PL163713B1

PL163713B1 - Sposób ,wytwarzania cementu asfaltowego PL PL PL PL

Info

Publication number: PL163713B1
Application number: PL89280262A
Authority: PL
Inventors: Anthony J Kriech; Herbert J Wissel
Original assignee: Asphalt Materials Inc
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1989-06-27
Publication date: 1994-04-29
Also published as: EP0348867B1; ATE60792T1; US4874432A; GR3001583T3; NO176055B; LV11332B; CA1295208C; LTIP1562A; CS8903873A2; PT90983A; FI98922C; AU2528888A; KR900701937A; JPH0751668B2; DE68900035D1; JPH03505591A; DK80690A; PT90983B; DD287044A5; YU131589A

Abstract

1. Sposób wytwarzania cementu asfaltowego, z n a m ie n n y t y m , ze uplynnia sie zasad- niczo suchy material asfaltowy, zmydla sie w nim co najmniej jeden kwas tluszczowy i co najmniej jeden kwas zywiczny przez reakcje z co najmniej zmydlajaca iloscia zasadniczo suchej zasady metalu alkalicznego i usuwa sie wode reakcyjna z wytworzeniem zelowanego wielogatunkowego cementu asfaltowego. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku Jest sposób wytwarzania cementu asfaltowego. Ten nowy żelowany wielogatunkowy cement Jako korzystny substytut tradycyjnych cementów asfaltowych na drogi i konstrukcje dachowe oraz wyroby specjalne z cementu asfaltowego, gdzie wśród istotnych własności poszukiwana jest obniżona wrażliwość na temperaturę i zmniejszona szybkość twardnienia na skutek starzenia się.

Nawierzchnie z kompozycji asfaltowych stanowię ponad 90% nawierzchni w Stanach Zjednoczonych Ameryki. Już od 1874 r. wykorzystywano naturalne asfalty otrzymywane ze złóż w Jeziorach. Później odkryto w niektórych stanach południowych i zachodnich skalne osady asfaltowe, które mielono, nakładano i walcowano tworząc powierzchnie nawierzchni dróg. Jednakowoż już od początku lat 1900 asfalty produkowane w procesie rafinacji ropy naftowej zdominowały stosowanie na nawierzchnie dróg i powierzchnie dachowe.

Asfalt Jest materiałem ciemnobrązowym do czarnego o wysokiej lepkości, zawierającym Jako składnik główny bituminy, które znajdują się w różnych proporcjach w większości surowych rop naftowych. Asfaltowa pozostałość z rafinacji ropy naftowej, zasadniczo wolna od początkowych frakcji lekkich, powszechnie nazywana jest asfaltem.

163 713

Asfalty na nawierzchnia klasyfikuje się jako cement asfaltowy, cement fluksowany i emulsje asfaltowe. W tym przypadku chodzi o cement asfaltowy, chociaż dalej wspomina się o emulsjach asfaltowych i asfalcie fluksowanym.

Cement asfaltowy jest asfaltem w własnościach nadających się na drogi i pokrycia dachowa oraz produkty specjalistyczne. Przy budowie dróg asfalt ogrzewa się do konsystencji swobodnie płynącej i miesza z agregatem ogrzanym w przybliżeniu do taj 9amej temperatury /zwykle 120-160°C/ i nakłada na przygotowaną powierzchnią, ubija i utwardza tworząc beton asfaltowy. W długiej historii nawierzchni asfaltowych proces mieszania na gorąco cementu asfaltowego i agregatu pozostał sposobem stale stosowanym, gdyż zapewnia najkorzystniejszy bilans kosztów i jakości. W procesie mieszania na gorąco doprowadza się ogrzany upłynniony cement asfaltowy do kontaktu z ogrzanym agregatem tworząc powierzony agregat gotowy do wyrównania i utwardzenia.

Gatunki cementów asfaltowych stosowanych na nawierzchnie określa się według trzech wyraźnych parametrów! lepkości, lepkości po starzeniu i penetracji. Najpowszechniejszy system oceny gatunku w Stanach Zjednoczonych bazuje na lepkości mierzonej w temperaturze 60°C /AASHTO M-226/. /AASHTO oznacza American Association ot State Hignway and Transportation Ufficiais/. Tak więc, cement asfaltowy mający lepkość 25 Pa.a w temperaturze 60°C oznaczany jest AC-2,5 i uważany jest za asfalt miękki. Z drugiego końca cement asfaltowy mający lepkość 400 Pa.s w temperaturze 60°C oznaczany Jako AC-40 jest uważany za asfalt twardy. Pośrodku są asfalty oznaczane AC-5, AC-10, AC-20 i AC-30. Ponadto, na pewnych obszarach w klimacie gorącym stosuje się AC-50 a AC-1 stosuje się w klimacie zimnym. Standardowe gatunki asfaltów zestawiane są w tabelach i omówione w Principles of construction of Hot-Mix Asphalta Pavements“, The Asphalt Institute, Manual Series nr 22 /MS-22/, styczeń 1983, str. 14.

Niektóre stany zachodnie zastosowały system oznaczania gatunku bazując na lepkości po starzeniu. Ten system zgodnie z zamierzeniem ma bardziej dokładnie odbijać własności lepkości nawierzchni po umieszczeniu jej na miejscu. Test symuluje starzenie asfaltu przez przyspieszone utlenianie cienkiej błony asfaltowej w temperaturze 60°C /AASHTO M-226/. Wyniki podaje się na- przykład jako AR-10 dla lepkości 100 Pa.s uważany za asfalt miękki a AR-160 dla lepkości 1600 Pa.s uważany za asfalt twardy. Ten system oznaczania gatunku omówiony jest w wyżej wymienionej publikacji na str. 15.

Gatunki asfaltów mogą również być oznaczane standardowym testem penetracji /AASHTO M-20/. W tych testach, odległość na Jaką standardowa igła obciążona określonym ciężarem wnika do asfaltu w określonym czasie w temperaturze 25°C wskazuje twardość lub miękkość asfaltu. Test ten jest omówiony na str. 16 wyżej wymienionej publikacji.

W zastosowaniu do pokryć dachowych cement asfaltowy stosuje się w konstrukcji dachów nawarstwianych, płytkach dachowych i syciwach przy nakładaniu asfaltu wałkami. Gatunek cementu asfaltowego stosowanego w nawarstwianych dachach określa się temperaturą mięknięcia według ASTM 0 312. /ASTM oznacza American society for Testing Materials/. Asfalt typu I, który ma niską temperaturę mięknięcie, uważany jest za asfalt miękki. Asfalt na pokrycia dachowe typu IV ma wysoką temperaturę mięknięcia i uważany jest za asfalt twardy. Ta i pośrednie gatunki bazują na podatności asfaltu do płynięcia w podanych temperaturach i nachyleniach dachu. Dachy nawarstwiana buduje się przez walcowanie filcami nasyconymi asfaltem, a następnie rozcieranie na tym cementu asfaltowego. Proces ten powtarza się kilkakrotnie tworząc wodoodporny nawarstwiony dach.

Są inne specjalistyczne zastosowania cementu asfaltowego w tym, na przykład wypełnienia spoin i pęknięć, środki obiegowe i nadająca wodoodporność oraz odporność na wilgoć, które mają różne wymagania w zależności od zamierzonego stosowania.

Asfalt fluksowany stosowany jest tam, gdzie pożądany jest asfalt płynny w temperaturach niższych od temperatur normalnie stosowanych przy cemencie asfaltowym lub baz emulgowania /patrz poniżej/. Asfalty fluksowane nakładane są zwykle przez rozpylenia. Sporządza się je przez rozpuszczenie asfaltu w rozpuszczalniku naftowym takim jak benzyna ciężka.

163 713 nafta lub olej opałowy. Zarówno przy stosowaniu asfaltu fluksowanego przez rozpylenia Jak 1 mieszanie na zimno powstaje problemy zanieczyszczania środowiska Jak i bezpieczeństwa na skutek parowania rozpuszczalnika do atmosfery. Również w kryzysie energetycznym lat 1970 zastosowanie rozpuszczalników z ropy naftowej do tego celu było sprzeczne z nakazywanym wówczas umiarem, którego skutkiem jest istotna zmniejszenie stosowania dzisiaj asfaltu fluksowanego.

Do sporządzania emulsji asfaltowych normalnie nie stosuje się rozpuszczalników, chociaż jako składnik asfaltowy może być stosowany asfalt fluksowany /zwykle są to emulsje typu woda w oleju/. Asfaltowy zmiękczacz upłynnia się przez ogrzewania.a globulki asfaltu dysperguje się i miele ze środkami powierzchniowo czynnymi tworząc trwałą emulsję typu woda w oleju. Emulsje asfaltowe mogę być jednymi z kilku typów obejmujących emulsje anionowe, kationowe lub niejonowe w zależności od środka powierzchniowo czynnego użytego do ich sporządzenia. Emulsjo stosuje się do uszczelniania istniejących dróg przez nakładanie cienkiej warstewki emulsji asfaltowej na powierzchnię drogi,a następnie pokrycie agregatem otrzymując drogę wodoodporną. Emulsje asfaltowe mogę być również stosowana do mieszania z agregatem na miejscu w korycie drogi lub mieszane z agregatem na zimno w mieszarce do gliny,a następnie rozprowadzane po drodze za pomocą przesuwnej betoniarki drogowej. Emulsje więżą się zwykle z procesem mieszania na zimno, a gdy są stosowane w procesie mieszania na gorąco stosuje się zwykle niższe temperatury w porównaniu z tradycyjnym procesem gorącym.

Emulsje asfaltowa mogę być stosowane w procesie mieszania na gorąco przy wytwarzaniu betonu asfaltowego, ale nieodłącznie związane trudności produkcyjne na ogół skłaniają do stosowania korzystniejszego cementu asfaltowego. Niektóre problemy związane z emulsjami w procesie Mieszania na gorąco omówiono poniżaj.

Przy periodycznym procesie mieszania na gorąco, podczas odpowietrzania pary wodnej wydzielanej przy grzaniu emulsji /zwykle zawierającej 30% wagowych wody/ czasami występuję siły eksplozyjne, gdy agregat doprowadza się do stosunkowo wysokiej temperatury stwarzając problemy bezpieczeństwa i środowiskowe. W procesach ciągłych mieszenia na gorąco w bębnach, krótki czas mieszania bywa nlewystarczający do uzyskania odpowiedniego odparowania wody.

W obu procesach wytwórczych z mieszaniem na gorąco wymagana jest dodatkowa ilość energii do odparowania wody zawartej w emulsji. Emulsje typu olej w wodzie ulegają wymrożeniu, jeśli magazynowane są w wystarczająco niskich tomperaturach a w konsekwencji przedwczesnemu zniszczeniu emulsji. Gdy z jakichś powodów emulsja zostanie przegrzana, woda może być przedwcześnie utracona a emulsja zinwertowana, powodując potencjalnie poważne problemy w obsłudze a w rezultacie utratę przydatności produktu.

Najważniejsza z punktu widzenia jakości jest potrzeba usuwania wody możliwie najszybciej i najpełniej z pozostałości emulsjl przyklejonej do agregatu. Faza wodna emulsji nieodłącznie przyczynia się do wysokiej zawartości wody w wyrównanej warstwie betonu asfaltowego a na szybkość następnego odparowania wywierają wpływ warunki otoczenia. Tak więc nie ma pewności zarówno co do szybkości jak i zakresu osuszania w etapie utwardzania betonu asfaltowego kładzionego z emulsji asfaltowych, z towarzyszącą perspektywę na zmianę ważnych własności w dowolnym punkcie procesu utwardzania.

Emulsjo asfaltowe stosowane w procesie mieszania na gorąco obejmuję klasę emulsji anionowych zwanych emulsjami wysoce wspływnymi. Wytwarzanie tych emulsji ma długą ustaloną procedurę, w której emulsja stabilizowana jest przez zmydlanie in situ kwasów organicznych, zwykle obecnych w postaci oleju talowego. Asfalt o ulepszonych własnościach pozostałości wytwarzany jest po usunięciu wody w procesie mieszania na gorąco.

Na przykład, w amerykańskim opisie patentowym nr 2 355 319 opisano emulsję, w której olej talowy zmydlany jest wodorotlenkiem sodu, dając mydło talowe, które służy za emulgator, co nadaje ulepszone własności pozostałości emulsji w utwardzonym betonie asfaltowym.

W amerykańskim opisie patentowym nr 3 904 428 podobnie opisano emulsję asfaltowę, w której na przykład olej talowy zmydlany wodorotlenkiem sodu w obecności istotnej ilości wody miele się z cementem asfaltowym w określonym zakresie temperatur tworząc lapkę żelowotą

163 713 masę zawierającą wyższa niż zwykle Ilości asfaltu. Mówi się, żs wyższa zawartość asfaltu zmniejsza tendencję asfaltu do drenowania wilgotnego agregatu i zapewnia bardziej kompletną powłokę.

W amerykańskim opisie patentowym nr 4 422 084 opisano procesy z emulsję wysoko wspływną, w których olej talowy najpierw miesza się z asfaltem traktowanym wstępnie różnymi modyfikatorami, które wpływają na własności asfaltu, ale nie wywierają wpływu na zniszczenie emulsji. Ujawniono również proces, w którym emulgator zawierający na przykład olej talowy przereagowany z roztworem kaustycznym w wodzie miesza się z asfaltem. Stosunki składników emulgatora mogę być zmienne, aby przystosować je do różnych kompozycji asfaltowych.

Publikacja stowarzyszenia Tall oil Products Division of the Pulp Chemicals Association, Tall Oil and Its Uses /F.W.Dodge Company, 1965/ podkreśla znaczenie środków powierzchniowo czynnych w emulsji w celu przemieszczenia wody na agregat i ułatwienia związania z nim cementu asfaltowego. Ola tego celu opisano użycie kwasów tłuszczowych oleju talowego Jako emulgatora we fluidyzowanym asfalcie stosowanym na drogi.

Ogólny przegląd procesów nakładania nawierzchni na gorąco i na zimno można znaleźć w Highway Engineering Wrighta i Paquette'a, wydanie 4 /John Wiley and Sons, 1979/. Bardziej aktualny przegląd sposobów mieszania na gorąco ukazał się w Principles of Conatruotion of Hot-Mix Asphalt Pavementa, styczeń 1983, do którego nawiązywano już wcześniej. Dla zapoznania się z przeglądem procesów mieszania na zimno przy użyciu emulsji asfaltowych patrz A Basic Asphalt Emulsion Manual, Asphalt Institute, Manual Series Nr 19 /Ms - 19/, marzec, 1979.

Reakcję zmydlania wykorzystuje się do zestalania normalnie ciekłych węglowodorów takich jak benzyna lekka, co ułatwia posługiwanie się nimi i stosowanie. Na przykład amerykański opis patentowy nr 2 385 817 ujawnia zestalanie normalnie ciekłych węglowodorów przez tworzenie in situ mydeł metalicznych otrzymywanych ze zmydlania mieszaniny kwasu stearynowego i kalifonii z wodorotlenkiem sodu i małą ilością bezwodnego alkoholu metylowego. Mówi się, że alkohol przyspiesza reakcję. Ciekłymi węglowodorami są benzyna lekka i inno dostylaty ropy naftowej, które są łatwo palne i są przeznaczone do stosowania jako paliwa silnikowe. Jako takie, są to frakcje znacznie lżejsze w procesie rafinowania ropy naftowej niż pozostałość asfaltowa.

Podobnie, mydła smarowe również bazujące na lżejszych frakcjach ropy naftowej zostały opisane na przykład przez Lockharta w American Lubricants /Chemical Publishing Company,

1927/ atr, 163 i następne oraz w amerykańskim opisie patentowym nr 3 098 823. Rozpoznano, nieoczekiwanie, że woda jest niepożądanym składnikiem w smarze. Na przykład w amerykańskim opisie patentowym nr 2 394 907 smar sporządza się przez zawieszenie wodorotlenku sodu w ciekłym środowisku niaraaktywnym, takim jak olej mineralny, mielenie w nim wodorotlenku sodu i zmydlenie kwasu tłuszczowego pod nieobecność wody. Ogrzanie mieszaniny do temperatury zmydlania inicjuje reakcję z wytworzeniem niepożądanej wody jako produktu ubocznego, który musi być usunięty.

W amerykańskim opisie patentowym nr 2 888 402 opisano podobną reakcję ale zastosowano wodorotlenek metalu zawlerający wodę hydratacyjną, która wydziela się podczas ogrzewania i która przypuszczalnie inicjuje reakcję zmydlania. Wodorotlenek litu, zwłaszcza wymieniany Jako źródło wody, inicjuje pierwszy etap zmydlania, po którym w etapie drugim stosuje się inne wodorotlenki metali.

Mimo długiej historii i szerokiego stosowania smarów, w których tworzono żele organiczne przez zmydlenie in situ, w dziedzinie asfaltów nigdy nie przekładano i nie przystosowywano technologii smarów do osiągnięcia istotnych korzyści z tworzenia żelu w materiałach asfaltowych. Natomiast stosowanie asfaltów na drogach, konstrukcjach dachowych i zastosowaniach specjalnych, do czasu obecnego wynalazku, pozostawało prowincję technologiczną w tradycyjnych procesach z cementem asfaltowym i w mniejszym zakresie z asfaltem fluksowanym i emulsjami.

Aktualnie, cement asfaltowy na nawierzchnie musi się dobierać tak, żeby beton asfaltowy

163 713 niepotrzebnie nie miękł w wyższych temperaturach i nie pękał w temperaturach niższycn. Konieczność taj selekcji prowadzi do stosowania bardziej miękkich asfaltów na północy lub w klimacie zimniejszym i twardszych gatunków asfaltu na południu lub w klimacie cieplejszym. Jednakowoż w wielu klimatach nawierzchnie wystawione są na działania temperatur ekstremalnych zarówno wysokich jak i niskich, prowadząc do kompromisów przy doborze asfaltu, przy czym żaden szczególny gatunek nie Jest całkowicie odpowiedni w całym zakresie temperatur występujących w danym klimacie.

Tak więc, najważniejsze znaczenie ma podatność cementu asfaltowego na temperaturę przy zastosowaniu na beton asfaltowy. Asfalt musi zachować integralność strukturalną w temperaturach wysokich nie stając się zbyt kruchym i łamliwym w temperaturach niskich. Jednakowoż te własności muszę również przetrwać na nawierzchni asfaltowej przez wiele cykli zmian temperatury, zamarzania i tajania oraz stale zmieniającego się obciążenia. Im niższe jest nachylenie krzywej lepkość/temperatura w układzie log-log lepkości tym bardziej korzystna Jest charakterystyka podatności na temperaturę cementu esfaltowego.

Przez utlenianie przy dłuższym wystawieniu na działanie otoczenia i nasilenia ruchu, cementy asfaltowe twardnieję na skutek starzenia. Twardnienie na skutek starzenia jest inną własnością betonu asfaltowego do której należy przywiązywać wagę. Im mniejsze nachylenie krzywej lepkość/czas wykreślonej w układzie log-log lepkości, tym korzystniejsze są charakterystyki twardnienia z wiekiem.

Ponadto, ważne jest żeby cement asfaltowy nałożony jako beton asfaltowy wykazywał korzystna własności trwałości pod wpływem normalnych zmian pogodowych i starzenia. Trwałość Jest miarę oporności na dezintegrację w miarę upływu czasu w przeważajacych warunkach pogody i nasilenia ruchu. Czynnikami wpływającymi na trwałość jest powtarzana zamarzanie i tajanie jak również utlenianie towarzyszące procesowi starzenia.

Jest oczywiste, że cement asfaltowy przesunąłby się jakościowo bardziej ku ideałowi, gdyby gatunki z najniższymi AC zgodne z niskotemperaturowymi rozważaniami w odniesieniu do kruchości i łamliwości mogły połączyć w sobie bardziej lepkie gatunki o wyższych AC bez poświęcania ich własności wysokotemperaturowych. Niestety mieszanie gatunków AC w obecnych procesach mieszania na gorąco, chociaż technicznie wykonalne, nleodłącznie więżą się z nlezadawalającym kompromisem własności. Na przykład mieszanie ustalonych gatunków asfaltu nie powoduje zachowania w mieszance pożądanych lepkości zależnych od temperatury dla każdego gatunkuj mieszany produkt ma własności pośrednie pomiędzy wartościami pierwotnymi.

Podobnie przy stooowaniu cementów asfaltowych na pokrycia dachowe bierze się pod uwagę podatność na temperaturę i twardnienie na skutek starzenia. Nawarstwiane pokrycia dachowa z materiałów asfaltowych stanowię większość handlowych i przemysłowych pokryć dachowych w Stanach Zjednoczonych. Nawarstwianie pokryć dachowych związane jest z wyrównywaniem zmienianych kolejno warstw asfaltu i impregnowanych asfaltem mat, przy czym asfalt stosowany jest na gorąco w postaci cementu asfaltowego.

Przy specjalistycznych zastosowaniach asfaltu, obejmujących wypełniacze spoin i pęknięć, środki obiegowe, nadająca wodoodporność i odporność na wilgoć /ASTM D 449/, również należy brać pod uwagę wrażliwość na temperaturę i twardnienie wskutek starzenia, przy określaniu końcowego zachowania się tych produktów.

Zatem celem niniejszego wynalazku było otrzymanie żelowanego cementu esfaltowego o ulepszonych własnościach w stosunku do cementu tradycyjnego, w tym o obniżonej wrażliwości na temperaturę i mniejszej szybkości twardnienia wskutek starzenia, oraz uzyskanie tych wyników w tradycyjnym procesie mieszania na gorąco, w istniejących urządzeniach do mieszania na gorąco, standardowym wyposażeniu do krycie dachów i wyposażeniu do zastosowań specjalnych. Udało się to osiągnąć dzięki sposobom według wynalazku.

Tak więc sposób wytwarzania żelowanego wielogatunkowego cementu asfaltowego polega na a/ upłynnianiu zasadniczo suchego materiału asfaltowego, b/ zmydlaniu w nim co najmniej Jednego kwasu tłuszczowego i co najmniej Jednego kwasu żywicznego przez reakcję z co najmniej zmydlajacą ilością zasadniczo suchej zasady metalu alkalicznego i c/ usuwaniu wody

163 713 reakcyjnej z wytworzeniem żelowanego uniwersalnego cementu asfaltowego.

Po prostu, sposób ten obejmuje zmydlenie w płynnym asfalcie, zasadniczo wolnym od wody, co najmniej Jednego kwasu tłuszczowego i co najmniej jednego kwasu żywicznego przy użyciu zasady metalu alkalicznego lub dodanie już zmydlonego produktu do upłynnionego asfaltu. Otrzymany żelowany cement asfaltowy wykorzystuje się w tradycyjnych sposobach na drogach, dachach i w zastosowaniach specjalnych, Dalsze cechy i korzyści z wynalazku staną się widoczne z następnego opisu korzystnych wykonań wynalazku.

Tradycyjny cement asfaltowy w podwyższonych temperaturach występujących w procesach mieszania na gorąco ma własności reologiczne cieczy. Asfalt pozostaje ciekły, przelewalny zgodnie z jego szczególną zależnością lepkośó-temperatura, przez cały czaa łączenia z agrgaatarn i wyrównywania jego warstwy w postaci betonu asfaltowego. W tym stanie fizycznym podatny Jest na spływania z agregatu zależnie od takich czynników Jak temperatura, charakter i powierzchnia obszaru agregatu oraz wielkość i konfiguracja przestrzeni wolnych.

Obecnie odkryto, że asfalt może być żelowany przez bezpośrednią reakcję zmydlania, wymagając tylko śladowych ilości cieczy jonizującej dla utworzenia strefy jonizującej w płynnym asfalcie, gdzie może rozpocząć się mydlenie. Woda wytwarzana w miarę postępu reakcji jest wystarczająca do podtrzymywania reakcji, ponieważ przenika przez całą mieszaninę zawierającą asfalt i składniki zmydlania. Częścią sposobu jest usuwanie wody.

Z uwagi na korzystną zmianę jakościową zżelowanego uniwersalnego asfaltu sporządzonego sposobem według wynalazku można dobrać gatunek asfaltu o niższym AC /niższa lepkość/, aby uzyskać beton asfaltowy o charakterystyce gatunku niskotemperaturowego, podczas gdy wykazuje on charakterystyki wysokotemperaturowe wyższych gatunków /to znaczy o wyższej lepkości/.

W efekcie takie cementy asfaltowe pozwalają na większe spłaszczenie krzywej lepkość/temperatura niż otrzymywano dla jakiegokolwiek pojedynczego gatunku lub mieszaniny gatunków. Podobnie obserwuje się poprawione własności twardnienia na skutek starzenia i spłaszczanie krzywej lepkość/czas.

Zgodnie z tym stosowane tu określenie asfalt wielogatunkowy oznacza nowy zżelowany cement asfaltowy o obniżonej podatności na temperaturę i o poprawionych własnościach twardnienia na skutek starzenia w porównaniu z tradycyjnym cementem asfaltowym. Wielogatunkowy cement asfaltowy wytworzony nowym sposobem jest zasadniczo wolny od wody, na co wskazuje jego zdolność do przechowywania w temperaturze 100°C lub wyższej, bez pienienia. Nadaje się do mieszania z agregatem w celu wytworzenia betonu asfaltowego tradycyjną metodą mieszania na gorąco, jak również jest odpowiedni na pokrycia dachowa nakładana metodą tradycyjną i w zastosowaniach specjalnych.

Sposobem według wynalazku zżelowany, zasadniczo wolny od wody, wielogatunkowy cement aafaltowy korzystnie wytwarza się przez żelowanie płynnego materiału asfaltowego, zasadniczo wolnego od wody, poprzez mydlenie w nim co najmniej jednego kwasu tłuszczowego i co najmniej jednego kwasu żywicznego w reakcji z zasadą metalu alkalicznego w miałko rozdrobnionej zasadniczo suchej postaci drobnoziarnistej i następne usuwanie wody reakcyjnej z mieszaniny reakcyjnej. Woda normalnie związana ze składnikami reakcji zwykle wystarcza do zainicjowania reakcji zmydlania bez powodowania takiego przyspieszenia szybkości reakcji, żeby powstało niepożądane pienienie z wodą reakcyjną w miarę odparowywania jej z mieszaniny reakcyjnej.

Materiał asfaltowy może pochodzić z dowolnego źródła asfaltu, takiego jak asfelt naturalny, esfalt skalisty lub korzystnie asfalt z ropy naftowej otrzymywany w procesie jej rafinacji. Asfalt może być wybrany z asfaltów o aktualnie określonym gatunku według AASHTO i ASTM lub może być mieszanką różnych asfaltów nie spełniającą definicji Jakiegoś określonego gatunku. Obejmuje to asfelt przedmuchiwany powietrzem, asfalt z destylacji próżniowej, asfelt z destylacji z parą wodną, asfalt fluksowany i asfalt na pokrycia dacnowe. Do asfaltu mogą być dodawane dodatki takie Jak środek przeciw zdzieraniu lub polimery. W korzystnym wielogatunkowym asfalcie według wynalazku wykorzystuje się asfalt gatunku miękkiego, taki Jak AC-5, gdy pożądany jest asfelt na nawierzchnie. Alternatywnie można wybrać gilsonit

163 713 naturalny lub syntetyczny stosowany sam lub zmieszany z asfaltem z ropy naftowej. Mieszaniny asfaltów syntetycznych odpowiednie do stosowania sposobem według wynalazku opisano na przykład w amerykańskim opisie patentowym nr 4 437 896.

Płynny materiał asfaltowy zawierający składniki zmydlania przepuszcza się przez młyn wysokościnający w celu zredukowania wielkości cząstek zasady metalu alkalicznego i zdyspergowanla składników zasady i kwasu organicznego w całej masie płynnego asfaltu dla ułatwionia reakcji zmydlania. Należy zastosować młyn wysokościnający typu, który zredukuje wielkość cząstek zasady do poniżej około 425 mikrometrów.

Alternatywnie, żelowany asfalt można produkować przez dodawanie mydła, sporządzonego uprzednio, do płynnego asfaltu. Ponieważ uprzednio sporządzone mydło jest zasadniczo wolna od wody reakcyjnej, jest stosunkowo twarde i korzystnie, przed dodaniem go do płynnego asfaltu, należy go zemleć lub roztopić. Wybór między zmydlaniem in situ a zmydlaniem na. zew nętrz wymaga zbilansowania kilku czynników. Chociaż w reakcji in situ, powstaje niepożądana woda w płynnym asfalcie, ale w przeważających temperaturach łatwo odparowuje. Reakcja zewnętrzna wymaga dodatkowych etapów i dodatkowego wyposażenia dla przeprowadzenia reakcji, przechowywania, mielenia /gdy produkt reakcji zmydlania przechowuje się w postaci stałego mydła/ i przenoszenia. Roztopione mydło wprowadza czynnik krytyczności przy regulacji temperatury i temperatur na ogół wyższych niż płynnego asfaltu. Korzystne Je9t zatem prowadzenie reakcji in situ.

Materiał asfaltowy, korzystnie asfalt z ropy naftowej, ogrzewa się do otrzymania cieczy swobodnie płynącej lub do nieco wyższej temperatury, ażeby ułatwić odparowanie wody z reakcji zmydlania. Można stosować temperatury około 175°C do około 235°C, korzystnie około 205°C.

Jako zasadę metalu alkalicznego można stosować metal alkaliczny, tlenek metalu alkalicznego, wodorotlenek metalu alkalicznego lub sól metalu alkalicznego, taką jak metaliczny sód, tlenek sodu, węglan sodu lub korzystnie wodorotlenek sodu albo można stosować odpowiadające związki potasu lub litu. Korzystna zasada, przy wprowadzaniu jej, powinna być zasadniczo sucha w postaci miałko rozdrobnionej.

Ulegające zmyślaniu kwasy organiczne /dla obecnego celu łącznie z ich eterami/ można stosować jako jeden lub więcej nasyconych i nienasyconych prostych lub rozgałęzionych kwasów tłuszczowych zawierających od około 12 do około 24 atomów węgla. Przykładami są kwasy stearynowy, oleinowy, linoleinowy, linolenowy i organiczne kwasy sulfonowe. Jako kwasy żywiczna można stosować na przykład kwas abietynowy, neoabietynowy, dwuhydroksyabietynowy, palustrowy lub izodekstroplmarowy, lub ich mieszaniny.

Kwas organiczny korzystnie i dogodnie dodaje się w postaci oleju talowego. Olej talowy jest ciekłym materiałem żywicznym otrzymywanym przy produkcji papieru z trawienia pulpy drzewnej. Techniczny olej talowy, na ogół, zawiera kompleks kwasów tłuszczowych, głównie kwasów o 18 atomach węgla, kwasów żywicznych, substancji nie ulegających zmydleniu wraz za sterolami, wyższymi alkoholami, woskami i węglowodorami. Proporcje składników w oleju talowym będę różne w zależności od wielu czynników, łącznie z położeniom geograficznym drzew dostarczających pulpę drzewną. Korzystnie zawartość substancji nie ulegających zmydleniu w pulpie drzewnej wynosi poniżej około 30% /ASTM 0 803/. Stosunek kwasów tłuszczowych do kwasów żywicznych powinien być zawarty w zakresie od około 0,7 do około 2, korzystnio około 1:1. Gdzie stosuje się surowy olej telowy, korzystne jest około 2% wagowych asfaltu dla reakcji z co najmniej stechiometrycznę ilością zasady metalu alkalicznego. Jeżeli dobiera się rafinowane oleje talowe lub indywidualne kwasy tłuszczowe ze źródeł innych niż olej talowy, lub jeśli miesza się kwasy tłuszczowe z kwasami żywicznymi w syntetyczny olej talowy, stosowane ilości składników kwasowych powinny w przybliżeniu odpowiadać składowi surowego oleju talowego. Na ogół korzystna jest całkowita neutralizacja zasady metalu alkalicznego olejem talowym, wskazując w przybliżeniu na równomolowe ilości kwasu i zasady.

Ola zainicjowania reakcji zmydlania potrzeba tylko malutkiej ilości ośrodka jonizującego, takiego jak woda. Na przykład, wystarczająca jest ilość wody normalnie obecnej w po163 713 staci wilgoci na powierzchni higroskopljnej zasady takiej jak stosowany jako reagent zasadniczo suchy wodorotlenek sodu. Podobnie woda normalnie obecna w technicznym oleju talowym Jest wystarczająca do rozpoczęcia reakcji. Gdy dobiera się zasadą, która ma zasocjowaną jedną lub więcej cząsteczek wody hydratacyjnej, tak Jak uwodniony wodorotlenek litu, ciepło płynnego asfaltu uwolni dostateczną ilość wody do zainicjowania reakcji.

Gdy cały układ reakcyjny nie zawiera wody lub innego ośrodka jonizującego /gdy na przykład użyto suchej niehigroskopijnaJ zasady i wolnego od wody rafinowanego oleju talowego/ dodania małej ilości wody do płynnego asfaltu zapoczątkuje reakcję. Ważne Jest oczywiście, aby dodanie zostało dokonane w takim punkcie, gdzie woda zostałaby wprowadzona do płynnego asfaltu zanim ulegnie odparowaniu. Zazwyczaj wystarczające będzie wstrzyknięcie przy lub blisko wlotu młyna. Ola orientacji, odpowiednia będzie ilość wody poniżej około 0,001% wagowego w przeliczeniu na asfalt. W praktyce reakcja zmydlania przebiega z ilością wody nie mierzalną technikami standardowymi.

Niezależnie od źródła ośrodka jonizującego dokładne wymieszanie osiągane na etapie mielenia jest zwykle wystarczające dla uzyskania pożądanego rozkładu przed odparowaniem. Oczywiście, gdy tworzy się woda reakcyjna występuje obfitość ośrodka jonizującego i przy tej temperaturze odparowania pożądane jest wytwarzanie zasadniczo suchego cementu asfaltowego.

Jako ośrodek jonizujący można również stosować niewielkie ilości alkoholu takiego Jak alkohol metylowy lub inne niższe alkohole alifatyczne. Alkoholan utworzony przez reakcję z wodorotlenkiem metalu alkalicznego ułatwia w taki sam sposób reakcję zmydlania tworząc w miarę postępu reakcji wodę. W amerykańskim opisie patentowym nr 2 385 817 opisano przyspieszające właściwości alkoholanów w zmydlaniu ciekłych węglowodorów takich jak benzyna lekka. Na ogół, unika się stosowania alkoholu, gdyż stanowi komplikację w procesie wymagając magazynowania i posługiwania się jeszcze jednym składnikiem.

Następujące przykłady ilustruję praktyczne zastosowanie wynalazku.

Przykład I. Do 3,8 litrowego ogrzewanego naczynia izolowanego, z dnem stożkowym dodano 1500 g cementu asfaltowego AC-20 ogrzanego do temperatury 205°C. Na dole stożka umieszczono zawór, ażeby pozwolić by asfalt przechodził przez wysoko ścinający młyn koloidalny i był zawracany na górę naczynia. Asfalt cyrkulował przez młyn i w tym czasie dodano 3,7 g wodorotlenku sodu w perełkach. Perełki były zabezpieczone przed zawilgoceniem dla uniknięcia wprowadzania niepożądanej wody. Cyrkulowanie mieszaniny kontynuowano przez około 2 minuty aż pobrana próbka przeszła przez sito o oczkach 425 mikrometrów. Do krążącej mieszaniny dodano 30 g surowego oleju talowego. W zachodzącej reakcji tworzył się jeden mol wody na każdy mol kwasu organicznego w surowym oleju talowym. Woda znikała w postaci piany przy kontynuowanym grzaniu i mieszaniu. W miarę postępu reakcji wzrastała lepkość. Mieszanie kontynuowano do ustania pienienia, co wskazywało na zakończanie reakcji, w przeciągu około 15 minut po dodaniu oleju talowego. Pobrano próbki do oznaczeń. Wyniki różnych testów podano w tabeli 1 i na fig. 1-3 wraz z wynikami oznaczeń próbek cementu aefaltowego przed poddaniem go obróbce nadającej cechę wielogatunkowości w powyższym postępowaniu.

Przykład II. Postępowano tak jak w przykładzie I, ale cement asfaltowy AC-5 użyto zamiast cementu asfaltowego AC-20. Własności fizyczne otrzymanego asfaltu cementowego podano w tabeli 1 i na fig. 1-3 oraz porównano z własnościami tego samego asfaltu przed poddaniem go obróbce nadającej cechę wielogatunkowości z przykładu I.

Przyk ład III. Postępowano tak Jak w przykładzie I, ale cement asfaltowy AC-20 zastąpiono cementem asfaltowym AC-10. Własności fizyczne otrzymanego cementu asfaltowego podano w tabeli 1 i na fig. 1-3 oraz porównano z własnościami otrzymanymi z badania tego samego cementu asfaltowego przed poddaniem go obróbce nadającej cechę wielogatunkowości według przykładu I.

Wielogatunkowe asfalty żelowane dla celów opisowych tabeli 1 i fig. 1-3 wyszczególniono zarówno przez podanie tradycyjnego gatunku asfaltu jak i równoważnego gatunku na podstawie lepkości w temperaturze 60°C, do których to gatunków zostały przekształcona w obróbce nadającej cechę wielogatunkowości. Na przykład MC-5-20 wskazuje na wielogatunkowy asfalt wy10

163 713 ———<=—1 .—-J /MG-5-20/J

AC-5

-----1 ’

konany z asfaitu AC-S wykazujący własności asfaltu AC-20, w temperaturze 60°C.

Tabela 1 « woia αα a»aa«»maia·* wm «««« «a <o»o ββ» o, «·* η««α«α· ·α««αβ>α <ow β·ββο «·α

Przed obróbką Po obróbce ', /MC-20-40|/MC-10-30/ • AC-20 ! AC-lO ·

AC-40

AC-20

AC-10 ! AC-5

Penetracja 3,9°C, 200 g, 60 sek., don

Penetracja 25°C, dnn Lepkość

3,9Cc, 0,1 sek-1 Pa.s x 106

Lepkość

25°C, sek -1,

Pa.s

Lepkość

135°C, 10 sek -1 Pa.s

Temperatura mięknięcia °C

Indeks

Penetracji /PI/

Liczba Ponlepkości /PVN/

Lepkość po 5 h TFOT

Indeks starzenia

Lepkość po 15 n TFOT

Indeks starzenia

Lepkość po walcowaniu TFOT

350

0,47

57,2 *0,1

-3,09

640

6,2

182

0,37

111

2,2

1.83

2600 l

X.

ł

172

I +I

I

I t I I I

1.3 | !

I

8.0 J

395

5.4

298 ! 131

3.0

0,25 ! 0,22 j 1.9 J 1.4 i i i

J 51.1 47,2 ♦0,3 | +0,4 i ! ! -0,68 j

43,9 ♦0,1

380

-3,84 j

175

-0,47 J

I

115

J 2,01 J 1.93 j 2,17 ·

I Ili

1670

677

390

1

I

9,18 J 7,44 i 7,34 |

73,9 + 3,5 + 1.29

630

1.59

I

120 { 480

67,2 +5,8 + 1,58

420

1.41

7,43 l

I I

890

439

210

111

Indeks starzenia	f 1 1 1	i 1 2,54 j	1 2,41 i ’ 1	1 1 2,31 J	1 1 2,09 J
	.....__L_.	.......L...	... — -L_	. -___L_.	___—„L__

1.34

3.30 I 1.40 I

530 i 431 i

1 I

J.

1,45

220

0,65

65,5 + 5,4 + 1,09

240

1,09

330

1,50

380

1,73

Wyniki przedstawione w tabeli 1 pozwalają na bezpośrednie porównanie różnych własności wskazanych gatunków cementu asfaltowego przed 1 po obróbce nadającej cechę wielogatunkowości w tradycyjnym mieszaniu cementu asfaltowego na gorąco. Testy obejmowały dwa szeroko stosowane postępowania oznaczania temperatury podatności asfaltu.

Pierwsze postępowanie obejmuje indeks penetracji /PI/ opracowany przez Pfeiffera i Van □oormala i opisany w Oournal of InsU-tute of Pe^o^um Technologisr 12:414 /1936/. W postępowaniu tym przyjmuje się wartość O dla typowych bitumów na drogi. Przy wartościach powyżej zera podatności na temperaturę są mniejszej przy wartościach poniżej zera występuje wyższa podatność na temperaturę niż mają normalne cementy asfaltowe. Tabela 1 pokazuje że, dla wszystkich gatunków badanego asfaltu PI uległ istotnej poprawie dzięki obróbce nadającej cechę wielogatunkowości.

□rugie postępowanie obejmuje liczbę Pen-lepkości /PVN/ opracowaną przez Mc Leoda omówioną w Pztceeeings of Asphalt Paving Technologiats 41:422 /1972/. PVN wykorzystuje wysokotemperaturową lepkość asfaltu oraz penetrację przez porównanie z wartościami indeksu PVN dobrych i złych asfaltów. I znowu wartości powyżej zero wskazują, że asfalt jest mniej podatny

163 713 na temperaturę niż przy wartościach poniżej zera. Tabela 1 pokazuje, że wszystkie badane asfalty podobnie zostały zasadniczo ulepszone w odniesieniu do wrażliwości na temperaturę przez obróbkę nadająca cechę wielogatunkowości.

Fig» 1 pokazuje zależność między penetrację, która jest miarą lepkości a temperaturę. Wielogatunkowe asfalty mają bardziej płaskie nachylenie, co wskazuje na niższą wrażliwość na temperaturę podatności·

Podobnie fig. 2 graficznie przedstawia mniejsze nachylenie krzywej lepkość/temperatura dla asfaltów ulepszonych w procesie nadającym im cechę wielogatunkowości. Znów wszystkie asfalty poddane obróbce według wynalazku maję bardziej płaskie nachylenie wskazujące niższą wrażliwość na temperaturę niż tradycyjne asfalty nie traktowane.

Tabela 1 pokazuje również wpływ procesu według wynalazku na właściwość twardnienia pod wpływem starzenia asfaltów. Oo scharakteryzowania szybkości twardnienia asfaltów na skutek starzenia stosowano metodę według ASTM 0 1754 Test Method for Effect of Heat and Air on Asphaltic Materials /TFOT/. Wskazano również szybkość twardnienia na 9kutek starzenia otrzymaną przez podzielenie lepkości asfaltu po TFOT przez lepkość przed TFOT. Ten stosunek lepkości po przetrzymywaniu cienkiej warstwy w piecu do lepkości przed przetrzymywaniem cienkiej warstwy w piecu nazywany jest indeksem starzenia. Tabela 1 wskazuje na istotne ulepszenie asfaltu podczas obróbki nadającej cechę wielogatunkowości zarówno w odniesieniu do wskaźnika TFOT jak i indeksu starzenia.

Test piecowy cienkiej warstwy przedłużono, aby pokazać długotrwałe działanie starzenia cienkiej warstwy asfaltu przez zwiększenie czasu starzenia z 5 do 15 godzin. Tabela 1 pokazuje, że szybkość twardnienia na skutek starzenia została zasadniczo zredukowana przez obróbkę opisaną w przykładach.

Fig. 3 Jest wykresem zmian lepkości jako funkcji czasu twardnienia na skutek starzenia w teście piecowym cienkiej warstwy. Wyraźnie widać, ze wielogatunkowy asfalt ma mniejsze nachylenie krzywej lepkości /TFOT wskazujące na mniejszą szybkość twardnienia na skutek starzenia niż mają asfalty tradycyjne.

Należy zauważyć, że normalne metody pomiaru lepkości cementów asfaltowych takie Jak ASTM O 2170 i ASTM O 21 71 nie nadają się do asfaltów wielogatunkowych, ponieważ asfalt nie Jest cieczą newtonowską. Z uwagi na własności nie newtonowskie korzystnymi sposobami oznaczania lepkości są ASTM P-160 /1984/ Viscosity of Asphalt Emulsion Residues and Non-Newtonian Bitumens, za pomocą kapilarnego wiskozymetru próżniowego. Wyniki różnych testów podano w tabeli 1 wraz z wynikami otrzymanymi z próbek asfaltu przed poddaniem go obróbce nadającej asfaltowi cechę wielogatunkowości sposobem według wynalazku.

Z powyższych prób porównawczych widać, że obróbka nadająca cechę wielogatunkowości znacznie i korzystnie wpływa na Jakość wskaźników penetracji, lepkości i lepkości po 5 i 15 godzinach starzenia TFOT. Na przykład, lepkość asfaltu AC-5 przed obróbką w temperaturze 60°C wynosiła 53 Pa.s. Po obróbce nadającej cechę wielogatunkowości lepkość wzrosła do 220 Pa.s spełniając wymagania lepkościowa asfaltu AC-20 wadług AASHTO M-226. Podobnia poprawia się chcrartarestska twardnienia na skutek starzenia dla każdego z asfaltów ulepszonych za pomocą obróbki nadającej cechę wielogatunkowości.

Przykład IV. Postępując sposobem według przykładu I, użyto 1500 g asfaltu cementowego AC-10 zamiast stosowanego w tym przykładzie asfaltu oraz 5,25 g bezwodnego wodorotlenku potasu użyto zamiast wodorotlenku sodu z przykładu I. Wyniki próby podano w tabeli 2.

Przykład V· Postępując sposobem waeług przyykadu IV zamiast stosowanego w tym przykładzie wodorotlenku potasu użyto 2,24 g bezwodnego wodorotlenku litu. Wyniki prób podano w tabeli 2.

Przykład VI. Postępując sposobem według p^zy^du H zamiast wodorotlenku potasu stosowanego w tym przykładzie użyto 5 g bezwodnego węglanu sodu. Wyniki przedstawiono w tabeli 2.

163 713

	T a b	a 1	a 2
	F J Przykład IV 1	1 1 1 1	Przykład V	S Przykład VI a		Próba kontrolna
	* KOH	L10H	i Na-CO, ²³		AC-10
	nul- -	- 4 -
··” L_——	r ’ '			-r~ ”	’Γ
Penetracja, dmm	l 75 1	a	87	J 70		90
Lepkość, 6O°C, Pa.s	{ 185	1 1 a	134	J 230	1	115
Temperatura mięknięcia, °C	1 J 53,3	1 a a 1	52,2	1 a { 65		50
Indeks penetracji /PI/	J *0,8	1 a a	♦0,6	♦ >2,9		♦0,2
Lepkość po /TFOT/ 5 godzin. Pa.s	1 J 274,3	a a a a	286	a i 418,9		305,0
Indeks starzenia	i 1,49	a 1	2.13	! 1,82		2,65
Lepkość po /TFOT/	1 1	1 a		1 a
15 godzin, Pa.s	J 560	1 a	817,4	! 641,7		1140
Indeks starzenia	J 3,03 1	a 1 1	6.1	a 2,79 a	.-L-	9,91

Tabela 2 pokazuje, że wszystkie cementy asfaltowe były zasadniczo ulepszone w odniesieniu do temperatury podatności w oparciu o indeks penetracji i długoterminowy indeks starzenia w porównaniu z wynikami uzyskanymi dla AC-10 stanowiącego podstawowy asfalt w próbie kontrolnej.

Przykład VII. Postępując sposobem według przykładu IV zamiast wodorotlenku potasu użyto 2,2 g sodu metalicznego. Zaobserwowano mniej piany. Wyniki podano w tabeli 3*

Przykład VIII. Postępując sposobem według przykładu IV, najpierw do asfaltu cementowego dodano surowy olej talowy, następnie mieszano i dodano perełki wodorotlenku sodu do wysoce ścinającego młyna koloidalnego* Wyniki przedstawiono w tabeli 3.

Przykład ten ilustruje, że odwrócona kolejność dodawania składników chemicznych nie wpływa znacząco na własności asfaltu poddanego obróbce nadającej cechę wielogatunkowości·

Przykład IX. Do naczynie z przykładu I dodano przy starannym mieszaniu 500 g surowego oleju talowego ogrzanego do temperatury 148,9°C, a następnie 62,5 g perełek wodorotlenku sodu. Z otrzymanej mieszaniny odciągnięto 33,75 g i dodano 1500 g asfaltu AC-10 utrzymywanego w temperaturze 205°C. Otrzymaną mieszaninę przepuszczano przez wysoce ścinający młyn koloidalny. Wielogatunkowy produkt badano jak poprzednio, a wyniki prób przedstawiono w tabeli 3.

	T a b β	1	a 3
		Przykład VII	1	Przykład VIIIj	Przykład IX	ξ Próba	1 \|
		j metaliczny	1	najpierw olej i	dodane razem	i kont rolna	a
		J sód a	a 1 1	talowy J 1	olej talowy i soda kau-	{ AC-10 a	a 1 1
L		L - ... - ...	1	1	styczna	1
			•
	Penetracja	• 68	1	67 }	72	J 90	a
	Lepkość, 60°C, Pa.s	! 310,5		327,5 'i	240	a 115	1 1
	Temperatura	1	1	1		a	a 1
	mięknięcia, °C	ΐ 70,6	1	65,6 i	62,8	J 50	a a
	Indeks penetracji /PI/ Lepkość /ATFOT/	j + 3,8 1 a	1 1 1	+ 2,9 J a a	+ 2,5	5 +0,2 1 1	1 j
	5 godzin	J 565	1 a	590 J	562	305	a
	Indake starzenia	' 1,82	1 1	1,80 ί	2,34	'i 2,65	!
	Lepkość /ATFOT/ 15 godzin	[ 480,5	1 1	827,5 J	812,5	J 1140	1 1
	Indeks starzenia	! 2,71	a I	2,53 !	3,39	i¹ 9,91	ł
		.1--------	.u			,_l_____________

163 713

Powyższe wyniki pokazuję własności fizyczne wielogatunkowych produktów asfaltowych z przykładów VII - IX. Wyniki pokazuję istotną poprawę wrażliwości na temperaturę i twardnienia na skutek starzenia wielogatunkowego cementu asfaltowego w porównaniu z kontrolnym AC-10 niezależnie od kolejności dodawania składników.

Przykład X. Przeprowadzono próby dla wykazania wrażliwości pozostałości emulsji asfaltowej zawierającej wysoce wspływną pozostałość na pozostałą w mieszaninie wilgoć. Przemyty kamień wapienny ASTM nr 8 powleczono 4% wagowymi wielogatunkowego cementu asfaltowego sporządzonego z asfaltu AC-5 /uzyskując cement asfaltowy MC-6-20/ i porównano z podobnie przygotowanym tradycyjnym asfaltem AC-20 /ASSHTO M-226/. Emulsję asfaltową HPMS-2h /ASSHTO M-140/ również zmieszano z agregatem przez dodanie 5,7% wagowych emulsji dla uzyskania 4% wagowo pozostałości mieszaniny asfaltowej. Każdą szarżę cementu asfaltowego mieszano przez 90 sekund z agregatem w temperaturze 150°C. Agregat z emulsję asfaltową HFMS-2H ogrzano do temperatury w przybliżeniu o 55°C wyższej w celu usunięcia wody. Końcowa temperatura mieszaniny we wszystkich przypadkach wynosiła 135°C.

Około 300 g każdej mieszaniny umieszczono w piecu w temperaturze 150°C na 1 godzinę na sicie nr 4 o średnicy 203,2 mm. Pod każdym sitem umieszczono miskę dla wychwycenia śclskającego asfaltu. Otrzymano następujące wynikli

MG 5-20 AC-20 HFMS-2h

Gramy asfaltu w misce 0 9,9 1,3

Testy te ilustruję oporność wielogatunkowego asfaltu na migrację z agregatu w porównaniu z cementem asfaltowym AC-20 i wysoce wspływną, średnio zestalającą się pozostałością emulsji asfaltowej. Podano, ze specjalne własności wysoko wspływnych pozostałości mają zmniejszoną migrację asfaltu w mieszaninach. Test ten potwierdza to twierdzenie w odniesieniu do AC-20, ale wielogatunkowy asfalt zdecydowanie przewyższa w tym względzie pozostałość emulsji HPMS.

Przykład XI. Własności mieszanin z przykładu X mierzono w szerokim zakresie temperatur. Celem tych testów było oznaczenie, czy poprawienia wyników testów w odniesieniu do wielogatunkowego cementu asfaltowego ulepszyłoby własności mieszaniny asfaltu z agregatem /główne zastosowanie końcowe tego materiału/.

Ten sam asfalt stosowany w badaniach ściekania z przykładu I użyto w badaniach mieszaniny asfalt-agregat w tym przykładzie. Agregat ASTM nr 5 i agregat nr 8 oraz drobnoziarnisty piasek zmieszano do otrzymania 19,05 mm gęstej mieszaniny /ASTM 0-3515/. Agregat i asfalt ogrzano do temperatury 150°C przed zmieszaniem, za wyjątkiem HPMS-2h, którą zmieszano z agregatem w temperaturze 205° i HFMS-2h w temperaturze 1S°C przez 90 sekund. Każda kombinowana mieszanina zawierała 4,5% wagowych asfaltu. Każdą mieszaninę ubijano 75 uderzeniami ubijarki Marshalla zgodnie z ASTM 0-1559. Wykonano cztery mieszaniny każdego asfaltu i badano w czterech temperaturach: 60°C, 37,8°C, 15°C i 4,5°C. Ten zakres temperatur reprezentuje szeroki zakres aktualnie występujących temperatur nawierzchni. Mierzono sztywność w aparatach Marshalla i Hweema według norm ASTM 0-1559 i ASTM 0-1560. Wyniki przedstawiono w tabeli 4.

Tabela 4

j Test/temperatura °C	-----γ- a	MG 5-20	-r— I _ _ \|	AC-20	1 1	- — — \| Emulsja HFMS-2h J
J Hveem	60°C	i 1	56	i 1	55	ł	20	a a
	37,8	1 1	55	1 1 1	63	1 1 1	27	1 I
	15	\|	55	1 I	66	1 I	33	1 1
	4.5	1 1 1 1 \|	79	1 1	87	1 1	56	a 1
Marshall	60°C	2450	1 \|	2550	1 \|	900	1 1 \|
	37.8	1 1	2850	1 1	4150	a 1	1250	1 1
	15	1	3100	1	4750	a 1	1850	1 a
	4,5	!	10000	1 1	17500	1 1	2900	i 1

163 713

Wyniki te wskazują, że sztywność /t.j. trwałość/ batonu asfaltowego wykonanego z wielogatunkowego cementu asfaltowego nie wzrasta w takim samym stopniu Jak tradycyjnego cementu asfaltowego.

Wyniki te wskazuję również, że mieszanina z emulsję /HFMS-2h/ ma nadmiernie niską trwałość w wysokich temperaturach, co może być przypisane niekompletnemu utwardzeniu /tj, obecności pozostałości wilgoci/.

W przykładach XII - XIV próby prowadzono w celu wykazanie, że potrzebna jest minimalna ilość wody do zainicjowania reakcji zmydlania w procesie wytwarzania wielogatunkowego cementu asfaltowego.

Przykład XII. 1500 g asfaltu AC-10 ogrzano do temperatury 205°C i dodano do tego samego naczynia, która używano w przykładzie I. Wodorotlenek sodu, 3,75 g, również ogrzano wstępnie do stanu suchego roztopionego, dodano do asfaltu i mielono przez 1 minutę. Olej talowy ogrzewano przez 2 godziny w temperaturze 135°C w celu całkowitego Jego wysuszenia. 30 g suchego oleju talowego dodano do mieszaniny asfaltu i sody kaustycznej i mie lono przez 15 minut. Wyniki testu przedstawiono w tabeli 5.

Przykład XIII. Postępując sposobem według przykładu XII, 2,2 g sodu metalicznego użyto w miejsce wodorotlenku sodu. Wyniki testu przedstawiono w tabeli 5.

Przykład XIV. Postępując sposobem według przykładu XIII dodano do oleju talowego 0,015 g wody i mieszano przed dodaniem do asfaltu.

Tabela 5

} [ t	Przykład XII /suchy/	J Przykład XIII i	Przykład XV /woda/	—T 1 1 1 A
¹ /suchy/	1 1 _ x ..
Penetracja, 3,9°C, j 200 g, 60 sek., dmm i	31	ί 3!	1 1 1 1	31	1 1 1 1
Penetracja 25°C, · 100 g, S sek., dmm {	83	i 111 1	1 t 1 1	35	1 1 1 1
Lepkość, 60°C, sek.-^ i Pa.s J	307,5	1 1 ! 92,0	1 1 i i i	275,0	1 1 1 1
Temperatura mięknięcia,j °_C j	70	J 47,2 1 t	1 1 1 t	65	1 1 1 1
Indeks penetracji /PI/J	+ 4,3	! +0,7 1	1 1 1	+ 3,8	9 I
Lepkość po 5 godzinach TFOT, Pa.s j	425	1 J 178,5	1 1 1 1	401	1 1 1 \|
Indeks starzenia i	1,38	j 1,92	I 1	1,45	1 1
Lepkość po 15 godzi- i nach TFOT, Pa.s ’	197,5	1 1 J 682,0	1 1 1 1 1	679,6	1 1 1
Indeks starzenia *	1,62	J 7,41	1 1	2,47	1 1
		1	1		—J

Wyniki te wskazuję, że reakcja zmydlania zaszła w przykładach XII i XIV, w których zaobserwowano porównywalne własności w cemencie asfaltowym. Reakcja pojawiła się w przykładzie XII, gdzie wszystkie reagenty były specjalnie suszone. Tym niemniej, było wystarczająco wilgoci /poniżej zdolności pomiaru laboratoryjnego/ w układzie, aby rozpoczęć reakcję.

W przykładzie XIII nie zaszła żadna reakcja, mimo takiego samego postępowania z suszeniem oleju talowego. Tutaj metaliczny sód zastąpił suchy roztopiony wodorotlenek sodu z przykładu XII.

Znowu stosując metaliczny sód i suchy olej talowy, ale dodając również niewielką ilość wody /0,001% wagowy na asfalt/ do mieszaniny spowodowano, że zaszła reakcja zmydlania, Jak przedstawiono w przykładzie XIV.

Przykład XV. Postępując tak jak w przykładzie I, w miejsce AC-20 użyto asfaltu dachowego Typ I /ASTM 0 312/. W tebeli 6, wyniki testu porównano z cementem podstawowym w warunkach typowych testów dachowych.

163 713

Tabela 6

	.a..·.....-......— 1 1 1 1 1 1	Przed obróbką Typ I	1 1 1 1 1 1	Po obróbce /MG-Typ-I-II/ Typ i	ł 1 1 1 1	Spacyfikacj Typu II ASTM 0 312
	Temperatura miękniecie, °C	1 1	63,3	1 1 1 1 1	77,2	1 1 1 1 1	70 do 60
	Penetracja, O°C, 200 g, 60 sak., dmn	f \|	14	1 1 1 1 1	14	1 1 1 1	6+
i	Penetracja, 25°C, 100 g 5 sak·, dmm	1 1 1 1 \|	40	1 1 t 1 l	34	1 1 « 1 1	16 do 40
	Penetracja, 46,1°C, 50 g 5 sak., dmm	1 • \| 1	102	1 1 1 \|	70	1 1	100
	Indeks penetracji /PI/	1 1 1	-2,2	1 1 1	0

Próby ta wskazują, ża traktowany asfalt ma niskotemperaturowa własności typu I asfaltu na pokrycia dachowe, a wysokotemperaturowe własności asfaltu Typu II na pokrycia dachowa·

PI Jest również istotnie niższa w traktowanym asfalcie, wskazując na mniejszą podatność na temperaturą.

163 713

Lepkość, 10 Pa-_s

1,5J.....................

-17,8 «,4 26,7 40,9 71,1 93,3 115,6 137,8

Temperatura, °C

Fig. 2

163 713

Fig.3

163 713

Temperatura, °C

Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania cementu asfaltowego, znamienny tym, że upłynnia ^się zasadniczo suchy materiał asfaltowy, zmydla się w nim co najmniej jeden kwas tłuszczowy i co najmniej jeden kwas żywiczny przez reakcję z co najmniej zmydlającą ilością zasadniczo suchej zasady metalu alkalicznego i usuwa się wodę reakcyjną z wytworzeniem żelowanego wielogatunkowego cementu asfaltowego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako materiał asfaltowy stosuje się asfalt z ropy naftowej.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się materiał asfaltowy gatunku AC-1, AC-2,5, AC-5, AC-10, AC-20, AC-30, AC-40, AC-60 lub ich mieszaniny albo asfalt do krycia dachów typu I, II lub III,lub ich mieszaniny.
4. Sposób według zzatrz. 1, znamienny tym, ża jako kwasy tłuszczowa 1 kwasy żywiczne stosuje się olej talowy.
5. Sposób według zas^r, 1, znamienny ty,, ża jako za9adę metalu alkalicznego stosuje się wodorotlenek metalu alkalicznego, korzystnie wodorotlenek sodu.
6. Sposób wedłgg astrz. . 2, znamienny ty,, ża asfalc pochodzący z ropy naftowej ogrzewa się do upłynnienia i dodaje do niego wodorotlenek metalu alkalicznego w zasadniczo suchej, miałko rozdrobnionej postaci, otrzymane mieszaninę miele się ścinająco zmniejszając wielkość cząstek rozdrobnionego wodorotlenku metalu alkalicznego i dysperguje się ten rozdrobniony materiał w asfalcie z ropy naftowej,a następnie dodaje się, mieszając, zmydlającą ilość oleju talowego tworząc zżelowany wielogatunkowy cement asfaltowy, przy czym układ reakcyjny zawiera male ale wystarczającą ilość wody do zapoczątkowania reakcji zmydlania bez zasadniczego powodowania pienienia, i usuwa się wodę.
7. Sposób edd^c aatrzz , 2, znamienny tym , żado z ropy naftowej dodaje się wymieszane wstępnie olej talowy i wodorotlenek metalu alkalicznego.
8. Sposób według zastrz. 4 albo 6,albo 7, znamienny tym, że stosuje się olej talowy, który zawiera kwasy tłuszczowa i kwasy żywiczne w stosunku zawartym pomiędzy około 0,7 a około 2, korzystnie w stosunku około 1t1.