專利名稱：生產(chǎn)鋪路瀝青組合物的方法
生產(chǎn)鋪路瀝青組合物的方法這個非臨時申請依賴于2009年2月19日申請的美國臨時申請系列No. 61/153673 的申請日，并且是在其十二(12)個月內(nèi)申請的，其在此引入作為參考，并且按照35 USC § 1. 19(e)要求其優(yōu)選權(quán)。
背景技術(shù)：
為了修建承重浙青路面，最常使用的是熱混鋪路浙青組合物。熱混鋪路浙青組合物主要由集料和浙青粘合劑組成。它們通常是通過將預(yù)熱的集料和熱的浙青粘合劑在批次的或者連續(xù)的混合裝置中混合來生產(chǎn)的。在與熱浙青粘合劑混合之前，將集料加熱到超過150°C 的溫度，來定量的除去表面和孔二者中結(jié)合的濕氣。將該浙青粘合劑加熱到典型的超過 143°C的溫度來降低產(chǎn)品的粘度和使得它適于通過常規(guī)的液體轉(zhuǎn)移裝置例如泵來泵送。在離開混合裝置時，所形成的熱混鋪路浙青組合物典型的溫度超過143°C。這種高溫鋪路浙青組合物典型的被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱作熱混浙青(“HMA”)。在生產(chǎn)HMA鋪路組合物中因為兩個主要原因而需要高溫。第一，高溫確保了從集料中完全除水。濕集料不能被浙青粘合劑包覆。第二，高溫確保了浙青粘合劑保持在低的粘度。低粘度的浙青粘合劑使得最終的 HMA能夠在混合生產(chǎn)和路面修建的全部單元操作中能夠使用。還已知的是水包油浙青乳液和油包水浙青分散體(逆乳液)可以用來在比這些典型的HMA方法更低的溫度來生產(chǎn)鋪路浙青組合物和構(gòu)建承重浙青路面。在US專利公開No. 2007/039520和2008/060551中，Crews等人教導(dǎo)了通過這樣的方法來生產(chǎn)適于浙青路面結(jié)構(gòu)的鋪路浙青組合物，該方法包括將浙青乳液與集料在60°C -140°C的溫度混合，其中該水包油浙青乳液包含大約50-75重量％的浙青，大約 0. 05-2. 0重量％的乳化劑，和大約25-50重量％的水。將該浙青乳液傳遞到工作位置，并且與集料在高溫混合裝置中混合來生產(chǎn)鋪路浙青組合物。同樣，加入到該高溫混合裝置中的水量將超過該鋪路浙青組合物的1.0重量％。這個水在該混合裝置中轉(zhuǎn)化成蒸氣，并且該蒸氣會導(dǎo)致該混合加工裝置中例如過濾器和袋濾室中結(jié)垢。此外，該蒸氣會與空氣攜帶的灰塵(在混合方法過程中產(chǎn)生)混合來在設(shè)備廢氣裝置的空氣過濾器中形成泥漿狀障礙物。 這種泥漿狀障礙物限制了空氣流過該廢氣裝置，因此造成混合生產(chǎn)率的降低。在US專利No. 7四7204中，Crews等人教導(dǎo)了通過這樣的方法來生產(chǎn)適于浙青路面結(jié)構(gòu)的鋪路浙青組合物，該方法包括將逆浙青乳液與集料在60°C _140°C的溫度混合，其中該逆浙青乳液包含大約75-95重量％的浙青，大約0. 05-2. 0重量％的乳化劑，和大約5_25 重量％的水。將該逆浙青乳液傳遞到工作位置，并且與集料在高溫混合裝置中混合來生產(chǎn)鋪路浙青組合物。該浙青逆乳液中的水在該混合裝置中轉(zhuǎn)化成蒸氣，其將使得該混合加工裝置結(jié)垢和形成泥漿狀障礙物，其限制了空氣流過廢氣裝置。因此，這就需要一種在比這些典型的HMA方法低的溫度來生產(chǎn)適于構(gòu)建承重浙青路面的鋪路浙青組合物的方法，其中該生產(chǎn)方法使得在集料與浙青粘合劑混合的混合操作中所產(chǎn)生的水蒸氣造成的前述問題最小
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種在比那些典型的HMA方法低的溫度來生產(chǎn)適于構(gòu)建承重浙青路面的鋪路浙青組合物(bituminous paving composition)的方法，其中該生產(chǎn)方法使得在集料與浙青粘合劑混合操作過程中所產(chǎn)生的水蒸氣的含量最小。在該混合操作過程中存在的水含量被降低來使得所產(chǎn)生的蒸氣含量最小，同時允許同時分散該乳化劑和浙青。具有提高的鋪路性能的鋪路浙青組合物是通過混合集料，非乳化浙青和高濃度乳化劑浙青乳液來生產(chǎn)的。這里，措詞“高濃度乳化劑浙青乳液”指的是用基于最終的乳液的重量為高濃度的乳化劑所制造的乳液。所公開的高濃度乳化劑浙青乳液具有比常規(guī)的浙青分散體更好的表面活性劑分散性能，由此提高了在60°C -140°C的溫度范圍內(nèi)生產(chǎn)該鋪路浙青組合物的過程中，對于集料的混合和包覆。此外，本發(fā)明的浙青乳液包含高含量的乳化劑。同樣，可以將期望含量的表面活性劑傳遞到混合操作，而無需同時加入大量的水。所公開的浙青組合物可在比常規(guī)的熱混浙青組合物低得多的溫度用于路面結(jié)構(gòu)中，并且它仍然以與那些熱混鋪路浙青組合物相當(dāng)?shù)乃俾蕘硇纬烧澈蠌?qiáng)度和承重強(qiáng)度性能。
具體實施例方式本發(fā)明現(xiàn)在將在下文中更充分的描述，但是并非表示了本發(fā)明全部的實施方案。 實際上，這些公開內(nèi)容可以體現(xiàn)為許多不同的形式，并且不應(yīng)當(dāng)解釋為對這里所提出的實施方案的限制；而是提供了這些實施方案來使得本發(fā)明滿足所適用的法律要求。本發(fā)明中的術(shù)語“浙青”或者“含浙青的”指的是天然存在的浙青和改性浙青。它們也稱作“柏油”。適用于本發(fā)明的這樣的材料的例子包括但不限于天然存在的浙青，源自于原油的浙青，獲自裂化方法的石油浙青，煤焦油，聚合物改性的浙青，橡膠處理的浙青，含有再循環(huán)的輪胎材料的橡膠處理的浙青，酸改性的浙青，蠟改性的浙青及其組合。此外，鋪路粘合劑可以用作本發(fā)明的浙青成分。這樣的鋪路粘合劑的例子包括但不限于源自于天然或者合成來源的樹脂質(zhì)的或者聚合物材料。本發(fā)明的浙青組合物可以作為鋪路組合物，用于承重路面以及用于高速交通路 本發(fā)明的鋪路浙青組合物包括
(a)高濃度乳化劑浙青乳液，該乳液包含
(a. 1)基于該乳液總重量為大約45%-大約98%的浙青，該浙青的特征在于針入度 (penetration number)小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的， (a. 2)基于(a. 1)的浙青重量為大約1-大約20重量％的乳化劑添加劑， (a. 3)水，該水處于完成該乳液的量；
(b)非乳化浙青，該浙青的針入度小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的；和
(c)集料， 其中
(i)來自(a)的高濃度乳化劑浙青的浙青和來自(b)非乳化浙青的浙青的合計重量是大約1%_大約20%，基于該浙青組合物的總重量，和
(ii)集料的重量量是大約80%-大約99%，基于該浙青組合物的總重量。
該本發(fā)明的鋪路浙青組合物包括
(a)高濃度乳化劑浙青乳液，該乳液包含
(a. 1)基于該乳液總重量為大約45%-大約98%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于 220dmm,其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，
(a. 2)基于(a. 1)的浙青重量為大約2-大約20重量％的乳化劑添加劑， (a. 3)水，該水處于完成該乳液的量；
(b)非乳化浙青，該浙青的針入度小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的；和
(c)集料， 其中
(i)來自(a)的高濃度乳化劑浙青的浙青和來自(b)非乳化浙青的浙青的合計重量量是大約1%_大約20%，基于該浙青組合物的總重量，和
(ii)集料的重量量是大約80%-大約99%，基于該浙青組合物的總重量。本發(fā)明的鋪路浙青組合物包括
(a)高濃度乳化劑浙青乳液，該乳液包含
(a. 1)基于該乳液總重量為大約45%-大約75%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于 220dmm,其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，
(a. 2)基于(a. 1)的浙青重量為大約1-大約20重量％的乳化劑添加劑， (a. 3)水，該水處于完成該乳液的量；
(b)非乳化浙青，該浙青的針入度小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的；和
(c)集料， 其中
(i)來自(a)的高濃度乳化劑浙青的浙青和來自(b)非乳化浙青的浙青的合計重量量是大約1%_大約20%，基于該浙青組合物的總重量，和
(ii)集料的重量量是大約80%-大約99%，基于該浙青組合物的總重量。在一種實施方案中，該鋪路浙青組合物包括
(a)高濃度乳化劑浙青乳液，該乳液包含
(a. 1)基于該乳液總重量為大約45%-大約75%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于 220dmm,其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，
(a. 2)基于(a. 1)的浙青重量為大約1-大約20重量％的乳化劑添加劑， (a. 3)水，該水處于完成該乳液的量；
(b)非乳化浙青，該浙青的針入度小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的；和
(c)集料， 其中
(i)來自(a.1)的浙青與來自(b)的非乳化浙青的重量分?jǐn)?shù)比是大約0.0135-大約 247. 5，和
(ii)來自(a.1)的浙青和(b)的非乳化浙青二者之和與(c)的集料的重量分?jǐn)?shù)比是大約0. 01-大約0. 5。本發(fā)明的浙青組合物可以進(jìn)一步包括添加劑。這樣的添加劑的例子包括但不限于礦物添加劑例如石灰和水泥；和纖維添加劑例如纖維素，玻璃和聚合物纖維。此外，再生的浙青路面材料可以用作添加劑。該添加劑可以與集料供料一起引入。為了生產(chǎn)所公開的鋪路浙青組合物，可以使用不同的次序來合并該高濃度乳化劑浙青乳液，該非乳化浙青和集料。例如，該高濃度乳化劑浙青乳液和該非乳化浙青可以首先混合，然后將所形成的混合物加入到集料中。當(dāng)期望時，該集料和該非乳化浙青可以首先混合，然后將高濃度乳化劑浙青乳液加入到所形成的混合物中?？蛇x擇的，該集料和該高濃度乳化劑浙青乳液可以首先混合，然后將該非乳化浙青加入到所形成的混合物中。同樣，當(dāng)適當(dāng)時，該高濃度乳化劑浙青乳液和該非乳化浙青可以同時加入到集料中。應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以調(diào)節(jié)該混合順序以適應(yīng)所選擇的混合操作方法。在一種實施方案中，所公開的鋪路浙青組合物是通過這樣的方法來生產(chǎn)的，該方法包括步驟
(A)制備高濃度乳化劑浙青乳液，該乳液包含
(i)基于該乳液總重量為大約45%-大約98%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于 220dmm,其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，
( )基于(i)的浙青重量為大約1-大約20重量％的乳化劑添加劑，和 (iii)水，該水處于完成該乳液的量；和
(B)將該高濃度乳化劑浙青乳液與非乳化浙青合并來產(chǎn)生浙青粘合劑組分，所述的非乳化浙青的針入度小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的；和
(C)通過將該浙青粘合劑組分與預(yù)熱的集料混合，來生產(chǎn)溫度范圍約50°C-約140°C的浙青組合物；
其中
來自步驟(A)的高濃度乳化劑浙青的浙青和來自步驟(B)的非乳化浙青的浙青的合計重量量是大約1%_大約20%，基于該浙青組合物的總重量，和
集料的重量量是大約80%-大約99%，基于該浙青組合物的總重量。在一種實施方案中，所公開的鋪路浙青組合物是通過這樣的方法來生產(chǎn)的，該方法包括步驟
(A)制備高濃度乳化劑浙青乳液，該乳液包含
(i)基于該乳液總重量為大約45%-大約98%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于 220dmm,其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，
( )基于(i)的浙青重量為大約1-大約20重量％的乳化劑添加劑，和 (iii)水，該水處于完成該乳液的量；和
(B)將該高濃度乳化劑浙青乳液與預(yù)熱的集料合并，來提供浙青乳液-集料混合物；
(C)向該浙青乳液-集料混合物中加入針入度小于220dmm的非乳化浙青，來生產(chǎn)溫度范圍為大約50°C -大約140°C的浙青組合物，所述的針入度是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C 來測量的，
其中
來自步驟(A)的高濃度乳化劑浙青的浙青和來自步驟(B)的非乳化浙青的浙青的合計重量量是大約1%_大約20%，基于該浙青組合物的總重量，和
集料的重量是大約80%-大約99%，基于該浙青組合物的總重量。在一種實施方案中，所公開的鋪路浙青組合物是通過這樣的方法來生產(chǎn)的，該方法包括步驟
(A)制備高濃度乳化劑浙青乳液，該乳液包含
(i)基于該乳液總重量為大約45%-大約98%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于 220dmm,其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，
( )基于(i)的浙青重量為大約1-大約20重量％的乳化劑添加劑，和 (iii)水，該水處于完成該乳液的量；和
(B)將預(yù)熱的集料與針入度小于220dmm的非乳化浙青混合，來生產(chǎn)浙青-集料混合物； 所述的針入度是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C來測量的，和
(C)將高濃度乳化劑浙青乳液與步驟(B)的浙青-集料混合物合并； 其中
來自步驟(A)的高濃度乳化劑浙青的浙青和來自步驟(B)的非乳化浙青的浙青的合計重量量是大約1%_大約20%，基于該浙青組合物的總重量，和
集料的重量量是大約80%-大約99%，基于該浙青組合物的總重量。在一種實施方案中，所公開的鋪路浙青組合物是通過這樣的方法來生產(chǎn)的，該方法包括步驟
(A)制備高濃度乳化劑浙青乳液，該乳液包含
(i)基于該乳液總重量為大約45%-大約98%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于 220dmm,其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，
( )基于(i)的浙青重量為大約1-大約20重量％的乳化劑添加劑，和 (iii)水，該水處于完成該乳液的量；和
(B)提供針入度小于220dmm的非乳化浙青，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量
的；
(C)將高濃度乳化劑浙青乳液和該非乳化浙青同時加入到預(yù)熱的集料中，和， 其中
來自步驟(A)的高濃度乳化劑浙青的浙青和來自步驟(B)的非乳化浙青的浙青的合計重量量是大約1%_大約20%，基于該浙青組合物的總重量，和
集料的重量量是大約80%-大約99%，基于該浙青組合物的總重量。當(dāng)期望時，上述方法的步驟(A)中的高濃度乳化劑浙青乳液可以包含
(i)基于該乳液總重量為大約45%-大約98%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于 220dmm,其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，
( )基于(i)的浙青重量為大約2-大約20重量％的乳化劑添加劑，和 (iii)水，該水處于完成該乳液的量。在一種實施方案中，上述方法的步驟(A)中的高濃度乳化劑浙青乳液可以包含 (i)基于該乳液總重量為大約45%-大約75%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于
220dmm,其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，
( )基于(i)的浙青重量為大約1-大約20重量％的乳化劑添加劑，和(iii)水，該水處于完成該乳液的量。在一種實施方案中，通過上述方法所生產(chǎn)的鋪路浙青組合物的特征在于
來自步驟(A)的高濃度乳化劑浙青的浙青和來自步驟(B)的非乳化浙青的浙青的合計重量量是大約1%_大約20%，基于該浙青組合物的總重量，和
集料的重量量是大約80%-大約99%，基于該浙青組合物的總重量。在一種實施方案中，所公開的方法生產(chǎn)了這樣的浙青組合物，其不存在針入度大于220dmm的浙青，該針入度根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的。在所公開方法的一種實施方案中，在與其他組分合并來生產(chǎn)鋪路浙青組合物之前，步驟(A)的高濃度乳化劑浙青乳液的溫度是大約25°C -大約95°C。在所公開方法的一種實施方案中，在與其他組分合并來生產(chǎn)鋪路浙青組合物之前，將集料預(yù)熱到大約60°C -大約140°C的溫度。瀝青
任何已知的浙青(其滿足性能級別，粘度級別或者針入度級別的規(guī)格)可以用于本發(fā)明中。用于本發(fā)明的合適的集料可以具有滿足適當(dāng)?shù)倪\輸部門所制定的適用于承重路面結(jié)構(gòu)的規(guī)格的性能。本發(fā)明所用的浙青的針入度小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C來測量的。處于這個針入度范圍內(nèi)的浙青被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱作“硬浙青”。用于本發(fā)明的合適的浙青可以是浙青、改性的浙青及其組合。作為此處使用的，“浙青”和“改性的浙青”是那些，其表現(xiàn)出在特定的氣候條件下適于鋪路應(yīng)用的流變性能，例如符合公路戰(zhàn)略研究計劃 (Strategic Highway Research Program(SHRP))路面粘合劑規(guī)格的這些浙青。此外，該浙青可以符合粘度分級和/或針入度分級浙青的規(guī)格。適用于本發(fā)明的浙青例子包括但不限于天然存在的浙青，源自于原油的浙青，獲自裂化方法的石油浙青，煤焦油，聚合物改性的浙青，橡膠處理的浙青，含有再循環(huán)的輪胎材料的橡膠處理的浙青，酸改性的浙青，蠟改性的浙青，及其組合。此外，鋪路粘合劑可以用作本發(fā)明中的浙青組分。合適的這樣的鋪路粘合劑包括但不限于源自于天然或者合成來源的樹脂質(zhì)的或者聚合物材料。用于本發(fā)明的合適的浙青可以包括但不限于天然存在的浙青例如湖浙青、硬浙青和硬浙青衍生物；源自于原油的浙青；獲自裂化方法的石油浙青；煤焦油；及其組合。此外， 適用于本發(fā)明的浙青可以包含來自于再循環(huán)輪胎的再循環(huán)碎末橡膠。應(yīng)當(dāng)理解浙青或者含浙青物還可以稱作柏油。合適的改性的浙青可以包含改性浙青生產(chǎn)中性能滿足性能分級標(biāo)準(zhǔn)的任何添加劑。這些添加劑可以包括但不限于天然橡膠，合成橡膠，塑性體，熱塑性樹脂，熱固性樹脂， 彈性體及其組合。這些添加劑的例子包括但不限于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，苯乙烯-丁二烯-橡膠(SBR)，聚異戊二烯，聚丁烯，丁二烯-苯乙烯橡膠，乙烯基聚合物，乙烯乙酸乙烯酯，乙烯乙酸乙烯酯衍生物等等。在期望時，該改性的浙青可以包含通常用于浙青乳液生產(chǎn)中的另外的添加劑，來調(diào)整最終的鋪路浙青組合物的特性。這樣的另外的添加劑包括但不限于苯乙烯-丁二烯-橡膠乳膠；聚異戊二烯乳膠；鹽；酸改性劑例如聚磷酸，粗妥爾油，蒸餾的妥爾油酸，妥爾油浙青及其衍生物；蠟改性劑例如褐煤蠟，蜂蠟和費-托蠟；再生劑，及其組合。
乳化劑添加劑
本發(fā)明所用的乳化劑添加劑在^rc的溫度和小于ο. ι重量％的含水濃度時，在浙青和水之間的界面張力可以小于40達(dá)因/cm。該乳化劑添加劑可以包括陰離子表面活性劑，陽離子表面活性劑，兩性表面活性劑，非離子表面活性劑及其組合。用于本發(fā)明的合適的乳化劑添加劑可以具有高溫剪切穩(wěn)定性，用于混合和隨后該浙青組合物的壓實所需，作為浙青膜和集料之間的界面張力，這樣來保持強(qiáng)的粘合結(jié)合，并且防止水損壞路面?？梢赃x擇乳化劑添加劑配方來控制分散性能例如界面粘度，Marangoni效應(yīng)，和在本發(fā)明的高溫(即，大約50°C -大約120°C )時界面浙青溶解性和同時處于低的表面活性劑劑量。同樣可以選擇該乳化劑添加劑的劑量來賦予最終乳液以目標(biāo)界面性能。避免了高的表面活性劑劑量，因為它們是昂貴的。此外，高的乳化劑添加劑劑量導(dǎo)致了壓縮強(qiáng)度低的形成速率，和提高了最終路面中的濕氣敏感性。集料
用于鋪路材料和道路結(jié)構(gòu)、道路修復(fù)、道路維修和道路維護(hù)中的任何源自于天然或者合成來源的集料可以用于本發(fā)明中。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明中的“集料”還包括再生的浙青路面 (RAP)。如同在任何構(gòu)建方法中一樣，用于浙青鋪路應(yīng)用的集料的選擇基于許多標(biāo)準(zhǔn)， 包括物理性能，與打算用于該構(gòu)建方法中的浙青的相容性，可獲得性和提供這樣的最終路面能力，該最終路面滿足在工程設(shè)計壽命內(nèi)設(shè)計用于交通的路面層的性能規(guī)格。在集料性能中對于成功的道路結(jié)構(gòu)來說關(guān)鍵的是分級，其指的是給定尺寸的集料粒子的百分?jǐn)?shù)。對于大部分承重浙青路面來說，三種分級是常規(guī)的密級配(dense graded)，缺級配 (gap-graded)和開級配(open-graded)。密級配集料表現(xiàn)出每單位集料最大的礦物表面積。開級配集料主要組成為單個的、大尺寸(例如大約0. 375英寸-大約1. 0英寸)的石頭，具有非常少量(典型的小于總集料的大約2%)的細(xì)物(小于0. 25英寸的材料)或者填料(小于0.075mm的礦物材料)。缺級配集料處于密級配和開級配種類之間。再生的浙青路面(RAP)材料通常反映了該再生的材料獲自其中的路面的分級。如果初始路面是密級配混合物，則RAP通常也將是密級配的，雖然通常觀察到RAP填料部分低于初始集料規(guī)格的設(shè)計限制。通常用于生產(chǎn)鋪路浙青組合物的任何集料都適用于本發(fā)明中。它們包括但不限于密級配集料，缺級配集料，開級配集料，石頭基質(zhì)浙青，再生的浙青路面，再生的屋頂瓦片及其混合物。沒有完全干燥的集料也可以用于本發(fā)明中。高濃度乳化劑瀝青乳液
所公開的浙青乳液可以用與鋪路浙青組合物相同的設(shè)備來生產(chǎn)。該高濃度乳化劑乳液可以使用幾種混合技術(shù)來生產(chǎn)。它們包括但不限于使用下面類型的混合裝置來混合浙青和水高剪切膠體磨，靜態(tài)在線混合器，高剪切混合器和高剪切噴嘴裝置。此外，該高濃度乳化劑乳液可以如下來生產(chǎn)直接將水注入到浙青的加工流中，這樣，由該水注入所產(chǎn)生的剪切足以分散和混合水滴到浙青流中和提供浙青乳液。該高濃度乳化劑浙青乳液可以在大約 80°C -大約95°C的溫度范圍，使用這種混合方法來生產(chǎn)，在生產(chǎn)后，注入到混合室，在混合室中，將它與溫度大約60°C -大約140°C的集料混合來產(chǎn)生溫度大約60°C -大約140°C的鋪路浙青組合物。該適用于本發(fā)明的高濃度乳化劑浙青乳液可以是水包油乳液或者油包水乳液。本發(fā)明的浙青乳液可以是無溶劑的。環(huán)境考慮已經(jīng)驅(qū)使降低，直至取消鋪路浙青乳液中的有機(jī)溶劑。但是，因為技術(shù)原因，在獲得本發(fā)明之前，完全取消全部鋪路應(yīng)用中的有機(jī)溶劑還是不可行的。在某些地區(qū)，術(shù)語“無溶劑”定義為包括少量的有機(jī)溶劑。例如， “無溶劑”在賓夕法尼亞洲中一度定義為包括高達(dá)4%的有機(jī)溶劑。因此在本發(fā)明中，在期望時，該浙青乳液可以包含至少一種溶劑(例如石腦油，煤油，柴油，軟化油，生物溶劑等等)， 其量小于促進(jìn)下面任一所需1)在環(huán)境溫度混合該浙青組合物來產(chǎn)生完全包覆的集料，或者2)在環(huán)境溫度壓實該浙青組合物。在所公開的浙青乳液中溶劑的含量可以小于5%，基于乳液總重量。在一種實施方案中，在所公開的浙青乳液中溶劑含量小于大約1%，基于乳液總重量。作為此處使用的，術(shù)語“環(huán)境溫度”表示小于大約40°C的環(huán)境溫度。鋪路瀝青組合物
如所述的，該高濃度乳化劑浙青乳液，非乳化浙青和集料的混合次序可以根據(jù)所選擇用于混合操作的方法來調(diào)整。在所公開的鋪路浙青組合物的生產(chǎn)過程中，該高濃度乳化劑中的水基本上在混合操作過程中，在這種所選擇的混合溫度蒸發(fā)。這個水含量可以降低到小于乳液的5重量％。 在一些實施方案中，該水含量可以降低到小于乳液的1重量％。用于制備本發(fā)明的浙青組合物的該高乳化劑濃度浙青乳液具有比US專利公開 No. 2007/039520和2008/060551中所用的浙青乳液更低的水含量；所以，在混合操作中所產(chǎn)生的蒸氣被降低，這樣混合操作過程中的結(jié)垢和過濾問題會最小化。此外，表面活性劑在所公開的浙青組合物中的分散優(yōu)于US專利No. 7297204中的浙青組合物，這產(chǎn)生了更徹底包覆的具有提高的路面性能的鋪路浙青組合物。所公開的浙青組合物可以在遠(yuǎn)低于常規(guī)的熱混浙青組合物的溫度用于路面結(jié)構(gòu)中，并且它仍然以與那些熱混鋪路浙青組合物相當(dāng)?shù)乃俾市纬闪苏澈蠌?qiáng)度和承重強(qiáng)度性能。為了鋪設(shè)表面，熱混浙青組合物的溫度必須典型的超過143°C。另一方面，對于鋪路應(yīng)用來說，所公開的浙青組合物的溫度可以低于120°C。一旦施用到待鋪設(shè)的表面上，所公開的浙青組合物可以根據(jù)期望，使用鋪路應(yīng)用中已知的任何壓實方法來壓實。在一種實施方案中，將所施用的浙青組合物壓實到與在超過140°C的溫度所制造的熱混路面組合物相當(dāng)?shù)目諝饪昭ê?，并且具有基本等價的集料分級和浙青含量。在一種實施方案中，將所施用的浙青組合物壓實到以與在超過140°C的溫度所制造的熱混路面組合物相當(dāng)?shù)乃俾蕘硇纬沙兄貜?qiáng)度，并且具有基本等價的集料分級和浙青含量。本發(fā)明的方法適用于薄升板法覆蓋鋪路應(yīng)用中。薄升板法覆蓋是一種維護(hù)鋪路技術(shù)，其通常包括放置根據(jù)常規(guī)熱混方法，在通常超過165°C的溫度生產(chǎn)的浙青組合物的薄升板(thin lift)，并且在所處場合相應(yīng)的溫度施加到現(xiàn)有的、損壞的路面表面。目前使用熱混浙青組合物的薄升板工藝通常具有兩個主要的不足。第一，該熱浙青組合物傾向于快速冷卻，這使得它難以在環(huán)境溫度延伸(即，鋪展)到現(xiàn)有的需要維修的道路表面上。由熱浙青材料所制造的薄升板的這種快速冷卻還會導(dǎo)致相當(dāng)差的壓實。這種由于快速冷卻而發(fā)生于結(jié)構(gòu)中的問題(例如，延伸，鋪展和壓實)在使用聚合物改性的浙青時會變嚴(yán)重。聚合物改性的浙青在給定溫度具有比未改性的浙青更高的粘度。因此，在給定的構(gòu)建溫度，用聚合物改性的浙青制造的熱混浙青組合物(具有集料的混合物)比由未改性的浙青制成的等價的浙青組合物更粘稠。作為這種粘度和流動阻力提高的結(jié)果，用聚合物改性的浙青制成的薄升板浙青組合物表現(xiàn)出在處理和構(gòu)建方面甚至更大的問題。在期望時，本發(fā)明的方法和浙青組合物可以用于生產(chǎn)浙青鋪路塊。在這種技術(shù)中， 將浙青乳液和集料混合來形成浙青組合物，將其流延到模具中，壓實和使其固化。該固化塊 (或者磚)用于修建路面。在一種實施方案中，將所公開的浙青組合物流延到模具中，并且在大約50°C-大約120°C的溫度壓實。在另外一種實施方案中，將所公開的浙青組合物流延到模具中，并且在大約80°C -大約100°C的溫度壓實。由于本發(fā)明的浙青組合物所表現(xiàn)出的提高的壓實(這導(dǎo)致更高的密度和更高的強(qiáng)度)和加速的固化速率(這導(dǎo)致提高的生產(chǎn)速率和提高的制造經(jīng)濟(jì)性)，本發(fā)明的方法和浙青組合物提供了相對于使用傳統(tǒng)冷混鋪路組合物的這些塊的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。在期望時，本發(fā)明的浙青組合物可以使用原位生產(chǎn)方法來生產(chǎn)。這樣的原位操作包括原位再循環(huán)操作例如在適當(dāng)位置的熱再循環(huán)，在這里老化的、損壞的路面可以用多種便攜加熱器裝置加熱，切割和與浙青材料重新結(jié)合來產(chǎn)生再生的鋪路組合物。該再生的鋪路組合物是在通車車道的寬度上延伸的，并且壓實來產(chǎn)生再生的路面通車表面。在生產(chǎn)該浙青組合物和將它們用于鋪路應(yīng)用之間的時間內(nèi)，所公開的浙青組合物可以保持在大約50°C-大約120°C的溫度。它可以在封閉系統(tǒng)中(例如相當(dāng)大的存儲器， 存儲倉，覆蓋的運輸車輛等)保持在這些溫度來防止?jié)駳庹舭l(fā)。已知的用于混合浙青乳液和集料的方法和裝置(其是固定的或者移動的)可以用于生產(chǎn)所公開的鋪路浙青組合物，例如批次攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)鼓，或者連續(xù)的類型。術(shù)語“移動的” 包括但不限于用于原位和適當(dāng)位置操作的裝置。攪拌機(jī)在乳液與粗集料和/或RAP、細(xì)物和填料研磨時賦予了它高的剪切。在這些高剪切混合器中，集料和/或RAP (其在轉(zhuǎn)鼓或者批次混合器中加熱到規(guī)定的加工溫度)翻轉(zhuǎn)沿著傾斜的轉(zhuǎn)鼓向下，同時將浙青乳液噴涂到熱集料和/或RAP上，這產(chǎn)生了乳液處理的集料和/或RAP，其通過轉(zhuǎn)鼓混合器翻轉(zhuǎn)向下。大部分轉(zhuǎn)鼓混合器的內(nèi)壁排列有翼片，其重復(fù)的截獲混合物，在轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時將它舉起，并且將它沉積回到轉(zhuǎn)鼓底部。轉(zhuǎn)鼓和批次設(shè)備能夠吞吐數(shù)百噸鋪路材料每小時。提供下面的實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，并且不解釋為以任何方式對本發(fā)明的限制。實施例1
所用浙青是性能分級的浙青PG64-22。但是，其他粘度分級的、針入度分級的和性能分級的浙青也適用于本發(fā)明。所用集料是Sanders Brothers密級配12. 5mm NMAS0其他符合Superpave集料品質(zhì)和性能規(guī)格的密級配集料也可以用于本發(fā)明中。高乳化劑濃度浙青乳液是如下來制備的在膠體磨中研磨大約42份的溫度大約 20-80°C的4. 7%的活性表面活性劑添加劑與大約58份的溫度大約150°C的浙青PG64-22。將大約1900g密級配鋪路集料(其已經(jīng)在爐子中預(yù)熱到135°C的溫度)加入混合器中。然后，將預(yù)熱到150°C溫度的大約93. 4g的virgin PG64-22浙青加入到該混合器中。 向該密級配鋪路集料和virgin PG64-22混合物中加入大約10. 64g的上述浙青乳液。然后將該混合物通過Hobart混合器攪拌1. O分鐘來允許浙青粘合劑包覆集料表面。將該包覆的組合物在120°C壓實來產(chǎn)生密級配鋪路浙青組合物，該組合物的總浙青含量是5. 0%w/w 混合物，并且性能類似于用virgin粘合劑和集料制造并且在150°C壓實的常規(guī)的HMA對照混合物。測試所形成的浙青組合物的性能，并且與兩種對照浙青組合物的那些性能比較 一種對照物是US2007/039520所公開的基于油包水浙青乳液，另一種對照物是US專利 No. 7297204所公開的基于逆浙青乳液。本發(fā)明的浙青組合物(其包含高乳化劑濃度浙青乳液)表現(xiàn)出比兩種對照物更好的集料包覆性和外觀上更黑。實施例2
高乳化劑濃度浙青乳液是如下來制備的在膠體磨中研磨大約42份的溫度大約20-大約80°C的7. 8%的活性表面活性劑添加劑與大約58份的溫度大約150°C的浙青PG64-22。將大約1900g密級配鋪路集料(其已經(jīng)在爐子中預(yù)熱到135°C的溫度)加入混合器中。然后，將預(yù)熱到150°C溫度的大約96. 3g的virgin PG64-22浙青加入到該混合器中。 向該集料和virgin PG64-22混合物中加入大約6. 41g的該高乳化劑濃度浙青乳液，將該混合物通過Hobart混合器攪拌1. O分鐘來允許浙青粘合劑包覆集料表面。將該包覆的組合物在120°C壓實來產(chǎn)生密級配鋪路浙青組合物，該組合物的總浙青含量是5. 0%w/w混合物， 并且性能類似于用virgin粘合劑和集料制造并且在150°C壓實的常規(guī)的HMA對照混合物。同樣，測試所形成的浙青組合物的性能，并且與實施例1中所用的兩種對照浙青組合物的那些性能比較。本發(fā)明的浙青組合物(其包含高乳化劑濃度浙青乳液)表現(xiàn)出比兩種對照物更好的集料包覆性和外觀上更黑。應(yīng)當(dāng)理解前述說明所涉及實施方案僅僅是示例性的和說明性的，并且不是對本發(fā)明的限制。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很顯然可以在其中進(jìn)行任何的改變和改進(jìn)。這樣的變化被認(rèn)為處于下面的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鋪路浙青組合物，其包含(a)高濃度乳化劑浙青乳液，該乳液包含(a. 1)基于該乳液總重量為45%-98%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于 220dmm,其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，(a. 2)基于(a. 1)的浙青重量為1-20重量％的乳化劑添加劑， (a. 3)水，該水處于完成該乳液的量；(b)非乳化浙青，該浙青的針入度小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的；(c)集料， 其中(i)來自(a)的高濃度乳化劑浙青乳液的乳化浙青和來自(b)非乳化浙青的浙青的合計重量是1%_20%，基于該浙青組合物的總重量，和(ii)集料的重量是80%-99%，基于該浙青組合物的總重量。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中該高濃度乳化劑浙青乳液包含(a. 1)基于該乳液總重量為45%-98%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，(a. 2)基于(a. 1)的浙青重量為2-20重量％的乳化劑添加劑， (a. 3)水，該水處于完成該乳液的量。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中該高濃度乳化劑浙青乳液包含(a. 1)基于該乳液總重量為45%-75%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，(a. 2)基于(a. 1)的浙青重量為1-20重量％的乳化劑添加劑， (a. 3)水，該水處于完成該乳液的量。
4.權(quán)利要求3的組合物，其中(1)來自(a)的高濃度乳化劑浙青乳液的乳化浙青與來自(b)的非乳化浙青的浙青的重量分?jǐn)?shù)比是0.01；35-247. 5，和(2)(a. 1)的乳化浙青乳液和(b)的非乳化浙青二者之和與(c)的集料的重量分?jǐn)?shù)比是 0. 01-0. 5。
5.權(quán)利要求1的組合物，進(jìn)一步的特征在于不存在任何針入度大于220dmm的浙青，該針入度是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中(a.1)，(b)或者其組合的浙青因此包含選自下面的浙青天然存在的浙青、源自于原油的浙青、獲自裂化方法的石油浙青、煤焦油、聚合物改性的浙青、橡膠處理的浙青、含有再循環(huán)的輪胎材料的橡膠處理的浙青、酸改性的浙青、蠟改性的浙青、源自于天然來源的樹脂質(zhì)的或者聚合物材料、源自于合成來源的樹脂質(zhì)的或者聚合物材料、及其組合。
7.權(quán)利要求ι的組合物，其中在^rc的溫度和小于ο.ι重量％的含水濃度時，該乳化劑添加劑在浙青和水之間的界面張力小于40達(dá)因/cm。
8.權(quán)利要求1的組合物，其中該乳化劑添加劑包含選自下面的表面活性劑陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑、非離子表面活性劑、及其組合。
9.權(quán)利要求1的組合物，其中該集料選自密級配集料、缺級配集料、開級配集料、石頭基質(zhì)集料、再生的浙青鋪路材料、再生的屋頂瓦片、及其組合。
10.權(quán)利要求1的組合物，特征在于當(dāng)施用到待鋪設(shè)的表面上時，溫度低于120°c。
11.一種鋪設(shè)的道路，其包括權(quán)利要求1的浙青組合物的層。
12.—種生產(chǎn)鋪路浙青組合物的方法，其包括步驟(A)制備高濃度乳化劑浙青乳液，該乳液包含(i)基于該乳液總重量為45%-98%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于 220dmm,其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，( )基于⑴的浙青重量為1-20重量％的乳化劑添加劑，和 (iii)水，該水處于完成該乳液的量；(B)提供針入度小于220dmm的非乳化浙青，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的；(C)提供預(yù)熱的集料；(D)合并該高濃度乳化劑浙青乳液、非乳化浙青和預(yù)熱的集料，來生產(chǎn)溫度范圍 500C _140°C的浙青組合物；其中來自步驟(A)的高濃度乳化劑浙青乳液的浙青和來自步驟(B)的非乳化浙青的浙青的合計重量量是1%-20%，基于該浙青組合物的總重量，和集料的重量是80%-99%，基于該浙青組合物的總重量。
13.權(quán)利要求12的方法，其中在加入預(yù)熱的集料之前，將該高濃度乳化劑浙青乳液與該非乳化浙青合并。
14.權(quán)利要求12的方法，其中在加入非乳化浙青之前，將該高濃度乳化劑浙青乳液與該預(yù)熱的集料合并。
15.權(quán)利要求12的方法，其中在加入該高濃度乳化劑浙青乳液之前，將該非乳化浙青與預(yù)熱的集料合并。
16.權(quán)利要求12的方法，其中將該高濃度乳化劑浙青乳液和該非乳化浙青同時加入到該預(yù)熱的集料中。
17.權(quán)利要求12的方法，其中該高濃度乳化劑浙青乳液包含(i)基于該乳液總重量為45%-98%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，( )基于(i)的浙青重量為2-20重量％的乳化劑添加劑，和 (iii)水，該水處于完成該乳液的量。
18.權(quán)利要求12的方法，其中該高濃度乳化劑浙青乳液包含(i)基于該乳液總重量為45%-75%的浙青，該浙青的特征在于針入度小于220dmm，其是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的，( )基于⑴的浙青重量為1-20重量％的乳化劑添加劑，和 (iii)水，該水處于完成該乳液的量。
19.權(quán)利要求18的方法，其中來自步驟(A)的高濃度乳化劑浙青乳液的乳化浙青與來自(B)的非乳化浙青的浙青的重量分?jǐn)?shù)比是0.01；35-247. 5，和步驟(A) (i)的浙青和步驟(B)的非乳化浙青二者之和與步驟(C)的集料的重量分?jǐn)?shù)比是 0. 01-0. 5。
20.權(quán)利要求12的方法，其中所生產(chǎn)的浙青組合物不存在任何的針入度大于220dmm的浙青，該針入度是根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D5在25°C測量的。
21.權(quán)利要求12的方法，其中該高濃度乳化劑浙青乳液是使用高剪切混合方法來制備的，該制備方法選自高剪切膠體磨分散，高剪切靜態(tài)混合器分散，高剪切旋轉(zhuǎn)混合器分散， 經(jīng)由注水到浙青加工流中，通過相反轉(zhuǎn)法的高剪切分散，及其組合。
22.權(quán)利要求12的方法，其中將該高濃度乳化劑浙青乳液在生產(chǎn)后直接傳遞到至少一個固定的或者移動的浙青混合單元中，其中該混合單元選自轉(zhuǎn)鼓混合器、攪拌機(jī)批次混合器、雙重混合器及其組合，和其中該移動的混合單元包含在原位或者在適當(dāng)?shù)奈恢眠\行的直ο
23.權(quán)利要求12的方法，其中在生產(chǎn)浙青組合物的合并步驟(D)之前，步驟(A)的高濃度乳化劑浙青乳液的溫度是25°C -95°C。
24.權(quán)利要求12的方法，其中在生產(chǎn)浙青組合物的合并步驟⑶之前，將步驟(C)的集料預(yù)熱到60°C _140°C的溫度。
25.權(quán)利要求12的方法，其中(A)(1)，(B)或者其組合的浙青因此包含選自下面的浙青天然存在的浙青、源自于原油的浙青、獲自裂化方法的石油浙青、煤焦油、聚合物改性的浙青、橡膠處理的浙青、含有再循環(huán)的輪胎材料的橡膠處理的浙青、酸改性的浙青、蠟改性的浙青、源自于天然來源的樹脂質(zhì)的或者聚合物材料、源自于合成來源的樹脂質(zhì)的或者聚合物材料、及其組合。
26.權(quán)利要求12的方法，其中在的溫度和小于0.1重量％的含水濃度時，該乳化劑添加劑在浙青和水之間的界面張力小于40達(dá)因/cm。
27.權(quán)利要求12的方法，其中該乳化劑添加劑包含選自下面的表面活性劑陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑、非離子表面活性劑、及其組合。
28.權(quán)利要求12的方法，其中該集料選自密級配集料、缺級配集料、開級配集料、石頭基質(zhì)集料、再生的浙青鋪路材料、再生的屋頂瓦片、及其組合。
全文摘要
公開了一種具有提高的鋪路性能的瀝青組合物，其包含高濃度乳化劑瀝青乳液。該高濃度乳化劑瀝青乳液具有比常規(guī)的瀝青乳液更高含量的表面活性劑，因此促進(jìn)了在最終的鋪路瀝青組合物中使用低含量的乳液。此外，該高濃度乳化劑瀝青乳液具有比逆瀝青分散體更好的表面活性劑分散性能，由此提高該瀝青組合物的混合和涂覆性能。所公開的瀝青組合物可在比常規(guī)的熱混瀝青組合物低得多的溫度范圍內(nèi)用于路面結(jié)構(gòu)中，并且它仍然以與那些熱混瀝青鋪路組合物相當(dāng)?shù)乃俾市纬闪苏澈蠌?qiáng)度和承重強(qiáng)度性能。
文檔編號C08L95/00GK102325842SQ201080008542
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者克魯斯 E., S. 麥基弗 J. 申請人:米德韋斯瓦科公司