БИТУМНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ СМЕСЬ ВОСКОВ, СОСТОЯЩУЮ ИЗ НЕФТЯНОГО СЫРОГО ПАРАФИНА И ВОСКА ФИШЕРА-ТРОПША, ПРИМЕНЕНИЕ СМЕСИ ВОСКОВ В БИТУМНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ, ПРИМЕНЕНИЕ БИТУМНОЙ КОМПОЗИЦИИ В АСФАЛЬТОВЫХ КОМПОЗИЦИЯХ, АСФАЛЬТОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩИЕ БИТУМНУЮ КОМПОЗИЦИЮ, И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АСФАЛЬТОВЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ НИХ
BITUMEN COMPOSITION CONTAINING A MIXTURE OF WAXES CONSISTING OF PETROLEUM CRUDE WAX AND FISHER-TROPSCH WAX, USE OF A MIXTURE OF WAXES IN BITUMEN COMPOSITIONS, USE OF A BITUMEN COMPOSITION IN ASPHALT COMPOSITIONS, ASPHALT COMPOSITIONS CONTAINING A BITUMEN COMPOSITION AND A METHOD OF PRODUCING ASPHALT COATINGS THEREFROM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к битумной композиции, содержащей смесь восков, состоящую из нефтяного сырого парафина и воска Фишера-Тропша, к применению смеси восков в битумных композициях, к применению битумной композиции в асфальтовых композициях, к асфальтовым композициям, содержащим битумную композицию, и к способу изготовления асфальтовых покрытий и конструкций из них.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Битум - это природная или получаемая посредством вакуумной дистилляции сырой нефти смесь органических соединений с упруго-вязкими свойствами. Он является густым, нелетучим, герметизирующим и практически нерастворимым в неполярных растворителях.
Битум используют во многих строительных прикладных задачах, таких как нанесение покрытий на здания, битумные заполнения и т.п.Одним из наиболее важных применений является его применение в качестве связующего для каменных заполнителей в асфальте для дорожных покрытий.
Асфальт изготавливают в больших смесительных установках с производительностью от 130 до 350 тонн в час. В этом электронно-управляемом в наши дни процессе компоненты асфальта дозируют, смешивают и гомогенизируют. Вначале в барабанную сушилку добавляют каменный заполнитель с определенным размером частиц и в определенной дозе. Влага, связанная с камнями, испаряется, и устанавливается требуемая температура. Затем заполнитель перемещают в башню, где обеспечивается соответствующее распределение частиц по размеру. После этого на заполнитель распыляют горячий битум и другие добавки и тщательно смешивают с ними с использованием либо барабанного смесителя непрерывного действия, либо порционного смесителя типа лопастной мешалки. При температурах, лежащих в диапазоне от 160°С до 180°С, легко перемешиваемый асфальт можно затем переместить в бункеры или грузовики для доставки на строительную площадку, где он необходим, и где его укладывают в форме дорожного покрытия.
В зависимости от слоя в дорожном покрытии и нагрузки на дорожное полотно от транспортных средств используют различные типы асфальтовых смесей, которые отличаются градацией размеров минеральных заполнителей и процентным содержанием битумного связующего. Важными примерами типов асфальтовых смесей являются асфальтобетон для базовых слоев, связующих слоев и слоев износа, щебеночно-мастичный асфальтобетон и пористый асфальт открытого типа. Еще одним типом асфальтовой смеси является асфальтовая мастика или литой асфальт, который изготавливают при очень высокой температуре, превышающей 200°С, и укладывают в текучей форме. Это обеспечивает слои асфальта, по существу не содержащие заполненных воздухом пустот.
Альтернативно, тонкие слои асфальта можно также получить посредством распыления горячего битумного связующего на поверхность, на которую должно быть уложено покрытие, распределения минерального заполнителя поверх горячего битумного связующего и запрессовывания заполнителя в связующее с использованием катка. Эту технику называют «spray and chip» или «chip seal» («щебеночное уплотнение»), и она требует специфической сортировки заполнителя.
Асфальтовые смеси и покрытия являются предметом строгих национальных и международных регламентов и стандартов с целью обеспечения высоких и отвечающих требованиям эксплуатационных характеристик асфальта.
В настоящее время асфальт также можно перерабатывать для вторичного использования при укладке новых дорожных покрытий. Вторично используемое покрытие часто называют регенерированным асфальтовым покрытием (RAP; от англ.: reclaimed asphalt pavement). Для этого старый асфальт из дорожного покрытия размалывают, дробят до приемлемого размера и смешивают с новым битумным связующим и каменным заполнителем с получением продукта, имеющего по меньшей мере такое же качество, как и новый асфальт. Во время производства смеси можно добавить режувенатор (омолаживатель), если битумное связующее в повторно используемом асфальте сильно затвердело в процессе старения во время срока службы. Чаще всего РАР добавляют в асфальтосмесительную установку без предварительного нагрева, используя «технику холодного добавления». Тепловую энергию, необходимую для достижения конечной температуры асфальтовой смеси, можно сообщить за счет нагревания до желаемой температуры свежего заполнителя и битума. Поскольку имеются технические ограничения для нагревания свежих материалов, процентное содержание RAP, которое можно добавить при использовании техники холодного добавления, ограничено диапазоном от 20 масс. % до 30 масс. % от массы полученной асфальтовой смеси. Максимальное процентное содержание зависит от конкретного типа асфальтовой смеси. Лишь немногие асфальтосмесительные установки оборудованы параллельным нагревательным барабаном для предварительного нагрева RAP. Эта «техника горячего добавления» позволяет добавлять более высокие процентные доли RAP.
Для улучшения свойств асфальтовых продуктов, как правило, можно использовать различные добавки и модификаторы, выбранные из группы наполнителей (например, гашеная известь, цемент, газовая сажа), разбавителей (например, сера, лигнин), резины, эластомерных полимеров, пластомерных полимеров, смол, волокон (например, минеральная вата, целлюлоза), антиоксидантов, углеводородов, средств для повышения сцепления, органосиланов, поверхностно-активных веществ и отходов.
Из предшествующего уровня техники известно, что воски являются подходящими добавками для битума для получения высококачественных асфальтовых смесей и асфальтовых покрытий. В частности, использовали углеводородные воски, такие как парафиновые воски и воски Фишера-Тропша.
В целом, воски обычно определяют как химические композиции, которые имеют температуру каплеобразования, превышающую 40°С, поддаются полировке при небольшом давлении, являются пластичными или твердыми до хрупкости и прозрачными или непрозрачными при 20°С, плавятся при температурах выше 40°С без разложения и в характерных случаях плавятся при температурах, лежащих в диапазоне от 50°С до 90°С, а в исключительных случаях - до 200°С, образуют пасты или гели и являются плохими проводниками тепла и электричества.
Воски можно классифицировать в соответствии с различными критериями, например - по их происхождению. В этом случае воски можно разделить на две основные группы: натуральные и синтетические воски. Натуральные воски можно дальше разделить на ископаемые воски (например, нефтяные воски) и неископаемые воски (например, животные и растительные воски). Нефтяные воски подразделяют на макрокристаллические воски (парафиновые воски) и микрокристаллические воски (микровоски). Синтетические воски можно разделить на частично синтетические воски (например, амидные воски) и полностью синтетические воски (например, полиолефиновые воски и воски Фишера-Тропша).
Парафиновые воски происходят из фракций вакуумной дистилляции нефти. Они прозрачны, не имеют запаха и могут быть очищены для контакта с пищевыми продуктами. Они содержат ряд (прежде всего) н-алканов и изоалканов и некоторые циклоалканы. Сырые или неочищенные парафиновые воски (сырые парафины) содержат большое количество короткоцепочечных и высокоразветвленных алканов («масел»), которые можно удалить посредством обезмасливания. При этом можно получить парафиновые воски с различными распределениями и с различными качествами. Дальнейшая очистка может включать дистилляцию, отбеливание и гидрообработку.
Микровоски происходят из деасфальтизации, деароматизации и обезмасливания остатков после вакуумной дистилляции нефти. Они содержат много разветвленных и циклических алканов и обычно содержат менее 50% н-алканов.
2
Синтетические воски Фишера-Тропша или углеводороды происходят из каталитического синтеза Фишера-Тропша алканов из сингаза (СО и Н). Существует ряд больших различий между парафиновыми восками на основе нефти и восками Фишера-Тропша, которые приводят к различным свойствам, например - к различиям кристаллизации и реологических свойств. Другим источником восков/углеводородов являются продукты, полученные посредством олигомеризации/полимеризации олефиновых мономеров, необязательно - с последующей гидрообработкой.
В публикации GB 2234512 А раскрыта композиция дорожного покрытия, содержащая заполнитель и связующее, которое содержит битум и модификатор вязкости, содержащий воск. Вязкость снижена по меньшей мере на 25% по сравнению с исходным связующим. Подходящие модификаторы включают микрокристаллический воск, горный воск или каменноугольный воск, но не парафиновый воск или сырой нефтяной воск. Модифицированное связующее преимущественно предназначено для поверхностного слоя износа (щебеночное уплотнение) или для горячей асфальтовой смеси. Повторное использование асфальта не описано. До этой публикации и включая ее, присутствие парафиновых восков в композициях дорожных покрытий считалось нежелательным, поскольку они неблагоприятно влияют на адсорбцию асфальтенов на мраморной крошке, и за счет этого увеличивается вязкость битумной композиции. Вот почему обычно остатки после вакуумной дистилляции нефти, по своей природе богатые парафиновыми восками, не используют в качестве связующего для асфальта. В публикации GB 2234512 А обнаружено, что более твердые воски с более низкой пенетрацией (например, микрокристаллические воски) пригодны для использования в качестве средств, снижающих вязкость, в битуме. Вместо полного смешивания с мальтеновой фазой во всех состояниях асфальта, как в случае парафиновых восков, воски согласно этому патенту являются менее совместимыми с мальтенами и образуют дисперсную фазу при низких температурах, значительно снижая вязкость битума.
В публикации ЕР 1017760 В1 раскрыто применение синтетических восков Фишера-Тропша в асфальте для дорожных покрытий с целью повышения его прочности. Воски Фишера-Тропша имеют высокое содержание линейных углеводородов (более 90 масс. %) и могут иметь высокую температуру застывания (до 105°С). Было обнаружено, что добавление 0,5 масс. % или более парафинового воска Фишера-Тропша в битум асфальта обеспечивает более высокое уплотнение асфальта и в то же время снижает вязкость битума в жидком состоянии во время перемешивания асфальта.
Было обнаружено, что воски Фишера-Тропша обеспечивают более низкую температуру смешивания (теплый асфальтобетон; WMX; от англ.: warm mix asphalt), однако в наши дни часть представителей асфальтовой промышленности обсуждает повышение жесткости и низкотемпературной хрупкости битума вследствие добавления восков Фишера-Тропша.
На основании раскрытых усовершенствований в последующие годы были предложены другие комбинации с другими добавками и применения восков Фишера-Тропша в битуме.
В публикации WO 02/16499 А1 раскрыто применение воска, предпочтительно - синтетического воска Фишера-Тропша, в качестве добавки для битума, устойчивой к углеводородам, предпочтительно - устойчивой к топливу. Предполагается, что воск придает битуму большую устойчивость к топливу, поскольку он сам является топливостойким, и повышает степень уплотнения полученного из него асфальта, за счет чего в асфальте снижается число пустот, доступных для топлива.
В публикации WO 2008/101809 А1 раскрыта устойчивая к старению битумная композиция, содержащая по меньшей мере один парафин в концентрации, лежащей в диапазоне от 0,5 масс. % до 5 масс. %. Сопротивление старению отражается меньшей вариацией температуры размягчения, определяемой способом «кольца и шара», битумной композиции после проведения стандартного испытания на воздействие тепла и воздуха на движущуюся пленку битума (метод вращения тонкой пленки в печи; RTOFT; от англ.: Rolling Thin Film Oven Test). Парафины предпочтительно являются синтетическими парафинами, полученными посредством синтеза Фишера-Тропша.
В публикации US 8772381 В2 раскрыто применение восков в поперечно сшитой битумно-полимерной композиции для повышения сопротивления агрессивным химическим воздействиям.
В публикации 8734581 В2 раскрыты смеси битуминозных дорожных покрытий, содержащие смазывающие средства или добавки, позволяющие их укладку и уплотнение при температурах, которые на 10-55°С ниже температуры смешивания, благодаря улучшенным свойствам уплотнения.
В публикации WO 2009/062925 раскрыты модификаторы асфальта для применения при «горячем смешивании», включающие стимулятор адгезии.
В публикации US 2010/0227954 А1 раскрыты асфальтовые композиции и продукты, содержащие нефтяной асфальт, полиолефин и воск.
В публикации WO 2014/043021 А1 раскрыта неокисленная продуванием воздуха битумная композиция кровельного качества, содержащая исходный битумный материал, полиолефин и, необязательно, одну или более добавок. Композицию используют для получения желаемых свойств окисленного битума без необходимости осуществления процесса продувания воздухом.
В публикации ЕР 2058056 В1 раскрыто применение синтетического парафинового воска в качестве повышающего твердость средства при повторном использовании бывшего в употреблении/регенерированного асфальта совместно с размягчающими средствами, такими как масла, для снижения старения битума регенерированного асфальта.
В публикации DE 202005003108 U1 раскрыты битумные композиции, содержащие битум, по меньшей мере одно животное и/или растительное масло и/или жир и по меньшей мере один воск. Примером является применение комбинации воска Фишера-Тропша и рапсового масла для получения битума с улучшенной усталостной прочностью.
В публикации US 2014/0076777 А1 раскрыт способ повышения качества асфальта (то есть битума) за счет использования мягкого битума и/или добавления по меньшей мере 3% очищенного воска и добавления средства, снижающего температуру застывания. Воск снижает вязкость битума, а средство, снижающее температуру застывания, улучшает низкотемпературные эксплуатационные характеристики битума. Повторное использование асфальта не описано.
С течением времени профессиональные круги поняли, что каждый конкретный воск обладает определенными свойствами в битуме, но комбинация различных восков или восков и других добавок может проявить свойства, отличающиеся от свойств отдельных компонентов. Например, воски Фишера-Тропша сами по себе способны улучшать технологические свойства битума и асфальтовых смесей и стабильность полученного из них асфальта. С другой стороны, масла способны обеспечивать повторное использование асфальта за счет их действия как режувенатора. Однако на предшествующем уровне техники отсутствуют восковая добавка или комбинация восков, которые улучшали бы технологические параметры битума во время изготовления асфальта без одновременного негативного влияния на физические свойства битума в конечном продукте, в частности - по существу не вызывающие повышения жесткости и низкотемпературной хрупкости битума и асфальта.
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы найти смесь восков, которая продемонстрировала бы лучшие свойства в битуме и при изготовлении асфальтовой смеси и устранила бы недостатки предшествующего уровня техники, но не оказывала бы значительного влияния на физические свойства битума.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Неожиданно было обнаружено, что битумная композиция, содержащая по меньшей мере одну смесь восков, состоящую из:
от 20 масс. % до 80 масс. % нефтяного сырого парафина (PSW; от англ.: petroleum slack wax), и от 20 масс. % до 80 масс. % воска Фишера-Тропша (FTW; от англ.: Fischer-Tropsch wax), в обоих случаях в пересчете на общую массу по меньшей мере одной смеси восков (=100 масс. %), демонстрирует превосходные свойства при переработке битума.
Другим вариантом осуществления настоящего изобретения является применение по меньшей мере одной смеси восков в битумных композициях, предпочтительно - для улучшения их технологических свойств и/или упругого восстановления.
Еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения является применение битумной композиции для изготовления асфальтовых композиций, в частности - для обеспечения улучшенного сопротивления уплотнению, устойчивости к старению и/или низкотемпературных характеристик асфальтовой композиции. Это обеспечивает их применение в холодных климатических зонах (при температурах ниже 10°С или даже ниже 0°С), для получения долговечных и прочных асфальтов и асфальтовых дорог, рассчитанных на высокую нагрузку и/или высокую интенсивность движения.
В следующем варианте осуществления настоящего изобретения предложена асфальтовая композиция, содержащая битумную композицию, каменный заполнитель и наполнители.
Кроме того, настоящее изобретение включает способ изготовления асфальтовых покрытий с использованием битумной композиции по настоящему изобретению.
При этом сохраняются известные достоинства восков Фишера-Тропша, такие как более низкая вязкость, а возможные недостатки, такие как низкотемпературная хрупкость и повышенная жесткость битума и изготовленного из него асфальта, можно минимизировать. Это означает, что сохраняются физические свойства исходного битума, но обеспечиваются улучшения при переработке битума.
Кроме того, битумная композиция по настоящему изобретению обеспечивает дополнительное снижение температуры уплотнения асфальта по сравнению с использованием только восков Фишера-Тропша, поскольку показано, что кристаллизация смеси восков в битумной композиции и в изготовленной с ее использованием асфальтовой смеси начинается при температуре, которая на 30°С ниже.
Неожиданно было обнаружено, что битумная композиция по настоящему изобретению обеспечивает переработку больших количеств повторно используемых асфальтов с использованием техники холодного добавления по сравнению с предшествующим уровнем техники.
Кроме того, лучшие технологические свойства битумной композиции по настоящему изобретению позволяют применение и/или уплотнение асфальтовых композиций при температурах ниже 150°С.
СВЕДЕНИЯ. ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения битумная композиция содержит от 0,5 масс. % до 2,5 масс. %, более предпочтительно - от 1,0 масс. % до 2,0 масс. %, по меньшей мере одной смеси восков.
Смесь восков предпочтительно состоит из от 30 масс. % до 70 масс. % нефтяного сырого парафина и от 30 масс. % до 70 масс. % воска Фишера-Тропша.
Кроме того, смесь восков более предпочтительно состоит из 50 масс. %, наиболее предпочтительно - из 40 масс. %, нефтяного сырого парафина (PSW) и более предпочтительно - из 50 масс. %, наиболее предпочтительно - из 60 масс. %, воска Фишера-Тропша (FTW).
Нефтяные сырые парафины, используемые в композиции по настоящему изобретению, определены как сырые или неочищенные парафиновые воски, происходящие из отгоняемых фракций вакуумной дистилляции нефти, которые согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения отбеливают и/или подвергают гидрообработке (которые согласно смыслу настоящего изобретения также определяют как сырые воски). Их можно также охарактеризовать в соответствии с классами вязкости согласно стандарту ASTM D 2161, лежащими в диапазоне от 80 SUS до 600 SUS (SUS; от англ.: Saybolt Universal Seconds; универсальные секунды Сейболта), предпочтительно - от 300 SUS до 600 SUS.
Нефтяной сырой парафин предпочтительно обладает одним или более из следующих свойств:
2
2
2
2
температура застывания согласно стандарту ASTM D 938 ниже 65°С; содержание МЕК-масел согласно стандарту ASTM D 7211-06 выше 15 масс. %; кинематическая вязкость при 100°С согласно стандарту ASTM D 7042-11 в диапазоне от 5 мм/с до 10 мм/с, предпочтительно - от 6 мм/с до 8 мм/с; игольчатая пенетрация при 25°С согласно стандарту ASTM D 1321 более 50 1/10 мм; и содержание н-алканов менее 60 масс. %.
2
Воски Фишера-Тропша, используемые в композиции по настоящему изобретению, определены как воски, происходящие из катализируемого кобальтовым или железным катализатором синтеза Фишер-Тропша алканов из сингаза (СО и Н). Неочищенный продукт этого синтеза выделяют в форме жидкости, а различные твердые фракции - посредством дистилляции. Воски преимущественно содержат н-алканы, небольшое число изо-алканов и по существу не содержат циклоалканов или загрязнений, таких как сера или азот.В свою очередь, число олефинов выше по сравнению с восками на основе нефти. Воски Фишера-Тропша имеют температуру застывания, лежащую в диапазоне от 30°С до 105°С, и длину углеродной цепи, лежащую в диапазоне от 15 атомов углерода до 65 атомов углерода.
Воск Фишера-Тропша предпочтительно обладает одним или более из следующих свойств:
температура застывания согласно стандарту ASTM D 938 выше 70°С, предпочтительно - выше 75°С, более предпочтительно - в диапазоне от более чем 75°С до 85°С, и наиболее предпочтительно - в диапазоне от более чем 75°С до 82°С;
содержание МЕК-масел согласно стандарту ASTM D 7211-06 менее 5 масс. %, предпочтительно - менее 2 масс. %;
2
2
2
2
- кинематическая вязкость при 100°С согласно стандарту ASTM D 7042-11 в диапазоне от 5 мм/с до 10 мм/с, предпочтительно - от 7 мм/с до 9 мм/с;
- игольчатая пенетрация при 25°С согласно стандарту ASTM D 1321 менее 10 1/10 мм; и содержание н-алканов более 80 масс. %.
Смесь восков предпочтительно обладает одним или более из следующих свойств:
- температура застывания согласно стандарту ASTM D 938, лежащая в диапазоне от 70°С до 85°С, предпочтительно - в диапазоне от 72°С до 83°С, и более предпочтительно - в диапазоне от 75°С до 82°С;
- содержание МЕК-масел согласно стандарту ASTM D 7211-06 менее 10 масс. %; игольчатая пенетрация при 25°С согласно стандарту ASTM D 1321 в диапазоне от 15 до 30 1/10 мм; и
- содержание н-алканов более 60 масс. %.
Указанное выше содержание н-алканов определяют посредством газовой хроматографии. Для этого можно использовать стандартный способ 001/03 Европейской Федерации Производителей Восков.
Воск Фишера-Тропша или нефтяной сырой парафин предпочтительно подвергают гидрообработке, более предпочтительно - оба воска подвергают гидрообработке. Гидрообработка восковых компонентов улучшает сопротивление старению содержащей их битумной композиции. Не желая быть связанными определенной теорией, отметим, что это может быть обусловлено более низким содержанием ненасыщенных углеводородов в восковых компонентах после гидрообработки.
Гидрообработку воска Фишера-Тропша можно осуществить каталитически с использованием любого подходящего способа, известного специалистам в области гидрообработки восков. В характерном случае воск Фишера-Тропша подвергают гидрообработке с использованием водорода при абсолютном давлении, лежащем в диапазоне от примерно 30 бар до примерно 70 бар, например - равном примерно 50 бар, и при повышенной температуре, лежащей в диапазоне от примерно 150°С до примерно 250°С, например - равной примерно 220°С, в присутствии никелевого катализатора, например - NiSat 310, который можно приобрести в компании Sued-Chemie SA (Pty) Ltd, расположенной по адресу 1 Horn Street, Chloorkop, 1624, South Africa (ЮАР). Гидрообработку воска Фишера-Тропша следует понимать как процесс, в котором такие компоненты, как спирты или другие соединения, содержащие кислород, и ненасыщенные углеводороды, такие как олефины, преобразуются в алканы в ходе каталитической реакции с водородом. Она не включает реакции крекинга, такие как гидроизомеризация или гидрокрекинг.
-1
-1
Нефтяные сырые парафины содержат ароматические, серосодержащие и азотсодержащие соединения. Нефтяные парафины можно очистить от указанных прочих компонентов посредством обработки при более жестких условиях, таких как давление водорода, лежащее в диапазоне от 80 бар до 150 бар, и температура, лежащая в диапазоне от 250°С до 350°С, и предпочтительно при объемных скоростях, лежащих в диапазоне от 0,3 ч до 2 ч. Предпочтительными катализаторами, пригодными для гидрообработки нефтяных сырых парафинов, являются сульфированные Ni, Mo, W катализаторы.
Битумная композиция также может содержать один или более полимеров, выбранных из группы эластомеров, например - стирол-бутадиен-стирол (SBS; от англ.: styrene-butadiene-styrene) и сходные блоксополимеры, и пластомеров, например - этиленвинилацетат (EVA; от англ.: ethylene vinyl acetate) или полиолефины, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения - до 7 масс. %.
Другие добавки могут быть выбраны из группы, включающей резину (например, до 25 масс. %), смолы (например, до 10 масс. %), средства для повышения сцепления (например, до 3 масс. %), волокна (например, до 5 масс. %), органосиланы (например, до 2 масс. %), поверхностно-активные вещества и/или стимуляторы адгезии (например, до 2 масс. %), такие как амины, амиды или сложные органические эфиры фосфорной кислоты. Также можно добавлять другие углеводороды (отличающиеся от заявленных выше восков).
Такую асфальтовую композицию можно использовать для изготовления дорожных покрытий, покрытий в аэропортах, покрытий на топливно-заправочных станциях, покрытий на подъездных путях, покрытий на автопарковках, покрытий на велосипедных и прогулочных дорожках, покрытий в логистических зонах или сельскохозяйственных покрытий.
Кроме того, асфальтовая композиция предпочтительно содержит более 25 масс. %, предпочтительно - более 30 масс. %, более предпочтительно - более 40 масс. %, и наиболее предпочтительно - более 60 масс. % регенерированного асфальта.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ изготовления дорожных покрытий (способ А), включающий:
смешивание битумной композиции, описанной выше, с минеральным заполнителем и наполнителями при температурах, лежащих в диапазоне от 150°С до 190°С, в случае асфальтовой мастики - до 250°С, с получением асфальтовой композиции;
- загрузку асфальтовой композиции в грузовой автомобиль или бункер для хранения;
- транспортировку ее к строительной площадке;
- укладку асфальтовой композиции на поверхность с использованием асфальтоукладчика с получением асфальтовой поверхности; и уплотнение асфальтовой поверхности с использованием катка.
Способ может включать добавление более 25 масс. %, предпочтительно -более 30 масс. %, более предпочтительно - более 40 масс. %, и наиболее предпочтительно - более 60 масс. % повторно используемого асфальта без его нагревания.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ изготовления асфальтовых покрытий (способ В), включающий:
транспортировку битумной композиции, описанной выше, к строительной площадке;
распыление битумной композиции на поверхность;
распределение минеральных заполнителей поверх горячего слоя битумной композиции; и
- запрессовывание минеральных заполнителей в слой битумной композиции с использованием катка.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
Образцы битума марки 70/100 (немодифицированного) согласно стандарту DIN EN 12591 смешали с 1,5 масс. % смеси А восков (Sasobit Redux, см. Таблицу 1), состоявшей из 40 масс. % Sasolwax С80М и 60 масс. % Prowax 561, или с 1,5 масс. % воска Фишера-Тропша (Sasobit) в пересчете на массу битума.
*: Определено посредством газовой хроматографии согласно стандартному способу 001/03 Европейской Федерации Производителей Восков.
Температура застывания смеси А восков определяется более тугоплавким компонентом - воском Фишера-Тропша Sasolwax С80М, так что она имеет такую же температуру застывания, как у воска Фишера-Тропша, в пределах точности используемого способа (стандарт ASTM D 938).
Свойства образцов битума определили посредством измерения глубины проникания иглы согласно стандарту DIN EN 1426, температуры размягчения (способом кольца и шара) согласно стандарту DIN EN 1427 и комплексного модуля сдвига G*, а также угла сдвига фаз 5, оба параметра - согласно стандарту DIN EN 14770, последний - с использованием реометра динамического сдвига. Высокие значения G* и низкие значения 5 означают высокую жесткость битуминозного связующего (Таблица 2).
Можно видеть, что смесь А восков оказывает гораздо меньшее влияние на проникновение иглы, температуру размягчения, комплексный модуль и угол сдвига фаз битума, чем воск Фишера-Тропша Sasobit. Эти результаты отражают сниженное влияние на жесткость битума при использовании смеси нефтяного сырого парафина и воска Фишера-Тропша.
Для определения влияния добавок на переработку битума, содержащего смесь восков по настоящему изобретению, измерили динамические вязкости битумных композиций с использованием вискозиметра с параллельными пластинами с диаметром пластин, равным 25 мм, и расстоянием между пластинами, равным 1 мм, при различных температурах переработки (см. Таблицу 3).
Из результатов можно видеть, что битумную композицию по настоящему изобретению можно перерабатывать при приемлемых значениях вязкости при значительно более низких температурах, чем стандартный, немодифицированный битум. Смесь А восков оказывает примерно такое же снижающее вязкость влияние на битум, что и Sasobit согласно предшествующему уровню техники, но она оказывает гораздо меньшее влияние на жесткость мягких марок битума (см. Таблицу 2).
Пример 2
Битум марки 50/70 (немодифицированный) согласно стандарту DIN EN 12591 смешали с 1,5 масс. % смеси А восков (см. Таблицу 1). После лабораторной имитации старения с использованием RTFOT (метода вращения тонкой пленки в печи, стандарт ASTM D2872) и резервуара для старения под давлением (PAV; от англ.: pressure ageing vessel; стандарту DIN EN 14769) охарактеризовали низкотемпературные свойства битума посредством определения предельных значений m и S с использованием реометра с изгибом балки (BBR; от англ.: bending beam rheometer) согласно стандарту ASTM D6648 и сравнения их с битумом той же марки без воска (см. Таблицу 4). RTFOT выполняют в лаборатории для имитации старения битума во время производства асфальтовой смеси, а PAV-старение выполняют для имитации старения битума во время срока службы асфальтовых покрытий. Предельные значения m и S являются параметрами для оценки жесткости, которые не должны быть превышены. Согласно стандартам ASTM D6373/ASTM В 7673 BBR-испытание провели при различных температурах, чтобы определить температуру, при которой достигается предельный уровень жесткости.
Обнаружено, что смесь А восков по настоящему изобретению не изменяет низкотемпературную жесткость битума в пределах точности способа испытания. Низкие температуры достижения предельных значений жесткости желательны для хороших эксплуатационных характеристик и длительных сроков службы асфальтовых покрытий в холодных климатических зонах.
Пример 3
Тот же битум марки 50/70, что и в Примере 2, и битум с добавлением 1,5 масс. % смеси А восков использовали для изготовления асфальтобетонной смеси АС 11 DS согласно TL StB 07/13. Обе асфальтобетонные смеси уплотнили при 145°С и исследовали температуру трещинообразования с использованием испытания образцов термически индуцированным напряжением (TSRST; от англ.: Thermal Stress Restrained Specimen Test) согласно стандарту DIN EN 12697-46 для получения информации о низкотемпературных свойствах асфальтобетона (см. Таблицу 5). Во время TSRST образец асфальтобетона выдерживали при постоянной длине во время охлаждения его со скоростью, равной 10°С/ч, до тех пор, пока термически индуцированные силы усадки не вызывали растрескивание образца.
Результаты показывают, что смесь А восков также не влияет на низкотемпературные свойства асфальтобетона в пределах точности способа испытания.
Пример 4
Полимер-модифицированный битум (PmB; от англ.: polymer modified bitumen) марки 25/55-55 смешали с 1,5 масс. % смеси А восков, исследовали его упругое восстановление согласно стандарту DIN EN 13398 и сравнили с PmB без воска (см. Таблицу 6). Марки полимер-модифицированного битума используют для изготовления асфальтовых дорожных покрытий с улучшенными эксплуатационными характеристиками и прочностью. Спецификации согласно TL Bitumen-StB 07/13 для содержащих эластомеры полимер-модифицированных марок битума (РтВ А) требуют минимального упругого восстановления.
Воск Фишера-Тропша согласно предшествующему уровню техники (Sasobit) обычно снижает упругое восстановление PmB. Обнаружено, что смесь восков по настоящему изобретению не снижает упругое восстановление битума, модифицированного эластомером.
Пример 5
Битум марки 70/100 (немодифицированный) согласно стандарту DIN EN 12591 смешали с 1,5% смеси А восков в пересчете на чистое связующее и 30 масс. % регенерированного асфальтового покрытия (RAP) с получением конечного связующего качества 50/70 и со свежим заполнителем и наполнителем с получением асфальтобетонной смеси АС 32 TS для асфальтового основания согласно TL Asphalt-StB 07/13. Количество смеси А восков в полученном связующем было равно 1,05 масс. %. Для сравнения те же битум и RAP использовали для изготовления асфальтобетонной смеси АС 32 Т S без добавления смеси восков (сравнение). Битуминозные связующие экстрагировали из обеих асфальтобетонных смесей согласно стандарту DIN EN 12697 и определили их свойства, как в Примере 1, которые показаны в Таблице 7. Физические свойства полученного битуминозного связующего, содержавшего 1,05 масс. % смеси А восков, были примерно такими же, как свойства битума, не содержавшего воска, что свидетельствует о том, что смесь восков не оказывает негативного влияния на физические свойства более твердых марок битума.
Кроме того, измерили сопротивление уплотнению асфальтобетонных смесей, полученных с использованием битумной композиции из Таблицы 3, способом уплотнения по Маршаллу согласно TP Asphalt-StB, часть 10В (см. Таблицу 8).
Обнаружено, что битумная композиция по настоящему изобретению снижает сопротивление уплотнению и поэтому повышает перерабатываемость изготовленного из нее асфальта.
Пример 6
Образцы битума, экстрагированного из различных повторно использованных асфальтовых покрытий, имевшие свойства, указанные в Таблице 10, модифицировали посредством добавления 1,5 масс. % смеси В восков, состоявшей из 50 масс. % PSW2 и 50 масс. % FTW2, и смеси С восков, состоявшей из 30 масс. % PSW2 и 70 масс. % FTW2 (см. Таблицу 9).
Свойства образцов битума определили посредством измерения пенетрации иглы согласно стандарту DIN EN 1426 и температуры размягчения (способ кольца и шара) согласно стандарту DIN EN 1427. Результаты, приведенные в Таблице 10, показывают, что смеси В и С восков в битумных композициях по настоящему изобретению не оказывают негативного влияния на физические свойства очень твердых марок битума.
Пример 7
Битум марки 50/70 согласно стандарту DIN EN 12591 смешали с 1,5 масс. % смеси А углеводородных восков, заполнителем и наполнителем с получением асфальтобетонной смеси АС 11 D S для слоя износа. Эту асфальтобетонную смесь уплотнили с использованием сегментного катка согласно стандарту DIN EN 12697-33. Во время уплотнения для определения сопротивления уплотнению асфальтобетонной смеси использовали тот же способ, что и в случае уплотнения по Маршаллу (TP Asphalt StB, часть 10В), Результаты (см. Таблицу 11) показали, что смесь А углеводородных восков снизила сопротивление уплотнению.
Пример 8
По мере старения асфальта увеличивается жесткость битума. Комплексный модуль сдвига G*, измеренный реометром динамического сдвига согласно стандарту DIN EN 14770, является характеристическим значением для оценки жесткости битума.
Для того чтобы описать процесс старения битума, необходимо было определить G* на различных стадиях старения. Затем рассчитали индексы старения, то есть значения G* после старения, деленные на значение G* до старения. Чем меньше индекс старения, тем выше влияние, противодействующее старению.
Битум из асфальтобетонной смеси АС 16 В S для связующего слоя согласно TL Asphalt-StB 07/13, содержавшей 20 масс. % регенерированного асфальтового покрытия (RAP), экстрагировали и состарили согласно стандарту DIN EN 14769 (PAV; резервуар для старения под давлением). Марка исходно использованного битума была 25/55-55. G* измерили после экстракции или после PAV-старения экстрагированного битума и рассчитали индексы старения. Это было выполнено в двух вариантах - с модификацией и без модификации смесью А восков. В приведенной ниже Таблице 12 показаны результаты для индексов старения при различных температурах испытания.
Результаты показывают, что индексы старения для варианта со смесью А восков ниже, чем индексы старения для варианта без добавки. Поэтому смесь восков не оказывает эффекта, противодействующего старению, на битум.
Пример 9
Температуру начала кристаллизации смеси А восков в битуме 50/70 измерили с использованием способа дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC; от англ.: differential scanning calorimetry) согласно стандарту ASTM D4419-90. При температурах, превышающих температуру начала кристаллизации, смесь восков снижает вязкость битумной композиции и поэтому улучшает перерабатываемость и уплотняемость асфальтовых смесей, изготовленных с использованием битумной композиции.
Результаты (см. Таблицу 13) показывают, что смесь А восков обеспечивает лучшее уплотнение асфальта при 57°С, тогда как воск Фишера-Тропша Sasobit согласно предшествующему уровню техники обеспечивает этот эффект только при температурах, превышающих 90°С.
Пример 10
Асфальтобетонную смесь изготовили с использованием 60% регенерированного асфальтового покрытия в смеси ACbin16 для связующего слоя и 50% регенерированного асфальтового покрытия в смеси ACsurf 11 для слоя износа согласно нормативам Чешской Республики. Свежая часть смеси содержала битум марки 50/70 с 2,5 масс. % смеси А восков. Это привело к 1,25 масс. % смеси А восков в битуме для слоя износа и 1,0 масс. % смеси А восков в битуме для связующего слоя в готовых асфальтобетонных смесях. Асфальтобетонные смеси выходили из смесительной установки при температуре 150°С. Поскольку температура окружающей среды была низкой (ноябрь в Центральной Европе), то асфальтобетонная смесь охлаждалась до 130°С во время укладки на строительной площадке. Несмотря на такую низкую температуру укладки, укладка и уплотнение катком были осуществлены без проблем, и была превышена требуемая минимальная степень уплотнения. Степень уплотнения измеряли с использованием радиоизотопного плотномера Troxler (Таблица 14). радиоизотопные плотномеры - это часто используемый в области дорожных покрытий инструмент для быстрого и неразрушающего измерения плотности асфальтовых слоев на строительной площадке. Источник ионизирующего излучения испускает облако частиц, которые взаимодействуют с асфальтом. Подсчитывается излучение, которое рассеивается обратно к детектору. Чем плотнее асфальт, тем больше вероятность того, что излучение будет направлено обратно к датчику. Калибровочный фактор используют для корреляции подсчитанного числа с фактической плотностью и степенью уплотнения.
*: в пересчета на общее количество битума.
Пример 11
Изготовили асфальтобетонную смесь АС 11 DS для слоя износа согласно Германскому стандарту TL Asphalt-StB 07/13. Смесь содержала 20% регенерированного асфальта, а свежую часть изготовили с использованием полимер-модифицированного битума PmB 25/55-55 согласно Германскому стандарту TL Bitumen-StB 07/13. Часть асфальтобетонной смеси содержала 1,5 масс. % смеси А восков в пересчете на итоговое общее количество битума, вторая часть смеси на содержала восков и служила для сравнения с асфальтом согласно предшествующему уровню техники. Обе асфальтобетонные смеси уложили при температуре окружающего воздуха, лежавшей в диапазоне от 8°С до 13°С, и при сильном ветре. Степень уплотнения измерили с использованием радио изотоп но го плотномера Troxler сразу после укладки и после каждого из трех проходов катка. Одновременно измеряли температуру асфальта. Стандарт ZTV Asphalt-StB 07/13 требует для слоя уложенного асфальта минимальной степени уплотнения, равной 98%. Измеренные степени уплотнения (Таблица 15) показывают, что асфальт, содержащий смесь А восков, было легче уплотнять, и он достиг заданной в спецификации минимальной степени уплотнения, равной 98%, уже после одного прохода катка. В случае стандартной асфальтобетонной смеси потребовались три прохода катка.