用於排水型瀝青鋪設材料混合物的添加劑的製作方法
2023-08-03 10:28:41
專利名稱：用於排水型瀝青鋪設材料混合物的添加劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及生產瀝青鋪設材料的材料，特別地，本發明涉及製備具有良好排水性的瀝青鋪設材料及其使用方法。
一般用於鋪設路面的瀝青鋪設材料混合物包含三種主要組分礦物聚集物，瀝青粘結劑和填料。聚集物一般為能通過20mm篩孔的碎石料，填料為粒度小於70微米的顆粒物，用於填充於碎石料聚集物之間的空隙。瀝青用於將碎石料和填料粘結在一起。近幾年，已開始向一些緻密混合物中加入聚合物或破碎的輪胎粉末。這些組分混合在一起形成空隙率約3-7％的鋪路材料。這些混合材料一般為眾知的緻密混合物。
現有技術已經在緻密混合鋪路材料中使用消石灰作為礦物填料和抗剝落劑。剝落是指在溼氣中失去結構特性。現有技術中，國家石灰協會(The National Lime Association)登載了(1984)題為「在瀝青鋪路料混合物中使用消石灰」的文章，在該文中Kennedy討論了剝落機理並提出了處理方法。這些方法包括通過適當的壓緊少空氣空隙，以此防止溼氣滲入混合物；通過將鋪路材料適當提升於水表面迅速除去鋪路材料中的表面水份而得到適當的排水性，或使用處理材料以防止溼氣滲入。使用消石灰是處理聚集物的最有效的方法之一。消石灰是通過將聚集物中的鈣和矽鍵合，以及通過瀝青中的酸性部分可能的交互作用或改性來改進抗溼性。某些情況下當聚集物有泥土或粘土表面塗層時，消石灰中的鈣和粘土中的矽將發生凝硬反應生成矽酸鈣。現有技術報導，使用空氣空隙率為7％的混合物作測試，結果表明當將消石灰直接應用到瀝青混合物時，消石灰是改善瀝青混合物抗溼性的最有效的手段。
另一種瀝青鋪路材料是具有排水性的混合物。排水型混合物和緻密混合物之間的主要區別是空隙率的不同，排水型混合物的空隙率較高，一般達到15-25％。這可以通過使用帶稜角的碎石料、聚合物改性瀝青粘結劑(如Cariphalte)、減少或從混合物中除掉細小的聚集組分來實現。排水型鋪路材料中由於高的空隙率允許水或汙水直接通過鋪路材料的結構，因此，可以改善潮溼天氣下的排水情況。更進一步的是，由於有空氣包的緩衝作用可以減少路周圍環境的噪聲汙染。因此該種混合物特別適合用於潮溼天氣或道路的噪聲對環境造成影響的人口稠密的城市。然而，高的空隙率也造成排水型鋪路材料易於被潮氣破壞，導致耐用性不長。
圖1為習用製備消石灰方法的流程圖。
圖2A-C所示分別為A-C類消石灰顆粒的顆粒大小分布圖。
圖3A和B為根據本發明製備的鋪路材料與常規的含有(Cariphalte)(圖3A)排水型混合物或常規60／70級粘結劑(圖B)的輪轍測試結果。
本發明的一個方面是提供了一種用於排水型混合物的包含消石灰的添加劑。本發明的一個實施例中，添加劑為純度為80-100％Ca(OH)2的消石灰，其顆粒大小分布為0．05-300微米。在一個優選的實施例中，消石灰的Ca(OH)2純度為80-100％，顆粒大小分布為其中8-12％的粒度為0．05-0．5微米，73-90％的粒度0．5-75微米及0．5-7％的粒度為76-300微米。在更優選的實施例中，消石灰的Ca(OH)2純度約為90-98％，粒度分布為8-12％的粒度為0．05-0．5微米，85-90％的粒度為0．5-75微米及1-3％的粒度為76-300微米。
根據本發明的另一個方面，提供了一種改進的包含有聚集物、粘結劑和消石灰的排水型混合物。粘結劑可以是聚合物改性的或未改性的(如標準的)粘結劑。標準的粘結劑的例子為如普通級60／70或80／100的粘結劑。聚合物改性粘結劑的例子為Carphalte。通過使用稜角礦物聚集物和／或減少聚集物的量使排水型混合物的空隙率至少達到15％，改進的排水型混合物在保持所需的排水性能下提高了耐用性。在所述實施例中，改進混合物包含佔幹聚集物和粘結劑重約0．5-5％的消石灰，該消石灰與標準聚集物和粘結劑組分結合。在一優選實施例中，佔幹聚集物重約1-3％的消石灰與聚集物和聚合物改性粘結劑結合。在一更優選實施例中，包含約佔幹聚集物重2％的純度為90-98％的消石灰Ca(OH)2和4-5％聚合物改性粘結劑。
根據本發明的再一個方面，幹消石灰和溼消石灰漿都可以作為添加劑。另外，也可以使用其它二價陽離子的氫氧化物替代消石灰。使用方法在下文中有詳細描述。簡而言之，該方法包括下述步驟將礦物聚集物和粘結劑調和成混合物，將混合物傾倒在一基層上，擠壓混合物形成空隙率至少為15％的排水型瀝青鋪路材料。
下面詳細的說明中描述了實施本發明的優選實施例。但是，本領域熟練技術人員應該明白下面的詳述只是用於說明本發明，而不能認為是對本發明的限制。另外，下面的描述和權利要求書中所使用的一些術語是指一些特殊的組分或物質。正如本領域熟練技術人員所知，不同的公司對同一組分會使用不同的名稱。本文對功能相同而名稱不同的組分不做區分。在下面的敘述中，及在權利要求書中提到的術語「包含」，「包括」，「具有」，和「含有」是開放式術語，因此，應理解為「包括但不限於此」。
本文中使用的緻密瀝青鋪路材料是指目標空隙率少於或等於7％，並且不能從中排出大量水分的鋪路材料。排水型瀝青鋪路材料是指目標空隙率為15-25％並容許水從中通過的鋪路材料。
緻密混合物是指包含下述組分的一種瀝青混合物，當這些組分在標準釜式或連續混合工藝中混合併鋪設到道路表面時生成緻密瀝青鋪路材料。排水型混合物是指包含下述組分的一種瀝青混合物，當這些組分在標準釜式或連續混合工藝中混合併鋪設到道路表面時生成排水型瀝青鋪路材料。
空隙率是在成型後的鋪路材料中存在的空氣包或空氣空隙，典型的估算方法是測量混合物的體密度，然後減去聚集物和粘結劑佔有的體積。填料是指加入混合物中用於填充礦物聚集物之間的空氣氣包的細粉物質。
材料的耐用性可以通過測量馬歇爾穩定度，抗拉強度，彈性摸量，和抗溼氣破壞性來確定。通過比較在模擬氣候處理包括德克薩斯(Texas)沸騰實驗和輪轍(wheel tracking)實驗前後的結構性質變化來估算混合物的相對抗溼氣破壞性。Texas沸騰實驗是一種測量粘結聚集物相對抗剝性的直觀方法。
如果一種或多種實驗結果表明添加了消石灰添加劑的混合物比未加消石灰添加劑的混合物的耐用性有所改進，就認為添加了消石灰添加劑混合物的耐用性得到改善。
根據本發明可以使用標準方法製備用於排水型混合物添加劑的消石灰。另一方面，C種消石灰是最優選的添加劑材料。各種類型的添加劑及其製備方法和在排水型混合物中的使用敘述如下。消石灰添加劑的製備參見圖1，根據本發明的消石灰(Ca(OH)2)添加劑可以按照標準消石灰工藝技術製備。典型地，該工藝包括通過煅燒石灰巖(CaCO3)生成生石灰(CaO)，然後，對生石灰進行幹或溼式水化生成消石灰Ca(OH)2。進一步的下遊工藝有時是進行大小分離和脫出雜質這些選擇性步驟，圖中用點線表示。下遊工藝方法之一是使用空氣分離器將粗粒和細粒分開。如果實施該步驟，得到的細粉物質根據其粒度大小分布稱為A，B或C類消石灰。
圖2A-C所示分別為三類消石灰的顆粒大小分布的特例。在圖2A所示的A類消石灰例子中，顆粒大小分布在相對較窄範圍內，100％的消石灰顆粒為0．5-75微米。圖2B所示為B類消石灰的例子，中等大小的分布，大約93％的消石灰顆粒在0．5-75微米範圍，6％的消石灰顆粒在0．05-5微米範圍。圖2C所示為C類消石灰的例子，粒度分布範圍很廣，約有88％位於0．5-75微米範圍內，10％位於0．05-0．5微米範圍內及1．5％位於76-300微米範圍內。表1為三種消石灰的一般粒度範圍。
表1
為了實施本發明，A，B和C類消石灰及未經過篩分的消石灰的溼漿或幹消石灰粉末都可以使用。優選濃度範圍為佔幹聚集物重量的0．5-5％，更優選濃度範圍為佔幹聚集物重量的1-3％，最優選濃度範圍為佔幹聚集物重量的2％。
該領域中眾所周知，消石灰與瀝青混合物反應生成防水層。根據本發明，在維持排水型混合物所需的排水性時，消石灰還可以用來改善排水型混合物的耐用性。結果表明(未示出)向排水型混合物中添加消石灰並不影響到得到的鋪路材料的結構性能。使用消石灰改進排水型混合物的結構特性根據本發明，可以向排水型混合物中添加0．5-5％的消石灰以改善最終排水型鋪路材料的一種或多種結構性能。本發明的一個優選實施例中，排水型混合物中消石灰的添加量為2％。本發明的一個優選實施例中，排水型混合物中C類消石灰的添加量為2％。
表2為根據本發明製備的鋪路材料的馬歇爾穩定度的研究結果。在這些例子中，佔幹聚集物2％(乾重量)的A，B和C類消石灰加入到含有4．5％普通級60／70瀝青或Cariphalte(聚合物改性粘結劑)的混合物中。使用3種消石灰都增強了最終排水型鋪路材料的的馬歇爾穩定度，其中C類消石灰提高的最多。
C類添加劑也提高了標準和聚合物改性粘結劑的彈性摸量約15-17％(結果未示出)。
表2
使用消石灰改進排水型混合物的耐用性1-3％消石灰加入到排水型混合物中以改善排水型混合物的抗溼破壞耐用性。在優選實施例中，使用了2％的消石灰。在最優選實施例中向排水型混合物中加入了2％C類消石灰。
進行了實驗室模擬測試以評估本發明的效果。在進行馬歇爾穩定度和彈性模量測試之前，所有樣品經過120個周期的氣候老化處理，每一個氣候老化處理周期包括2小時溼氣候和2小時幹氣候。表3所示為向含有4．5％普通級60／70粘結劑或聚合物改性粘結劑的排水型混合物中加入A，B和C類消石灰後彈性模量的影響效果。
表3 在氣候老化處理後，未添加消石灰的聚合物改性粘結劑混合物的彈性模量顯著下降，而標準混合物不受影響。然而三種類型的消石灰的加入都顯著提高了標準和聚合物改性粘結混合物的彈性模量。C類對聚合物改性粘結劑最有效，A類對標準粘結劑最有效。圖3A和圖3B進一步表明標準粘結劑混合物的抗輪轍(rutting)性已改進到與聚合物改性粘結劑相當的水平。因此，根據本發明的一方面，使用含有標準粘結劑的排水型混合物製備出與聚合物改性粘結劑耐用性相當的排水型鋪路材料。由於消石灰的價格低於聚合物的價格，在本發明一實施例中通過對標準粘結劑使用消石灰添加劑，以較低的製備費用得到與聚合物改性粘結劑同樣性能的排水型混合物。如果需要進一步改善性能，根據本發明的另一個實施例向習用聚合物改性混合物中加入石灰添加劑得到了性能更好的排水型鋪路材料。
測試結果(未示出)表明馬歇爾穩定度沒有因為氣候老化處理過程而受到明顯損害。另外，如圖3A和3B所示的輪轍(WheelTracking)測試結果表明，使用三種添加劑對兩種排水混合物的耐用性都有改進。結果發現B類對標準粘結混合物效果最好，三種添加劑對聚合物改性粘結劑的性能的影響沒有差別。
表4所示為向同樣兩種排水型混合物中加入2％A類，B類和C類消石灰後的Texas沸騰測試結果。使用三種消石灰對粘結劑塗敷性能都有改進。根據粘結劑塗敷層剩餘百分量的直觀評估方法，沸騰測試對較大顆粒聚集物有更顯著的效果。當未使用消石灰時，細小聚集物較粗聚集物的粘結劑保留效果好。使用消石灰後聚集物顆粒大小的這種影響效果減弱。在三類消石灰中，C類消石灰的性能最好。
表4
圖4A和B所示為根據本發明製備的鋪路材料與標準混有4．5％普通級60／70粘結劑(圖4B)或聚合物改性粘結劑(圖4A)的輪轍(wheel tracking)測試結果的對比結果。未加消石灰添加劑的兩種排水型混合物的輪轍(wheel tracking)都失敗。任何一種消石灰的加入對兩種排水混合物的抗輪轍性都有改進。對兩種類型混合物，使用消石灰添加劑後輪轍量減少一半，並且含聚合物改性粘結劑的混合物經6000輪量及含標準粘結劑的混合物經5000輪量後沒有明顯的破壞。三種類型的添加劑對混有聚合物改性粘結劑的混合物有相同的效果，對標準黏結混合物，B和C類消石灰的效果好於A類消石灰。
消石灰可以以多種方式添加到排水型混合物中。一些非限制性的混合物方法的實例敘述如下。
實例1(a)將帶有溼氣或溼的聚集物置於預混平臺上。
(b)將幹消石灰加入到還未經乾燥處理的帶有溼氣或溼的聚集物中。
(c)在乾燥機中乾燥混合物。
(d)將乾燥混合物放入粒徑級配的可控制的熱料箱中。
(e)將適當量的前述粒徑的聚集物放入釜式混合器中。
(f)在釜式混合器中混合。
(g)在軟化的粘結劑中混合。
(h)將混合物傾倒前述磨層上並壓緊磨層到所需的程度。
實施例2將幹消石灰加入到帶有溼氣或溼的聚集物中，然後向混合物中噴入少量的水，以下步驟同實施例1的步驟(c)到(h)。
實施例3向溼聚集物上噴少量水，然後加入幹的消石灰，以下步驟同實施例1的步驟(c)到(h)。
實施例4向溼聚集物上噴消石灰漿液到所需的濃度，以下步驟同實施例1的步驟(c)到(h)。
實施例5向已經過標準乾燥工藝如實施例1中(a)到(f)步驟處理之後的幹聚集物中加入幹消石灰。然後將軟化的瀝青粘結劑加入到消石灰-粘結劑混合物中，如實施例1中的步驟(g)到(h)。
實施例6直接向軟化的瀝青粘結劑中加入幹的消石灰，以下步驟如實施例1中的步驟(a)到(h)。
實施例7將生石灰粉末與溼聚集物混合，然後噴少量水使生石灰充分氫化。以下步驟同實施例1中的步驟(a)到(h)。
應該說明，當結合前述消石灰類型和排水型混合物描述本發明時，所舉圖形和結果只是為了說明本發明，而不能認為是對本發明的限制。另外，很清楚，本發明所述方法和材料在很多需要使用耐用排水型混合物的領域中有效用。在不脫離本發明精神和發明範圍的前提下，使用本領域的常規技術的一種就可以對本發明作出很多的改進和改變。例如，雖然使用了消石灰作為排水混合物的添加劑例子，但是，其它具有二價陽離子的鹼性物質如白雲石和鎂的氫氧化物具有同樣的作用。根據本發明，除Cariphalte外，其它類型的改性粘結劑也可以加入到排水型混合物中。粘結劑包括但不限於此，硬瀝青改性粘結劑(硬瀝青購於美國Gilsonite公司)，人工合成或天然的橡膠改性粘結劑，及其前述物的結合物。根據本發明可以使用的粘結劑類型包括但不限於此，牌號40／50，60／70，80／100，120／150及其結合物。根據本發明，各種類型的改性或標準粘結劑可以與適當的礦物聚集物和消石灰添加劑混合以改善排水型混合物和鋪路材料的性能。
權利要求
1．一種包含消石灰的用於改善排水型混合物耐用性的添加劑。
2．根據權利要求1所述的添加劑，其中所述排水型混合物包括礦物聚集物和粘結劑。
3．根據權利要求2所述的添加劑，其中所述的粘結劑為標準粘結劑或改性粘結劑。
4．根據權利要求3所述的添加劑，其中所述的粘結劑為標準牌號0／50粘結劑，標準牌號60／70粘結劑，標準牌號80／100粘結劑，標準牌號120／150粘結劑，白雲石改性粘結劑，合成橡膠改性粘結劑，天然橡膠改性粘結劑，聚合物改性粘結劑或CARIPHALTE。
5．根據上述任一權利要求所述的添加劑，其中所述消石灰純度為80-99％Ca(OH)2。
6．根據上述任一權利要求所述的添加劑，其中所述消石灰的顆粒粒度分布為粒度在0．05-0．5微米範圍的佔8-12％，粒度在0．5-75微米範圍的佔73-90％，粒度在76-300微米範圍的佔0．5-7％。
7．根據上述任一權利要求所述的添加劑，其中所述的排水型混合物用於製備空隙率至少為15％的瀝青鋪路材料。
8．用於製備瀝青鋪路材料的排水型混合物的添加劑，所述的添加劑選自基本上由消石灰，氫氧化鎂和白雲石組成的一組。
9．根據權利要求8所述的添加劑，其中所述的排水型混合物包含至少15％的空隙率。
10．根據權利要求8或9所述的添加劑，其中所述消石灰純度為80-99％Ca(OH)2。
11．根據權利要求8，9或10所述的添加劑，其中所述的消石灰的顆粒粒度分布為粒度在0．05-0．5微米範圍的佔8-12％，粒度在0．5-75微米範圍的佔73-90％，粒度在76-300微米範圍的佔0．5-7％。
12．用於製備排水型瀝青鋪路材料的混合物，該混合物包括礦物聚集物，粘結劑和消石灰。
13．根據權利要求12所述的混合物，其中所述粘結劑為標準粘結劑或改性粘結劑。
14．根據權利要求13所述的混合物，其中所述的粘結劑為標準牌號40／50粘結劑，標準牌號60／70粘結劑，標準牌號80／100粘結劑，標準牌號120／150粘結劑，白雲石改性粘結劑，合成橡膠改性劑，天然橡膠改性劑，聚合物改性粘結劑或CARIPHALTE。
15．根據權利要求12-14的任一項所述的混合物，其中所述混合物為包含至少15％空隙率的可以用於製備排水型瀝青鋪路材料的混合物。
16．根據權利要求12-15的任一項所述的混合物，其中所述粘結劑的用量為4-5％(體積)，所述消石灰為1-3％，其餘為礦物聚集物。
17．根據權利要求12-16的任一項所述的混合物，其中所述消石灰濃度為1．5-2．5％。
18．根據權利要求12-17的任一項所述的混合物，其中所述的消石灰純度為80-98％。
19．根據權利要求12-18的任一項所述的混合物，其中所述消石灰的顆粒粒度分布為粒度在0．05-0．5微米範圍的佔8-12％，粒度在0．5-75微米範圍的佔73-90％，粒度在76-300微米範圍的佔0．5-7％。
20．用於製備排水型瀝青鋪路材料的混合物，該混合物包括礦物聚集物，聚合物改性粘結劑和選自基本上由消石灰，氫氧化鎂和白雲石組成的添加劑組的添加劑。
21．根據權利要求20所述的混合物，其中所述混合物可以用於製備至少含有15％空隙率的排水型瀝青鋪路材料。
22．根據權利要求20-21的任一項所述的混合物，其中所述粘結劑用量為4-5％(體積)，所述消石灰用量為1-3％，其餘為礦物聚集物。
23．根據權利要求20-22的任一項所述的混合物，其中所述消石灰濃度為1．5-2．5％。
24．根據權利要求20-23的任一項所述的混合物，所述的消石灰純度為80-98％。
25．根據權利要求20-24的任一項所述的混合物，所述消石灰的顆粒粒度分布為粒度在0．05-0．5微米範圍的佔8-12％，粒度在0．5-75微米範圍的佔73-90％，粒度在76-300微米範圍的佔0．5-7％。
26．製備排水型瀝青鋪路材料的方法，包括將消石灰，礦物聚集物和粘結劑混合；將所述混合物傾倒一基層上；擠壓混合物形成含有至少15％空隙率的排水型瀝青鋪路材料。
全文摘要
本發明公開了一種用於排水型混合物的添加劑,該添加劑包括消石灰。其中,添加劑為Ca(OH)
文檔編號C08L95/00GK1293217SQ00124930
公開日2001年5月2日 申請日期2000年9月25日 優先權日1999年10月14日
發明者施素蕊, 幸海珊 申請人:奈特史提爾科技投資有限公司