EA020855B1

EA020855B1 - Способ холодного локального регенерирования, использующий вспененный асфальт и смазочную добавку

Info

Publication number: EA020855B1
Application number: EA201170306A
Authority: EA
Inventors: Джеральд Х. Райнке; Дэвид Лэндж; Гэйлон Л. Баумгарднер; Эрвин Дукатц
Original assignee: Эй.Эл.Эм. ХОЛДИНГ КОМПАНИ
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2015-02-27
Also published as: CN102177207A; US20160090701A1; CN102177207B; US20150252535A1; MX367196B; EA201170306A1; US11174603B2; US8962071B2; WO2010017283A3; US20180187385A1; EP2310460B1; US20150147118A1; CA2733227A1; US20100055304A1; DK2310460T3; MX2011001290A; BRPI0916631A2; WO2010017283A2; BRPI0916631B1; CA2733227C

Abstract

В изобретении рассматривается изготовление дорожного покрытия с использованием холодного локального регенерирования асфальта. Вспененный асфальт может быть получен при впрыскивании воды и необязательно сжатого воздуха в поток горячего асфальта. Для улучшения характеристик в поток горячего асфальта может быть введено смазочное поверхностно-активное вещество. Вспененный асфальт может быть смешан с регенерированным материалом с обеспечением однородно покрытого материала дорожного покрытия, который может быть уплотнен до требуемой плотности.

Description

Настоящее изобретение относится к переработке асфальта и, более конкретно, к холодному локальному регенерированию асфальта.

Предпосылки создания изобретения

Холодное локальное регенерирование, обычно называемое С1К, представляет собой способ, где существующее битумное дорожное покрытие или комбинацию битумного дорожного покрытия и необработанного заполнителя перемалывают или измельчают от поверхности дорожного покрытия до глубины до 152,4 мм (6 дюймов), объединяют с природным битумным материалом, смешивают и повторно укладывают без удаления материалов из существующего участка.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение относится к улучшенным способам холодного локального регенерирования асфальта. В одном варианте изобретением является способ холодного локального регенерирования, в котором этоксилированное диаминное поверхностно-активное вещество и вода смешиваются с асфальтовым связующим с образованием вспененной композиции поверхностно-активного вещества и асфальта. Вспененную композицию поверхностно-активного вещества и асфальта смешивают с молотым регенерированным дорожным покрытием с обеспечением однородно покрытого материала дорожного покрытия, который может быть уплотнен до желаемой плотности.

В другом варианте изобретением является способ холодного локального регенерирования со вспениванием, в котором вспененное асфальтовое связующее получают при впрыскивании одного или более из воды и потока сжатого воздуха в поток жидкого асфальта, который содержит смазочное поверхностно-активное вещество. Вспененное асфальтовое связующее смешивают с битумным материалом в непрерывном способе смешения с получением регенерированной битумной смеси. Регенерированную битумную смесь транспортируют в асфальтоукладчик и затем укладывают на существующий участок.

В другом варианте изобретением является способ холодного локального регенерирования со вспениванием, в котором вспененное асфальтовое связующее получают при смешении воды и смазочного поверхностно-активного вещества в потоке жидкого асфальта. Вспененное асфальтовое связующее смешивают с битумным материалом в непрерывном способе смешения с получением регенерированной битумной смеси. Регенерированную битумную смесь транспортируют в асфальтоукладчик и затем укладывают на существующий участок.

Хотя рассмотрены множественные варианты, еще другие варианты настоящего изобретения станут очевидными специалистам в данной области техники из последующего подробного описания, которое показывает и описывает иллюстративные варианты изобретения. Соответственно подробное описание должно рассматриваться как иллюстративное по природе, но не как ограничивающее.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение относится к улучшенным С1К-способам, в которых смазочную добавку вводят во вспенивающееся асфальтовое связующее. Это обеспечивает лучшее покрытие, более легкую конструкцию, улучшенное уплотнение и снижает температуры переработки. Одним показателем улучшенного покрытия является более интенсивный цвет материала дорожного покрытия, так как чем более однородное покрытие, тем темней цвет. Более тусклый, более коричневый цвет традиционной С1К вспененной смеси наблюдается, когда каждая из частиц не является покрытой. Более плотное полотно является также указателем на то, что связующее нанесено или более однородно напылено на все частицы в большей степени, чем в случае, когда небольшие глобулы асфальта разбросаны среди мелких частиц заполнителя.

С1К-регенерирование.

С1К-регенерирование представляет собой способ, в котором существующее битумное дорожное покрытие или комбинацию битумного дорожного покрытия и необработанного заполнителя перемалывают или измельчают от поверхности дорожного покрытия на глубину нескольких дюймов, объединяют с вспененным асфальтовым материалом, смешивают и повторно укладывают. В некоторых вариантах С1Крегенерирование содержит метод поезда, в котором ряд из частей оборудования размещается для того, чтобы выполнять каждую из указанных задач на участке.

Например, в методе поезда измельчающая машина может быть расположена в начале линии для измельчения существующего дорожного покрытия до желаемой глубины. Дробилка типа молотковой мельницы может быть расположена позади измельчающей машины или ниже по потоку по отношению к потоку материалов, так что дробилка типа молотковой мельницы (или другого типа мельница или дробилка) получает измельченный битумный материал от измельчающей машины. Г линомялка может быть расположена ниже по потоку от дробилки типа молотковой мельницы для смешения измельченного и дробленого материала со вспененным асфальтовым связующим в непрерывном способе. Цистерна или другой грузовой автомобиль, содержащий горячий асфальт, могут быть расположены между дробилкой типа молотковой мельницы и глиномялкой.

Как только материал смешивается, он может быть уложен на дорогу и превращен в дорожное покрытие с использованием подборочной машины. В некоторых случаях материал может быть выгружен из глиномялки непосредственно в асфальтоукладчик. Асфальтоукладчик укладывает смесь, и смесь за- 1 020855 тем прокатывают или уплотняют. В некоторых случаях было определено, что предпочтительно сбрасывать смесь из глиномялки на грунт и позволять подборочной машине превращать ее в дорожное покрытие, т.к. это может снизить или исключить частые остановки и запуски асфальтоукладчика.

В другом способе регенератор используется для вспарывания или взламывания дорожного покрытия. Удаленный материал обрабатывают или регенерируют (иногда вводят природный заполнитель) и вспененный асфальт напыляют на регенерированную смесь, которую затем укладывают позади регенератора. В некоторых случаях используют грейдер для формования конечной смеси по толщине и откосу. В некоторых случаях уложенный материал уплотняют без формования. Указанный способ дает регенерированную смесь, которая является подходящей для исправления плохих участков, добавления глубины уплотненному слою (при использовании дополнительного заполнителя) и обычно получения водоотталкивающей поверхности, на которую могут быть помещены дополнительные слои горячей асфальтовой смеси.

В другом способе может быть использована стационарная вспенивающая система в сочетании с молотым материалом, который собирается на участке и помещается обратно в центральное положение смешения. Данный способ может быть использован для получения холодной смеси, которая может быть либо ровно распределена грейдером, либо уложена как дорожное покрытие с получением твердой водоотталкивающей поверхности, на которую добавляют стружку уплотнения или покрытие. В каждом из указанных способов при вспенивании может быть использовано смазочное поверхностно-активное вещество.

Способ вспенивания.

В некоторых вариантах вспененное асфальтовое связующее является благоприятным для С1Кспособа. Вспененное асфальтовое связующее может быть получено с использованием нескольких различных технологий. В одной технологии вспененное асфальтовое связующее образуется при впрыскивании небольшого количества воды и сжатого воздуха в очень горячий поток асфальтового связующего, что заставляет асфальтовое связующее вспениваться, когда смесь вода/асфальт напыляют на измельченный битумный материал. В данном способе примерно 1-5 мас.% воды впрыскивают в природное асфальтовое связующее вместе с интенсивным перемешиванием компонентов для создания пены. Полученная смесь, которая укладывается, очень быстро наращивает прочность благодаря относительно низкому уровню воды, введенной в асфальтовое связующее для получения пены, и благодаря относительно быстрой потере воды в результате выпаривания, вызванного теплом асфальта.

В другой технологии пену получают из эмульсии, которая содержит примерно 60-70 мас.% асфальтового связующего и примерно 30-40 мас.% воды, смешанных при температуре в интервале примерно 30-60°С. Использование эмульсии может дать в результате эффективное покрытие измельченного материала на уровне или вблизи уровня примерно 100%.

В некоторых случаях ускоритель схватывания придает химическое разрушение эмульсии, что заставляет эмульсию покрывать измельченный материал и затем химически связывать асфальтовые частицы с материалом заполнителя и заставляет воду разрушаться или отделяться от асфальта. Может иметься заметное ускорение отверждения, придаваемое эмульсионной системе, по сравнению с традиционными медленно схватывающимися или средне схватывающимися эмульсионными смешанными смесями.

В некоторых вариантах смазочные поверхностно-активные вещества могут вводиться в асфальтовое связующее или в воду, впрыскиваемую в асфальтовое связующее, для улучшения вспенивания и для смазки и улучшения напыления асфальтового связующего на частицы измельченного материала. Соответственно могут быть получены регенерированные битумные материалы, которые обеспечивают быстрое нарастание прочности при обеспечении также примерно до 100% покрытия частиц, а также обеспечении требуемых внешнего вида и плотности. В некоторых случаях смазочный эффект, создаваемый смазочными поверхностно-активными веществами, может предотвратить или существенно снизить тенденцию некоторых вспененных С1К-смесей к прилипанию к асфальтоукладчику. Кроме того, хотя С1К со вспениванием может осуществляться с использованием связующего приблизительно при 182,2°С (360°Р), использование смазочных улучшающих вспенивание добавок может дать снижение температур, необходимых для строительства, на 15,6°С (60°Р).

В некоторых вариантах вспененное асфальтовое связующее может быть получено при впрыскивании воды и сжатого воздуха вместе с одним или более смазочных поверхностно-активных веществ в поток горячего асфальта. Потоком горячего асфальта может быть природный асфальт, такой как связующее РС 52-34. В некоторых случаях смазочное поверхностно-активное вещество вводят в асфальт до впрыскивания воды и сжатого воздуха. В некоторых случаях смазочное поверхностно-активное вещество вводят в воду до впрыскивания воды. В некоторых случаях, когда горячий асфальт течет через трубу или другую структуру, воду впрыскивают в поток горячего асфальта через первое сопло, а сжатый воздух вводят в поток горячего асфальта через второе сопло. В некоторых случаях вспенивание может иметь место при впрыскивании воды в отсутствие впрыскивания сжатого воздуха.

Асфальтовое связующее.

Целый ряд различных асфальтовых связующих является коммерчески доступным. В качестве примера несколько различных асфальтовых связующих являются коммерчески доступными от ряда источ- 2 020855 ников. Неограничивающими примерами асфальтовых связующих являются РО 52-34, РО 58-34, РО 6428, РО 70-28, РО 76-28, РО 70-22 и РО 76-22. Частным асфальтовым связующим является РО 52-34, которое имеет абсолютную вязкость (измеренную при 60°С (140°Р)) 540 П, глубину проникновения (при 25°С (77°Р)) 236 дмм и удельную плотность (при 15,6°С (60°Р)) 1,03.

Смазочные поверхностно-активные вещества.

Целый ряд смазочных поверхностно-активных веществ может быть использован в получении вспененных асфальтовых связующих. Примеры подходящих смазочных поверхностно-активных веществ включают в себя встречающиеся в природе соединения и, более обычно, синтезированные химические соединения из трех категорий поверхностно-активных веществ: детергентов, смачивателей и эмульгаторов. Поверхностно-активные вещества могут быть специально подразделены на анионогенные, катионогенные, амфотерные и неионогенные.

Подходящие анионогенные поверхностно-активные вещества включают в себя (но не ограничиваясь этим) жирные кислоты (насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты), пек жирной кислоты (пек стеариновой кислоты), производные жирных кислот (сложные эфиры жирных кислот и сульфонаты жирных кислот) и органофосфаты (алкилфосфаты).

Подходящие катионогенные поверхностно-активные вещества включают в себя (но не ограничиваясь этим) алкиламины, алкилчетвертичные аммониевые соли, гетероциклические четвертичные аммониевые соли, амидоамины и неазотные производные серы или фосфора.

Подходящие амфотерные поверхностно-активные вещества, которые имеют анионную молекулярную часть и катионную молекулярную часть, включают в себя (но не ограничиваясь этим) аминокислоты, производные аминокислот, производные бетаина (алкилбетаины и алкиламинобетаины), имидазолины и производные имидазолинов.

Неионогенные поверхностно-активные вещества включают в себя (но не ограничиваясь этим) сложноэфирные связи (§РЛЫ§ и ΤΑΕΕΝδ) с простыми эфирными связями поверхностно-активного вещества (алкилфенолполиоксиэтилены и полиоксиэтиленированные спирты), поверхностно-активные вещества с амидными связями (алканоламиды, моно- и диэтаноламиды и их производные), алкиленированные оксид-сополимеры и полиоксиэтиленированные меркаптаны.

Другие поверхностно-активные вещества и неповерхностно-активные добавки могут быть найдены в заявке на патент США серийный № 11/871782, поданной 12 октября 2007 г., озаглавленной Композиции связующего теплой асфальтовой смеси, содержащие смазочные добавки, которая приводится здесь в качестве ссылки в ее полноте.

В некоторых вариантах смазочным поверхностно-активным веществом является этоксилированный диамин. Иллюстративным, но не ограничивающим примером подходящего этоксилированного диамина является ΌΤ-3, или трис-(2-гидроксиэтил)-^таллоу-алкил-1,3-диаминопропан. В некоторых вариантах в асфальтовом связующем может быть использовано примерно 0,5 мас.% ΌΤ-3.

Композиции.

В некоторых вариантах вспененный асфальт может быть получен при впрыскивании примерно 0,55 мас.% воды и примерно 0,05-3 мас.% этоксилированного диаминного поверхностно-активного вещества в поток жидкого асфальта. Потоком жидкого асфальта может быть асфальтовое связующее, такое как РО 52-34.

В некоторых вариантах для улучшения вспенивания в поток жидкого асфальта может быть введен сжатый воздух при давлении примерно 138-345 кПа (20-50 фунт/кв.дюйм). В некоторых вариантах в процессе вспенивания поток жидкого асфальта находится при температуре в интервале примерно 149193°С (300-380°Р). В некоторых случаях поток жидкого асфальта находится при температуре в интервале примерно 160-182°С (320-360°Р).

Получаемый вспененный асфальт может быть смешан с измельченным битумным материалом (либо на участке, либо в центральном положении) в степени примерно 0,5-4% вспененного асфальтового связующего от массы измельченного битумного материала. Указанный материал, будучи уложенным и уплотненным, может достигнуть плотности, измеренной через 2 дня (48 ч) после уплотнения, по меньшей мере примерно 88-95% теоретической максимальной плотности уложенной смеси.

Пример 1.

Экспериментальный прогон проводят с использованием метода поезда холодного локального регенерирования. Измельчающую установку РК1000Т Са1егрШаг используют для измельчения существующего дорожного покрытия на глубину приблизительно 89 мм (3,5 дюйм). Портативную 3033 Себаг Кар165 молотковую дробилку с двойным ситом используют для измельчения измельчаемого материала до размера 25,4 мм (1 дюйм) и мельче. Портативную глиномялку ВагЬег Огееп с двойным валом длиной приблизительно 3 м (10 футов) используют для смешения измельченного материала с вспененным асфальтовым связующим. Способ вспенивания осуществляют с использованием 5о1ег распылительного пистолета для впрыскивания воды в поток асфальта перед введением асфальта в измельченный материал. После смешения измельченного материала со вспененным асфальтом смесь помещают в валок позади глиномялки и подборщик используют для перегрузки смеси в асфальтоукладчик, который затем укладывает смесь. Разравниватель на асфальтоукладчике обеспечивает начальное уплотнение, а конечное уп- 3 020855 лотнение смеси осуществляется пневматическими и стальными барабанными катками.

Используют асфальтовое связующее РС 52-34 при номинальной температуре 182°С (360°Р). Асфальт подают на объект в цистерне и перегружают в небольшую емкость, предназначенную охватывать валок, и так опускают вниз на покрываемый объект, чтобы весь поезд измельчения и смешения работал на объекте. 1-2% воды вводят в смесительную головку для охлаждения головки и оседания пыли и другие 1-2% воды вводят в процессе фазы дробления. Указанная вода является дополнительной по отношению к воде, вводимой в распылительную головку для получения вспененного асфальта. Температура окружающей среды на объекте составляет 21°С (70°Р). В измельченный материал вводят всего 1,65 мас.% природного 52-34 связующего. Для данного эксперимента вводят 0,5% смазочной добавки ΌΤ-3 этоксилированного диамина от массы связующего РС 52-34.

В распылительном пистолете в смесительной камере цвет смеси был более интенсивного темного внешнего вида по сравнению со сравнительной смесью г5ип§, полученной без смазочной добавки. Смесь является работоспособной в валке и подбирается легко для перегрузки в асфальтоукладчик. Имеется хороший поток через асфальтоукладчик, скребки и под разравниватель. Покрытие является однородным и более темным по цвету, чем такая же смесь, полученная без смазочной добавки. Полотно позади асфальтоукладчика является тверже, чем сравнительная необработанная смесь. Смесь хорошо прокатывается, и полотно оказывается тверже под катком. Имеется явное различие в цвете между традиционной вспененной С1К-смесью и С1К-смесью, полученной со смазочной добавкой. Образцы сердцевины отбирают как из традиционного, так и из экспериментального дорожного покрытия через 2 дня (48 ч) после укладки. Указанные образцы сердцевины испытывают на плотность. Средняя плотность 5 образцов из традиционного дорожного покрытия составляет 2037 кг/м³ (127,3 фунт/фут³). Средняя плотность 4 образцов, отобранных из дорожного покрытия, полученного со смазочной добавкой, составляет 2064 кг/м³ (129,0 фунт/фут³).

Пример 2.

Проводят другой экспериментальный прогон с использованием метода поезда холодного локального регенерирования. Часть существующего дорожного покрытия дробят, измельчают и смешивают со вспененным асфальтовым связующим.

Способ вспенивания осуществляют при впрыскивании воды в поток асфальта перед введением асфальта в измельченный материал. После смешения измельченного материала со вспененным асфальтом смесь перегружают в асфальтоукладчик, который затем укладывает смесь. Разравниватель на асфальтоукладчике обеспечивает начальное уплотнение, а конечное уплотнение смеси осуществляется пневматическими и стальными барабанными катками.

Используют асфальтовое связующее РС 52-34 при номинальной температуре 182°С (360°Р). Асфальт подают на объект в цистерне и перегружают в небольшую емкость, предназначенную охватывать валок, и так опускают вниз на покрываемый объект, чтобы весь поезд измельчения и смешения работал на объекте. 1-2% воды вводят в смесительную головку для охлаждения головки и оседания пыли, и другие 1-2% воды вводят в процессе фазы дробления. Указанная вода является дополнительной по отношению к воде, вводимой в распылительную головку для получения вспененного асфальта.

Днем, когда температуры дорожного покрытия и воздуха увеличиваются, было установлено, что асфальтовая смесь развивает тенденцию к прилипанию к разравнивателю в результате увеличения вязкости очень мелких частиц и связующего. Была сделана попытка решить проблему снижением содержания связующего с 15 или 16,4 дм³/м (1,2 или 1,3 галлон/фут) до 10 дм³/м (0,8 галлон/фут). Было установлено, что указанное снижение не решает проблему. Кроме того, это дает содержание связующего, которое является менее оптимальным. Было установлено, что при введении в связующее 0,3 мас.% ΌΤ-3 содержание связующего может выдерживаться при 15 дм³/м (1,2 галлон/фут) при исключении проблемы прилипания смеси.

В рассмотренные типичные варианты могут быть внесены различные модификации и дополнения без отступления от объема настоящего изобретения. Хотя описанные выше варианты относятся к частным характеристикам, объем данного изобретения также включает в себя варианты, имеющие различные комбинации характеристик, и варианты, которые не включают всякую из описанных выше характеристик.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ изготовления дорожного покрытия с использованием холодного локального регенерирования асфальта, включающий:

а) измельчение локального существующего дорожного покрытия до желаемой глубины с получением размолотого битумного материала;

б) объединение размолотого битумного материала со вспененным асфальтовым связующим, полученным при объединении нагретого жидкого асфальтового связующего с (ί) 0,05-3 мас.% смазочного поверхностно-активного вещества в расчете на массу связующего и (ίί) водой, причем жидкое асфальтовое связующее нагревают до температуры, достаточной для получения вспененного асфальта и получе- 4 020855 ния материла покрытия на месте;

в) уплотнение материала покрытия на месте с получением регенерированного дорожного покрытия.
2. Способ по п.1, в котором используют смазочное поверхностно-активное вещество, которое содержит катионогенное поверхностно-активное вещество, анионогенное поверхностно-активное вещество или неионогенное поверхностно-активное вещество.
3. Способ по п.1, в котором в качестве смазочного поверхностно-активного вещества используют катионогенное поверхностно-активное вещество, включающее алкиламин, алкилчетвертичную аммониевую соль, гетероциклическую четвертичную аммониевую соль, амидоамин и неазотное производное серы или фосфора.
4. Способ по п.1, в котором в качестве смазочного поверхностно-активного вещества используют этоксилированный диамин.
5. Способ по п.1, в котором получение вспененного асфальтового связующего включает впрыскивание воды и смазочного поверхностно-активного вещества в нагретое жидкое асфальтовое связующее.
6. Способ по п.1, где получение вспененного асфальтового связующего дополнительно включает впрыскивание сжатого воздуха в нагретое жидкое асфальтовое связующее.
7. Способ по п.1, где получение вспененного асфальтового связующего включает введение смазочного поверхностно-активного вещества в нагретое жидкое асфальтовое связующее и последующее впрыскивание воды и дополнительно сжатого воздуха.
8. Способ по п.1, где получение вспененного асфальтового связующего включает впрыскивание 0,55 мас.% воды в нагретое жидкое асфальтовое связующее и отдельно впрыскивание потока сжатого воздуха при давлении 138-345 кПа (20-50 фунт/кв.дюйм) в нагретое жидкое асфальтовое связующее.
9. Способ по п.1, где используют нагретое жидкое асфальтовое связующее с температурой между 149-193°С (300-380°Р).
10. Способ по п.1, в котором используют нагретое жидкое асфальтовое связующее с температурой между 160-182°С (320-360°Р).
11. Способ по п.1, дополнительно включающий объединение природного заполнителя с вспененным асфальтовым связующим и размолотым битумным материалом.
12. Способ по п.1, в котором объединение вспененного асфальтового связующего с размолотым битумным материалом проводят непрерывно.
13. Способ по п.1, в котором объединение вспененного асфальтового связующего с размолотым битумным материалом включает непрерывное смешивание вспененного асфальтового связующего с размолотым битумным материалом в количестве 0,5-4 мас.% асфальтового связующего от массы размолотого битумного материала.
14. Способ по п.1, в котором материал дорожного покрытия укладывают на существующий участок при помощи асфальтоукладчика.
15. Способ по п.1, в котором материал дорожного покрытия укладывают на существующий участок при помощи грейдера.
16. Способ по п.1, в котором материал дорожного покрытия уплотняют до минимальной желаемой плотности.
17. Способ по п.1, в котором материал покрытия уплотняют до плотности, измеренной через 2 дня после уплотнения, по меньшей мере равной 88% от теоретической максимальной плотности.