БИТУМНЫЕ ПРОДУКТЫ, ИХ СМЕСЬ С ЗАПОЛНИТЕЛЯМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
BITUMEN PRODUCTS, MIXTURE THEREOF WITH AGGREGATES AND USE THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области изоляции, строительства и поддержания дорожных покрытий, тротуаров и взлетно-посадочных полос, где применяются смеси заполнителя и битумных продуктов.
Под битумными продуктами понимаются природный битум или битумы, получаемые из нефти. Сюда относятся также битумы, полученные крекингом, и гудроны, а также смеси, которые могут из них получаться. Остатки вакуумной перегонки, ректификации, осаждения (как, например, из пропана), продутые битумы являются примерами, охватываемыми объемом данного изобретения. Сюда относятся также битумы, разбавленные с помощью нефтерастворителей или растительных масел, и битумы, модифицированные полимерами. Под заполнителями в настоящем изобретении понимаются измельченные материалы, полученные в карьерах, заполнители для асфальтобетона, отходы фрезерования, шлаки, окалина и доменные шлаки, а также вторичное сырье из бетонного лома.
В настоящее время в этой области применяется много способов получения смесей заполнителя и битумных продуктов, которые можно разделить на три разных класса: способы получения при температуре окружающей среды, способы при температуре выше 100°C и способы при промежуточных температурах, то есть для которых при получении асфальтобетона необходим подвод тепловой энергии при допущении присутствия жидкой воды.
Способы получения при температуре окружающей среды являются способами, для которых получение смеси битумного связующего и заполнителя производится без подвода тепловой энергии. Можно назвать покрытие заполнителя битумом, к которому добавлен летучий растворитель, чтобы сделать его достаточно текучим при температуре окружающей среды, чтобы он мог хорошо покрывать заполнитель. Затем смесь применяют с помощью подходящего материала, позволяющего перевозку, укладку и укатывание. Этот метод используется все реже и реже, так как он расходует большие количества растворителей, которые, испаряясь в атмосферу, создают загрязнения, которых можно избежать при других методах. Можно назвать также методы получения, использующие в качестве носителя битума эмульсии или дисперсии битума в водных растворителях. Эмульсию или дисперсию битума смешивают с заполнителем, чтобы обеспечить хорошее покрытие. Полученную смесь используют затем с помощью подходящего материала, позволяющего перевозку, укладку и возможное укатывание. Преимуществом этих методов является то, что они ограничивают стадию, на которой встречаются высокие температуры, цехом, где производится эмульсия. Заполнитель, применяющийся при температуре окружающей среды, может содержать воду. Таким образом, эти методы не требуют термической обработки заполнителя, что уменьшает расход энергии при получении смеси и образование пыли. Кроме того, поскольку смешение происходит при температуре окружающей среды, то есть примерно от 5°C до 30°C, выбросы летучих органических соединений очень незначительны. Однако механические характеристики, получаемые с этими смесями, хуже, чем характеристики смесей, получаемых другими методами, описанными ниже, в частности, вначале, пока в смеси не уменьшится и не стабилизируется содержание воды. Этот метод нашел свою нишу при ремонте дорог с неинтенсивной средней нагрузкой, которым часто соответствуют мягкие носители.
В способах при температуре выше 100°C битум применяется в безводной форме, в состоянии текучести, достаточной, чтобы гарантировать хорошее покрытие заполнителя. Чтобы обеспечить хорошее покрытие и хорошие конечные механические характеристики, заполнитель традиционно сушат и доводят до температуры, близкой к температуре битума. Существуют два основных типа процессов: непрерывные и периодические процессы. Для первого типа заполнитель вводят непрерывно в цилиндр, имеющий горелку, которая позволяет нагреть заполнитель теплотой пламени. В зоне цилиндра, не испытывающей действия теплового излучения, заполнитель, поступающий из зоны сушки, покрывается жидким битумом, до того как выйти и направиться к буферному складскому бункеру. В периодическом процессе имеется мешалка, поддерживающаяся при высокой температуре, в которую периодически засыпают разные гранулометрические фракции заполнителя. Их гомогенизируют перемешиванием, затем добавляют битум путем заливки. После смешения полученная смесь заполнителя и битумного продукта может храниться в бункере. Затем полученную смесь используют с помощью подходящего материала, позволяющего перевозку, укладку и возможное укатывание. Полученную смесь перевозят и укладывают достаточно горячей, чтобы обеспечить хорошую укладку, хорошее разглаживание и хорошее укатывание, если оно производится. Выбор температуры процесса зависит от класса битума. Например, для асфальтобетонов и тяжелых битумов температуры смеси заполнителя и битумных продуктов на выходе с завода при глубине проникания иглы для чистого битума 35/50 составляют обычно от 150 до 170°C (даже от 160 до 180°C, когда погодные условия более суровые), а для укладки температура смеси заполнителя и битумных продуктов превышает 130°C. Французский стандарт NF P 98-150 от декабря 1992 г. определяет нормы выполнения основной части дорожного покрытия, связующего слоя и верхнего слоя из асфальтобетонной смеси, французский стандарт NF P 98-130 от ноября 1999 г. определяет нормы для среднезернистого асфальтобетона, а французский стандарт NF P 98-138 от ноября 1999 г. определяет нормы для тяжелого асфальта. Они предписывают температуру на выходе из установки от 150 до 170°C и температуру укладки минимум 130°C для чистого битума с глубиной проникания 35/50. Ограничений на температуру укатывания не имеется, но оно проводится сразу же после укладки смеси, чтобы начальная температура укатывания была как можно ближе к температуре смеси при укладке. Это действительно удерживает битум в достаточно жидком состоянии и, таким образом, достаточно горячим, что позволяет сохранить достаточную текучесть смеси для надлежащего выполнения этих операций.
Эти два способа получения смеси при высокой температуре, в которых применяются непрерывные или периодические установки, используются чаще всех других, если рассчитывать на тоннаж битума, расходуемого в мировом масштабе, будь то дорожное строительство, технический ремонт дорог или изоляция. Они являются эталонами в современном уровне техники. Это действительно два наиболее надежных способа промышленного масштаба. Для всех представленных здесь методов необходимо точно контролировать гранулометрический состав заполнителя, качество битума, которое должно отвечать стандартам, установленным страной, и качество процесса, характеризуемое в том числе качеством смешения, определяемым геометрией зоны смешения, энергией смешения, скоростями подвижных деталей, а также разной длительностью процесса. Помимо этого, нужно контролировать несколько особых параметров, чтобы обеспечить хорошее протекание работы; установлено, что характеристики асфальтобетона остаются достаточно стабильными в присутствии флуктуаций. Простой дополнительный контроль температуры заполнителя и битума при получении смеси и температуры смеси при укладке позволяет достичь хорошего хода работ. Для сравнения, описанная выше технология при температуре окружающей среды требует дополнительного регулирования таких параметров, как pH, содержание воды, содержание и химическая природа добавок, место введения этих добавок, химическая природа заполнителя и иногда его возраст.
Однако и эти два описанных выше способа получения битумной смеси при температуре выше 100°C не свободны от недостатков:
- нагрев и сушка заполнителя ведут к значительному расходу минерального топлива, то есть невозобновляемого. Когда способ анализируют с термической точки зрения, учитывают, что сначала на входе в растворосмесительную установку нагрет только битум, а заполнитель, который составляет от 90 до 96% массы смеси, находится при температуре окружающей среды. Чтобы получить хорошее качество покрытия битумом, а также чтобы иметь возможность хорошо его укладывать, проводят стадию временного нагрева заполнителя. С другой стороны, уложенный продукт приобретает свои выгодные свойства только после охлаждения. Вся израсходованная энергия выделится в конечном счете в атмосферу. Согласно публикации Colas "La route écologique du futur. Analyse du cycle de vie" ("Экологическая дорога будущего. Анализ жизненного цикла"), авторы M.Chappat и J.Bilal, это количество энергии составляет порядка 300 МДж на тонну асфальтобетона, что составляет более 40% полного расхода энергии до предоставления продукта в общее пользование.
Одновременно образуется большое количество загрязняющего газа, вызывающего парниковый эффект (GES), и пыли, частично собираемой и снова включаемой в схему смешения. Укладка смеси сама приводит к выделению летучих органических соединений на месте укладки, что влияет на парниковый эффект. Можно установить устройства улавливания на асфальтировщике-финишере, но это потребует переоборудования нынешних участков укладки и не устранит выделения с покрытий, уложенных до финишера, а также повысит стоимость конечного продукта.
Рабочие условия являются сложными из-за теплового излучения и выделений газа.
Когда по непреодолимым причинам, таким как, например, ухудшение погодных условий, наступление ночи, удлинение срока транспортировки, температура асфальтовой смеси, полученной ранее, опустится ниже определенного предела, ее будет больше невозможно уложить правильно, что ведет к дефектам пористости и неудовлетворительным механическим характеристикам. Надежность способа снижается. Чтобы преодолеть этот эффект, в настоящее время асфальтобетонную смесь делают обычно при температурах выше рекомендуемых в официальных текстах, что приводит к усилению первых трех из указанных недостатков.
Чтобы уменьшить степень указанных выше недостатков, можно предусмотреть снижение температуры изготовления смеси, таким образом уменьшая расход горючего, необходимого для нагрева компонентов смеси, образование парникового газа и вызванные им помехи при укладке смеси, стараясь как можно меньше изменять процесс получения смеси по сравнению с процессами при температуре выше 100°C, в частности, в целях минимизации расходов.
Действительно известно, что выбросы летучих органических соединений связаны с температурой источника явлениями, которые активируются термически: чем ниже температура источника, тем меньше выделения. Аналогично, выделение пыли падает с температурой.
Предшествующий уровень техники
В литературе предлагаются растворы для уменьшения названных выше четырех недостатков указанных выше способов получения смеси при температуре выше 100°C.
Кроме некоторых из этих решений, которые относятся к способам, в которых температуры получения выше 100°C, можно найти технические решения, состоящие в уменьшении температуры получения асфальтобетонной смеси.
В документе US 6588974 добавляются парафины, чтобы получить вязкость битума, приемлемую для получения смеси при более низкой температуре, причем уменьшение составляет порядка 30°C. Используемые парафины играют роль разжижителя битума. При постоянной температуре это позволяет улучшить укатывание. Одновременно они позволяют улучшить некоторые механические свойства смеси заполнителя и битумного продукта, такие как устойчивость к образованию колейности на дороге. Однако добавление парафинов приводит к изменению класса битума и может привести к превышению установленного нормами предельного содержания парафинов в битумах. Одновременно с этим существует большой риск ухудшения поведения смеси при низких температурах из-за повышения ее хрупкости, то есть из-за снижения энергии трещинообразования при затруднении усадки и из-за повышения температуры трещинообразования. Кроме того, если температура укатывания ниже температуры кристаллизации парафинов в битуме, укатывание становится намного менее эффективным.
В документе US 4371400 описано использование цеолита для улучшения высокотемпературной текучести асфальтобетона с очень низким содержанием пустот, улучшая одновременно сопротивление оседанию при 22 и 40°C.
В документе US 2004/0033308 описано использование цеолита, в частности цеолита A, при получении асфальтобетонной смеси при повышенной температуре, что позволяет снизить температуру, по меньшей мере, на 30°C, сохраняя нормальные характеристики до этапа смешения на установке. Однако этот способ не свободен от недостатков: такой способ требует наличия хранилища, а также системы добавления цеолита. Кроме того, использование цеолита в содержании, по меньшей мере, 0,2% от заполнителя представляет дополнительные расходы, не являющиеся пренебрежимо малыми. С другой стороны, текучесть асфальтобетона сохраняется, только если внутри смеси имеется пена, а эта последняя имеет ограниченный срок жизни. Например, в случае длительной перевозки имеется опасность потери текучести в результате исчезновения пены.
В документе WO 97/20890 описан способ получения асфальтобетона, в котором смешение проводят за два раза. Первый этап состоит в покрытии заполнителя очень мягким безводным битумом, причем полученная смесь имеет температуру от 80 до 115°C. Второй этап состоит в добавлении порошка твердого битума при температуре ниже 50°C. Помимо изменений, которые необходимо внести в существующие промышленные установки, чтобы можно было перемещать и добавлять порошок битума, недостатком этого способа является то, что для получения хорошей когезии требуется время.
В документе EP 1263885 B1 заполнитель при 130°C сначала покрывают мягким безводным связующим, имеющим температуру 120°C, затем в смеситель добавляют твердый битум в виде пены и водяной пар. Полученную смесь затем укладывают при 70-100°C. Этот способ также требует времени для получения хорошей когезии. Кроме того, остаточная глубина проникания иглы, полученная после смешения этих двух битумов, делает этот способ не подходящим для стран с умеренным или жарким климатом.
В документе EP 1469038 A1 сначала заполнитель покрывают всем битумом при температуре выше 130°C, затем в смесительную установку вводят влажный ненагретый песок, преимуществом чего является ограничение расхода энергии. В ходе испарения воды обеспечивается покрытие мелких элементов, и вода остается внутри асфальтобетонной смеси. Смесь на выходе с установки смешения находится при температуре от 60 до 100°C. Один предложенный вариант состоит в нагревании до 200°C крупного заполнителя, а затем в его покрытии всем битумом и введении влажного ненагретого песка. В этом случае вода полностью удаляется, а покрытие песка обеспечивается ее испарением. В первом варианте стараются управлять покрытием песка испарением из него воды, первоначально находившейся в жидком состоянии, при этом недостатком является то, что это явление сильно зависит от содержания воды. Кроме того, вода остается в асфальте, который укладывается на землю, что является недостатком по сравнению с эталонной смесью, получаемой при повышенной температуре. Во втором варианте песок не нагревают, но сушат его на смесительной установке путем передачи тепла, имевшегося вначале в крупном заполнителе. Таким образом, при постоянной температуре смеси на выходе из узла количество теплоты, необходимое для получения безводного асфальтобетона по настоящей заявке, весьма близко к количеству теплоты, необходимой для получения эталонной смеси.
В документе EP 1323867 покрытие холодного заполнителя теплым битумом облегчают, предварительно обрабатывая заполнитель водной эмульсией флюса и адгезионной присадкой и флюсируя битум. При использовании флюса возникает проблема с кинетикой усиления когезии, которая медленнее, чем получаемая охлаждением при получении в соответствии со стандартными способами.
Таким образом, установлено, что решения, предлагающие ограничить температуру получения в способах получения при повышенной температуре, имеют отрицательный эффект еще и потому, что нужно сильно переналаживать промышленную производственную установку, и/или потому, что сама асфальтобетонная смесь теряет некоторые свои свойства.
Суть изобретения
Добавление в битумный продукт или его смесь с заполнителем химических добавок в количестве от 0,1 до 20 кг на тонну битумного продукта позволило снизить температуру получения смеси заполнителя и битумного продукта на 20-40°C, температуру смеси заполнителя и битумного продукта при укладке на 10-40°C и температуру в центре смеси заполнителя и битумного продукта в ходе укатывания, если оно проводится, до степени, которая может доходить до 50°C, не ухудшая стандартизованные свойства битумного продукта и смеси битумного продукта и заполнителя, сохраняя ход процесса от перевозки до возможного укатывания в соответствии с уровнем техники, помимо вышеописанных замечаний о температурах. Эти уменьшения температур понимаются по отношению к уровню техники. Французский стандарт NF P 98-150 от декабря 1992 г. определяет нормы на выполнение основной части дорожного покрытия, связующих слоев и верхнего слоя из модифицированной углеводородами асфальтобетонной смеси; французский стандарт NF P 98-130 от ноября 1999 г. определяет нормы для среднезернистых асфальтобетонов, а французский стандарт NF P 98-138 от ноября 1999 г. определяет нормы для тяжелого асфальта. Например, для битума с глубиной проникания иглы 35/50 эти стандарты указывают, что допустимые предельные температуры составляют от 150 до 170°C для получения смеси, а для укладки минимальная температура смеси составляет 130°C.
Преимущества изобретения по сравнению с уровнем техники перечислены ниже и включают, в частности, ограничение четырех названных выше недостатков при осуществлении способов получения асфальтобетона при температурах выше 100°C:
- уменьшение расхода минерального топлива;
- уменьшение выделения GES и пыли;
- уменьшение трудоемкости работ при операциях укладки и укатывания;
- обеспечение операций укладки и укатывания смеси вне зависимости от погодных условий;
- удлинение срока, в течение которого можно использовать смесь после приготовления;
- в случае когда две полосы кладутся последовательно и рядом, разделяющий их шов является более прочным и более закрытым;
- термическая усадка меньше, как и опасность растрескивания;
- окисление битумного продукта меньше, что повышает срок службы смеси битумного продукта/заполнителя и облегчает его повторное использование.
Изложение изобретения
Настоящее изобретение предлагает безводные битумные продукты и смеси этих битумных продуктов с заполнителями, отличающиеся тем, что они содержат одну или несколько добавок из следующего списка:
A) продукт реакции (ди)алк(ен)илфенолов с альдегидами, причем альдегиды содержат от 1 до 10 атомов углерода, в частности от 1 до 5 атомов углерода, с последующим (поли)оксиэтилированием и/или (поли)оксипропилированием, причем алк(ен)ильные группы содержат от 1 до 50 атомов углерода, предпочтительно от 2 до 20 атомов углерода, и в случае диалк(ен)илфенолов могут быть одинаковыми или разными, причем часть, образованная (поли)оксиэтилированием и/или (поли)оксипропилированием, имеет молекулярную массу больше или равную 45 г/моль и меньше или равную 20000 г/моль, причем число фенольных звеньев продукта A варьируется от 3 до 50;
B) (поли)оксиэтилированный и/или (поли)оксипропилированный сополимер 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропана и эпихлоргидрина, причем часть, образованная (поли)оксиэтилированием и/или (поли)оксипропилированием, имеет молекулярную массу выше или равную 45 г/моль и ниже или равную 20000 г/моль;
C) (поли)оксиэтилированный и/или (поли)оксипропилированный сополимер бис(4-гидроксифенил)этана и эпихлоргидрина, причем часть, образованная (поли)оксиэтилированием и/или (поли)оксипропилированием, имеет молекулярную массу выше или равную 45 г/моль и ниже или равную 20000 г/моль;
D) (поли)оксиэтилированный и/или (поли)оксипропилированный сополимер бис(4-гидроксифенил)метана и эпихлоргидрина, причем часть, образованная (поли)оксиэтилированием и/или (поли)оксипропилированием, имеет молекулярную массу выше или равную 45 г/моль и ниже или равную 20000 г/моль;
E) продукт (поли)оксиэтилирования и/или (поли)оксипропилирования алкилдикарбоновой кислоты или смеси алкилдикарбоновых кислот, причем алкильные группы имеют от 1 до 20 атомов углерода, предпочтительно от 1 до 10, причем совокупность частей, образованных (поли)оксиэтилированием и/или (поли)оксипропилированием, имеет молекулярную массу выше или равную 100 г/моль и ниже или равную 20000 г/моль;
F) продукт (поли)оксиэтилирования и/или (поли)оксипропилирования жирной кислоты, число атомов углерода в которой составляет от 10 до 30, в частности жирной кислоты таллового масла, причем часть, образованная (поли)оксиэтилированием и/или (поли)оксипропилированием, имеет молекулярную массу выше или равную 100 г/моль и ниже или равную 20000 г/моль;
G) продукт реакции между продуктом A и смесью продуктов E и F;
H) соль алк(ен)ил(арил)сульфоновой кислоты и алк(ен)ил(арил)амина, причем число атомов углерода в алк(ен)ил(арил)овых звеньях составляет от 6 до 30, в частности соль додецилбензолсульфоновой кислоты и жирного амина, а также соль додецилбензолсульфоновой кислоты и циклогексиламина;
I) соль алк(ен)ил(арил)сульфоновой кислоты и морфолина, или пиразина, или пиразолина, или пиразолона, или пиридина, или пиридона, или пиримидина, или пиррола, или пирролидина, или пирролидона, или пирролина, или толуидина, или имидазола, или индола, или индолина, или оксиндола, причем число атомов углерода в алк(ен)ил(арил)овых звеньях составляет от 6 до 30, в частности соль додецилбензолсульфоновой кислоты и морфолина.
Продукт A может быть получен известным образом, используя катализ кислотами или основаниями, и применяется сразу или после нейтрализации катализатора.
Добавку или смесь добавок в битумный продукт согласно изобретению растворяют в битумном продукте при концентрации, составляющей в расчете на тонну битумного продукта от 0,1 до 20 кг.
В рамках настоящего изобретения указанные выше добавки могут применяться самостоятельно или разбавленными в нефтерастворителях и/или растительных маслах.
Настоящим изобретением предлагается также использовать дополнительно одну или несколько адгезивных присадок, известных из уровня техники, при концентрации, составляющей в расчете на тонну битумного продукта от 0,1 до 10 кг, добавляемых в соответствии с одним из способов, описываемых в следующем абзаце. Под адгезивными присадками понимаются продукты, обладающие поверхностно-активными свойствами и добавляемые в битумный продукт для улучшения качества покрытия заполнителя битумным продуктом, и/или для улучшения прилипания битумного продукта к заполнителю, и/или для улучшения механических характеристик смеси битумного продукта и заполнителя. В качестве неограничивающих примеров адгезивных присадок можно назвать алкиламидополиамины, алкилимидазолины и алкилимидазополиамины, продукты реакции полиаминов с жирными карбоновыми кислотами, также жирноцепочечные алкилполиамины, а также продукты реакции жирных карбоновых кислот или растительного масла с диэтаноламином с последующей реакцией с полиаминами. Полиаминами могут быть, в качестве неограничивающих примеров, диметиламинопропиламин, N-аминоэтилпиперазин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин.
Настоящее изобретение относится также к способу получения битумных продуктов, асфальтобетонных смесей, полученных при смешении этих битумных продуктов с заполнителем, а также к облицовкам и дорожным покрытиям, полученным с этими смесями.
Настоящее изобретение предлагает также добавлять добавки и описанные выше адгезионные присадки в битумный продукт в любой момент схемы продвижения от нефтеочистительного завода до места смешения битумного продукта и заполнителя. Когда используется несколько добавок A-H согласно изобретению и возможные адгезивные присадки, рамками настоящего изобретения охватываются способы, когда смешение указанных добавок и присадок с битумным продуктом проводится путем последовательного добавления или когда до контакта с битумным продуктом их сначала смешивают между собой. При введении добавок температура битумного продукта обычно составляет от 100 до 250°C в соответствии с классом проницаемости битумного продукта и в соответствии с его температурой размягчения, определенной по методу шара и кольца, а температура добавок и возможных адгезивных присадок обычно составляет от температуры окружающей среды до 200°C с учетом очевидных соображений безопасности, температуры воспламенения добавок и адгезивных присадок. В случае когда добавка или добавки удерживаются горячими, можно благоприятно продолжать перемешивать, чтобы избежать образования горячих и холодных мест. Добавка или добавки и возможная адгезивная присадка или присадки могут добавляться в твердом состоянии, либо механически вручную, либо с использованием дозировочной системы, подходящей для твердых продуктов. Добавка или добавки и возможная адгезионная присадка или присадки могут также добавляться в жидком состоянии, либо заливкой в емкость, содержащую битумный продукт (в этом случае до применения необходима рециркуляция обычно в течение минимум 15 мин), либо добавлением в трубу, транспортирующую битумный продукт. Можно оборудовать трубопровод, транспортирующий битумный продукт, статическим смесителем выше точки ввода, чтобы облегчить диспергирование добавки или добавок. В случае добавления добавок согласно изобретению и возможных адгезионных присадок в емкость, содержащую битумный продукт, битумный продукт с добавками может храниться таким же образом, что и битумный продукт без добавок, не создавая дополнительных неудобств на этом этапе процесса. Добавка или добавки и возможная адгезионная присадка или присадки могут также распыляться на нагретый заполнитель до или после добавления битумного продукта.
Согласно изобретению смешение заполнителя и битумного продукта может проводиться при температуре заполнителя, составляющей от 60 до 200°C, но предпочтительно оно проводится при температуре от 100 до 200°C. При смешении температура битумного продукта составляет от 100 до 250°C. Эти температуры зависят, с одной стороны, от класса проницаемости битумного продукта: чем он ниже, тем сильнее должны быть нагреты битумный продукт и заполнитель. С другой стороны, эти температуры зависят от определяемой по методу шар-кольцо температуры размягчения битумного продукта: чем она выше, тем сильнее должны нагреваться битумный продукт и заполнитель.
ПРИМЕРЫ
В следующих примерах введение в битум добавок проводится при 160°C на нагревательной плите с перемешиванием при скорости вращения 1 об/с в течение 15 минут.
Измерения проницаемости и точки размягчения для асфальтобетонной смеси по методу шара и кольца соответствуют стандартам NF EN 1426 и NF EN 1427 соответственно.
Пример 1
В битум под наименованием TOTAL Azalt с проницаемостью 35/50, поступивший с нефтеперерабатывающего завода Donges, вводили следующие добавки:
добавка 1
w
(тип F): продукт конденсации сополимера этиленоксида и пропиленоксида (молекулярная масса M около 4600 г/моль, мольное отношение этиленоксида и пропиленоксида от 30/70 до 45/55) с жирной кислотой таллового масла, причем массовое отношение сополимера и жирной кислоты составляет 80/20, в растворителе из ароматической фракции, содержащей от 9 до 11 атомов углерода, концентрация которого составляет 60%.
Добавка 2
w
w
(тип G): Получают смесь в пропорции 25/75 продуктов двух реакций - реакции конденсации сополимера этиленоксида и пропиленоксида (молекулярная масса M около 3800 г/моль, мольное отношение этиленоксида к пропиленоксиду от 20/80 до 10/90) с янтарной кислотой, причем массовое отношение сополимера к кислоте составляет 85/15, и продукта реакции конденсации сополимера этиленоксида и пропиленоксида (молекулярная масса M около 4600 г/моль, мольное отношение этиленоксида и пропиленоксида от 30/70 до 45/55) с жирной кислотой таллового масла, причем массовое соотношение между сополимером и жирной кислотой составляет 80/20. Затем эту смесь разбавляют до 45% растворителем из ароматической фракции, содержащей от 9 до 11 атомов углерода. Добавка 2 является, таким образом, результатом реакции вышеописанной смеси с продуктом A, причем массовое отношение смеси и продукта A равно 40/60. Продукт A является продуктом катализируемой кислотой реакции нонилфенола с параформальдегидом при массовом отношении нонилфенола к параформальдегиду 90/10 с последующим этоксилированием 8-9 молями этиленоксида на фенольное кольцо. Реакции идут в растворителе из ароматической фракции, содержащей от 9 до 11 атомов углерода, в котором доля добавки 2 составляет 60%.
Добавка 3:
адгезионная присадка, выпускаемая в продажу фирмой CECA под названием Cecabase 260, продукт реакции между растительным маслом и диэтаноламином, диэтилентриамином и триэтилентетрамином.
Результаты измерений проницаемости и точки размягчения по методу шара и кольца сведены в следующей таблице:
N
Тип образца
Глубина проникания иглы (×0,1 мм) @25°C
Пределы глубины проникания(×0,1 мм)
Точка размягчения(°C)
Пределы точки размягчения (°C)
1
Чистый битум
37
35-50
53,5
50-58
2
Битум + 5 кг/т добавки 1
37
54
3
Битум + 5 кг/т добавки 1 + 2 кг/т добавки 3
36
53
4
Битум + 5 кг/т добавки 2
39
54
Для опыта 3 добавку 3 вводили через несколько минут после введения добавки 1.
-1
Установлено, что класс битума не изменяется. Динамическую вязкость измеряли при 110°C и при степени сдвига 50 с, не наблюдая существенной разницы: вязкость равна 3,7 Па·с.
Пример 2
Битум TOTAL Azalt с глубиной проникания иглы 35/50, полученный с нефтеперерабатывающего завода La Mède, модифицировали с помощью следующих добавок:
добавка 4
(тип A): результат этоксилирования при 4 молях этиленоксида на фенольный фрагмент продукта, полученного катализируемой основаниями реакцией смешения параформальдегида со смесью нонилфенол/трет-бутилфенол в пропорциях, составляющих от 70/30 до 55/45, в растворителе из ароматической фракции, содержащей от 9 до 11 атомов углерода, причем массовое отношение смеси фенолов к параформальдегиду составляет 85/15.
Добавка 5
(тип A): результат катализируемой кислотами реакции нонилфенола с параформальдегидом, причем массовое соотношение между нонилфенолом и параформальдегидом составляет 85/15, с последующим этоксилированием 4-5 молями этиленоксида на фенольное ядро в растворителе из ароматической фракции, содержащей от 9 до 11 атомов углерода, причем содержание растворителя составляет 50%.
Добавка 6
w
(тип B): смола Epikote 828, пропоксилированная полипропиленгликолем с молекулярной массой M примерно 4000 г/моль, причем массовое соотношение между смолой и полимером составляет 15/85.
Добавка 7
w
(тип E): результат реакции конденсации сополимера этиленоксида и пропиленоксида (молекулярная масса M около 3800 г/моль, мольное отношение этиленоксида и пропиленоксида от 10/90 до 20/80) с янтарной кислотой, причем массовое соотношение между сополимером и кислотой составляет 95/5, в растворителе из ароматической фракции, содержащей от 9 до 11 атомов углерода, доля которого равна 50%.
Результаты измерений проницаемости и точки размягчения по методу кольца и шара сведены в следующей таблице:
Тип образца
Глубина проникания иглы (×0,1 мм) @25°C
Пределы глубины проникания (×0,1 мм)
Точка размягчения (°C)
Пределы точки размягчения (°C)
Чистый битум
43
35-50
51,5
50-58
Битум + 5 кг/т добавки 4
43
51,5
Битум + 5 кг/т добавки 5
45
51,5
Битум + 5 кг/т добавки 6
46
51
Битум + 5 кг/т добавки 7
48
51,5
-1
Установлено, что класс битума не изменяется. Динамическую вязкость измеряли при 110°C и при степени сдвига 50 с, не наблюдая существенной разницы: вязкость равна 2,4 Па·с.
Пример 3
Авторы сделали на стационарном заводе, имеющем барабанную сушилку-дробилку, среднезернистый асфальтобетон (BBSG) 0/10 класса 3 в виде трех разных плит, причем каждая имеет следующий состав заполнителя:
- известковый наполнитель
известняк
5%
- песок 0/2
риолит
34%
- заполнитель 2/6
риолит
12%
- заполнитель 6/10
риолит
49%
Использовался битум TOTAL Azalt 35/50 со следующими характеристиками: глубина проникания иглы 35-50, плотность 1,031, точка размягчения по методу шара и кольца 50°C. Доля битумного продукта составляет 6,3 г на 100 г заполнителя. Для двух первых плит использовался чистый битум. Для третьей плиты в битум вводились две следующие добавки в долях соответственно 3,7 и 1,3 кг на тонну битума:
добавка 8
w
(тип E): продукт реакции конденсации сополимера этиленоксида и пропиленоксида (молекулярная масса M около 3800 г/моль, мольное отношение этиленоксида к пропиленоксиду от 10/90 до 20/80) с янтарной кислотой, причем массовое отношение сополимера и кислоты составляет 95/5, в растворителе из ароматической фракции, содержащей от 9 до 11 атомов углерода, доля которого составляет 50%.
Добавка 9
w
(тип B): продукт конденсации полипропиленгликоля (молекулярная масса M около 4000 г/моль) со смолой Epikote 828, причем массовое отношение полимера и смолы составляет 85/15, с последующим этоксилированием при массовом отношении конденсата и этиленоксида 90/10.
Введение добавок проводилось через котельный люк в резервуаре для битума. Битум, в который, таким образом, ввели добавки, применяли после 30 минут рециркуляции в резервуаре.
При получении асфальтобетонной смеси удерживались следующие температуры:
- заполнитель нагревали до 160°C для первой плиты и до 120°C для двух следующих плит;
- битум во всех случаях использовался при 160°C.
Укладка проводилась с помощью финишера Marini MF905, скорость продвижения которого составляла 5 м/мин, и дорожного катка Ammann AV95, скорость продвижения которого составляла 4 км/ч. Число осуществленных проходов было равно 11 при колебаниях в диапазоне 0,62 мм и частоте 50 Гц. При укатывании удерживались следующие температуры BBSG:
- для чистого битума 135°C для первой плиты и 80°C для второй плиты;
- для битума с добавками 80°C.
По окончании строительства были измерены кажущаяся плотность на гамма-денситометре согласно стандарту NF P 98-241-1, кажущаяся плотность гидростатическим взвешиванием согласно стандарту NF P 98-250-6 и средняя глубина текстуры согласно стандарту NF EN 13036-1. Пористость рассчитывалась из плотностей по гамма-денситометру, скорректированных согласно измерениям гидростатическим взвешиванием. Температуры BBSG измерялись в центре.
Тип битума
T заполнителя при получении (°C)
T BBSG при укладке (°C)
T BBSG при укатывании (°C)
Средняя глубина текстуры (мм)
Средняя пористость (%)
Число измерений пористости выше 8%-ного порога/общее число измерений пористости
Чистый битум
160
160
135
0,7
5,3
0/20
Чистый битум
120
120
80
0,8
7,2
5/16
Битум с добавками
120
120
80
0,8
6
0/15
Средняя глубина текстуры всегда была приемлемой. Что касается средней пористости, установлено, что лучшим BBSG продуктом является эталонный продукт. По сравнению с пределами пористости для BBSG 0/10 класса 3, которые составляют 4 и 8%, данный BBSG располагается в нижней части. BBSG без добавки, произведенный при пониженной температуре получения, имеет среднюю пористость, которая близка к верхнему пределу. Отличие средней пористости от пористости эталонного BBSG уменьшается несмотря на пониженные температурные условия получения, когда в битум вводят добавку. Последний столбец таблицы показывает число точек измерения пористости, для которых пористость была выше нормы относительно полного числа измерений пористости. Установлено, что имеется 5 точек, то есть более 30% измерений, выше нормы для опыта без добавки в пониженных термических условиях, из которых в одной точке пористость равна 10,2%. В присутствии добавки точек выше нормы не было.