NO309727B1 - Fremgangsmåte ved fremstilling av en bitumenholdig kaldblanding - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av bitumenholdig kaldblanding, i hovedsak for overflatedekking av veier.

Kalde bitumenemulsjoner tilveiebringer et nyttig alternativ til smeltet bitumen for overtrekking av aggregat for appli-kasjon som kaldblandinger til veier og lignende overflater underkastet trafikk eller annen hard slitasje. Kaldblandinger har den fordelen at de kan påføres ved lave temperatu-rer, for eksempel ved steder hvor awanningsutstyr ikke er lett tilgjengelig. Etter at kaldblandingen er påført veiens overflate, bryter emulsjonen og bitumen avsettes på og overtrekker aggregatpartiklene.

Det er imidlertid en rekke problemer tilknyttet kaldblandinger .

For å erholde best mulig presentasjon er det ønskelig å anvende et hardt bitumen. Imidlertid er harde bitumener for eksempel med penetrasjon (pen-verdi) 80 eller lavere(i henhold til NFT 66.004, hvor NFT designerer den franske standard Normale Francaise Techniqe eller ASTM D5-86) skjøre og hefter dårlig, hvilket fører til en lav komprime-ringseffektivitet. Løsningsmidler settes til, hvilke resulterer i et fluksert bitumen, for å redusere viskositet av bitumen ved emulsifikasjonstemperatur og gjøre påføring av kaldblandingen lettere. Imidlertid har anvendelsen av løsningsmidler den ulempen at løsningsmidlene krever tid til å fordampe.

Veioverflater utformes ved å teste kjerneprøver i modul og tretthet. Når varmbelagte aggregater anvendes er det mulig å ta kjerneprøver et par dager senere. Med overflateprøver som er lagt ved anvendelse av emulsjon har kjernene en tendens til å bryte opp dersom de tas innen flere måneder etter legging. Tidlige "coring" problemer skyldes langsom oppbygning av kohesjon, og dette kan på sin side være forårsaket av ueffektivt belegging av aggregatet og høyt hulrominnhold i strukturen. Aggregatet omfatter en blanding av partikler av ulike størrelser, fra fint pulver og sand opptil for eksempel 35 mm. De fine partikler i aggregat-spektra er enklere å belegge enn de større partikler. Det har vært utført forsøk for å redusere dette problemet ved suksessiv belegging av store og små fraksjoner som beskrevet i EP-A-524031. Imidlertid forblir tidlig "coring" problematisk.

EP-A-589740 beskriver en veioverflate-belegnings-sammensetning ved anvendelse av en bitumenholdig kaldblanding. Aggregat er belagt med bitumenemulsjon omfattende en blanding av hardt bitumen bestående av en standard penetrasjon av 70 eller mindre, og mykt bitumen bestående av en standard penetrasjon av 180 eller mer.

Den foreliggende oppfinnelse har til hensikt å tilveiebrin-ge en fremgangsmåte ved fremstilling av bitumenholdig kaldblanding som tillater anvendelse av hardt bitumen samtidig med at det oppnås en rask kohesjonsoppbygning og akseptabel tidlig "coring".

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte ved fremstilling av bitumenholdig kaldblanding for veibygning og lignende beleggingsanvendelser, karakterisert ved at den omfatter trinnene: (a) å påføre et aggregat av blandet partikkelstørrelse en første bitumenemulsjon med en høy bruddsindeks på mer enn 190, ifølge NFT 66.017, for å belegge minst 80% av aggregatoverflaten med maksimalt 5 vekt% gjenværende bitumen; og (b) å påføre det belagte aggregat fra trinn (a) en annen bitumenemulsjon med et bruddsindeks som ikke er høyere enn 190, ifølge NFT 66.017 for å fremstille fullstendig belagte aggregatpartikler.

Fortrinnsvis forsyner trinnet (a) belegningen med maksimalt 2,5 vekt% gjenværende bitumen.

Fortrinnsvis har bitumenene i første og andre emulsjoner begge et mykningspunkt (NFT 66.008) i området 20-85 og en penetrasjon (pen-verdi) (NFT 66.004) i området 20-400, for eksempel 20-80. Fortrinnsvis har bitumenet i den første emulsjon en pen-verdi i området 20-80 (for eksempel 35-55 og vanligvis 40-50). Bitumenet i den andre emulsjon kan ha en pen-verdi lik eller større enn bitumenet i den første emulsjon.

Bitumenet i den andre emulsjon kan være et polymermodifisert bitumen. Polymeren kan ha en antallsgjennomsnittlig molekylvekt (Mn) i området 2.000-300.000. Bitumenet kan være modifisert med opptil 10 vekt% av polymer (homopolymer eller kopolymer). Eksempler på passende polymere er styren/ butadien/styren (SBS), eten/vinylacetat kopolymer (EVA) og polyetylmetakrylat (EMA) . Polymerene kan ha en antallsgjennomsnittlig molekylvekt (Mn) i området 2.000-300.000 (som bestemt ved gassfase kromatografi: GPC).

Bitumenet i den andre emulsjon kan være fluksert. Anvendelsen av fluksert bitumen tilveiebringer bedret lagringssta-bilitet, men denne fordel ledsages av ulemper som nevnt tidligere.

1-4 vekt% (for eksempel 1-3 vekt%) (basert på vekten av belagt aggregat) av den første emulsjonen kan anvendes i trinn (a) og/eller 3-7 vekt% (for eksempel 3-6 vekt%) basert på vekten av belagt aggregat av den andre emulsjonen kan anvendes i trinn (b).

I det minste kan den første emulsjon ha en partikkeldiameter i området 2-8 ^m (for eksempel 2-6 ^m) med et standard avvik på mindre enn 0,3 (for eksempel ikke mer enn 0,25).

I det minste kan den første emulsjon fremstilles for anven-deise av en statisk blander eller et antall av serieforbundede statiske blandere.

Foreliggende oppfinnelse angir også anvendelsen av bitumenholdig kaldblanding-sammensetning fremstilt ved fremgangsmåten beskrevet heri for belegging av en vei eller lignende areale.

Den første emulsjon kan antas å være overstabilisert. Dette er ønskelig for å sikre at den kan holdes lagret og rebe-legges ved et senere stadium. Det hjelper også for å sikre fin emulsjon og effektiv belegging. Stabilitet av emulsjoner kan måles ved LCPC fransk standard "Laboratoire Centra-le des Ponts et Chemins" bruddsindeks (NFT 66.017) og kontrolleres normalt gjennom andel av anvendt emulgator. En større mengde emulgator kan anvendes i den første emulsjonen enn i den andre. Andel av emulgator i den første emulsjon velges slik at bruddsindeksen blir 190 eller høyere.

På den annen side velges andel av emulgator i den andre emulsjonen slik at det gir en bruddsindeks som ikke er høyere enn 190.

Av logistiske grunner kan den første og den andre emulsjon i hovedsak være identiske, og derved unngås behovet for å fremstille og lagre to ulike emulsjonstyper. På den andre side kan det være situasjoner der det ikke er ansett som en ulempe å anvende en første emulsjon med høy bruddsindeks og en andre emulsjon med lavere bruddsindeks.

Mengden emulgator i den første emulsjon kan være i området 0,8-2 vekt%, og mengden av emulgator i den andre emulsjon kan være i området 0,1-0,8 vekt%, basert på den totale vekt av emulsjon. Som allerede indikert, kan imidlertid mengdene av emulgator i begge emulsjoner være omlag den samme av logistiske grunner.

Kationiske emulgatorer foretrekkes, spesielt forbindelser som er et resultat av reaksjon av et amin med 10 eller flere karbonatomer med en uorganisk syre. Spesielt foretrukket er salter av talgpolyamin (mer spesielt i den første emulsjon) og talgdiamin.

Selv om den foretrukne andre emulsjon kan velges slik at den ikke er særlig lagringsstabil, inntreffer oppbrytning etter en kontrollert forsinkelse, dette sikrer en rask kohesjonsoppbygning i kaldblandinger.

For å oppnå 100% belegging av de endelige partikler er det viktig at en så fullstendig dekning av aggregat som mulig oppnås over hele partikkelstørrelsesspektret i den første beleggingen. Belegging bør være minst 80% fullstendig, fortrinnsvis 85% eller 90% eller mer. For å oppnå dette er det fordelaktig at emulsjonen er i form av svært fine og i hovedsak uniforme partikler. Fortrinnsvis har i det minste den første emulsjon en median partikkeldiameter i området 2-8 ^m, mer fortrinnsvis 2-6 ^m. Fortrinnsvis er standard avvik i median partikkeldiameter mindre enn 0,3, mer fortrinnsvis mindre enn 0,25. I den foretrukne fremgangsmåten som skal beskrives, fremstilles begge emulsjoner på samme måte. Dette kan oppnås for den første og fortrinnsvis også den andre emulsjon ved å gjøre bruk av en statisk blander eller et antall av serieforbundede statiske blandere.

En spesielt foretrukket flerstadiums statisk blandefrem-gangsmåte er den beskrevet i den europeiske patentsøknaden med publikasjonsnummer EP-A-283246. Følgelig omfatter den foreliggende foretrukne fremgangsmåte: (a) foring av bitumenet i en første statisk blander ved en temperatur over 50°C, (b) introduksjon av vann under trykk inn i den første statiske blander idet trykket er tilstrekkelig til å forhindre vesentlig fordampning av vannet, (c) introduksjon av emulgator i den første statiske blander, (d) blanding av bitumenet, vann og emulgator i den første statiske blander, (e) overføring av resulterende blanding fra den første statiske blander til den andre statiske blander, hvori temperaturen er lavere enn den rådende i den første statiske blander og under kokepunktet for vann, (f) sending av blandingen gjennom den andre statiske blander , og (g) fjerning av bitumenemulsjonsprodukt fra den andre statiske blander uten vesentlig tap av vann.

Temperaturen i den første statiske blander er fortrinnsvis i området 110-150°C, og trykket i den første statiske blander er fortrinnsvis i området 2-80 bar.

I den foretrukne fremgangsmåte utsettes blandingen som sendes gjennom den andre statiske blander for et trykktap og avkjøling, hvorved produktet erholdes ved hovedsakelig atmosfærisk trykk og en temperatur lavere enn 100°C.

Ved anvendelse av emulsjoner fremstilt ved fremgangsmåten i EP-A-283246, er det mulig å erholde 90% belegging av partiklene med et maksimum av 2,5 vekt%, for eksempel 2 vekt% eller mindre, gjenværende bitumen.

1-4 vekt%, for eksempel 1-3 vekt%, emulsjon settes fortrinnsvis til aggregatet i det første beleggingstrinnet og 3-7 vekt%, for eksempel 3-6 vekt%, i det andre trinnet (basert på vekten av belagt aggregat).

Bitumenet anvendt i den første emulsjon kan være et naturlig bitumen som er resultat av destillasjonen av råolje. Dette kan også anvendes i den andre emulsjon, selv om sistnevnte også kan være et modifisert eller fluksert bitumen.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse resulterer i kaldblandinger med høy yteevne, hvilke kaldblandinger lett blir "cored" og har utseendet av et varm-blandet materiale. De følgende eksempler illustrerer foreliggende oppfinnelse ytterligere.

I de følgende eksempler er to Kenics<®> statiske blandere som er beskrevet i "Chemineers Brochoure 800E" publisert i 1984 av Chemineer Ltd, anvendt i serier med utløpet fra den første blander førende direkte til innløpet av en blander med større diameter som beskrevet i EP-A-283246. Bitumen ved 130-170°C ble pumpet inn i den første blander. Vann og emulgator ble introdusert til bitumenet under trykk opp-strøms fra innløpet. Betingelsene i den første blander var: temperatur 110-150°C og trykk 10-80 bar. Produktet fra den første blander ble foret til den andre blander, og kjøle-fortynningsvann ble satt til ved innløpet av den andre blander. Betingelsene i den andre blander var slik at produktet ble erholdt ved atmosfærisk trykk og ved omlag 80-95°C. Aminemulgatoren ble i hvert tilfelle nøytralisert med tilstrekkelig saltsyre for å bringe den endelige emulsjonen til en pH i området 2-4,5.

EKSEMPEL 1

En første 60 vekt% emulsjon ble fremstilt (som ovenfor) fra naturlig 40/50 pen bitumen ved anvendelse av 1,3 vekt%

(basert på vekten av emulsjon) av talgpolyaminklorid (CECA Polyram<®> S, som kan erholdes fra Britisk Ceca Co. Ltd., London, Storbritannia.) som emulgator. Emulsjonen hadde de følgende karakteristikker: Median partikkeldiameter 3,8 ^m (målt med Coulter<®> counter) Standardavvik 0,16

Bruddsindeks 250

En kaldblanding ble fremstilt ved anvendelse av 2,2 vekt% av denne emulsjon og 0/20 mm diorittaggregat. Aggregatet var 100% belagt og ble funnet å være arbeidbart etter en ukes lagring.

En andre 60 vekt% emulsjon ble fremstilt på lignende vis fra 40/50 pen naturlig bitumen ved anvendelse av 0,2 vekt% talgdiaminklorid som emulgator. Karakteristikker av denne emulsjon er som følger:

Median partikkeldiameter 4,0 ^m

Standardavvik 0,16

Bruddsindeks 120

En kaldblanding ble fremstilt ved anvendelse av 2,2 vekt% av denne emulsjon og det forbelagte 0/20 mm diorittaggregat fra det første trinn. Diorittaggregat anvendes hyppig som et standard aggregat for denne typen eksperiment. Dette materialet var 100% belagt. Det hadde utseende av en varm blanding og ble funnet å være kohesivt etter komprimering.

EKSEMPEL 2

En første 60 vekt% emulsjon ble fremstilt (som ovenfor) fra naturlig 40/50 pen bitumen ved anvendelse av 1,3 vekt%

(basert på vekten av emulsjon) av talgpolyaminklorid (som i eksempel 1) som emulgator. Et litt lavere trykk ble anvendt enn i eksempel 1. Emulsjonen hadde de følgende karakteristikker:

Median partikkeldiameter 5,1 ^m

Standardavvik 0,22

Bruddsindeks 23 9

En kaldblanding ble fremstilt ved anvendelse av 2,2 vekt% av denne emulsjon og 0/10 mm diorittaggregat. Aggregatet var 100% belagt og ble funnet å være arbeidbart etter to ukers lagring.

En andre 60 vekt% emulsjon ble fremstilt på lignende vis fra 40/50 pen naturlig bitumen ved anvendelse av 0,2 vekt% talgpolyaminklorid som emulgator. Karakteristikkene av emulsjonen er som følger:

Median partikkeldiameter 5,2 ^m

Standardavvik 0,22

Bruddsindeks 110

En kaldblanding ble fremstilt ved anvendelse av 6,0 vekt% av denne emulsjon og det prebelagte 0/10 mm diorittaggregat fra det første trinn. Dette materialet var 100% belagt og hadde utseende av en varmb 1 anding. En plate ble produsert og "cored" etter tre ukers lagring ved romtemperatur. Dynamisk moduli- og tretthetsatferd ble bestemt med de følgende resultater ved anvendelse av "Esso Road Design Technology" (ERDT) teknikk beskrevet i Celard, B., Procee-dings of the 4th International Conference, Structural Design of Asphalt Pavements, Ann Arbor 1977, bind 1, side 26.

Tretthetsatferd av materialer anvendt i dette eksemplet er

beskrevet ved den følgende likning:

log.o (AO = [- 2,985 log10 ( e0)] - 7,724

ved lOoC og 10 Hz.

I denne likning er N antall cykler før sammenbrudd, og 8o 5 er den opprinnelige belastning.

Vi tror at dette er første tilfellet hvor tretthetsatferd av en kaldblanding har blitt bestemt på denne måte.

I dette eksemplet ble ikke bare platen lett "cored", men klare modulusmålinger var mulige.

3 EKSEMPEL 3

Fremstilling av de forbelagte partikler eller (første trinn kaldblanding) gjentok prosedyren i eksempel 2.

En 65 vekt% emulsjon ble fremstilt på lignende måte fra et

bitumen med 180/220 pen fluksert med 6 vekt% kerosen ved 5 anvendelse av 0,2 vekt% talgpolyaminhydroklorid som emulgator .

En kaldblanding ble fremstilt ved anvendelse av 2,2 vekt% av denne emulsjon og det forbelagte aggregat fra det første trinn. Karakteristikker av denne emulsjon er som følger:

) Median partikkeldiameter 7,5 ^m

Standardavvik 0,18

Bruddsindeks 14 8

En fullstendig belegging ble erholdt, og den resulterende

kaldblandingen ble funnet å ha ypperlige lagringsegenska-5 per.

EKSEMPEL 4

Fremstilling av de forbelagte partiklene eller (første trinn kaldblanding) gjentok prosedyren i eksempel 2.

En 65 vekt% emulsjon ble fremstilt på lignende måte fra et naturlig 180/220 pen bitumen modifisert med 5 vekt% SBS polymer med Mn omlag 200.000, ved anvendelse av 0,2 vekt% talgpolyaminklorid (som i eksempel 1) som emulgator.

En kaldblanding ble fremstilt ved anvendelse av 2,2 vekt% av denne emulsjon og det forbelagte 0/20 mm diorittaggregat fra det første trinn. En fullstendig belegging ble erholdt.

En plate ble fremstilt og "cored" etter tre ukers lagring ved romtemperatur. Dynamisk modulus ble målt med de føl-gende resultater:

Tretthetsatferd ble også bestemt ved anvendelse av likning for lOoC og 10 Hz:

log.o ( N) = [- 2,911 log10 ( e o)] - 6,648

hvori N og eo har betydningene som oppgitt i eksempel 2.

Koeffisienter og konstanter i likningen refererer til materialer anvendt i eksempel 4. De skiller seg fra sine motparter i eksempel 2 idet de anvendte materialer i eksempel 2 er ulike.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en bitumenholdig kaldblanding for veibygging og lignende underlagsbruk, karakterisert ved at den omfatter trinnene : (a) å påføre et aggregat av blandet partikkelstørrelse en første bitumenemulsjon med en høy bruddsindeks på mer enn 190, ifølge NFT 66.017, for å belegge minst 80% av aggregatoverflaten med maksimalt 5 vekt% gjenværende bitumen; og (b) å påføre det belagte aggregat fra trinn (a) en andre bitumenemulsjon med et bruddsindeks som ikke er høyere enn 190, ifølge NFT 66.017, for å fremstille fullstendig belagte aggregatpartikler.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 karakterisert ved at trinn (a) tilveiebringer nevnte belegg med maksimalt 2,5 vekt% gjenværende bitumen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller krav 2, karakterisert ved at bitumenet i den første og andre emulsjon begge har et mykningspunkt (NFT 66.008) i området 20-85 og en penetrasjon (pen-verdi) (NFT

66.004) i området 20-80.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at bitumenet i den første emulsjon har en pen-verdi i området 20-80, fortrinnsvis 35-55.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at bitumenet i den andre emulsjon har en pen-verdi lik eller større enn ver-dien for bitumenet i den første emulsjon.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at bitumenet i den andre emulsjon er et polymermodifisert bitumen, og hvori polymeren kan ha en antallgjennomsnittlig molekylvekt (Mn) i området 2000-300.000.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at bitumenet i den andre emulsjon er fluksert.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at 1-4 vekt%, fortrinnsvis 1-3 vekt%, basert på vekten av belagt aggregat, i den første emulsjon anvendes i trinn (a) og/eller 3-7 vekt% fortrinnsvis 3-6 vekt%, basert på vekten av belagt aggregat av den andre emulsjon anvendes i trinn (b).

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at i det minste den første emulsjon har en partikkeldiameter i området 2-8 fortrinnsvis 2-6 ^m, med et standardavvik på mindre enn 0,3, fortrinnsvis ikke mer enn 0,25.

10. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-9, karakterisert ved at i det minste den første emulsjon er fremstilt ved anvendelse av en statisk blander eller et antall av serie-koblede statiske blandere.

11. Anvendelse av bitumenholdig kaldblanding-sammensetning fremstilt ifølge hvilket som helst av kravene 1-10, for belegging av vei eller lignende areal.