LT3721B - Multigrade asphalt cement product and process - Google Patents

Description

Šiame išradime kalbama apie naują universalią bituminę rišamąją medžiagą bei apie jos gamybos procesą. Jis yra taip pat susijęs su šio naujo produkto panaudojimu, vartojant jį kaip naudingą įprastinių kelių statyboje naudojamų bitumų pakaitalą kelių statyboje, stogams dengti bei su tokiomis jos rūšimis, kai mažesni jautrumas temperatūrai ir sukietėjimas laikui bėgant yra svarbių pageidaujamų savybių tarpe.

Virš 90 % JAV kelių turi asfalto mišinių dangas.

Ežerų dugnuose randami gamtiniai bitumai naudojami jau nuo 1874 metų. Vėliau pietinių ir vakarinių valstijų kalnuose buvo surastos gamtinio asfalto atsargos. Jos būdavo malamos, klojamos ir voluojamos, tokiu būdu gaunant paviršiaus dangas. Vienok, nuo pat 20-tojo amžiaus pradžios tiek kelių statyboje, tiek ir stogdengystėj e dominuoja naftos produktų perdirbimo metu gaunami asfaltai .

Asfaltas - tai nuo tamsiai rudos iki juodos spalvos labai klampi medžiaga, kurios pagrindine sudėtine dalimi yra bitumai. Daugelyje žaliavinių naftos produktų randami įvairūs jo kiekiai. Po naftos produktų valymo liekančios asfalto kilmės liekanos, savo sudėtyje praktiškai neturinčios lengvesnių aukščiau esančių frakcijų, paprastai yra vadinamos asfaltais.

Kelių statyboje naudojami asfaltai yra skirstomi į bitumines rišamąsias medžiagas, suskystintą bitumą bei bitumo emulsijas. Šiuo atveju mums įdomiausia bituminė rišamoji medžiaga, nors perspektyvoje yra galimos nuorodos i suskystintą asfaltą ir į bitumo emulsijas.

Bituminė rišamoji medžiaga - tai toks bitumas, kuris savo savybių dėka tinka kelių statybai, stogų dengimui bei specialios paskirties produktų gamybai. Naudojamas kelių statybai bitumas kaitinamas iki tampa takus ir sumaišomas maždaug iki tokios pat temperatūros pakaitintu užpildu (paprastai iki 250°-350°F) . Po to jis klojamas ant iš anksto paruošto paviršiaus, suslegiamas ir išlaikomas iki virsta asfaltbetoniu. Per ilgą kelio dangos iš asfalto gamybos istoriją bituminės rišamosios medžiagos ir užpildo maišymo karštu būdu procesas išliko pačią palankiausią kainos ir kokybės pusiausvyrą siūlančiu procesu. Taikant karšto maišymo procesą, at10 siranda Įkaitinto suskystėjusio bitumo sąlytis su įkaitintu užpildu ir susidaro tinkamas klojimui ir suslėgimui turintis dangą užpildas.

Kelių statyboje naudojamos rišamosios medžiagos yra skirstomos pagal tris parametrus: klampumą, klampumą po tam tikros trukmės sendinimo ir penetraciją. Plačiausiai JAV taikoma klasifikavimo sistema yra pagrįsta klampumu prie 140°F temperatūros, išreikštos puazais (AASHTO M-22 6) . (AASHTO yra sutrumpintas Amerikos Vals20 tybinių greitkelių ir Transporto Darbuotojų Asociacijos žymėjimas). Tad, bituminė rišamoji medžiaga, kurios klampumas prie 140°F yra 150 puazų, yra žymimas AC-2,5 ir yra laikomas minkštu asfaltu. Kitoje intervalo pusėje esanti 4000 puazų prie 140°F temperatūros bituminė rišamoji medžiaga ženklinama AC-40 ir laikoma kietu asfaltu. Intervalo viduryje esantys asfaltai žymimi AC-5, AC-10, AC-20 bei AC-30 ir yra panašiai susiję su atitinkamais savo klampumais. Be to, AC-50 tapo naudojama tam tikruose karšto klimato rajonuose, o AC-1 - vėses30 nio klimato zonose. Standartinės asfalto rūšys surašytos ir aptariamos leidinio Principles of Construction of Hot-Mix Asphalt Pavements, Manual Series Nr. 22 (MS-22), 1983 m. sausio mėn., psl. 14, kurį leidžia The Asphalt Institute.

Kai kuriose vakarinėse valstijose priimta klampumu po tam tikros trukmės sendinimo pagrįsta klasifikacija. Ši sistema tiksliau atspindi jau paklotos dangos klampumo charakteristikas. Bandymo metu imituojamas asfalto senėjimas, tuo tikslu paspartinant plonos asfalto plėvelės senėjimą 140°F temperatūroje (AASHTO M-226). Gautieji rezultatai išreiškiami, pavyzdžiui, AR-10 išraiška kai kalbama apie Minkštu laikomą 1000 puazų klampumo asfaltą arba AR-16, o jeigu tai yra 16000 puazų klampumo kietas asfaltas. Tokia klasifikavimo sistema aptariama 15-tame aukščiau nurodyto leidinio puslapyje. Asfaltai taip pat gali būti klasifikuojami pagal standartinių penetracijos nustatymo bandymų rezultatus (AASHTO M-20). Atliekant šiuos bandymus, nurodyto svorio veikiamos adatos prasiskverbimas į 77°F temperatūros asfaltą per duotąjį laiką parodo asfalto kietumą arba minkštumą. Šis bandymas aprašytas aukščiau nurodyto leidinio 16-tame puslapyje.

Stogo dengimui bituminės rišamosios medžiagos naudojamos surenkamų stogų bei gontų statyboje ir kaip prisotinančioji stogų dengimui skirtų rulonų medžiaga. Surenkamų stogų statyboje naudojamos bituminės rišamosios medžiagos klasifikuojamos pagal minkštumo tašką, vadovaujantis ASTM D-312. (ASTM yra Amerikos Medžiagų Bandymo Draugijos sutrumpinimas). Tipui 1 priskiriamas asfaltas, turintis žemą minkštėjimo tašką, laikomas minkštu asfaltu. Tipo 4 stogų dengimui skirtas asfaltas turi aukštą minkštėjimo tašką ir laikomas kietu asfaltu. Priskyrimas šiai ir tarpinėms klasėms yra pagrįstas asfalto polinkiu į takumą prie nurodytų stogo temperatūrų bei nuolydžių. Surenkami stogai statomi, išvyniojant prisotintus bitumo skudurinius statybinės paskirties rulonus. Po to ant jų užpilama bituminė rišamoji medžiaga. Šis procesas kartojamas keletą kartų iki gaunama nepraleidžianti vandens surenkama stogo danga.

Yra ir kitokių bituminių rišamųjų medžiagų pritaikymo specialiems tikslams būdų. Jis gali, pavyzdžiui, būti naudojamas kaip sujungimų bei plyšių užpildas, kaip atsparumą drėgmei padidinanti ir pralaidumą vandeniui sumažinanti priemaiša. Keliami reikalavimai priklauso nuo paskirties ir gali būti patys įvairiausi.

Suskystintas bitumas naudojamas tada, kai pageidaujama dangos suskystejimo prie žemesnių už įprastines temperatūrų. Jis gali būti vartojamas kartu su bituminėmis rišamosiomis medžiagomis arba be emulsifikavimo (žr. žemiau). Suskystintas bitumas paprastai užpurškiamas. Jis paruošiamas, ištirpinant bitumą tokio tipo iš naftos gaunamame tirpiklyje kaip ligroinas, žibalas ar mazutas. Suskystinto bitumo panaudojimas tiek purškimo, tiek maišymo aušinant būdu yra susijęs su gamtosaugos bei saugumo problemomis, kadangi į atmosferą išsiskiria tirpiklis. Be to, energetinės 70-to dešimtmečio krizės metu toks iš naftos produktų gaunamų tirpiklių panaudojimas šiems tikslams prieštaravo tada reikalaujamoms taupymo priemonėms. Dėl šios priežasties suskystinto bitumo panaudojimas šiandieną yra labai sumažėjęs.

Bitumo emulsijų paruošimui tirpikliai paprastai nenaudojami, nors suskystintas bitumas gali būti vartojamas kaip sudėtinis komponentas (paprastai tai vandens-aliejaus tipo emulsija). Bitumo srovė suskystinama ją kaitinant. Jo rutuliukų pavidalo dalelytės disperguojamos vandenyje ir sutrintos sumaišomos su aktyviąja paviršiaus medžiaga. Gaunama stabili aliejaus-vandens tipo emulsija. Bitumo emulsijos gali būti keleto tipų. Priklausomai nuo emulsijos gamybai naudojamos aktyviosios paviršiaus medžiagos, jos gali būti anijoninės, katijoninės ir nejoninės. Emulsijos naudojamos esamų kelio dangų taisymui. Tuo tikslu ant kelio paviršiaus užpilama plona jos plėvelė, kuri po to padengiama užpildu. Gaunama nepraleidžianti vandens kelio danga. BiLT 3721 B tumo emulsijos taip pat gali būti maišomos su užpildu tiesiog dangos klojimo vietoje arba, pritaikius molio minkymo šaltu būdu procesą, maišoma su užpildu, kuris mašina paskirstomas po kelią. Emulsijų panaudojimas paprastai yra susijęs su maišymo aušinant procesais. Dirbant karštuoju būdu, paprastai reikalingos žemesnės negu įprastinių karštųjų procesų metu sutinkamos temperatūros .

Bitumo emulsijos gali būti naudojamos maišymo karštu būdu procesų metu gaminant asfaltbetonį, tačiau su tuo susiję gamybinio pobūdžio sunkumai visus bendruosius privalumus suteikia bituminių rišamųjų medžiagų panaudojimui. Žemiau aptariamos kai kurios problemos, susijusios su bitumo emulsijų panaudojimu darbo maišymo karštu būdu atvejais.

Asfaltbetonio gamybos dideliais kiekiais karštu būdu įrenginiuose emulsiją kaitinant susidarančių vandens išleidimo garų metu (paprastai vandens būna apie 30% pagal svorį), kai užpildas pasiekia palyginti aukštą temperatūrą, kartais gali susidaryti sprogstamoji jėga, sukelianti gamtosauginių ' bei darbo apsaugos problemų. Nepertraukiamo veikimo būgninio tipo asfaltbetonio gamybos karštu būdu įrenginiuose trumpo maišymo laiko kartais nepakanka reikiamam vandens išleidimui pasiekti. Dirbant abejais maišymo karštu būdu metodais, emulsijos sudėtyje esančiam vandeniui išgarinti reikalingas gana didelis papildomas energijos kiekis. Laikomos prie gana žemų temperatūrų, šios aliejaus-vandens tipo emulsijos užšąla. Dėl to galimas pirmalaikis jų suskeldėjimas. Jeigu dėl kokios nors priežasties emulsijos perkaitinamos, per anksti netenkama vandens ir gali įvykti emulsijos inversija, galinti sukelti potencialiai rimtų darbo su jomis problemų ir net gaminio naudingumo netekimą.

Kokybės požiūriu svarbiausia iš prie užpildo prilipusių emulsijos nuosėdų kaip galima greičiau ir pilniau pašalinti vandenį. Vandeninė emulsijos fazė neišvengiamai prisideda prie didelio vandens kiekio atsiradimo asfaltbetonyje jo klojimo metu. Po to vykstančio išgaravimo greičiui gali turėti Įtakos aplinkos sąlygos. Tad su bitumo emulsijomis pagaminto ir pakloto asfaltbetonio džiūvimo greitis bei apimtis jo išlaikymo metu yra susijęs su tam tikrais neapibrėžtumais. Iš to seka tikimybė, jog bet kuriuo išlaikymo proceso metu svarbios charakteristikos gali būti skirtingos.

Maišymui karštu būdu naudojamų bitumo emulsijų tarpe yra anijonių emulsijų klasė, vadinama aukštos flotacijos emulsijomis. Tokių emulsijų paruošimo procesas jau seniai yra nusistovėjęs - emulsijos stabilizuojamos tiesiog vietoje atliekamo saponifikavimo organinėmis rūgštimis būdu, paprastai tuo tikslu panaudojant talinę dervą. Maišymo karštu būdu proceso metu pašalinus vandeni, gaunamas pagerintas nuosėdų sudarymo savybes turintis bitumas.

Pavyzdžiui, JAV patente Nr. 2.855.319 aprašoma emulsija, kurioje falinė derva saponifikuojama natrio hidroksidu. Susidaro falinės dervos muilas, atliekantis emulsifikatoriaus funkcijas. Teigiama, kad išlaikyto asfaltbetonio emulsijos nuosėdoms taip suteikiamos geresnės savybės. JAV patente Nr. 3.904.428 panašiai aprašoma bitumo emulsija, kurioje falinė derva saponifikuojama natrio hidroksidu, kartu panaudojant didelį kiekį vandens. Esant tam tikram temperatūriniam intervalui, viskas sumaišoma su bitumine rišamąja medžiaga. Gaunama klampi želatino pavidalo masė, savo sudėtyje turinti didesnį negu paprastai bitumo kiekį. Sakoma, kad didesnis bitumo kiekis sumažina tikimybę, kad bitumas sugers šlapiame užpilde esančią drėgmę ir dangos ištisumas padidės.

JAV patente Nr. 4.422.084 aukštos flotacijos emulsijos panaudojimu pagrįsti procesai, kai falinė derva iš pradžių sumaišoma su bitumu, prieš tai apdirbtu įvairiais modifikatoriais, turinčiais įtakos bitumo savybėms, tačiau neatsiliepiantiems bitumo suskeldėjimui. Jame taip pat kalbama ir apie procesą, kurio metu emulsifikatorius, savo sudėtyje turintis falinės dervos, reaguoja su vandeniniame tirpale esančiu kaustiku ir yra sumaišomas su bitumu. Emulsifikatorių komponenčių santykiai gali būti skirtingi, prisitaikant prie pačių įvairiausių bitumo sąstatų.

Pulp Chemicals Associations priklausančios Tali Oil Products Division leidinyje Tali Oil And Its Uses (F. W. Dodge Company, 1965) pabrėžiama emulsijoje esančių aktyviųjų paviršiaus medžiagų reikšmė išstumiant iš užpildo vandenį ir palengvinant bituminės rišamosios medžiagos prilipimą prie jo. Tuo tikslu aprašomas riebiųjų falinės dervos rūgščių panaudojimas emulsifikatorių funkcijai atlikti, kuomet reikia fliuidizuoti kelių statybai skirtą bitumą.

Bendra kelių statyboje naudojamų karšto ir šalto maišymo procesų apžvalga pateikta leidinyje Highway Engineering, Wright and Paąuette, 4-tame leidime (John Wiley and Sons, 1979). Naujesnę karšto maišymo procesų apžvalgą galima rasti leidinyje Principles of Construction of Hot-Mix Asphalt Pavements, The Asphalt Institute, Manual Series Nr. 22 (MS-22), 1983 metų sausis, nuoroda į kurį jau buvo padaryta anksčiau. Šalto maišymo procesų, panaudojant bitumo emulsiją apžvalga duota leidinyje A Basic Asphalt Emulsion Manual, The Asphalt Institute, Manual Series Nr. 19 (MS-19), 1973 metų kovas.

Saponifikavimo reakcija buvo panaudota paprastai skystų angliavandenilių, tokių, kaip benzinas, sukietinimui, tuo siekiant padidinti jų vartojimo bei darbo su jais saugumą. Pavyzdžiui, JAV patente Nr. 2.385.817 kalbama apie -paprastai skystų angliavandenilių sukietinimą, tuo tikslu atliekant mišinio, susidedančio iš stearino rūgšties ir iš kanifolijos saponifikavimą su natrio hidroksidu ir nedideliu metilo spirito kiekiu tiesiog vietoje. Gaunamas metalinis muilas.

Teigiama, kad spiritas paspartina reakciją. Skystais angliavandeniliais laikomas benzinas bei kiti produktų distiliatoriai, kurie yra labai degūs ir yra skirti deginimui kaip kuras. Būdami tokiais, naftos produktų destiliavimo metu jie sudaro žymiai lengvesnes negu bituminės kilmės nuosėdos frakcijas.

Lockhart leidinyje American Lubricants (Chemical Publishing Company, 1927), psl. 163 ir toliau bei JAV patente Nr. 3.098.823 panašiai rašoma apie muilo riebalus, gaunamus lengvesnių benzino frakcijų pagrindu. Pripažįstama, ir tai visai nestebėtina, kad vanduo yra nepageidaujamas muilo riebalų komponentas. Pavyzdžiui, pagal JAV patentą Nr. 2.394.907 riebalai ruošiami, suspenduojant natrio hidroksidą tokioje nereaktyvioje skystoje terpėje, kokia yra mineralinė alyva. 1 ją įtrinamas natrio hidroksidas ir, nesant papildomai įpilto vandens, atliekamas riebiosios rūgšties saponifikavimas. Teigiama, kad, norint pradėti reakciją, reikia pakaitinti mišinį iki saponifikacijos temperatūros . Kaip šalutinis produktas susidaro nepageidaujamas vanduo, kuris toliau turi būti pašalintas.

JAV patente Nr. 2.888.402 aprašoma panaši reakcija, kurioje dalyvauja metalo hidroksidas, savo sudėtyje turintis hidratacijos vandens, išsiskiriančio kaitinimo metu. Daroma prielaida, kad šio vandens dėka prasideda saponifikacijos reakcija. Ličio hidroksido, apie kurį užsimenama kaip apie vandens šaltinį, dėka prasideda pirmasis saponifikacijos etapas, toliau seka antrasis etapas, kuriame dalyvauja kiti metalo hidroksidai. Nežiūrint ilgalaikės praktikos ir plataus panaudojimo riebalų, kuriuose tiesiog vietoje atliekamos saponifikacijos metu susidaro organogeiiai, bitumų panaudojimo metodai niekuomet neišstūmė ir nepritaikė riebalais pagristos technologijos, siekiant pasinaudoti dideliais drebučių susidarymo bituminėse medžiagose siūlomais privalumais. Atvirkščiai, iki šio išradimo padarymo bitumo panaudojimas kelių statyboje, stogų dengime bei jo panaudojimas specialios paskirties reikalams technologijos prasme išliko įprastinių bituminių rišamųjų medžiagų pritaikymo sritimi. Kiek mažesniu laipsniu tai galima pasakyti ir apie suskystinto bitumo ir emulsijų panaudojimu pagrįstus procesus.

Šiuo metu kelių dengimui skirtos bituminės rišamosios medžiagos turi būti pasirenkamos, atsižvelgiant į tai, kad asfaltbetonis negali nei perdaug suminkštėti prie aukštesnių temperatūrų, nei suskeldėti prie žemesnių. Dėl tokio pasirinkimo būtinybės šiaurinėse arba šaltesnio klimato zonose pradėta naudoti minkštesnes rūšis, o pietinėse arba šiltesnio klimato zonose - kietesnes. Vienok daugelyje klimato zonų kelio dangos patiria tiek aukštos, tiek ir žemos temperatūros poveikius. Dėl to pasirinkimo metu reikalingas kompromisas, kadangi nei viena konkreti rūšis pilnai neatitinka visų klimato zonų temperatūrų reikalavimų.

Atsižvelgiant į tai, bituminių rišamųjų medžiagų jautrumas temperatūrai su asfaltbetoniu susijusiais atvejais yra pirmaeilės svarbos dalykas. Asfaltas privalo išlaikyti struktūrini vientisumą prie aukštų temperatūrų ir netapti pernelyg kietu bei nesueižėti prie žemų. Asfalto danga privalo išlaikyti šias savybes per daugelį temperatūrų pasikeitimo ciklų, šalant ir atodrėkių metu ir prie pastoviai besikeičiančio apkrovimo.

Kuo didesnis nuožulnumas klampumo/temperatūros kreivės, pavaizduotos dvigubu logaritminiu masteliu, tuo priimtinesnės temperatūrinio bituminių rišamųjų medžiagų jautrumo charakteristikos.

Bituminės rišamosios medžiagos laikui bėgant kietėja. To priežastimi yra ilgalaikio aplinkos bei eismo poveikio sąlygojama oksidacija. Tvirtėjimas laikui bėgant yra dar viena asfaltbetonio charakteristika, reikalaujanti didelio dėmesio. Kuo nuožulnesnė klampumo/temperatūros kreivė, pavaizduota dvigubu logaritminiu masteliu, tuo priimtinesnės asfalto kietėjimo laikui bėgant charakteristikos.

Be to, reikšminga tai, kad bituminė rišamoji medžiaga, paklota asfaltbetonio pavidalu, turi geras ilgaamžiškumo savybes įprastinėmis erozijos ir senėjimo sąlygomis. Ilgaamžiškumu laikomas atsparumas irimui laikui bėgant, įprastinėmis oro ir eismo sąlygomis. Besikartojantis šalimas ir atitirpimas, o taip pat ir su senėjimo procesu susijusi oksidacija, yra laikomi turinčiais įtakos ilgaamžiškumui faktoriais.

Akivaizdu, kad kokybine prasme bituminės rišamosios medžiagos artės prie idealo. Tam reikia, kad žemiausios jų rūšys, atitinkančios trapumui bei lūžinėjimui keliamus reikalavimus, būtų tinkamos naudoti, tuo pat metu nepaaukojant su aukštomis temperatūromis susijusias klampesnių aukštesnių rūšių bituminių rišamųjų medžiagų charakteristikų. Tenka apgailestauti, kad asfalto paruošimo karštu būdu metu atliekant rišamųjų medžiagų maišymą, kas yra techniškai įmanoma, šių savybių suderinimas yra vis dėlto nepatenkinamas. Pavyzdžiui, atliekant nurodytų rūšių maišymą, gaunamame mišinyje nepavyksta išsaugoti kiekvienai rūšiai būdingus nuo temperatūros priklausančius klampumus. VieLT 3721 B toje to mišinių klampumo charakteristikos yra tarpiniame pradinių reikšmių intervale.

Panašiai stogų dengimui naudojamų bituminių rišamųjų medžiagų panaudojimo rezultatai kelia jautrumo temperatūrai bei senėjimo laikui bėgant problemas. Iš bituminių medžiagų gaminamos stogų dangos yra labiausiai paplitusios komercinėje ir pramoninėje statyboje Jungtinėse Valstijose. Dengiant stogus, paeiliui klojami bitumo ir bitumu impregnuotų dangalų sluoksniai. Atliekant šį darbą, klojamas karštas bitumas stogų dengimui skirtų bituminių rišamųjų medžiagų pavidalu.

Specialios paskirties bituminėms medžiagoms, tame tarpe sujungimų ir plyšių užpildams, recirkuliuojantiems produktams, impregnavimo bei nepralaidumą vandeniui suteikiančioms medžiagoms (ASTM D449) taip pat būdingos jautrumo temperatūrai ir senėjimo laikui bėgant problemos. Su jomis susiduriama, kuomet tenka nustatyti galutines naudojamų produktų eksploatacines charakteristikas .

Atsižvelgiant į tai, šiuo išradimu siekiama: 1) sukurti drebučių pavidalo bituminę rišamąją medžiagą, kuri, lyginant su paprastai naudojamomis, turėtų geresnes savybes, tame tarpe mažesnį jautrumą temperatūros poveikiui bei lėtesnį senėjimą laikui bėgant ir 2) pasiekti šių rezultatų, dirbant įprastiniais karšto maišymo metodais, panaudojant turimus tam tikslui skirtus įrengimus, standartines stogų dengimo ir specialios paskirties bitumų panaudojimo priemones.

Dirbant šį išradimą atitinkančiu metodu, suskystintai bituminei medžiagai suteikiant drebučių pavidalą, gaunama nauja universali bituminė rišamoji medžiaga. Tai pasiekiama, suskystintame bitume, kuriame iš esmės nėra vandens, saponifikuojant bent vieną riebiąją rūgštį ir bent vieną dervinę rūgštį su šarminio metalo baze arba į suskystintą bitumą pridedant jau saponif ikuoto produkto, apie ką bus kalbama toliau. Gaunama drebučių pavidalo bituminė rišamoji medžiaga naudojama įprastiniams kelių statybos, stogų dengimo ir specialios paskirties darbams.

Dirbant karšto maišymo būdais naudojamos padidintos temperatūros įprastinės bituminės medžiagos turi skysčiams būdingas reologines savybes. Maišymo su užpilou ir klojimo asfaltbetonio pavidalu metu bitumas išlieka takus ir skystas, atitikdamas sau būdingą klampumo ir temperatūros tarpusavio priklausomybę. Būdama tokio fizinio būvio ir priklausomai nuo tokių faktorių, kaip temperatūra, užpildo kilmė bei paviršiaus plotas, o taip pat tuštumų dydis ir konfigūracija, ji gali nutekėti nuo užpildo.

Buvo atrasta, kad bitumui galima suteikti drebučių pavidalą tiesioginio saponifikavimo reakcijos dėka. Suskystintame bitume esančiai jonizuojančiai zonai, kurioje gali prasidėti saponifikacijos reakcija, reikalingas tiktai nežymus jonizuojančio skysčio kiekis. Reakcijos metu susidarančio vandens pakanka palaikyti reakciją, kurios metu jis prasismelkia pro visą iš bitumo ir saponifikacijos komponentų susidedantį mišinį. Sudėtine šio proceso dalimi yra vandens pašalinimas .

Šį išradimą atitinkančiu metodu paruošiamos universalios drebučių pavidalo bituminės rišamosios medžiagos kokybinių privalumų dėka galima pasirinkti žemesnės rūšies (mažesnio klampumo) bitumą ir gauti asfaltbetonį, pasižymintį tai rūšiai būdingomis su žema temperatūra susijusiomis charakteristikomis, tuo pat metu išlaikant aukštesniajai rūšiai charakteringas su aukšta temperatūra susijusias (t.y. didesnį klampumą) savybes.

Tokių bituminių medžiagų klampumo/temperatūros kreivė yra lygesnė negu bet kurios vienos rūšies arba rūšių mišinio. Taip pat pastebimos geresnės senėjimo laikui bėgant savybės bei didesnis klampumo/laiko kreivės lygumas .

Atitinkamai čia vartojamas terminas universali bituminė rišamoji medžiaga buvo pasirinktas, siekiant apibūdinti naują drebučių pavidalo bituminę rišamąją medžiagą, pasižyminčią sumažintu jautrumu temperatūrai bei geresnėmis, lyginant su įprastine bitumine rišamąja medžiaga, senėjimo laikui bėgant charakteristikomis. Universali bituminė rišamoji medžiaga gaminama naujovišku būdu, kurio aprašymas pateikiamas žemiau. Šiai medžiagai dar yra būdinga tai, kad savo sudėtyje ji iš esmės neturi vandens. Tai patvirtina jos tinkamumas sandėliuoti prie 220°F ir aukštesnių temperatūrų, kurioms esant, putos nesusidaro. Ji tinkama maišymui su užpildu, siekiant įprastiniais karšto maišymo būdais pagaminti asfaltbetonį. Be to, ją galima naudoti įprastinėms stogų dengimo bei specialios paskirties reikmėms .

Pritaikius šį išradimą atitinkantį procesą, gaunama drebučių pavidalo savo sudėtyje iš esmės vandens neturinti universali bituminė medžiaga, sustingdant suskystintą savo sudėtyje neturinčią vandens bituminę rišamąją medžiagą. Tuo tikslu joje saponifikuojama bent jau viena riebioji rūgštis ir bent viena dervinė rūgštis. Šitai atliekama, įvykdžius reakciją su gerai susmulkinta iš esmės sausų dalelių pavidalo šarminio metalo baze. Po to iš gauto mišinio pašalinamas reakcijos metu susidaręs vanduo. Paprastai su reakcijos komponentais susijusio vandens pakanka saponifikacijos reakcijai prasidėti. Reakcijos greitis nepaspartėja tokiu laipsniu, kad, vandeniui veržiantis iš reakcijos mišiLT 3721 B nio, įvyktų pernelyg didelis joje dalyvaujančio vandens suputoj imas.

Bituminę rišamąją medžiagą galima gauti iš bet kokio bitumo šaltinio, tokio, kaip gamtinis bitumas, kalnų asfaltas arba, geriausiai, iš naftos asfalto, susidarančio benzino destiliavimo metu. Ją galima pasirinkti iš šiuo metu AASHTO ir ASTM suklasifikuotųjų tarpo arba tai gali būti mišinys įvairių bitumų, kuriems apibūdinti netinka jokios konkrečios rūšies apibrėžimas. Prie tokių galima priskirti oksiduotąjį asfaltą, destiliuotą vakuume asfaltą, destiliuotą garuose asfaltą, suskystintą bitumą bei stogų dengimui skirtą bitumą. Bitumų sudėtis gali būti praturtinta tokiomis priemaišomis, kaip bitumo prilipimą prie akmenų dangos palengvinanti priemonė arba polimerais. Tais atvejais, kai reikalingas kelių dengimui skirtas bitumas, pageidautina naudoti šį išradimą atitinkančias minkštesnes rūšis, tokias, kaip AC-5. Atitinkamai galima pasirinkti gilsonitą, tiek gamtinį, tiek sintetinį, naudojamą vieną arba sumaišius su naftos asfaltu. Pavyzdžiui, JAV patente Nr. 4.437.896 aprašyti sintetinio asfalto mišiniai, tinkami naudoti šį išradimą atitinkančiu būdu.

Suskystinta bituminė medžiaga, savo sudėtyje turinti saponifikaciją skatinančių komponentų, praleidžiama pro greitaeigį malūną. Tuo siekiama sumažinti šarminio metalo bazės dalelyčių dydį ir paspartinti saponifikacijos reakciją, išsklaidyti sudėtinėmis dalimis esančią bazę bei organinę rūgštį po suskystintą bitumą. Greitaeigis malūnas turi būti toks, kad galėtų susmulkinti bazės dalelytes iki mažesnio negu 425 mikronai dydžio.

Atitinkamai, drebučių pavidalo bituminę rišamąją medžiagą galima gauti, į suskystintą bitumą įdėjus supresuoto muilo. Kadangi šiame muile iš esmės nėra reakcijoje dalyvaujančio vandens, jis yra gana kietas. Dėl to, prieš dedant į suskystintą bitumą, rekomenduojama ji sumalti arba ištirpinti. Pasirinkimas tarp tiesiog vietoje arba kitur atliekamos saponifikacijos reikalauja keleto faktorių suderinimo. Nors tiesiog vietoje vykdomos reakcijos metu suskystintame bitume susidaro nepageidaujamo vandens, prie esančių temperatūrų jis greitai išgaruoja. Kitur atliekamai reakcijai reikia papildomų darbų bei įrengimų, skirtų saugojimui, malimui (kai saponifikacijos produktas laikomas kieto muilo pavidalu) bei transportavimui. Muilą tirpinant, visu svarbumu iškyla temperatūros reguliavimo ir paprastai aukštesnių už suskystinto bitumo temperatūrų panaudojimo problema. Dėl to saponifikacijos reakciją pageidautina atlikti tiesiog vietoje.

Bituminė medžiaga, geriausiai, kad tai būtų naftos asfaltas, kaitinamas iki tampa gerai takiu skysčiu arba iki truputi aukštesnės temperatūros, skatinančios saponifikacijos metu atsirandančio vandens išgaravimą. Ga20 Įima taikyti temperatūras nuo maždaug 350°F iki maždaug 450°F, tačiau pačia tinkamiausia yra temperatūra apie 400°F. Šarminio metalo baze gali būti šarminis metalas, šarminio metalo oksidas, šarminio metalo hidroksidas arba šarminio metalo druska. Jų pavyzdžiais gali būti metalinis natris, natrio oksidas, natrio karbonatas arba, geriausiai, natrio hidroksidas. Be to, jais gali būti atitinkami kalio ar ličio junginiai. Pageidautina, kad bazė būtų iš esmės sausa ir naudojimo metu susmulkinta i mažas dalelytes.

Saponifikuojančiomis organinėmis rūgštimis (šiems tikslams tinka naudoti ir jų esterius) gali būti viena arba daugiau prisotintų arba neprisotintų, šakotos arba tiesios grandinės riebiųjų rūgščių, turinčių nuo maždaug

12 iki maždaug 24 anglies atomų. Jų pavyzdžiais gali būti stearino rūgštis, oleino rūgštis, linolinė rūgštis, linolininė rūgštis bei organinės sulforūgštys.

Dervinių rūgščių pavyzdžiais gali būti abietininė rūgštis, neoabietininė rūgštis, dioksiabietininė rūgštis, paliustro rūgštis ar izodekstropimaro rūgštis arba jų mišiniai.

Pageidautina ir patogiausia organinę rūgštį atitinkantį komponentą dėti talinės dervos pavidalu. Taline derva tai skysta dervinga medžiaga, gaunama popieriaus gamybos metu verdant medienos tyrę. Komercinės talinės dervos sudėtyje paprastai būna ištisas kompleksas riebiųjų rūgščių. Dažniausiai tai 18 anglies atomų turinčios rūgštys, dervinės rūgštys bei nesisaponifikuojančios medžiagos, prie kurių galima priskirti sterolius, aukštesniuosius spiritus, vaškus bei angliavandenilius. Talinės dervos kiekis šiuose komponentuose būna skirtingas. Tai priklauso nuo visos eilės faktorių, tame tarpe nuo geografinės vietovės, iš kurios gaunami medienos tyrės gamybai skirti medžiai. Pageidautina, kad nesisaponifikuojančios medžiagos kiekis falinėje dervoje būtų mažesnis negu 30 % (ASTM D803) . Riebiųjų ir dervinių rūgščių santykis turėtų būti tarp maždaug 0,7 ir 2, pageidautina, maždaug 1:1. Vartojant nevalytą talinę dervą, reakcijai įvykdyti reikia maždaug 2 % pagal svorį bitumo ir bent jau stoksiometrinio šarminio metalo bazės kiekio. Pasirinkus išvalytas talinės dervas arba nieko bendro su talinės dervos šaltiniais neturinčias atskiras riebiąsias rūgštis arba, jeigu riebiosios rūgštys maišomos su dervinėmis rūgštimis sintetinėje falinėje dervoje, šie kiekiai turėtų būti maždaug tokie, kiek rūgštinių komponentų yra nevalytoje falinėje dervoje. Kalbant bendrais bruožais, pageidautinas pilnas šarminio metalo bazės neutralizavimas faline derva. Tai parodytų, jog rūgšties ir bazės molekulių kiekis yra daugmaž vienodas.

Saponifikacijos reakcijai pradėti reikalingas tik labai mažas jonizuojančios terpės, tokios, kaip vanduo, kieLT 3721 B kis. Pavyzdžiui, paprastai pakanka tokio vandens kiekio, kuris įprastinėmis sąlygomis yra ant higroskopiškos bazės paviršiaus. Tokios bazės pavyzdžiu gali būti iš esmės sausas natrio hidroksido reagentas. Paprastai komercinėje nevalytoje talinėje dervoje esančio vandens daugiau negu pakanka pradėti reakciją. Jeigu pasirenkama bazė, turinti vieną ar daugiau hidrotacijos vandens molekulių, pavyzdžiui, hidrinto ličio hidroksidas, suskystinto bitume skleidžiamas karštis sudaro sąlygas išsiskirt: tokiam vandens kreklui, kurio pakanka pradėti reakciją.

Kai bendroje reakcijos sistemoje visiškai nėra vandens ar kitokios jonizuojančios terpės (taip gali būti, nau15 dojant sausą, nehidroskopišką bazę ir savo sudėtyje neturinčią vandens išvalytą talinę dervą) reakcija prasideda, į suskystintą bitumą įpylus nedidelį kiekį vandens. Be abejo svarbu, kad vanduo būtų pilamas tokiu metu, kad jis galėtų prasiskverbti į suskystintą bitumą dar prieš pradėdamas garuoti. Paprastai gana atlikti įpurškimą pro malūno žiotis arba netoli jų. Buvo nustatyta, kad maždaug pakanka tokio vandens kiekio, kuris sudaro mažiau nei 0,001 procentą bitumo svorio. Ir iš tiesų, praktikoje saponifikacijos reakcija vykdoma, naudojant tokį vandens kiekį, kurį standartiniais metodais nėra galimybės išmatuoti.

Nepriklausomai nuo to, kokia yra jonizuojanti terpė, malimo stadijoje atliekamo kruopštaus sumaišymo papras30 tai pakanka pageidaujamam pasiskirstymui pasiekti dar iki garavimo pradžios. Be abejo, reakcijos metu susidarius vandens, atsiranda jonizuojančios terpės gausumas. Pageidautina, kad tuo metu prasidėtų garavimas ir būtų gaunama iš esmės sausa bituminė rišamoji me35 džiaga.

Panašiai jonizuojančioje terpėje galima naudoti nedidelius spirito kiekius. Jo pavyzdžiais gali būti metilo spiritas bei kiti žemesnieji alifatiniai spiritai. Reakcijos su šarminių metalų hidroksidu metu susidarantis alkoholiatas lygiai taip pat palengvina saponifikacijos reakcijos eigą, kurios metu susidaro vanduo. JAV patente Nr. 2.385.817 aprašyta alkoholiatų savybė paspartinti tokių skystų angliavandenilių, kaip benzinai saponifikaciją. Kalbant bendrais bruožais, reikėtų vengti naudoti spiritus, nes dėl to pers procesas tampa sudėtingesniu, kadangi tenka saugoti dar vieną komponentą bei dirbti su juo.

Sekantys pavyzdžiai nušviečia praktišką šio išradimo panaudoj imą.

Pavyzdys 1

Į vieno galono talpos įkaitintą ir izoliuotą indą su konuso pavidalo dugnu įpilama 1500 g prieš tai iki 400°F pakaitintos AC-20 markės bituminės rišamosios medžiagos. Konuso dugne įrengiama sklendė, įgalinanti praleisti bitumą pro greitaeigį malūną ir sugrąžinti į viršutinę indo dalį. Į besisukantį malūne bitumą įpilama 3,7 g natrio hidroksido grūdelių. Nepageidaujamo vandens prasiskverbimui išvengti grūdeliai yra apsaugoti nuo drėgmės. Mišinys sukasi malūne dvi minutes, o po to išimti bandiniai praleidžiami pro Nr. 40 sietą (su 425 mikronų skylutėmis). į besisukantį mišinį įpilama 30 g nevalytos talinės dervos. Reakcijos metu kiekvienam joje dalyvaujančios nevalytos talinės dervos sudėtyje esančios rūgšties moliui susidaro vienas molis vandens. Toliau kaitinant ir maišant, vanduo išnyksta putų pavidalu. Reakcijai vykstant toliau, padidėja mišinio klampumas. Maišymas tęsiamas iki putojimas liaunasi. Tai įvyksta maždaug po 15 minučių nuo talinės dervos įpylimo ir reiškia reakcijos pabaigą. Išimami bandymams skirti pavyzdžiai.

Įvairių bandymų rezultatai pateikti lentelėje 1 bei pav. 1-3. Kartu parodomi bandymų rezultatai, gauti tiriant bituminės rišamosios medžiagos bandinius prieš atliekant universalų jų apdirbimą aukščiau aprašytu būdu .

Pavyzdys 2

Dirbant pavyzdyje 1 aprašytu būdu, vietoje naudotos AC-20 markės bituminės rišamosios medžiagos imama markė AC-5. Gaunamos bituminės rišamosios medžiagos fizinės savybės parodytos lentelėje 1. Kartu pateikiamas pav. 1-3 pavaizduotų duomenų palyginimas su tokios pat bituminės rišamosios medžiagos savybėmis prieš apdirbant ją universaliuoju pavyzdyje aprašytu būdu.

Pavyzdys 3

Dirbant pavyzdyje 1 aprašytu būdu, vietoje naudotos AC-20 markės bituminės rišamosios medžiagos imama markė AC-10. Gaunamos bituminės rišamosios medžiagos fizinės savybės parodytos lentelėje 1, pav. 1-3. Jos palyginamos su tos pačios bituminės rišamosios medžiagos savybėmis prieš apdirbimą universaliuoju pavyzdyje 1 aprašytu būdu.

Universalios bituminės rišamosios medžiagos vaizdumo dėlei lentelėje 1 ir pav. 1-3 sugrupuotos tiek pagal įprastines, tiek pagal ekvivalentiškas markes, atsižvelgiant į jų klampumą 140°F temperatūroje, kurį jos įgauna universalaus apdirbimo metu. Pavyzdžiui, žymėjimas MG-5-20 reiškia universalią bituminę rišamąją medžiagą, gautą iš AC-5 markės bitumo ir prie 140°F temperatūros turinčią markei AC-20 būdingas charakteristikas .

Lentelėje 1 parodyti rezultatai leidžia tiesiogiai palyginti įvairių joje pateiktų bituminių rišamųjų markių savybes prieš apdirbimą universaliuoju būdu (tai yra įprastinė karšto maišymo būdu paruošta bituminė rišamoji medžiaga) bei po tokio apdirbimo. Bandymo metu temperatūriniam bitumo jautrumui nustatyti buvo naudojami du plačiai paplitę metodai.

Pirmasis metodas, pagrįstas penetracijos skaičiaus pajį rašoma žurnale Journal of Institute of Petroleum Technologists 12:144 (1936). Dirbant šiuo metodu, daroma prielaida, kad tipiškos kelių statyboje naudojamos bituminės medžiagos įvertinamos nuline reikšme. Palyginus su įprastinėmis medžiagomis, mažesnes už nulines reikšmes turinčios markės yra laikomos mažiau jautriomis temperatūros poveikiui, o didesnes už nulines reikšmes - daugiau jautriomis. Lentelėje 1 parodyta, kad universalusis apdirbimas labai pagerino visų patikrintų markių penetracijos skaičių.

Antrasis metodas yra pagrįstas McLeod sukurto penetracijos -klampumo skaičiaus panaudojimu. Apie jį rašoma leidinyje, Proceedings of Asphalt Paving Technologists 41:424 (1972). Dirbant šiuo metodu, bitumo klampumo prie aukštų temperatūrų bei jo penetracijos reikšmės palyginamos su gerais ir blogais laikomų bitumų kontrolinėmis penetracijos - klampumo skaičiaus reikšmėmis. Lentelėje 1 parodyti duomenys liudija, kad universalaus apdirbimo dėka panašiu laipsniu pagerėjo visų patikrintų bitumų jautrumo temperatūrai rodikliai.

Pav. 1 parodytas penetracijos, kuri yra klampumo rodiklis, tarpusavio santykis su temperatūra. Universaliųjų bituminių rišamųjų medžiagų kreivė yra nuožulnesnė ir tai padidina mažesnį jų jautrumą temperatūros poveikiui.

Pav. 2 panašiai grafiškai parodyta nuožulnesnė universaliojo proceso dėka pagerintų bituminių rišamųjų medžiagų klampumo temperatūros tarpusavio priklausomybės kreivė. Čia ir vėl pastebima, jog visų univer5 saliuoju būdu apdirbtų bituminių rišamųjų medžiagų kreivė yra nuožulnesnė. Tai liudija, kad, lyginant su įprastinėmis neapdirbtomis bituminėmis medžiagomis, šių jautrumas temperatūros poveikiui yra didesnis.

Φ rd

Φ •P

C

Φ

PI

Prieš apdirbimą Po apdirbimo universaliuo būdu o

CM i

LO

I u

s o

co

I o

o

5Juo

I o

<

o

CM

I o

<

o 'tr

I o

co uo co eu ir rCN

Γ— co

CM

CM

Γ— mo co

	o	O	O UO i—1		o	o	σ>	o	o	o	co
O	o	LfO	K	o	o	o	uo	o	r-
co	CM CM	CD	uo -d’	i—1 d·	CM	1-1	co co	i—t	CO co	t—1

sr

UO

O

CO <σ

CM

ΟΟ uo co co

LfO

LQ

O	«—1	o	o	O	LG
o		o		I-1
CM		00		00	K.
	1-1		rd	N1	,—1

UO

CM

CM

CM

MO

O

CO

O uo co o

co uo o

CM

CM o

t—I co o

CM co o

o

UO co

O uO

CM

ΓrCM

UO

CO

1-0	1	O	O.	o	o	c—	o~
		O	: O	o	oo	co	co
co	rH	CO		CN	K-	co
_1.	H-	MO	i—i	i—1	oo	Lfj	rd
*—1	Γ— <r-H	O	r-	O	«ςΓ	O	ΟΛ
K.	aj	uo	—1	o	oo	i—1	O
o	K. i—a	i—1	K	σι	K.	rd
d·'	4_> 1	χ-H	CM	co'	r-	r—i	CM
	ΓΥΊ	O	00	o	’tr	O	rd
K.		UO	σ>	r-	Ό'	O	co
o	O	r-	v.	r-	K.	t—1
d·	r-b	T-i	CO	r-	CM	CM

co

s.

o co co o

o co co co o

o o r—· co co o

σι n

•m

CM o

o co co co o

o o

co

CM co ro o σ co CM uo

		£ Ό i£ 40	VC O I—1 X
•		£	•
		co	Cb	•
Φ		£		CL	CL
co		05
		00	v—1	rL	t—1
o			1	1	1
co		CO		...
		05	14	·.	14
K.		£	Φ	M	Φ
tm			C0	Φ	W
o		>co		co
CM		•d /rb	i—1		O
		03 c		i—!	,—j
		c	o			(d
k,						0	co
0 σ	b	k_i o	kb	Id o	kb 0		P Η
cn	Ό	r-	o	o	LO	CO	>u
	a	r—	σ		m-	05	-rb
Φ	Λ		cn	r—(	CM	Λί	(0
-H		Φ				>co	14
P	m	d	Φ	Φ	Φ	05	C0
Cb	co	d	•H	-d	•rb	-P
	P	CL	4b	d	P		co
to	to		Cb	CL	Cb	O	o
-ra	(0	a5				£	ra
•H		•m	to	co	co	-H	-rb
υ	(0	•d	tfl	05	to	•n	υ
<0	to	O	ε	£	ε	•Φ	tū
44	ε	05	P	£	P	4-1	Cl
4->		d	Cb	CL	Cb	«0	4->
Φ	>co	4-0 Λ\	ε	£	ε	14	Φ
C	•d	CM f—	tO	05	t0	C	C
Φ	o5	L-« iii	rd	«—l	i—1	H	Φ
Cb	ε	O Cb	E		fcd	2	Cb

cn £

•H >υ •H

CO

O £

n

CL £

rū

I-1

Λί

I

CO

O •n ♦H ϋ

P

-P

Φ

C

Φ

CL

B		O ε
Ό		Xl Ό
c		C
fO		(0
n		Λ
H		E-i
o		O
Cb		kb
Eb		Eb
co		to
-Φ		-Φ
ε		ε
14		14
P		P
P	to	P
4J	to	4J
	4->
•	c	•
i—1	Φ	1-1
(0	•rd	tū
>	O	>
LO	•d Ub	ua
o	Φ r-)	O
Cb	Cb 14	Cb

co 05 £ £ a £ 05 f—I

-H •ra •0)

C φ

ω to to ε

P

Cb ε

tO fd

K to (0

4-1

C

Φ

-H u

-H

U-l

0)

O o

ε

-H •n

-Φ c

(D ω

O ε

>1

Ό c

fO

E-i

O kb

Eb

O

Cb co to ε

b Cb ε to <—I to tū

4-1

C

Φ •rd o

-H

U-l

Φ

O

O ε

•φ c

φ

Ui

Lentelėje 1 taip pat parodyta šį išradimą atitinkančio proceso įtaka bituminių rišamųjų medžiagų senėjimui laikui bėgant. Bitumų senėjimo laikui bėgant greičiui apibūdinti naudojamas šilumos ir oro įtakos bituminėms medžiagoms patikrinimo metodas (angį. sutr. TFOT) ASTM D1754. Lentelėje taip pat matome, kad senėjimo laikui bėgant greitis yra gaunamas, bitumo klampumą prieš bandymo TFOT pradžią padalijus iš jo klampumo tokiam bandymui pasibaigus. Toks klampumo po plono bitumo sluoksnio kaitinimo krosnyje su klampumu prieš kaitinimą santykis yra vadinamas senėjimo koeficientu. Lentelėje 1 pateikti duomenys leidžia teigti, kad tiek TFOT, tiek senėjimo koeficiento prasme universalusis apdirbimas sąlygoja ženklų bituminių rišamųjų medžiagų pagerėj imą.

Plono bitumo sluoksnio kaitinimo krosnyje bandymas TFOT buvo išplėstas, siekiant parodyti, kokią įtaką turi ilgalaikis plonų bitumo sluoksnių senėjimas, tuo tikslu laikymo laiką nuo 5 valandų prailginant iki 15 valandų. Lentelėje 1 parodyta, jog, apdirbant bitumines rišamąsias medžiagas pavyzdžiuose nurodytu būdu, labai sumažėjo jų kietėjimo laikui bėgant greitis.

Pav. 3 parodytas klampumo pasikeitimo plono bitumo sluoksnio kaitinimo krosnyje bandymo metu kaip senėjimo laiko trukmės funkcijos grafikas. Nesunku pastebėti, kad universaliųjų bituminių rišamųjų medžiagų klampumo/TFOT kreivė yra nuožulnesnė. Tai reiškia, kad šių rišamųjų medžiagų senėjimas laikui bėgant vyksta lėčiau negu Įprastinių bituminių rišamųjų medžiagų.

Reikia pastebėti, kad įprastiniai bituminių rišamųjų medžiagų klampumo matavimo metodai, tokie, kaip ASTM D2170 ir ASTM D2171 netinka darbui su universaliomis bituminėmis rišamosiomis medžiagomis, kadangi bitumas nėra niutoniška medžiaga. Dėl neniutoniškų savybių tinLT 3721 B kamiausiu bandymų metodu yra ASTM P-160 Bitumo emulsijų nuosėdų ir neniutoninių bitumų tyrimas vakuuminiu kapiliariniu viskozimetru (1984). Lentelėje 1 pateikti Įvairių bandymų metu gauti rezultatai bei bituminių rišamųjų medžiagų bandinių tyrimo aukščiau nurodytu būdu duomenys.

Pagal aukščiau aprašytus lyginamuosius bandymus galima padaryti išvadą, kad universalusis apdirbimas turi ženklios teigiamos Įtakos penetracijai, klampumui bei klampumui po 5 ir 15 valandų sendinimo TFOT būdu. Pavyzdžiui, AC-5 markės bituminės rišamosios medžiagos klampumas prieš apdirbimą 140° temperatūroje buvo 530 puazų. Universalaus tos pačios medžiagos apdirbimo dėka klampumas padidėjo iki 2200 puazų ir tai tenkina AASHTO M-226 markei AC-2G keliamus reikalavimus. Panašiai reikšmingai universalaus apdirbimo dėka pasikeitė kiekvienos bituminės rišamosios medžiagos senėjimo laikui bėgant charakteristikos.

Pavyzdys 4

Dirbant pavyzdyje 1 aprašytu būdu, vietoje tada naudotos bituminės rišamosios medžiagos imama 1500 g markės AC-10, o vietoje naudoto natrio hidroksido imama 5,25 gramo bevandenio kalio hidroksido. Gautieji rezultatai parodyti lentelėje 2.

Pavyzdys 5

Dirbant pavyzdyje 4 nurodytu būdu, vietoje naudoto kalio hidroksido imama 2,24 gramo bevandenio ličio hidroksido. Gautieji rezultatai parodyti lentelėje 2.

Pavyzdys 6

Dirbant pavyzdyje 4 nurodytu būdu, vietoje naudoto kalio hidroksido imami 5 gramai bevandenio natrio kar5 bonato. Gautieji rezultatai parodyti lentelėje 2.

Lentelė 2

Pavyzdys z	; Pavyzdys	5 Pavyzdys 6 AC-1C
	KO H	LiOK	NazCO,	kontrolinis
Penetracija, dmm	75	87	70	90
Klampumas prie 140°F P	1850	1340	2300	1150
Minkštėjimo taškas, °F	128	126	149	122
Penetracijos skaičius	4-0,8	10, 6	4-2, 9	4-0,2
Klampumas, P, po 5 vai. trukmės TFOT bandymo	2743	2860	4189	3050
Senėjimo koeficientas	1,49	2, 13	1,82	2, 65
Klampumas, P, po 15 vai. TFOT bandymo	5600	8174	6417	11400
Senėjimo koeficientas	3, 03	6,1

Lentelėje 2 matome esminį visų bituminių rišamųjų medžiagų pagerėjimą jautrumo temperatūrai prasme lyginant su kontroline marke, paruošta AC-10 pagrindu. Tokį jautrumo temperatūros poveikiui pagerėjimą apsprendžia penetracijos skaičius bei senėjimo per ilgą laiką koeficientas.

Pavyzdys 7

Dirbant pavyzdyje 4 nurodytu būdu, vietoje tada naudoto kalio hidroksido imama 2,2 gramo metalinio natrio.

Pastebimas mažesnio putų kiekio susidarymas. Gautieji rezultatai parodyti lentelėje 3.

Pavyzdys 8

Dirbant pavyzdyje 4 aprašytu būdu, į bituminę rišamąją medžiagą pilama nurodytos talinės dervos. Po to seka maišymas ir į greitaeigį koloidinį malūną pilamos natrio hidroksido granulės. Gautieji rezultatai parodyti lentelėje 3.

Šis pavyzdys rodo, kad chemikalų pylimas atvirkštine tvarka neturi esminės įtakos universaliuoju procesu apdirbtos bituminės rišamosios medžiagos savybėms.

Pavyzdys 9

Į pavyzdyje 1 apibūdintą indą kruopščiai maišant įpilama 500 gramų iki 300°F pašildytos talinės dervos, o po to - 62,5 g natrio hidroksido granulių. 33,75 gramo susidariusio mišinio ištraukiama ir supilama į 1500 gramų AC-10 markės bituminės rišamosios medžiagos, kurios temperatūra palaikoma 400°F. Susidaręs mišinys praleidžiamas pro greitaeigį koloidinį malūną. Universalusis produktas išbandomas aukščiau aprašytu būdu. Bandymų rezultatai pateikiami lentelėje 3.

Lentelė 3

Pavyzdys 7 Pavyzdys 8 Pavyzdys 9 Kontrolinis

Metalinis Pirmiausiai Taline dernatris talinė va ir kausderva tikas pilami kartu

Penetracija

Klampumas prie 140°F, P

67 72 90

3105

3275

2400

1150

Lentelė 3 (tęsinys)

	Pavyzdys 7 Pavyzdys 8	Pavyzdys 9	Kontrolinis
Metalinis Pirmiausiai	Talinė derva ir kaustikas pilami kartu	AC-10
natris	talinė derva
Minkštėjimo taškas, °F	159	150	145	122
Penetracij cs skaičius	13,8	17 c	12,5	4 0,2
Klampumas (ATFOT) po 5 vai.	5650	5900	5620	3050
Senėjimo koeficientas	1,82	1,80	2,34	2,65
Klampumas (ΑΤΕΌΤ), po 15 vai.	4804	8275	8125	11400
Senėjimo koeficientas	2,71	2, 53	3, 39	9, 91

Aukščiau pateikti rezultatai apibūdina pavyzdžiuose 7-9 aprašytais būdais gautų universalių bituminių produktų fizines savybes. Jie rodo, kad, nepriklausomai nuo komponentų dėjimo eilės tvarkos universalios bituminės rišamosios medžiagos jautrumas temperatūros poveikiui yra žymiai geresnis negu kontrolinio AC-10 markės pagrindu pagaminto pavyzdžio.

Pavyzdys 10

Atliekami bandymai, kuriais norima parodyti bitumo emulsijos nuosėdų, savo sudėtyje turinčių, didelių plūdrumu pasižyminčių nuosėdų jautrumą mišinyje pasilikusiai drėgmei. ASTM Nr. 8 atitinkantis plautas kalkakmenis padengiamas 4 % pagal svorį universalios bituminės rišamosios medžiagos, pagamintos iš SC-5 markės bitumo (susidaro MG 5-20 markės bituminė rišamoji medžiaga) ir palyginamas su panašiu būdu paruošta įprastine AC-20 markės bitumine rišamąja medžiaga. HFMS 2h markės bitumo emulsija (AASHTO M-140) taip pat sumaišoma su užpildu. Tuo tikslu įdedama 5,7% pagal svorį emulsijos ir gaunama 4 % pagal svorį likutinės bituminės medžiagos mišinio. Kiekviena bituminės rišamosios medžiagos partija 90 sekundžių maišoma su užpildu 300°F temperatūroje. Norint pašalinti vandenį, užpildas su emulsija pakaitinami iki 100°F aukštesnės temperatūros. Visais atvejais galutinė mišinio temperatūra sudaro 275°F.

Maždaug po 300 gramų kiekvieno mišinio uždedama ant 8 colių skersmens ketvirto numerio sieto ir vienai valandai patalpinama į 300°F temperatūros krosnį. Po kiekvienu sietu pastatomas lovelis, į kurį surenkamos bitumo nuotėkos. Gaunami sekantys rezultatai:

MG5-20 AC-20 HMFS-2h

Bituminės rišamosios medžiagos kiekis lovelyje, g: 0 9,9 1,3

Šie bandymai parodo didesnį universalios bituminės rišamosios medžiagos atsparumą migravimui iš užpildo lyginant su įprastinės AC-20 markės bitumine rišamąja medžiaga bei bitumo emulsijos sugebėjimą sudaryti didelės flotacijos ir vidutiniškai nusėdančias nuosėdas. Sakoma, kad išskirtine didele flotacija pasižyminčių nuosėdų savybe yra sumažintas bitumo dalelių migravimas karštu būdu paruoštuose mišiniuose. Šie bandymai patvirtina, jog tai yra tiesa AC-20 markės atžvilgiu. Vienok, šia prasme universaliosios bituminės rišamosios medžiagos yra kur kas geresnės už HFMS tipo emulsijų nuosėdas.

Pavyzdys 11

Labai plačiame temperatūrų intervale atliekamas pavyzdyje 10 nurodytu būdu paruoštų mišinių savybių išmatavimas. Šiais bandymais siekiama nustatyti ar šių bandymų metu universalios bituminės rišamosios medžiąLT 3721 B gos panaudojimo dėka pasiektas pagerėjimas taip pat leidžia pagerinti bitumo mišinio su užpildu savybes (tai galutinis pats svarbiausias šios medžiagos panaudojimo tikslas).

Atliekant šiame pavyzdyje aprašytą bitumo mišinio su užpildu tyrimą, naudojama tokia pat bituminė rišamoji medžiaga kaip ir pavyzdyje 10 aprašytame nutekėjimo tyrime. Sumaišomi ASTM5 reikalavimus etitinkantis užpildas, Nr. δ užpildas ir smulkiagrūdis smėlis. Gaunamas 3/4 colio tankumo mišinys (ASTM D-3515). Prieš pradedant maišyti užpildas ir bituminė rišamoji medžiaga pakaitinami iki 300°F temperatūros. HFMS-2h pašildomas 90 sekundžių 77°C temperatūroje ir maišomas su užpildu 400°F temperatūroje. Kiekviename tokiame mišinyje yra 4,5 % pagal svorį bituminės rišamosios medžiagos. Laikantis ASTM D-1559 nurodymų, kiekvienas mišinys suslegiamas 75 suslėgimo pagal Maršalą smūgiais. Su kiekvienu užpildu paruošiami keturi mišiniai, kurie išbandomi prie keturių temperatūrų: 140°F, 100°F, 77°F ir 40°F. Toks temperatūrų intervalas atspindi platų faktišką kelio dangų temperatūrų intervalą. Kietumas matuojamas Marshall ir Hveem konstrukcijos aparatais, vadovaujantis ASTM D-1559 ir ASTM D-1560 pateiktais nurodymais. Gauti rezultatai parodyti lentelėje 4.

Lentelė 4

Bandymo temp., °F MG-5-20 AC-20 Emulsija HFMS-2h

Hveem konstrukcijos aparatas

140	56	55	20
100	55	63	27
77	55	66	33
40	79	87	56

Lentelė 4 (tęsinys)

Bandymo temp., °F MG-5-20 AC-20 Emulsija HFMS-2h

Marshall konstrukcijos aparatas

140	2450	2550	900
100	2850	4150	2150
77	3100	4750	1850
40	10000	17500	2900

Šie rezultatai liudija, kad su universaliąja bitumine rišamąja medžiaga asfaltbetonio kietumas (t.y., jo pastovumas) nepadidėja tiek daug kaip gaminant jį su įprastine bitumine rišamąja medžiaga.

šie rezultatai taip pat rodo, kad emulsijos mišinys (HFMS~2h) esant aukštoms temperatūroms pasižymi ypatingai mažu pastovumu. To priežastis gali būti nepilnas išlaikymas (t. y., drėgmės likučių buvimas).

Pavyzdžiuose 12-14 aprašyti bandymai buvo atlikti, siekiant parodyti, kad ir labai nedidelis vandens kiekis yra būtinas, norint pradėti šios universalios bituminės rišamosios medžiagos gamybos proceso sudėtine dalimi esančią saponifikacijos reakciją.

Pavyzdys 12

1500 gramų AC-10 markės bituminės rišamosios medžiagos pakaitinama iki 400°F temperatūros ir supilama į tokį pat indą, koks buvo naudotas, atliekant bandymą 1. 3,75 gramo natrio hidroksido pakaitinama iš anksto iki sausos išlydytos būsenos. Jis supilamas į bituminę rišamąją medžiagą ir malamas vieną minutę. Taline derva dvi valandas kaitinama 275°F temperatūroje iki pilno išdžiūvimo. 30 gramų falinės dervos supilama į bituLT 3721 B minės rišamosios medžiagos ir kaustinės sodos mišinį ir malama 15 minučių. Bandymų rezultatai parodyti lentelėje 5.

Pavyzdys 13

Dirbant pavyzdyje 12 aprašytu būdu, vietoje natrio hidroksido imama 2,2 gramo metalinio natrio. Bandymų rezultatai parodyti lentelėje 5.

Pavyzdys 14

Dirbant pavyzdyje 13 nurodyta tvarka, į talinę derva įpilama 0,015 gramo vandens ir prieš supilant į bi15 tuminę rišamąją medžiagą išmaišoma.

Lentelė 5

Pavyzdys 12 Pavyzdys 13 Pavyzdys 14 (sausas) (sausas) (sausas)

Penetracija prie 39°F,
200 g, 60 sek., dmm	31	31	31
Penetracija prie 77°F, 100 g, 5 sek., dmm	83	111	85
Klampumas prie 140°F, 1 sek., - 1, P	3075	920	2750
Minkštėjimo taškas, °F	158	117	149
Penetracijos skaičius	14,3	10,7	13,8
Klampumas po 5 vai. trukmės TFOT bandymo	4250	1785	4010
Senėjimo koeficientas	1,38	1,92	1,45
Klampumas po 15 vai. trukmės TFOT bandymo	4975	6820	6795
Senėjimo koeficientas	1,62	7,41	2,47

Gautieji rezultatai rodo, kad pavyzdžiuose 12 ir 14 aprašytų bandymų metu įvyko saponifikacijos reakcija, kurios metu buvo pastebėtos tinkamos palyginimui bituminės rišamosios medžiagos savybės. Tokia reakcija vyko pavyzdyje 12 aprašyto bandymo metu, kai visi reagentai buvo specialiai išdžiovinti. Nežiūrint to, sistemoje buvo pakankamas (nors laboratorijos sąlygomis ir neišmatuojamas) drėgmės kiekis, įgalinantis pradėti reakciją.

Pavyzdyje 13 aprašyto bandymo metu neįvyko jokia reakcija, nors falinė derva buvo džiovinama tokiu pat būdu. Šiuo metu vietoje pavyzdyje 12 aprašytame bandyme naudoto natrio sauso malto hidroksido buvo vartojamas metalinis natris.

Naudojant metalinį natrį bei džiovintą falinę dervą, o taip pat į mišinį įpylus nedidelį vandens kiekį (0,001 % bituminės rišamosios medžiagos svorio), įvyko saponifikacijos reakcija, apie ką ir kalbama pavyzdyje 14.

Pavyzdys 15

Dirbant pavyzdyje 1 aprašytu būdu, vietoje markės AC-20 naudojama pirmo tipo stogų dengimui skirta bituminė rišamoji medžiaga. Lentelėje 6 tipiškų stogdengystės bandymų rezultatai palyginami su pradinės bituminės rišamosios medžiagos bandymų rezultatais.

Lentelė 6

Prieš Po apdirbimo ASTM D-312 Tiapdirbimą (MG tipas 1-2) pas 2 CharakTipas 1 Tipas 1 teristikos

Suminkštėjimo tempera- nuo 158 tūra, °F 146 171 iki 176

Penetracija prie 32°F,

200 g, 60 sek., dmm

Lentelė 6 (tęsinys)

	Prieš apdirbimą Tipas 1	Po apdirbimo (MG tipas 1-2) Tipas 1	ASTM D-312 Tipas 2 Charakteristikos
Penetracija prie 77°F, 100 g, 5 sek., dmm	40	34	nuo 18 iki 40
Penetracija prie 115°F, 50 g, 5 sek., dmm	102	70	100
Penetracijos skaičius	-22

Bandymų rezultatai rodo, kad apdirbta bituminė rišamoji 5 medžiaga turi pirmo tipo stogų dengimui naudojamai bituminei rišamajai medžiagai būdingas savybes žemos temperatūros sąlygomis bei tokiai pat antro tipo medžiagai charakteringas savybes aukštos temperatūros sąlygomis.

Apdirbtų bituminių rišamųjų medžiagų penetracijos skai10 čius yra gerokai žemesnis, o tai parodo mažesnį jautrumą temperatūros poveikiui.

Claims (13)

1. IŠRADIMO APIBRĖŽTIS

   1. Drebučių pavidalo bituminė rišamoji medžiaga, besiskirianti tuo, kad ją gauna iš

   5 suskystintos bituminės medžiagos, savo sudėtyje iš esmės neturinčios vandens, jos sutirštinimo būdu.
2. 2. Medžiaga pagal 1 punktą, besiskirianti tuo, kad ji savo sudėtyje turi bituminę medžiagą, i ku10 rią Įdėta talinės dervos ir ne mažesnis už galintį sukelti saponifikavimą iš esmės sauso šarminio metalo hidroksido kiekis.
3. 3. Medžiaga pagal 2 punktą, besiskirianti

   15 tuo, kad talinės dervos sudėtyje santykiu maždaug tarp

   0,7 ir maždaug 2, o pageidautina, santykiu maždaug 1:1, yra riebiųjų rūgščių ir dervinių rūgščių.
4. 4. Drebučių pavidalo bituminės rišamosios medžiagos ga20 mybos būdas, susidedantis iš esmės sausos bituminės medžiagos suskystinimo, soponifikavimo ir reakcijoje dalyvaujančio vandens pašalinimo, besiskiriantis tuo, kad vykdo ne mažiau kaip vienos riebios rūgšties ir ne mažiau kaip vienos dervinės rūgšties

   25 soponifikavimo reakciją su bent jau Įgalinančiu atlikti soponifikavimą iš esmės sausos šarminio metalo bazės kiekiu.
5. 5. Būdas pagal 4 punktą, besiskiriantis

   30 tuo, kad bituminė medžiaga yra naftos asfaltas.
6. 6. Būdas pagal 4 ir 5 punktus, besiskiriantis tuo, kad bituminės medžiagos yra AC-1, AC-2,5, AC-5, AC-10, AC-20, AC-30, AC-40, AC-50 markių arba jų

   35 mišiniai, arba yra pirmo,antro ir trečio tipo dengimui naudojami bitumai ar jų mišiniai.
7. 7. Būdas pagal 4,5 arba 6 punktus, besiskiriantis tuo, kad riebias ir dervines rūgštis naudoja talinės dervos pavidalu.
8. 8. Būdas pagal 4,5,6 arba 7 punktus, besiskiriantis tuo, kad šarminio metalo bazė yra šarminio metalo hidroksidas, pageidautina, natrio hidroksidas .
9. 9. Būdas pagal 5 punktą, besiskiriantis tuo, kad naftos bitumui suskystinti jį kaitina, o šarminio metalo hidroksidą deda iš esmės sausų labai smulkių dalelyčių pavidalu ir gautą mišinį po to mala, siekiant sumažinti šarminio metalo hidroksido dalelyčių dydį bei disperguoti aukščiau minėtas dalelytes naftos asfalte ir toliau, kartu maišant, pila saponifikavimui vykdyti ir drebučių pavidalo bituminei rišamajai medžiagai gauti reikalingą dervos kiekį, o reakcijos sistemos sudėtyje yra nedidelis, bet saponifikacijos reakcijai reikalingas vandens kiekis,nesukeliantis gausaus putų susidarymo, kurį po to pašalina.
10. 10. Būdas pagal 5 punktą, besiskiriantis tuo, kad talinę dervą ir šarminio metalo hidroksidą iš anksto sumaišo ir supila į naftos bitumą.
11. 11. Būdas pagal 7,8,9 ar 10 punktus, besiskiriantis tuo, kad talinės dervos sudėtyje santykiu maždaug tarp 0,7 ir maždaug 2, o pageidautina , santykiu 1:1 yra riebiųjų ir dervinių rūgščių.
12. 12. Dangų klojimo būdas, besiskiriantis tuo, kad bet kurį ankstesnį punktą atitinkančios drebučių pavidalo bitumines rišamąsias medžiagas sumaišo su iš esmės savo sudėtyje neturinčiu vandens užpildu, minėtą drebučių-užpildo mišinį paskleidžia ant dengiamo paviršiaus bei minėtą paskleistą mišinį suslegia iki pageidaujamo tankumo, gaunant asfaltbetonio klojinį.
13. 13. Stogų dengimo būdas, besiskiriantis 5 tuo, kad bituminę stogo dangą gauna stogą padengiant statybinės paskirties kartonu, prisotintu bitumu, ir voluoja bei išsklaido ne mažiau kaip 1, aukščiau pateiktą 1-11 punktus atitinkančią universalios bituminės rišamosios medžiagos sluoksnį.