填料的所述组合物为10-50,000ppm或20-10,000ppm,例如30-8,000ppm,例如,40–6,000ppm,例如50–5,000ppm,例如60–4,000ppm,70–3,000ppm,例如80–2,000ppm,例如90–1,500ppm,例如100-1,200ppm,120-1,000ppm,例如140–800ppm,例如160–600ppm,180–400ppm,例如200–300ppm,例如2,200–250ppm(w/w)。
31.根据实施方案17至30中任一项的组合物,其中所述一种或多种消泡剂选自包括下列或由下列组成的组:一种或多种活性硅酮聚合物、一种或多种硅氧烷聚合物、一种或多种有机改性的硅氧烷、包含基于聚丙烯的聚醚分散体的一种或多种非硅酮化合物/组合物、脂肪酸型消泡剂、非离子型乳化剂,及其任意组合。
32.根据实施方案17至31中任一项的组合物,其中所述一种或多种消泡剂在所述流体组合物中的存在量,相对于包括或不包括所述任选存在的一种或多种骨料和/或任选存在的一种或多种填料的所述组合物为10-50,000ppm或20–10,000ppm,例如30–8,000ppm,例如,40–6,000ppm,例如50–5,000ppm,例如60–4,000ppm,70–3,000ppm,例如80–2,000ppm,例如90–1,500ppm,例如100-1,200ppm,120-1,000ppm,例如140-800ppm,例如160–600ppm,180–400ppm,例如200–300ppm,例如2,200–250ppm(w/w)。
33.根据实施方案17至32中任一项的组合物,其中所述一种或多种粘度改性剂选自包括下列或由下列组成的组:一种或多种沥青稀释油,例如芳烃、环烷烃、链烷烃,或所述芳烃、环烷烃、链烷烃的任何组合,费托蜡,及其任何组合。
34.根据实施方案17至33中任一项的组合物,其中所述一种或多种粘度改性剂在所述流体组合物中的存在量,相对于包括或不包括所述任选存在的一种或多种骨料和/或任选存在的一种或多种填料的所述组合物为10-50,000ppm或20-10,000ppm,例如30-8,000ppm,例如,40–6,000ppm,例如50–5,000ppm,例如60–4,000ppm,70–3,000ppm,例如80–2,000ppm,例如90–1,500ppm,例如100-1,200ppm,120-1,000ppm,例如140–800ppm,例如160–600ppm,180–400ppm,例如200–300ppm,例如2,200–250ppm(w/w)。
35.根据实施方案17至34中任一项的组合物,其中所述一种或多种反应性聚合物选自包括下列或由下列组成的组:乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的一种或多种无规三元共聚物,或马来酸酐接枝的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物,包括其任何组合。
36.根据实施方案17至35中任一项的组合物,其中所述一种或多种反应性聚合物在所述流体组合物中的存在量,相对于包括或不包括所述任选存在的一种或多种骨料和/或任选存在的一种或多种填料的所述组合物为10-50,000ppm或20–10,000ppm,例如30–8,000ppm,例如,40–6,000ppm,例如50–5,000ppm,例如60–4,000ppm,70–3,000ppm,例如80–2,000ppm,例如90–1,500ppm,例如100-1,200ppm,120-1,000ppm,例如140-800ppm,例如160–600ppm,180–400ppm,例如200–300ppm,例如2,200–250ppm(w/w)。
37.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述组合物与不含消化物添加剂的可比较的组合物相比时,需要显著更少的消泡剂,例如少至少10、20、30、40、50、60、70、80或90%的消泡剂,或不需要消泡剂。
38.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述组合物与不含消化物添加剂的可比较的组合物相比时,需要显著更少的塑性改性剂,例如少至少10、20、30、40、50、60、70、80或90%的消泡塑性改性剂。
39.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中当与包括消化物添加剂的可比较的组合物相比时,为了提供相当的特性,例如一种或多种质量参数,例如针入度和软化点,所述组合物包含明显更多的非源自沥青的碳,例如至少10、20、30、40、50%或更多的非源自沥青的碳。
40.根据前述实施方案中任一项的组合物,其中所述组合物显示以下一个或多个性能:(i)氧化显著减少,例如在混合时和/或表面暴露于空气和/或氧气的情况下;(ii)抗紫外线性能显著提高,和/或(iii)寿命显著提高,其中与不含消化物添加剂的组合物相比,所述显著降低或提高为至少10%、20%、30%、40%或50%。
41.根据前述实施方案中任一项的组合物在以下一个或多个应用中的用途:密封工程、道路工程、铺路工程、提供表面层、提供密封层、提供道路并提供人行道、提供道路的上层。
42.一种密封层,其包含根据前述实施方案中任一项的组合物。
43.根据实施方案42的密封层,所述密封层包含在屋顶、水坝、水池、池塘、湖泊、屋顶、桥梁、隧道、道路等之中。
44.根据实施方案42或43的密封层,所述密封层包含5-15%或7-10%的沥青,任选地通过以下方式提供:将石油沥青砂胶加热至210℃的温度并铺展在层中以形成例如20mm的不透水的屏障。
45.一种沥青组合物,其包含根据实施方案1至40中任一项的组合物。
46.根据实施方案45的沥青,所述沥青是石油沥青砂胶或碾压沥青。
47.一种道路和/或人行道,其包含根据实施方案1-40、45或46中任一项的组合物。
48.根据实施方案47的道路和/或人行道,其包括表面层和任选存在的一个或多个其它层。
49.根据实施方案47或48的道路和/或人行道,其中,所述一个或多个其它层是粘合剂层、基层和/或底基层。
50.根据实施方案47至49的道路和/或人行道,其中,所述表面层包括根据实施方案1-40、45或46中任一项的组合物。
51.根据实施方案47至50的道路和/或人行道,其中所述一个或多个其它层包括根据实施方案1至40、45或46中任一项的组合物。
52.建筑工程,其包括提供和/或使用根据实施方案1至40、45或46中任一项的组合物,例如根据实施方案41的用途。
53.根据实施方案52的建筑工程,所述工程是道路工程和/或密封工程。
54.一种用于提供根据实施方案1至40、45或46中任一项的组合物的方法,其包括混合所述沥青和所述任选存在的一种或多种其它组分的步骤。
55.根据实施方案54的方法,其中所述混合包括在140至220℃、160至200℃或170至180℃的温度下混合。
56.一种维护、维修和/或回收利用的方法,其包括使用根据实施方案1-40、45或46中任一项的组合物,和/或根据实施方案42-44或47-51中任一项的密封层、道路或人行道。
实施例
实施例1-消化物添加剂的制备
1.1-消化物添加剂和/>消化物灰分的制备
实验室级沥青试验用的消化物添加剂由未分类的欧洲城市固体垃圾(MSW)制备,所述MSW经过示范级的方法处理,该方法包括用例如一种或多种添加的酶进行酶处理,然后进行厌氧消化,如WO2014/198274和WO2013/18778中所述。
实验在丹麦哥本哈根Amager资源中心(ARC)的示范级工厂进行。
ARC垃圾精炼厂的理念是将MSW分类为以下四种产品:适用于生物甲烷生产或其它工艺的生物浆料(以下称为生物液体),用于回收的惰性物质(玻璃和沙子),以及无机材料的“二维”(2D)和“三维”(3D)部分,所述2D和3D部分适用于生产垃圾衍生燃料(RDF)和固体回收燃料(SRF)以及回收金属、塑料和木材。
从城市地区收集MSW。MSW被运送到垃圾精炼厂,在那里,MSW被储存在垃圾坑中直到处理前。
在此实施例中,所采用的技术包括三个步骤。
第一步是用热水温和地加热(预处理)MSW至40-75℃的温度,持续20-60分钟。该加热和混合阶段打开了塑料袋,并对可降解组分充分制浆,从而在添加酶之前制备更加均质的有机相。在加热阶段将温度调节至用于酶水解的单独酶制剂的最佳状态。以干净的自来水或洗涤水添加热水,其首先用于洗涤鼓中,然后再循环至温和加热的步骤。
第二步是酶水解和发酵(液化)。在有利于酶性能的最佳温度和pH下,持续进行酶液化和发酵约12至18小时的停留时间。通过这种水解和发酵,MSW的生物部分被液化成生物液体。
在此实施例中操作的技术的第三步是分离步骤,其中将生物液体与不可降解的部分分离,如图3所示。如图3所示,在冲击式分离机、洗涤鼓和液压机中进行分离。冲击式分离机将经酶处理的MSW分离成生物液体、一部分2D材料例如不可降解的以及一部分3D材料例如不可降解的。3D部分(如罐头和塑料瓶的实体三维物体)不结合大量生物液体,因此单一的清洗步骤和干燥步骤足以清洁3D部分。2D部分(例如纺织品和金属箔)结合大量的生物液体。因此,使用螺旋压榨机挤压2D部分后,清洗并再次挤压以优化生物液体的回收率,并获得更加“干净”和干燥的2D部分。在这两个洗涤步骤期间,用两台类似于洗砂机的机器将(下沉的)惰性物质分离出来,并用两个带有0.6毫米孔的旋转筛鼓分离纤维(在洗涤的同时在水中得到的纤维),并在污泥压榨机中压干。来自转鼓和污泥压榨机的废水再循环到两台洗涤机器中。通过使用两个振动筛进行进一步的“精细”分离,将惰性材料沙子和玻璃从生物液体中筛分,第一个振动筛具有5mm筛孔,其主要分离出不可降解的污染物。第二个振动筛具有3mm筛孔,分离出包含大量可生物降解的材料的较大的纤维(连同纤维以及可生物降解的材料一道还有细沙和其它惰性物质)。
将垃圾与添加的酶在类似于WO2011/032557中所述的称为“生物反应器”的反应器中进行培养,生物反应器的特征是具有在基本水平的轴上旋转的腔室,腔室内表面上配备有形成螺旋阵列的附件,其将MSW连续前后移动,随着在这两个方向上进行旋转。根据反应器的填充程度,控制反应器内MSW的平均“停留时间”。反应器配备有加热元件,以便可以维持适当的温度(如果过程本身未产生足够热量的话)。在将MSW连续地引入反应器中并从反应器中连续除去部分降解的MSW时,获得了一定的平均停留时间。
未分类的MSW被连续装载到示范工厂中。所用的单独的酶制剂是市售优化的用于木质纤维素生物质转化的纤维素酶制剂,由NOVOZYMESTM提供,商品名为CELLIC CTEC 3TM。在使用单独的纤维素酶制剂的期间,每千克来料MSW对应于加入9克酶制剂的量(0.9重量%)。据信使用其它市售酶制剂,例如Cellic CTec2TM(Novozymes A/S)和ACCELLERASE 1500TM(Genencor),将获得类似的结果。
更简单的单独纤维素酶制剂也可以有效地用于实施本发明的方法。
该操作的设置如下:
·以280kg MSW/h的速率将来料MSW流引入酶反应器中。
·通过添加再循环洗涤水的溶液来调节来料MSW流的非水含量,该溶液已储存在大约50℃的缓冲罐中,然后以560升水/小时的速率在热水器中加热至大约75℃。
·将CTEC 3TM以0.9重量%引入到来料MSW流中。
·运行酶反应器,以实现在约50℃下平均停留时间约12小时。
·2:1MSW:水
·13,5T反应器填充
产生的生物液体在丹麦工业大学的中试规模厌氧消化器Shear EnhancedAnaerobic Digestion(SEAD)中用于生产生物甲烷。中试规模的CSTR(连续搅拌釜反应器)是由VEOLIA/BiothaneTM提供的移动式SEAD厌氧消化器。SEAD厌氧消化器是500升的罐在其中进行生物转化。由于在反应器底部再注入沼气(230L/h)和再循环泵(2-6m3/h),因此对主罐进行混合。再循环的液体通过喷嘴再注入,从而施加了剪切力并促进了颗粒物质的分解。流出物通过溢流排放到沉淀池/>中,在沉淀池中污泥和水被动分离。
将原料储存在100升的罐中,该罐不断在搅拌。5毫米的网孔防止将太大的颗粒引入进料罐。
将在有稳定沼气产生的厌氧消化阶段得到的粗消化物收集在100L鼓中并储存在-18℃的冷冻箱中,直到需要进一步测试。
将厌氧消化得到的粗化物冷冻鼓通过在室温下放置两天解冻,然后充分混合。将粗消化物在实验室级的离心机Thermo Scientific SL40R离心机中在750mL容器中以4700rpm离心15分钟,以相分离成干物质含量约为0.5-1.5重量%的水相离心液,和干物质含量约为22-27重量%的固体消化物相(称为固体消化物)。
将固体消化物在105℃下干燥直至质量恒定(称为干燥的消化物)。
将干燥的消化物在筛网尺寸为8mm的Retsch研磨机SM300型上进行预研磨,然后在筛网尺寸为1mm的Retsch研磨机ZM200型上进行研磨,从而得到消化物添加剂。
为了进行以下实施例中所述的消化物灰分的软化点测试,将烤箱温度从室温升至950℃,在950℃下保持2小时,然后冷却至室温温度,从而将固体消化物在烤箱中燃烧成消化物灰分。消化物在950℃下燃烧产生微红色的脆性多孔块状物。混合灰分后,将灰分通过2毫米筛子压碎,得到/>消化物灰分。
1.2-食物垃圾消化物添加剂的制备
在英国诺维信(Northwich)的Renescience工厂使用现有技术AD***对食物垃圾进行厌氧消化(AD),从而制备食物垃圾消化物添加剂。
a)在消化之前将原料巴氏消毒。
b)将食物垃圾在厌氧水解罐中进行预水解,在环境温度下停留时间为2-5天。
c)预水解的食物垃圾的平均pH值为3.8,总固体含量为17-20重量%。
d)预水解的食物垃圾在搅拌的中温厌氧消化器中在39-41℃的温度下进行消化,平均水力停留时间为40天。
e)食物垃圾流出物的平均pH值为8.3,总固体含量约为3-4重量%。
f)使用沉降式离心机在工业场地将食物垃圾AD流出物或AD消化物脱水至干物质含量为约22-27重量%。针对脱水过程,使用阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的聚合物溶液。
g)将食物垃圾固体消化物收集在桶中,并储存在-18℃的冷冻箱中,直到需要进一步测试。
h)将固体食物垃圾消化物在105℃下干燥直至质量恒定。
i)将干燥的食物垃圾消化物在筛网尺寸为1mm的Retsch研磨机ZM200型上研磨,以产生食物垃圾消化物添加剂。
1.3-污水污泥消化物添加剂的制备
a)废水通过典型的废水处理,包括粗筛和去除较大的颗粒、除砂和除脂、初级机械沉淀以产生初沉污泥,去除磷和氮,经二次机械沉淀以产生二沉污泥。
b)将初沉污泥和二沉污泥以及少量脂肪转移到中温厌氧消化器(AD)中,该消化器在约37-38℃的温度下运行,平均停留时间为18天。
c)在废水处理厂使用沉降式离心机将污水污泥消化物脱水至干物质含量为约25%w/w。
d)将固体污水污泥消化物收集并储存在-18℃的冷冻箱中,直到需要进一步测试。
e)将固体污水污泥消化物在105℃下干燥直至质量恒定。将干燥的污水污泥消化物在筛网尺寸为8mm的Retsch研磨机SM300型上进行预研磨,然后在筛网尺寸为1mm的Retsch研磨机ZM200型上进行研磨,以产生污水污泥消化物添加剂。
实施例2-消化物添加剂、食物垃圾消化物添加剂和污水污泥消化物添加剂的组成分析和粒度分布。
将制备的消化物添加剂送到外部认证的实验室进行组成分析,参见表1。
表1:消化物添加剂、食物垃圾消化物添加剂和污水污泥消化物添加剂的组成分析。除水分含量以收到时状态为基准,所有单位均基于干质量。/>
/>
实施例3-沥青混合料组合物的制备
根据EN 12697-35:2016制备根据本发明的沥青组合物。
3.1-提供骨料和填料
将尚未干燥的骨料和填料在110±15℃,优选在110±5℃,最优选在110℃下干燥以获得恒定的质量。
然后将干燥的骨料例如花岗岩和填料例如Francis Flower的石灰岩混合以符合根据EN 13108-1:2016的AC20 Dense Bin 40/60的要求。
混合物的粒度分布根据EN 933-1:2012测量,并示于表3中。
表3-骨料混合物的粒度分布
3.2-提供粘合剂
在进行的试验之一中使用针入度40/60沥青作为粘合剂,以获得包含消化物添加剂的沥青混合料组合物。
将沥青倒入金属容器中,直到几乎装满,然后将容器盖上盖子。将所述容器在设置为155±25℃、优选155±5℃、最优选155℃的通风加热室中放置1到12小时(h),优选4到8小时,从而将沥青加热至155±25℃,优选155±5℃,最优选155℃。
加热后,将沥青搅拌,然后与其它组分混合,以获得沥青混合料组合物。
3.3-将一种或多种骨料、一种或多种填料和一种或多种粘合剂与消化物添加剂混合以获得沥青混合料组合物
在混合开始之前,将混合容器预热至155±25℃,优选155±5℃,最优选155℃。
然后将预热至155±25℃、优选155±5℃、最优选155℃的骨料称重到容器中。将骨料混合在一起。
对于包含消化物添加剂的样品,将其添加到所述混合料中,直至达到消化物添加剂占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%的所需浓度。
然后加入试验用的沥青,直到在沥青混合料组合物中达到所需的粘合剂含量。
然后将所有组分在所述容器中彻底并持续混合,直到获得紧密的混合料,其中所述一种或多种骨料被所述一种或多种粘合剂,尤其是沥青完全涂覆,其中用消化物添加剂代替或不代替沥青,以获得占所述沥青混合料组合物的重量的约0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%。
3.4-压实沥青混合料组合物
可以根据超过一种的方法进行压实,这取决于所获得的沥青混合料组合物的特征,也取决于我们希望进行的测量。
为了测量沥青混合料组合物的车辙,如实施例4.1中所述,根据EN 12697-33,压实可以使用在垂直滑动钢板上运行的辊子通过碾压来进行,以产生直径200mm的样品。
为了测量沥青混合料组合物的水敏性,如实施例4.2中所述,根据EN 12697-30:2012,压实可以例如通过每侧击打50次进行。
为了测量间接张力以确定沥青混合料组合物的刚度模量,如实施例4.3中所述,根据EN 12697-31:2007,压实为旋转压实。
实施例4-沥青混合料组合物的分析
4.1-车轮车辙
使用Cooper Auto Lift Arm ECO车轮追踪器,根据EN 12697-22中的程序B(小型设备)进行车轮追踪,以确定沥青混合料组合物样品中的车轮车辙。
车轮追踪器开始运动,在车轮初始垂直位移时读取读数,然后在第一个小时内至少读取6或7次,此后每500个载荷循环至少读取一次读数。
车轮的垂直位置定义为在横移中点处距离加载区域中心±50mm的长度上,在近似等距的至少25个点测量的样品的轮廓的平均值。在车轮不停止转动的情况下测量车轮的垂直位置。
继续追踪,直到施加了10,000个载荷循环,或直到车辙深度达到20毫米,以较短者为准。
结果表示为车辙深度的比率(样品厚度的百分比),其将车辙深度(以毫米表示)除以根据EN 12697-29:2002测得的初始样品厚度(以毫米表示),结果以百分比表示。
车辙深度是车轮在来回行驶设定的次数后在沥青中形成的车辙深度的度量。这表明用于摊铺时沥青的耐久性。
包含不同类型消化物的沥青的车轮车辙
测定了包含不同类型消化物的沥青混合料组合物的车辙深度(表4)。车辙深度是车轮重复通过设定的次数后在沥青中形成的车辙深度的度量。
这表明用于摊铺时沥青的的耐久性。据观察,与标准沥青产品(AC20Dense Bin40/60)中未用消化物添加剂代替沥青的对照相比,当在沥青混合料组合物中用消化物添加剂代替约11%(w/w)的沥青时,沥青的车轮车辙减少。
表4-沥青混合料组合物的车辙深度,其中不同类型的消化物添加剂代替了AC20Dense Bin 40/60中11%(w/w)的原始4.6%(w/w)沥青。
总之,用Renescience消化物添加剂代替沥青时提高了沥青混合料的质量。用污水污泥消化物代替沥青具有相似的作用,而食物垃圾消化物具有相反的作用,导致更深的车辙深度,因此降低了所得的包含食物垃圾消化物的沥青混合料组合物的质量。
包含不同浓度的消化物的沥青的车轮车辙
测定了包含不同含量的消化物的沥青混合料组合物的车辙深度(表5)。
表5-沥青混合料组合物的车辙深度,其中消化物添加剂代替了AC20 Dense Bin 40/60中的原始4.6%(w/w)沥青中的不同量的沥青。
总之,通过用Renescience消化物代替约11%(w/w)的沥青,沥青混合料组合物的车辙深度显著降低,因此提高了所述沥青混合料组合物的耐久性。此外,用消化物代替约22%(w/w)的沥青,车辙深度从5.6%改善到4.1%(的样品厚度),这也是对沥青混合料组合物的性能和耐久性的显著改善。
4.2-确定水敏性
根据实施例3制备的沥青混合料组合物通过根据EN 12697-30:2012的冲击压实进行压实,其中每侧击打50下。
对于每种沥青组合物,生产10个样品,每个样品的直径约为100±3mm。
样品的尺寸根据EN 12697-29:2002测量,体积密度根据EN 12697-6:2012测量。
根据EN 12697-12:2008,通过首先将所述样品分为两个具有大约相同的平均长度和平均体积密度的子集样品来确定水敏性。
平均长度的差异不超过5mm,平均体积密度的差异不超过15kg/m3
测试样品(两个子集)同时制备(在一周之内准备),允许在调节程序开始前固化16小时至24小时。
调节
在20±5℃的实验室中,将干的子集样品(5个样品)在室温下储存于平坦表面上。
将湿的子集样品(5个样品)放在装有20±5℃蒸馏水的真空容器中的多孔架子上,蒸馏水填充至高于测样品上表面至少20mm。
施加真空以在10±1分钟内获得6.7±0.3kPa的绝对(残余)压力。
缓慢降低压力以避免样品膨胀损坏。
维持真空持续约30±5分钟。
然后使大气压缓慢地进入真空容器中。
将样品在水中再浸没30±5分钟。
根据EN 12697-6计算样品的体积。体积增加超过2%的任何样品均不采用。
然后将湿的子集样品置于40±1℃的水浴中,持续约68h至72h。
间接拉伸强度
在空气室内使样品达到25±2℃的规定的测试温度。在离开空气室后1分钟内测定样品的间接拉伸强度。
根据EN 12697-23:2017,将经过调节的样品放置在测试头中,以测量样品的峰值载荷。
将测试机器放置在温度为15℃至25℃的房间中。
将样品在下方装载条(loading strip)上对齐,以便可以沿直径方向装载样品。
在小于20%的加载时间的过渡期后,以50±2mm/min的恒定变形速度连续且无震动地施加径向载荷,从而对样品进行压缩,直至达到峰值载荷。
记录峰值载荷,并根据以下公式计算间接拉伸强度(ITS):
ITS=2P/πDH*1000
其中P是峰值载荷,D是直径,H是高度,ITS是间接拉伸强度,以kPa表示。
将水敏性报告为湿样品和干样品的平均ITS之间的比率,并以百分比表示。
包含不同类型消化物的沥青的水敏性
测定了包含不同类型消化物添加剂的沥青混合料组合物的水敏性(表1)。
水敏性是沥青对水破坏敏感性的度量。其通过确定经水调节的子集样品的间接拉伸强度与干子集样品的间接拉伸强度之间的比率来测量。如果这些间接拉伸强度之间的比率较低,则表明与具有高水敏性比率的沥青相比,沥青更容易受到水的破坏。
表1-沥青混合料组合物的水敏性,其中不同类型的消化物添加剂代替了AC20Dense Bin 40/60中原始4.6%(w/w)沥青的11%(w/w)。
结果表明,在沥青混合料组合物中,约11%(w/w)的沥青可以用和污水污泥消化物代替,而水敏性没有任何明显的变化。通过用食物垃圾消化物代替约11%(w/w)的沥青,沥青的水敏性略有提高。
4.3-通过间接拉伸确定圆柱样品的刚度模量(IT-CY)
制备样品
根据实施例3制备的沥青混合料组合物根据EN 12697-31:2007通过旋转压实进行压实。刚度模量根据EN 12697-26:2004(E)附录C确定。
获得的样品直径约为150±5毫米。用锯子将压实的样品修剪成标称的直圆柱。通过修整芯表面齐平除去任何突出的骨料颗粒。将样品夹在夹具中,锯成约60±5mm的厚度。
样品的尺寸根据EN 12697-29:2002测量。
根据EN 12697-6:2003+A1:2007(E),程序B测量体积密度。用于进一步分析的每个样品的体积密度与该批次的平均表观密度相差不超过1%。所有确实偏离的样品均不采用。
刚度模量的测量
在测试之前,将所有样品在20±0.4℃下调节24小时。将样品安装在库珀伺服气动通用试验机(Cooper Servo-Pneumatic Universal Testing Machine)中。对于调节,至少施加10个调节脉冲,以使设备能够调整载荷幅度和持续时间,以得到规定的水平径向变形和时间。目标变形为7±2μm,上升时间为124±4ms,所用泊松比为0.35。放置十字头以使目标载荷面积系数接近0.60。如果载荷面积系数不是0.60±0.10,则结果不被采用。
遵循EN 12697-26:2004(E)附录C,根据以下公式计算刚度模量:
其中E是刚度模量(以MPa表示),F是施加的垂直载荷的峰值(以N表示),z是在载荷循环过程中获得的水平变形幅度(以mm表示),h是样品平均厚度(以mm表示),v是泊松比(在此情形下,假设为0.35)。
确定样品的刚度模量后,将其旋转90±10°,并重复进行测量,以获得样品的刚度模量的复制。
对于每个沥青组合物,刚度模量以6个样品的平均值表示(每个在两个位置中,每个沥青组合物共产生12个复制)。
包含不同类型消化物的沥青的刚度模量
测定了包含不同类型消化物的沥青混合料组合物的刚度模量(表7)。刚度模量用作人行道的相关性能的指导,以获得用于评估道路结构性能的数据,并根据沥青规范来评价测试数据。其中11%(w/w)的沥青用消化物代替的沥青显示出与对照类似的刚度模量。
表7-沥青混合料组合物的刚度模量,其中不同类型的消化物添加剂代替了AC20Dense Bin 40/60中原始4.6%(w/w)沥青的11%(w/w)。
该结果表明,当使用消化物作为添加剂时,可以保持刚度模量。相反,包含污水污泥消化物和食物垃圾消化物的沥青显示出增加的刚度模量。结果表明,这些类型的消化物可用于改变刚度模量。
包含不同浓度的消化物的沥青混合料的刚度模量
测定了包含消化物的沥青混合料组合物的刚度模量(表8)。刚度模量用作人行道的相关性能的指导,以获得用于评估道路结构性能的数据,并根据沥青规范来评价测试数据。
表8-沥青的刚度模量,其中消化物添加剂代替了AC20Dense Bin40/60中原始4.6%(w/w)沥青中的不同量的沥青。
结果表明,当用消化物代替约11%(w/w)的沥青时,沥青的刚度模量得以保持,这意味着/>消化物可用作代替11%的沥青的添加剂,以在保持刚度模量的同时改善沥青其它性能。
当用消化物代替约22%(w/w)的沥青时,刚度模量增加到10900MPa。
与对照(AC20 Dense Bin 40/60)相比,这是3.4倍的增加,这意味着消化物在代替22%的沥青(沥青混合料组合物的1%(w/w))时可用于提高沥青的刚度模量。
实施例5-经旋转蒸发器回收后的粘合剂性能
遵循EN 12697-3:2013中所述的程序,从根据实施例3制备的沥青混合料组合物中回收粘合剂。
用二氯甲烷作溶剂,第一蒸馏阶段的条件约为85±5℃和85±5kPa,而第二蒸馏阶段的条件为150±5℃和2.0±0.2kPa。
在蒸发烧瓶中使用大气作为气氛,而不是使用氮气惰性气体。针对所提取的粘合剂,根据EN 1427:2007测定软化点,并根据EN 1426:2015测定针入度。
通过旋转蒸发仪器从包含不同类型消化物的沥青混合料组合物中回收后的粘合剂性能
针对从包含不同类型消化物的沥青混合料组合物中提取的沥青,测定粘合剂性能(具体指针入度和软化点)(表9)。
回收的粘合剂的软化点和针入度是沥青中粘合剂性能的指示。在不同的沥青应用中,需要不同的软化点和针入度,因此任何变化(更高或更低的值)都可能潜在地成为优势。例如,气候寒冷的地理位置的道路,优选软化点较低的沥青以避免开裂,而气候温暖的道路需要软化点较高的沥青。
表9-从沥青混合料组合物回收沥青后的粘合剂性能,其中不同类型的消化物添加剂代替了AC20 Dense Bin 40/60中原始4.6%(w/w)沥青中的11%(w/w)。
正如预期的那样,与原始粘合剂(针入度40/60)的针入度相比,对照样品中粘合剂的针入度有所下降,表明沥青混合过程中粘合剂***。
相反,从包含消化物添加剂的沥青中回收的粘合剂的针入度在所用原始粘合剂的范围内。这表明/>消化添加剂对粘合剂具有抗老化作用。
与对照相比,对于包含消化物添加剂的沥青混合料组合物,粘合剂的软化点也较低,这表明粘合剂的性能受到影响。
污水污泥消化物通过使回收的粘合剂的软化点与对照相比有所下降,也影响了粘合剂的性能,但与对照相比,针入度得以保持。
食物垃圾消化物也影响回收的粘合剂的性能,但是与其它类型的消化物相比,它与对照相比引起软化点的增加和针入度的降低。
实施例6-聚合物改性沥青(PmB)的制备
为了显示消化物可用于直接改性聚合物改性沥青的性能(即在与沥青混合料组合物中的骨料混合之前),对聚合物改性沥青进行了一系列实验。
测量软化点以显示聚合物改性沥青的性质被改性。
通过首先使用甘油浴将沥青(330/430)加热到180℃,来制备聚合物改性沥青。
将SBS(聚苯乙烯-嵌段-聚丁二烯-嵌段-聚苯乙烯,苯乙烯30%(w/w);CAS号:9003-55-8;Sigma-Aldrich)添加到沥青中,以达到在聚合物改性沥青中5.4%(w/w)的最终浓度。
将含有SBS的沥青放置15分钟,直至SBS被加热。使用IKA T25 Ultra Turrax(S25N-18G分散元件),通过逐渐提高搅拌速率(5000rpm持续10分钟,10000rpm持续20分钟,15000rpm持续20分钟)进行均质化。将均质化的沥青等分到20mL玻璃闪烁瓶中(每瓶10g)。
6.1-聚合物改性沥青(PmB)的改性
用不同类型的消化物改性PmB
根据实施例6制备聚合物改性沥青(PmB)。使用消化物或木质素作为添加剂将PmB进一步改性至所需的最终浓度。通过Inbicon方法获得木质素,如在Larsen,J.等人,2012.Biomass and Bioenergy,46,36-45中所述。通过添加添加剂并使用Ultra Turrax(S25N-10G分散元件;10000rpm,且分散元件尽可能靠近瓶底部)均质化10分钟来进行改性。阴性对照中没有加入添加剂。
然后,根据EN 1427:2015测量改性PmB的软化点。软化点的变化表明PmB的性能已被改性。
与其它类型的消化物相比,用消化物(20%(w/w)含量),实现软化点的增加最高,用/>消化物,软化点总体上增加了20%(表10)。这种效果并非仅来自Renescience消化物添加剂的无机部分,因为向粘合剂中添加8%(w/w)的Renescience消化物灰分(它是Renescience消化物添加剂的分离的无机部分)并没有导致软化点如此地增加(表11)。因此可以得出结论,与Renescience消化物添加剂混合对粘合剂的部分或全部影响归因于其有机成分。
食物垃圾消化物、木质素和消化物灰分也导致改性PmB(20%(w/w)含量)的软化点增加(表10),但程度与/>消化物不同。
污水污泥消化物在混合过程中引起大量泡沫,并且对于软化点测量而言沥青太粘稠。通过将粘合剂与食物垃圾消化物混合产生泡沫也表明,工业规模上食物垃圾消化物的实际处理可能会成问题。
在表11中,显示出当Renescience消化物灰分以20%(w/w)添加时也略微提高了粘合剂的软化点。通常,当添加到粘合剂或沥青中时,人们可能期望与市售填料例如FrancisFlower的石灰岩填料,具有类似的性能。
表10-包含PmB和消化物的粘合剂的软化点。N.m=由于大量起泡和高粘度而导致无法测量
表11-用消化物和其它类型的添加剂改性PmB
6.3-使用消化物对不同类型的聚合物改性沥青(PmB)进行改性
消化物对三种不同类型的沥青进行了改性,以表明消化物添加剂可用于改性多种沥青类型。根据实施例6,用5.4%(w/w)的SBS对沥青(330/430)改性。此外,测试了沥青(40/60)和聚合物改性沥青(25/55-55)。
所有沥青类型均用根据实施例3的消化物添加剂改性,并根据EN 1427:2015测量软化点。表12中将未添加任何消化物添加剂的软化点与用20%(w/w)消化物添加剂改性的沥青的软化点进行了比较。
表12-含有和不含20%(w/w)消化物添加剂的不同类型的粘合剂的软化点/>
结果清楚地表明,当使用约20%(w/w)的消化物添加剂进行改性时,沥青软化点的增加与沥青类型无关。
实施例7-沥青老化表征和分析
实施例7.1-用于老化的沥青样品的制备
根据实施例1制备消化物添加剂,并将其在165℃下使用高剪切力混合持续10分钟而混入沥青(特征在于根据EN 1426:2015的针入度为49dmm,根据EN 1427:2007的软化点为50.2℃)中。
通过分别倒入8mm和25mm的硅模具中,提取用于动态剪切流变测定(DSR)的子样品。随后使用DSR表征沥青的粘性和弹性行为,并计算含有和不含有Renescience消化物添加剂的沥青的疲劳开裂参数和抗车辙参数(实施例10和11)。
然后将所有样品冷却并储存以用于进一步测试。
实施例7.2-包含消化物添加剂的沥青的储存稳定性
根据EN 13399:2017对包含消化物添加剂的沥青的储存稳定性进行了测试。
在符合EN 13399:2017的管上,绘制了最大填充高度(100mm至120mm)的标记线。然后从最大填充高度起将该管标记成三等分。
将均匀的液体样品小心地倒入试管中至填充标记处,以免混入气泡。填充后将管套稍微压扁以允许热膨胀。在距离粘合剂表面上方一小段距离处挤压管的开口端。通过沿管的内部向上挤压测试材料,确保没有空气残留。将管端压平,并用钳子将管端至少紧紧折叠两次。
填充后1小时内,将管垂直放置在预热的烘箱中。将管在180±5℃下在垂直位置保持72±1小时。
然后将管从烘箱中取出,并在相同的垂直位置冷却至室温。
将冷却的试管水平放置在坚硬、平坦且干净的表面上,然后用锋利的加热切割工具将其切成三等份,以回收样品。
将中间部分丢弃。将顶部段和底部段分别放置在标有“顶部”和“底部”的罐子中。
将沥青加热到180℃,并在烘箱中放置不超过60分钟。然后,去除来自切割程序中的铝片,在将样品均质化后,制备了符合EN 1427:2015的软化点测试的样品。
通过测量根据EN 1427:2015在“顶部”和“底部”测得的软化点之间的比率来量化储存稳定性。
根据表13,包含高达10%(w/w)含量的消化物添加剂的沥青储存稳定。当将/>消化物添加剂以15%(w/w)的含量混合到沥青中时,沉淀的添加剂使样品底部段产生比顶部段高得多的软化点。
表13-根据EN 13399:2017测量的含有不同含量的消化物添加剂的沥青的储存稳定性
实施例8-包含消化物的沥青的旋转薄膜烘箱(RTFO)老化
根据EN 12607-1:2014,对含有或不含消化物的沥青进行旋转薄膜烘箱老化,以评估热和空气对沥青的综合影响,从而模拟沥青混合厂中大多数沥青粘合剂在混合期间所经历的硬化。
将符合EN 12607-1:2014的Infratest RTFO烘箱调平,并将烘箱预热到163±1℃的测试温度。
将35.0±0.5g的沥青样品称重到所需量的玻璃容器中。将16个玻璃容器每一个都装满沥青样品。
将样品安装到预热的RTFO烘箱中。将样品以15.0±0.2r/min的速度旋转,气流速度设置为4.0±0.2l/min。将样品保持在烘箱中,从温度达到低于测试温度1℃的时刻起,保持空气流动75±1分钟。
在测试期结束时,将容器从烘箱中取出,并根据EN 14769:2012将复制的样品混合成单个样品。通过分别倒入8mm和25mm的硅模具中,提取用于DSR测试的子样品。然后将所有样品冷却并储存以用于进一步测试。
实施例9-包含消化物的沥青的压力老化容器(PAV)老化
将根据实施例8进行了RTFO老化的子样品根据EN 14769:2012通过压力老化容器(PAV)老化进行进一步老化,以模拟经过7到10年阶段的沥青路面中的粘合剂出现的使用老化。
为测试做准备,将符合EN 14769:2012的容器、锅架和压力容器(Prentex,型号9300)预热至PAV调节温度。将每份50.0±0.5g的沥青样品称重到每个预热容器中。如果需要,可通过倾斜被填充的容器将沥青样品分配到整个容器的底部。
将被填充的容器放置在锅架中,并将包括样品的锅架放入压力容器中。关闭压力容器并固定。在压力容器中保持老化条件(90℃±0.5℃和2.1±0.1MPa)20小时±10分钟。
老化时间结束后,使用放气阀缓慢释放压力容器中内部的压力,以在8-15分钟内达到大气压。
将样品容器从压力容器转移到设置为170±5℃的预热烘箱中,并放置30±1分钟。当是流体时,搅拌每个容器以去除任何气泡。通过将热样品倒入合适的较大单个容器中并混合,从而将具有相同样品的容器合并。
如果有气泡滞留在粘合剂中,则将具有粘合剂的容器转移到设定为170±5℃的真空烘箱中。在不施加真空的情况下,将容器在烘箱中放置10±1分钟。平衡10分钟后,打开真空阀,将压力迅速降至15±2.5kPa,并在此压力下保持30±1min。30分钟结束时,释放真空,并将容器从烘箱中取出。
通过分别倒入8mm和25mm的硅模具中提取样品用于DSR测试。然后将所有样品冷却并储存直至测试。
实施例10-通过动态剪切流变仪(DSR)评估含有和不含有消化物添加剂的短期(RTFO)老化沥青的抗车辙参数
基于根据EN 14770:2012,使用Malvern Kinexus Pro+通过DSR测量的复数剪切模量(G*)和相位角(δ)计算短期老化沥青样品的抗车辙参数。
针对根据实施例7制备的并且经过根据实施例8的短期(RFTO)老化的分别包含0重量%、5重量%、10重量%和15重量%的Renescience消化物添加剂的沥青测定G*和δ。
在DSR测量中,频率为0.4Hz,板直径为25mm,间隙设定为1.0mm,温度为60℃。DSR测量值的标准偏差根据分别使用8mm板和25mm板在45℃和50℃下的G*和δ的测量值之间的平均差计算。
抗车辙参数表示沥青抵抗车辙引起的永久变形的能力,其通过如下计算:G*/sin(δ)。
图4表明,与不含添加剂的情况相比,包含10%(w/w)消化物添加剂的沥青的抗车辙参数更高。沥青中/>消化物添加剂的含量为15%(w/w)时,抗车辙参数降低,表明潜在最佳值为10%(w/w)。
实施例11-通过动态剪切流变仪(DSR)评估含有和不含消化物添加剂的长期(PAV)老化沥青的疲劳开裂参数
基于根据EN 14770:2012,使用Malvern Kinexus Pro+通过DSR测量的复数剪切模量(G*)和相位角(δ)计算长期老化沥青样品的疲劳开裂参数。
针对根据实施例7制备的并且经过根据实施例9的长期(PAV)老化的分别包含0%、5%、10%和15%重量的消化物添加剂的沥青测定G*和δ。在DSR测量中,频率为0.4Hz,板直径为8mm,间隙设定为2.0mm,温度为25℃。
DSR测量值的标准偏差根据分别使用8mm平板和25mm平板在45℃和50℃下的G*和δ的测量值之间的平均差计算。
疲劳开裂参数表示沥青抵抗疲劳开裂的能力,且根据下式计算:G*·sin(δ)。
如图5所示,当将消化物添加剂的含量从0%(w/w)增加到10%(w/w)时,沥青的疲劳开裂参数呈下降趋势。包含10%(w/w)和15%(w/w)的/>消化物添加剂的沥青具有类似的疲劳开裂参数。包含/>消化物添加剂的沥青具有较低的疲劳开裂参数表明,该添加剂使沥青不易疲劳开裂。
实施例12-消化物添加剂在沥青中的抗老化作用/>
基于根据EN 14770:2012,使用Malvern Kinexus Pro+通过DSR测量的复数剪切模量(G*)计算长期老化沥青样品的老化指数。
针对根据实施例7制备的并且经过根据实施例9的长期(PAV)老化的分别包含0%、5%、10%和15%重量的消化物添加剂的沥青测定G*。
在DSR测量中,频率为0.4Hz,板直径为8mm,间隙设定为2.0mm,温度为25℃。DSR测量值的标准偏差根据分别使用8mm平板和25mm平板在45℃和50℃下G*和δ的测量值之间的平均差计算。
老化指数表示沥青抵抗老化引起的硬化效应的能力,并计算为PAV老化沥青与未老化沥青的G*之比:
G*PAV老化/G*未老化
如图6所示,当增加沥青中消化物添加剂的含量时,老化指数呈下降趋势,这表明由于对老化引起的硬化效应的敏感性降低。
参考文献
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Claims (9)

1.一种组合物,其包含沥青、一种或多种塑性改性剂、消化物添加剂和任选存在的一种或多种其它组分。
2.根据权利要求1所述的组合物,其中所述一种或多种塑性改性剂是一种或多种塑性体、一种或多种热塑性弹性体、一种或多种橡胶、一种或多种粘度改性剂和/或一种或多种反应性聚合物,包括其任何组合。
3.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述塑性体为乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)、无规聚丙烯(APP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)中的一种或多种。
4.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述一种或多种塑性体选自以下的一种或多种:EVA、EMA、EBA、APP、PE、PP、PVC和PS,包括其任何组合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述热塑性弹性体是以下中的一种或多种:苯乙烯-丁二烯弹性体(SBE)、线性或径向苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SBS)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯弹性体(SIS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SEBS)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、异丁烯-异戊二烯无规共聚物(IIR)、聚异丁烯(PIB)、聚丁二烯(PBD)、聚异戊二烯(PI)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述一种或多种热塑性弹性体选自以下的一种或多种:SBE、SBS、SBR、SIS、EBS、EPDM、IIR、PIB、PBD和PI,包括其任何组合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述橡胶是天然橡胶,例如乳胶,或合成橡胶,例如再生轮胎橡胶或再生废胶末。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述粘度改性剂是一种或多种沥青稀释油(芳烃、环烷烃、链烷烃)或费托蜡,包括其任何组合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述反应性聚合物是乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的一种或多种无规三元共聚物,或马来酸酐接枝的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物,包括其任何组合。
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