способ получения универсального асфальтового вяжущего вещества, асфальтовое вяжущее вещество в виде геля, способ получения дорожного покрытия, способ получения кровельного покрытия

Формула изобретения

1. Способ получения универсального асфальтового вяжущего вещества в виде геля, отличающийся тем, что разжижают асфальтовое вещество, которое является практически сухим, омыляют в нем вещество, содержащее, по крайней мере, одну жирную кислоту и, по крайней мере, одну смоляную кислоту, по крайней мере, омыляющим количеством практически сухого основания на базе щелочного металла, взятого в тонко измельченном виде, и удаляют реакционную воду с получением универсального асфальтового вяжущего вещества в виде геля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что асфальтовым веществом является нефтяной асфальт.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что асфальтовым веществом является асфальт марки АС-1, АС-2,5, АС-5, АС-10, АС-20, АС-30, АС-40, АС-50, или их смеси, или асфальты для пропитки кровельных материалов Типа I, II или III, или их смеси.

4. Способ по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что жирные кислоты и смоляные кислоты добавляют в виде таллового масла.

5. Способ по пп.1, 2, 3 или 4, отличающийся тем, что основанием на базе щелочного металла является гидроокись щелочного металла, предпочтительно гидроокись натрия.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что нефтяной асфальт нагревают до жидкого состояния, к нему добавляют гидроокись щелочного металла в практически сухом тонкоизмельченном виде и омыляемое количество таллового масла и затем получающуюся смесь измельчают со сдвигом для получения универсального асфальтового вяжущего вещества в виде геля, при этом реакционная смесь содержит небольшое, но достаточное для инициирования реакции омыления количество воды без значительного пенообразования, и воду затем удаляют.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что талловое масло и гидроокись щелочного металла предварительно смешивают и добавляют к нефтяному асфальту.

8. Способ по пп.4, 5, 6 или 7, отличающийся тем, что талловое масло содержит жирные кислоты и смоляные кислоты в соотношении от 0,7 до 2, предпочтительно в соотношении примерно 1 : 1.

9. Асфальтовое вяжущее вещество в виде геля, отличающееся тем, что оно представляет собой вяжущее вещество, полученное загущением разжиженного асфальта практически свободного от воды, по крайней мере, по п.1.

10. Асфальтовое вяжущее вещество по п.9, отличающееся тем, что в качестве вещества, содержащего, по крайней мере, одну жирную кислоту и, по крайней мере, одну смоляную кислоту, оно содержит талловое масло.

11. Асфальтовое вяжущее вещество по п.10, отличающееся тем, что талловое масло содержит жирные и смоляные кислоты в соотношении от 0,7 до 2, предпочтительно в соотношении 1 : 1.

12. Способ получения дорожного покрытия, отличающийся тем, что асфальтовое вяжущее вещество в виде геля по пп.9 - 11 смешивают с практически безводным наполнителем, распределяют смесь, представляющую собой асфальтовое вяжущее вещество в виде геля и наполнитель, по поверхности мощения и уплотняют нанесенную смесь до желаемой плотности с образованием уложенного слоя асфальтобетона.

13. Способ получения кровельного покрытия путем нанесения и укатки пропитанных асфальтом кровельных картонов на поверхности кровли, отличающийся тем, что поверх указанного пропитанного кровельного картона распределяют путем нанесения шваброй, по крайней мере, один слой универсального асфальтового вяжущего вещества в виде геля по пп.9 - 11 и полученного по пп.1 - 8.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к новому многофункциональному асфальтовому вяжущему материалу и к способу его изготовления. Изобретение также относится к использованию этого нового вещества в качестве эффективного заменителя обычных асфальтовых вяжущих материалов при сооружении дорог и кровли, а также в тех специфических областях практического использования асфальтового вяжущего материала, в которых важным фактором асфальтовых вяжущих материалов являются пониженная восприимчивость к температуре и более низкая интенсивность твердения при старении.

Предпосылки создания изобретения

Асфальтовые вяжущие материалы и способы их изготовления

В США на долю дорожных покрытий на основе различных асфальтовых композиций приходится свыше 90%. Начиная с 1874 года в этой стране широко используются естественные асфальты, добываемые из озерных донных пластов. Позднее в южных и западных штатах были обнаружены большие залежи природного асфальтового битума, который измельчали, укладывали и прокатывали с конечным образованием жестких поверхностей дорожного покрытия. Однако уже в первые годы XX века в дорожном строительстве и для изготовления кровли преимущественно использовали асфальтовые материалы, полученные в процессе рафинирования нефти.

Асфальт представляет собой очень вязкий материал от темно-коричневого до черного цветов, главным компонентом которого являются различные битумы; асфальт присутствует в различных пропорциях в большей части сортов сырой нефти. Асфальтовый остаток процесса очистки нефти (по существу свободный от более легких верхних фракций) обычно называют "асфальтом".

Асфальты для образования дорожного покрытия классифицируются следующим образом: асфальтовое вяжущее вещество, разжиженный асфальт и асфальтовые эмульсии. В данном случае нас интересует прежде всего асфальтовое вяжущее вещество, хотя в ходе описания изобретения будем ссылаться и на асфальтовые эмульсии и разжиженный асфальт.

Асфальтовое вяжущее вещество представляет собой асфальт со свойствами, которые пригодны для сооружения дорожного покрытия и кровли, а также в некоторых специфических областях. При сооружении дорожного полотна или покрытия асфальт сперва разогревают до консистенции свободного потока, а затем смешивают с предварительно нагретым до этой же температуры наполнителем (обычно 250 - 350^oF или 121 - 177^oC) и укладывают на подготовленную поверхность, уплотняют и дают возможность отвердеться с конечным образованием асфальтобетона. В длительной истории сооружения дорожного покрытия из асфальта практически до сих пор используется способ смешивания в горячем состоянии смеси из асфальтового вяжущего вещества и наполнителя, причем это объясняется оптимальным сочетанием в данном случае себестоимости изготовления дорожного покрытия и его качеством. В процессе смешивания в горячем состоянии предварительно нагретое и ожиженное асфальтовое вяжущее вещество вступает в непосредственный контакт с также предварительно нагретым наполнителем с конечным образованием покрытого слоем асфальта наполнителя, который готов для укладки и уплотнения.

Используемые для сооружения дорожного покрытия асфальтовые вяжущие вещества классифицируются по трем следующим параметрам: вязкости, вязкости после старения и проницаемость. Наиболее популярная в США система классификации основывается на вязкости, измеряемой в пуазах при 140^oF (60^o) (AAS НТО - Американское общество дорожных и транспортных администраторов, М-226). Таким образам, асфальтовому вяжущему материалу с вязкостью 250 П при 140^oF (60^oC) присваивается обозначение АС-2,5 и он считается "мягким" асфальтом. На другом конце этого диапазона асфальтовое вяжущее вещество с вязкостью 4000 пауз при 140^oF имеет индекс АС-40 и оно считается "твердым" асфальтом. В интервале между этими двумя крайностями находятся асфальты с индексами АС-5, АС-10, АС-20 и АС-30, которые имеют соответствующие вязкости. Кроме того, в некоторых районы США, где преобладает жаркий климат, широко используется асфальт АС-50, а в районах с преобладанием холодного климата - асфальт АС-1. Стандартные классификации асфальта составлены в таблице и детально обсуждаются в "Основных принципах сооружения дорожных покрытий из горячей смеси асфальта", Институт асфальта, справочное руководство серии N 22 (MS - 22), январь 1983, стр. 14.

В некоторых западных штатах США принята система классификации на основе вязкости после старения. Эта система призвана более точно отразить характеристики вязкости дорожного покрытия после его сооружения. В ходе проведения испытаний старение дорожного покрытия моделируется путем ускорения окисления тонкой пленки асфальта при 140^oF (60^oC)(AAS НТО М- 226). Результаты классифицировали, например, следующим образом: AR-10 для вязкости в 1000 П - считается "мягким" асфальтом, а AR-160 для вязкости 16000 П - считается "жестким "или "твердым" асфальтом. Эта система классификации подробно описывается в упомянутой выше публикации на стр. 15.

Асфальты можно также классифицировать с помощью стандартных испытаний на проницаемость (AAS НТО М-20). В ходе проведения этих испытаний расстояние, на которое стандартная несущая специфическую нагрузку игла проникает в асфальт в течение какого-то конкретного времени при 77^oF (25^oC), указывает на степень твердости или мягкости асфальта. Эти испытания детально обсуждаются в упомянутой выше публикации на стр. 16.

В качестве кровельного материала асфальтовое вяжущее вещество используется для сооружения бесчердачной крыши и для образования гонтов и насыщающих веществ при изготовлении асфальтового рулонного кровельного материала. Используемое для сооружения бесчердачных крыш асфальтовое вяжущее вещество классифицируется по точке размягчения в соответствии со стандартом ASTM 312 (ASTM - Американское общество по испытанию материалов). Асфальт типа 1, который имеет низкую точку размягчения, считается мягким асфальтом. Асфальт для образования кровельного материала типа 4 имеет высокую точку размягчения и считается твердым асфальтом. Эти, а также промежуточные оценки основываются на восприимчивости асфальта к свободному течению при конкретных температурах и углах наклона крыши. Бесчердачные крыши сооружаются путем простого раскатывания пропитанного асфальтом кровельного материала с последующим нанесением на него шваброй асфальтового вяжущего вещества. Этот процесс повторяется несколько раз до момента образования водонепроницаемой бесчердачной крыши.

Асфальтовое вяжущее вещество можно использовать и в других специфических областях, например, в качестве заполнителей швов и трещин, в качестве повторно используемых агентов и в качестве обеспечивающих водонепроницаемость и прочих гидроизоляционных свойств материалов, к которым предъявляются различные требования в зависимости от конкретного их использования.

Разжиженный асфальт используется в тех случаях, когда является желательным, чтобы асфальт разжижался при температурах ниже тех, которые обычно используются с асфальтовым вяжущим веществом или без эмульгирования (см. ниже). Разжиженные асфальты обычно используются в виде распыляемого или разбрызгиваемого материала. Предварительно разжиженные асфальты приготовляют путем растворения асфальта в нефтяном растворителе, например в тяжелом бензине, керосине или в топливной нефти. Применение разжиженного асфальта методом распыления и смешиванием в холодном состоянии связано с возникновением проблем безопасности и охраны качества окружающей среды, так как в том и в другом случае в атмосферу будет выделяться растворитель. Кроме того, разразившийся в 70-х годах энергетический кризис способствовал значительному сокращению использования нефтяных растворителей для производства асфальта, что и привело к значительному сокращению объема используемых разжиженных асфальтовых материалов.

Асфальтовые эмульсии, как правило, не предусматривают использование растворителей для своего приготовления, хотя в качестве асфальтового компонента можно использовать разжиженный асфальт (упомянутые эмульсии обычно являются эмульсиями воды в масле или водомасляными эмульсиями). Поток асфальта разжижается в результате его нагревания, после чего частицы асфальта диспергируются в воде и измельчаются с помощью поверхностно-активного вещества с конечным образованием устойчивой эмульсии масло в воде. Можно изготавливать несколько типов асфальтовых эмульсий, включая эмульсии анионного, катионного и неионного типов, причем тип эмульсии зависит от типа используемого для образования эмульсии поверхностно-активного вещества. Асфальтовые эмульсии используются для заливки швов и трещин в существующих автодорогах в результате нанесения на поверхность автодороги тонкого слоя асфальтовой эмульсии с последующим покрытием этой пленки наполнителем с целью образования водонепроницаемого покрытия дороги. Асфальтовые эмульсии можно также использовать для смешивания с наполнителем непосредственно на полотне дороги или с наполнителем, который затем распределяется по полотну дороги с помощью укладчика асфальтобетонной смеси, причем в последнем случае используется процесс приготовления смеси в холодном состоянии. Асфальтовые эмульсии обычно используются по технологии приготовления смеси в холодном состоянии; если же используется технология смешивания в горячем состоянии, тогда обычно используются более низкие температуры по сравнению с обычными технологиями приготовления смеси в горячем состоянии.

Асфальтовые эмульсии можно использовать по технологии приготовления смеси в горячем состоянии для изготовления асфальтобетона, однако присущие этой технологии производственные трудности вынуждают отдавать предпочтение технологии использования асфальтового вяжущего вещества. Ниже более детально рассматриваются некоторые из этих проблем использования асфальтовых эмульсий по технологии приготовления смеси в горячем состоянии.

В установках для приготовления асфальтобетона горячим способом периодического действия выпуск освобождающегося при нагревании эмульсии водяного пара (эмульсия обычно содержит около 30% воды по весу) иногда сопровождается взрывной волной, которая образуется в момент попадания наполнителя в окружении относительно высокой температуры, что естественно создает дополнительные трудности в плане безопасности и загрязнения окружающей среды. В барабанных установках для приготовления асфальтобетона горячим способом непрерывного действия кратковременного периода смешивания иногда бывает явно недостаточно для гарантирования адекватного освобождения воды. По обеим этим технологиям приготовления асфальтовой смеси в горячем состоянии для испарения содержащейся в эмульсии воды требуется довольно большое дополнительное количество энергии. Эти эмульсии масло в воде могут замерзать, если они хранятся при достаточно низких температурах, что неизбежно связано с последующим обязательным измельчением затвердевшей эмульсии. Если по каким-либо причинам эмульсии подвергаются перегреву, то в этом случае может иметь место преждевременное удаление воды и структурные изменения в самой эмульсии, что связано с довольно серьезными потенциальными проблемами при последующем манипулировании эмульсией и в конечном итоге может просто сделать невозможным использование эмульсий для целей, для которых они были приготовлены.

Наиболее важным с точки зрения качества является необходимость максимально быстрого и полного удаления воды из эмульсионного остатка, прилипающего к наполнителю. Водная фаза эмульсии неизбежно вносит свой вклад в высокое процентное содержание воды в асфальтобетоне в момент его укладки, а на степень последующего испарения могут оказать свое влияние условия окружающей среды. Следовательно, существует неопределенность как в интенсивности, так и в степени высушивания на этапе отверждения асфальтобетона, уложенного с применением асфальтовых эмульсий, а также и в отношении изменчивости в важных характеристиках в любой конкретной точке в процессе отверждения асфальтобетонной смеси.

Асфальтовые эмульсии, которые уже используются в процессе приготовления асфальтовой смеси в горячем состоянии, включают в себя класс анионных эмульсий, которые называются эмульсиями "высокой плавучести". Приготовление этих эмульсий уже длительное время осуществляется по хорошо разработанным технологиям, в соответствии с которыми эмульсия стабилизируется путем омыления "на месте" органическими кислотами, которые обычно присутствуют в виде таллового масла. Асфальт с улучшенными остаточными свойствами получают после удаления из него воды в ходе приготовления асфальтовой смеси в горячем состоянии.

Например, в патенте США N 2855319 описывается эмульсия, в которой талловое масло омыляется гидроокисью натрия с целью получения мыла таллового масла, которое служит в качестве эмульгирующего агента, которое придает улучшенные свойства эмульсионному остатку затвердевшего асфальтобетона. В патенте США N 3904428 описывается асфальтовая эмульсия, в которой, например, талловое масло, омыленное гидроокисью натрия в присутствии довольно больших количеств воды, смешивается с асфальтовым вяжущим веществом в каком-то специфическом температурном диапазоне с конечным образованием вязкой желеобразной массы, содержащей более высокий процент, чем обычно, асфальта. Есть мнение, что более высокое процентное содержание асфальта ослабляет тенденцию асфальта освобождаться от влажного наполнителя и в конечном итоге гарантирует получение или образование более плотного покрытия.

В патенте США N 4422084 описываются способы изготовления эмульсий с высокой плавучестью, в соответствии с которыми талловое масло сперва смешивается с асфальтом, предварительно обработанным различными модификаторами, которые оказывают определенное влияние на свойства асфальта, но не оказывают никакого влияния на распад эмульсии. В этом же патенте раскрывается способ, в соответствии с которым эмульгатор, содержащий, например, талловое масло, которое вступало в реакцию с находящейся в водном растворе каустической содой, смешивается с асфальтом. С целью образования различных композиций асфальта можно изменять пропорции компонентов эмульгатора.

В публикации отделения Jall Oil Products фирмы Pulp Chemicals Associations - "Талловое масло и области его использования" (Ф.В.Додже компани, 1965) подчеркивается важная роль поверхностно-активных веществ эмульсии в плане замещения воды на наполнителе и облегчения связывания с ним асфальтового вяжущего вещества. В упомянутой публикации описывается использование жирных кислот на основе таллового масла в качестве эмульгирующих агентов для псевдоожижения асфальта с целью его последующего использования для сооружения дорог.

В книге Райта и Пакветта "Дорожная техника", 4-е издание (Джон Уайлей энд сане, 1979) можно найти общий обзор способов сооружения дорожных покрытий из холодной и горячей асфальтобетонной смеси. В работе Института асфальта "Принципы сооружения дорожного покрытия из горячей асфальтовой смеси" (руководство N 22 (MS-22), январь 1983 г. приводится последний по времени обзор способов сооружения дорожного покрытия из горячей асфальтобетонной смеси; именно на эту работу авторы изобретения ссылались раньше. В работе Института асфальта "Руководство по асфальтовым эмульсиям", руководство N 19 (MS-19), марта 1979 г. дается краткий обзор использования асфальтовой эмульсии при сооружении дорожного покрытия из холодной асфальтобетонной смеси.

С целью гарантирования большей безопасности при обработке и использовании естественно жидких углеводородов, например, бензина, уже относительно давно используют реакцию омыления в процессе отверждения упомянутых углеводородов. Так, например, в патенте США N 2385817 описывается способ отверждения "естественно жидких углеводородов" путем образования "на месте" металлического мыла, получаемого в результате омыления смеси стеариновой кислоты и смолы гидроокисью натрия и небольшим количеством безводного метилового спирта. Есть основание полагать, что тленно спирт "стимулирует" эту реакцию. К "жидким углеводородам" относятся бензин и некоторые другие нефтяные дистилляты, которые легко воспламенимы и которые используются в основном в качестве сгораемого топлива. Они к тому же являются фракциями, которые будут значительно более легкой именно в процессе очистки нефти, чем асфальтовые остатки.

Мыльные смазочные вещества, например те, которые основаны на более легких фракциях нейти, детально описаны, например, в книге Локхарта "Американские смазочные вещества" (Кемикел паблишинг компани, 1927), на стр. 163 и последующих, а также в патенте США N 3098823. Уже признано, что вода является нежелательным компонентом любого смазочного вещества. Например, в патенте США N 2394907 раскрывается консистентная смазка, которую получали путем суспендирования гидроокиси натрия в "нереакционной жидкой среде", например в минеральном масле, а затем измельчали гидроокись натрия в этой среде и омыляли жирной кислотой в отсутствии дополнительного количества воды. Вполне возможно, что именно нагревание этой смеси до "температуры омыления" стимулирует реакцию, в результате которой образуется нежелательная вода в виде полупродукта, который необходимо будет удалить.

В патенте США N 2888402 раскрывается подобная же реакция, однако по этому патенту используется гидроокись металла с гидратной водой, которая освобождается при нагревании и которая, как можно предположить, вызывает протекание реакции омыления. Гидроокись лития, особенно если она имеет какое-то отношение к источнику воды, инициирует омыление первой стадии, после которой следует омыление второй стадии, в процессе осуществления которой используются другие гидроокиси металла.

Несмотря на довольно длительную историю и экстенсивное использование консистентных смазочных веществ, в которых органогели образуются "на месте" в результате омыления, однако ни один из известных способов или уровней техники, в которых предусматривается использование асфальтов, никогда не использовали технологию получения консистентных смазочных веществ для достижения существенных преимуществ образования геля в асфальтовых материалах. Фактически до момента появления настоящего изобретения применение асфальта для сооружения дорожного покрытия и кровли, а также в некоторых специфических областях оставалось технологической вотчиной обычного асфальтового вяжущего вещества и в меньшей степени разжиженного и эмульсионного асфальтов.

Проблема выбора свойств асфальтового вяжущего вещества

В настоящее время при выборе асфальтового вяжущего вещества для сооружения дорожных покрытий необходима особая осторожность и внимание, чтобы образуемая на его основе асфальтобетонная смесь сильно не размягчалась при высоких температурах и не растрескивалась при более низких температурах. Необходимость этого выбора уже привела нас к использованию более мягких сортов асфальта в северных регионах с более холодным климатом и более твердых сортов асфальта в южных регионах с более теплым климатом. Однако во многих климатических регионах дорожные покрытия подвергаются воздействию как крайне низких, так и крайне высоких температур, что обуславливает необходимость какого-то компромисса при выборе асфальтового вянущего вещества, причем ни один какой-то конкретный сорт асфальта полностью не пригоден для всего диапазона климатических температур.

Следовательно, наиболее важным фактором является восприимчивость или чувствительность к температуре асфальтового вяжущего вещества в асфальтобетонной смеси. Асфальт должен сохранять структурную целостность при высоких температурах без образования чрезмерной жесткости и трещин при низких температурах. Следует иметь в виду, что эти свойства должны сохраняться в асфальтовом дорожном покрытии на протяжении многих циклов изменения температуры, замораживания и оттаивания и в условиях постоянно изменяющихся нагрузок. Чем ниже угол наклона кривой вязкость/температура, вычерченной в виде повторного логарифма вязкости, тем более благоприятной является характеристика чувствительности асфальтового вяжущего вещества к температуре.

Из-за окисления в результате длительного воздействия окружающей среды и дорожного движения асфальтовое вяжущее вещество начинает твердеть при старении. Твердение при старении является другой характеристикой асфальтобетона, которой необходимо уделять самое пристальное внимание. Чем ниже угол наклона кривой вязкость/время, вычерченной в виде повторного логарифма вязкости, тем более положительными будут характеристики твердения асфальта при старении.

Кроме того, важно также, чтобы уложенное в качестве асфальтобетона асфальтовое вяжущее вещество обладало положительными свойствами прочности (долговечности) в нормальных условиях старения и воздействия погодных факторов. Прочность или долговечность является качеством, противодействующим разрушения на протяжении времени в климатических и дорожных условиях, которые преобладают в данном регионе. На прочность или долговечность оказывают влияние такие факторы, как повторное замерзание и оттаивание, а также связанное с процессом старения окисление.

Совершенно очевидно, что асфальтовое вяжущее вещество в качественном отношении будет приближаться к идеальному тогда, когда можно будет объединить самый низший сорт АС с присущими ему низкотемпературными свойствами хрупкости и образования трещин с более вязкими и более высокими сортами АС (асфальтобетон) без ухудшения высокотемпературных характеристик последнего. К сожалению, смешивание различных сортов АС по современной технологии приготовления асфальтовой смеси в горячем состоянии неизбежно приводит к неудовлетворительным компромиссам в плане свойств конечной смеси, несмотря на возможность и кажущуюся легкость осуществления этой операции смешивания. Например, смешивание указанных сортов асфальтовой смеси не гарантирует сохранение в конечной смеси желаемых и зависимых от температуры вяз костей каждого сорта асфальта; скорее конечный смешанный продукт имеет вязкостные характеристики, которые занимают промежуточную позицию между вязкостью исходных материалов.

Подобным же образом и применение кровельных асфальтовых вяжущих веществ для сооружения кровли связано с возникновением ряда проблем о восприимчивости к температурам и твердения при старении. В США большая часть кровли промышленных и коммерческих зданий выполняется из рулонного материала на основе асфальтовых вяжущих материалов. Сооружение кровли из рулонных материалов включает в себя этап укладывания чередующихся слоев асфальта и пропитанных асфальтом матов, при этом асфальт укладывается в горячем состоянии в виде кровельного асфальтового вяжущего материала.

Специфические области притеснения асфальта, которые включают в себя использование асфальта для заделки швов и трещин, использование в качестве повторно используемых агентов, в качестве материала для образования водонепроницаемых покрытий (по стандарту A S TM D 449), также связаны с проблемами восприимчивости к температуре и твердения при старении, когда необходимо определить конечные эксплуатационные свойства исходных веществ.

Целями настоящего изобретения являются: (1) создание гелеобразного асфальтового вяжущего вещества, обладающего улучшенными свойствами по сравнению с обычным асфальтовым вяжущим веществом, включая пониженную восприимчивость к температуре и более низкую интенсивность твердения при старении, и (2) достижение упомянутых свойств с помощью обычных технологий приготовления асфальтовой смеси в горячем состоянии на существующем оборудовании для смешивания асфальта в горячем состоянии, на стандартном оборудовании изготовления кровельных материалов и на существующем оборудовании для приготовления асфальтового материала специального назначения.

Краткое изложение сущности изобретения

В процессе реализации настоящего изобретения за счет гелеобразования (загущения) ожиженного асфальтового материала получаем новое многопрофильное асфальтовое вяжущее вещество. Это становится возможным в результате омыления находящихся в ожиженном асфальте, по существу свободным от воды, по меньшей мере одной жирной кислоты и по меньшей мере одной смоляной кислоты основанием щелочного металла или в результате добавления в ожиженный асфальт уже омыленного вещества, о чем подробнее будет сказано ниже. Полученное в результате этого гелеобразное асфальтовое вяжущее вещество используется обычным образом для сооружения дорожного покрытия, кровли и в других специфических областях.

Детальное описание изобретения

Используемое при повышенных температурах по технологии укладки асфальтобетонной смеси в горячем состоянии обычное асфальтовое вяжущее вещество обладает реологическими свойствами жидкости. Асфальтовая смесь остается жидкостью, может течь в соответствии со своей специфической зависимостью вязкость - температура, может сцепляться с наполнителем и может укладываться в виде асфальтобетона. В этом своем физическом состоянии асфальтовое вяжущее вещество может способствовать вымыванию из него наполнителя, причем интенсивность вымывания или выделения наполнителя зависит от таких факторов, как температура, сущность и площадь поверхности самого наполнителя, а также размер и конфигурация пустот.

В настоящее время уже установлено, что асфальт можно загущевать или превращать его в гелеобразное вещество с помощью реакции непосредственного омыления, для протекания которой требуется лишь мизерное количество ионизирующей жидкости, чтобы образовать внутри ожиженного асфальта зону ионизации, в которой может начинаться реакция омыления. Образующейся в ходе протекания этой реакции воды будет вполне достаточно для поддержания реакции, чтобы пропитать всю смесь, содержащую асфальт и ингредиенты омыления. Вода удаляется в виде части этого процесса.

Благодаря качественным преимуществам гелеобразного многофункционального асфальта, приготовленного по настоящему изобретению, появляется возможность использовать асфальт низшего сорта АС (с низкой вязкостью) для изготовления асфальтобетонной смеси, обладающей низкотемпературными характеристиками этого сорта, но одновременно демонстрирующей высокотемпературными характеристиками более высокого сорта (т. е. с более высокой вязкостью) асфальта. Фактически эти асфальтобетонные смеси допускают большую степень сглаживания кривой вязкость/температура, чем это возможно с любым одиночным сортом или какой-то комбинацией сортов асфальта. Точно также отмечаются и более лучшие свойства твердения при старении и большая степень сглаживания кривой вязкость/ продолжительность,

Следовательно, используемый в данном контексте термин "многофункциональный" асфальт предназначен для описания нового гелеобразного асфальтового вяжущего вещества с пониженной восприимчивостью к температуре и улучшенными свойствами твердения при старении по сравнению с обычным асфальтовым вяжущим веществом. Многофункциональное асфальтовое вяжущее вещество изготавливается по новому способу, который детально будет описан ниже, и дополнительно характеризуется тем, что оно по существу свободно от воды, о чем убедительно свидетельствует его свойство храниться при температуре примерно в 220^oF (105^oC) или даже более высокой без образования пены. Это вещество пригодно для смешивания с наполнителем с конечным образованием асфальтобетонной смеси обычными методами перемешивания в горячем состоянии, а также пригодно для использования в качестве обычного кровельного материала и в иных специфических областях.

В соответствии со способом по настоящему изобретению гелеобразное по существу свободное от воды многофункциональное асфальтовое вяжущее вещество получают в результате загустения или гелеобразования ожиженного асфальтового материала, по существу свободного от воды, путем омыления по меньшей мере одной жирной кислоты и по меньшей мере одной смольной кислоты в результате реакции с основанием щелочного металл, которое предварительно тонко измельчается с конечным образованием по существу сухих микрочастиц, с последующим удалением воды реакции из прореагировавшей смеси. Естественно связанной с компонентами реакции воды обычно бывает достаточно для инициирования реакции омыления без ненужного ускорения протекания самой реакции, что исключает вероятность чрезмерного вспенивания воды реакции в момент ее удаления из реагирующей смеси.

Асфальтовый исходный материал можно получить из любого подходящего источника, например из естественного асфальта, из природного асфальтового битума, а лучше из нефтяного асфальта, который образуется в процессе рафинирования нефти. В качестве исходного асфальта можно использовать те асфальты, которые в настоящее время имеют соответствующую классификацию качества по AAS НТО и AS TM, или же можно использовать какую-то смесь различных сортов асфальта, которые не отвечают определению какого-либо специфического сорта асфальта. В данном случае имеются в виду прежде всего окисленный или продутый нефтяной асфальт, дистиллированный в вакууме асфальт, дистиллированный в паре асфальт, разжиженный асфальт и асфальт для образования кровельного материала. В асфальт можно вводить различные асфальтовые добавки, например полимеры или вещества, устраняющие расслаивания. Является желательным, чтобы многофункциональный асфальт по настоящему изобретению был представлен мягким сортом, например АС-5, если предполагается его использование для сооружения дорожного покрытия. Можно также использовать природный или синтетический гильсонит в чистом виде или в смеси с нефтяным асфальтом. Пригодные для использования по настоящему изобретению синтетические асфальтовые смеси описываются, например, в патенте США N 4437896.

Ожиженный асфальтовый материал, содержащий ингредиенты омыления, пропускают через высокоскоростное устройство измельчения со сдвигом, чтобы уменьшить размер частиц основания щелочного металла с последующим диспергированием компонентов основания и органической кислоты через всю массу ожиженного асфальта, чтобы облегчить протекание реакции омыления. В качестве скоростного устройства измельчения со сдвигом рекомендуется использовать устройство, которое гарантирует измельчение размера частиц основания до менее примерно 425 микрон.

С другой стороны, гелеобразное асфальтовое вяжущее вещество можно приготовить в результате добавления в ожиженный асфальт предварительно обработанного мыла. Поскольку предварительно обработанное мыло, которое по существу будет свободным от воды реакции, является относительно твердым, то рекомендуется еще до момента его добавления в ожиженный асфальт расплавить или измельчить это мыло. Выбор между омылением "на месте" и так называемым внешним омылением предусматривает обязательное уравновешивание многих факторов. Хотя реакция "на месте" образует нежелательное количество воды в ожиженном асфальте, однако это количество легко и просто испаряется при преобладающих в данном случае температурах. Реакция внешнего омыления предусматривает обязательное использование дополнительных этапов и дополнительного оборудования для протекания реакции, хранения, измельчения (если в качестве вещества омыления используется твердое мыло) и передачи. Размягчение мыла связано с необходимостью строгого регулирования температуры и использования температур, которые обычно будут выше температуры ожиженного асфальта. Именно поэтому рекомендуется осуществлять реакцию омыление "на месте".

Асфальтовый материал, предпочтительно нефтяной асфальт, разогревается до образования свободно текущей жидкости или до чуть более высокой температуры с целью облегчения процесса испарения воды реакции омыления. В данною случае сложно использовать температуры от примерно 350^oF до примерно 450^oF (соответственно 177 - 232^oC), а предпочтительная температура равна примерно 400^oF (204^oC).

В качестве основания щелочного металла можно использовать какой-то щелочной металл, окись щелочного металла, гидроокись щелочного металла или соль щелочного металла, например металлической натрий, окись натрия, карбонат натрия или предпочтительно гидроокись натрия или же в этом качестве можно использовать соответствующие соединения калия либо лития. Является предпочтительным, чтобы основание было по существу сухим и в виде тонкоизмельченных частиц (в момент ее добавления в асфальтовый материал).

В качестве омыляемых органических кислот (для целей настоящего изобретения и сложные эфиры этих кислот) можно использовать одну или более насыщенных или ненасыщенных жирных кислот с разветвленной либо прямой цепью, содержащих от примерно 12 до примерно 24 атомов углерода. Наиболее часто в этом качестве используются стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая и органическая сульфоновая кислоты. В качестве смольных кислот можно использовать, например, абиетиновую, неоабиетиновую, дегидроксиабиетиновую, палюстровую или изодекстропимаровую кислоты либо их смеси.

Рекомендуется добавлять компонент органической кислоты в форме таллового масла. Талловое масло является жидким смолистым материалом, получаемым в ходе варки древесной целлюлозы в процессе изготовления бумаг. Промышленное талловое масло обычно содержит комплекс жирных кислот, главным образах кислот с 18 атомами углерода, смольных кислот и неомыляемых веществ, к числу которых относятся стеролы, высшие спирты, парафины и углеводороды. Талловое масло будет изменять пропорцию этих составляющих в зависимости от ряда факторов, в том числе географического расположения деревьев, из которых приготовлена древесная целлюлоза. Является предпочтительным, чтобы содержание неомыляемого вещества в талловом масле было менее примерно 30% (AS TM D 803). Отношение жирной кислоты к смольной кислоте должно находиться между примерно 0,7 и примерно 2, а лучше равно 1:1. В случае использования сырого таллового масла для реакции с по меньшей мере с стехиометрическим количеством основания щелочного металла рекомендуется использовать примерно 2 вес.% асфальта. В случае использования рафинированных талловых масел или индивидуальных жирных кислот не на основе таллового масла или если жирные кислоты смешиваются со смольными кислотами в синтетическом талловом масле, тогда используемые количества будут аппроксимировать кислотные компоненты сырого таллового масла. Как правило, рекомендуется полная нейтрализация основания щелочного металла талловым маслом, о чем будут свидетельствовать примерно эквимолярные количества кислоты и основания.

Для инициирования реакции омыления необходимо присутствие лишь исключительно небольшого количества ионизирующей среды, например воды. Например, для этого будет вполне достаточно воды, которая обычно присутствует в виде влаги на поверхности гидроскопической основы, например на поверхности по существу сухого поверхностно-активного вещества на основе гидроокиси натрия. Подобным же образом для начала протекания этой реакции будет более чем достаточно воды, которая обычно присутствует в выпускаемом в промышленных масштабах сыром талловом масле. Если выбирается основание, которое связано с одной или более молекулами воды гидратации, например гидратированная гидроокись лития, тогда тепло ожиженного асфальта будет высвобождать достаточное для инициирования реакции количество воды.

Если общая реакционная система не содержит воды или какой-либо иной ионизирующей среды (например, в случае использования сухого негидроскопического основания или свободного от воды рафинированного таллового масла), тогда реакцию будет инициировать добавление небольшого количества воды в ожиженный асфальт. Конечно, очень важно, чтобы это добавление происходило в момент, когда вода будет объединяться с ожиженным асфальтом и до момента испарения этой воды. Обычно рекомендуется вводить воды в или около горловины измельчающего устройства. Было установлено, что будет вполне достаточно ввести в измельчающее устройство воду в количестве менее примерно 0,001 вес.% от количества асфальта. На практике реакция омыления продолжается при наличии количества воды, которое не поддается измерению с помощью стандартного оборудования и стандартных методов.

Независимо от источника ионизирующей среды, достигаемой на этапе измельчения, степени перемешивания обычно бывает достаточно для обеспечения желаемого распределения перед моментом начала этапа испарения. Вполне понятно, что по мере образования воды реакции происходит образование избыточного количества "ионизирующей среды" и именно на этом этапе является желательным, чтобы испарение привело к образованию по существу сухого асфальтового вяжущего вещества.

В качестве ионизирующей среды можно также использовать небольшие количества спирта, например метилового спирта или других более низших алифатических спиртов. Образуемый в результате реакции с гидроокисью щелочного металла алкоголят стимулирует и облегчает протекание реакции омыления с образованием воды в качестве одного из продуктов реакции. В патенте США N 2385817 приводятся рекомендуемые количества алкоголятов для омыления жидких углеводородов, например бензина. В общем необходимо всячески избегать использование спирта, поскольку это усложняет осуществление технологического процесса обработки и связано с необходимостью хранения и манипулирования с еще одним дополнительным компонентом.

Нижеследующие примеры иллюстрируют практическую реализацию настоящего изобретения.

Пример 1

В предварительно нагретый и изолированный сосуд с коническим дном и емкостью в один галлон (3,78 литра) добавляем 1500 г асфальтового вяжущего вещества сорта АС-20, которое предварительно нагрето до 400^oF (205^oC). В нижней части конуса сосуда установлен клапан, чтобы дать возможность асфальтовой смеси свободно проходить через высокоскоростную коллоидную мельницу и возвращаться в верхнюю часть сосуда. В момент циркуляции асфальтовой смеси через коллоидную мельницу в циркулирующую смесь добавляем 3,7 г гранул гидроокиси натрия.

Чтобы исключить вероятность введения в смесь нежелательного количества воды, упомянутые гранулы предварительно обезвоживаются и запущены от случайного попадания в них влаги. Циркуляция асфальтовой смеси продолжается примерно 2 минуты, т.е. до тех пор, пока образующиеся частицы смеси не будут свободно проходить через сито с размером отверстий в 40 меш (425 микрон). В циркулирующую асфальтовую смесь добавляли также 30 г сырого таллового масла. Последующая за этим реакция образует одну моль воды на каждую одну моль органической кислоты в сыром талловом масле, причем по мере продолжения нагревания и перемешивания смеси образующаяся вода исчезает в виде пены. По мере продолжения реакции смесь постепенно становится все более вязкой. Перемешивание продолжается до тех пор, пока не прекратится образование пены, что будет указывать на полное завершение данной реакции, на что требуется примерно 15 минут с момента добавления таллового масла. Затем отбираем образцы смеси для проведения соответствующих испытаний.

Результаты этих испытаний суммированы в таблице 1 и схематически показаны на фиг. 1-3; здесь же показаны результаты испытаний, полученные на образцах асфальтового вяжущего вещества перед моментом его обработки по описанной выше схеме.

Пример 2

Точно выполняем описанную в Примере 1 процедуру, только вместо описанного в этом примере асфальтового вяжущего вещества АС-20 используем асфальтовое вяжущее вещество сорта АС-5. Физические свойства конечного асфальтового вяжущего вещества суммированы в таблице 1 и схематически показаны на фиг. 1-3; здесь же для сравнения показаны свойства, полученные в ходе испытания этого же асфальтового вяжущего вещества перед моментом его обработки по описанной в Примере 1 схеме.

Пример 3

Точно выполняем описанную в Примере 1 процедуру, только вместо описанного там асфальтового вяжущего вещества АС-20 используем вещество сорта АС-10. Физические свойства конечного асфальтового вяжущего вещества суммированы в таблице 1 и схематически показаны на фиг. 1-3; здесь же для сравнения показаны свойства, полученные в ходе испытания этого же асфальтового вяжущего вещества перед моментом его обработки по описанной в Примере 1 схеме.

Приводимые (табл. 1-6 см. в конце описания) в таблице 1 и показанные на фиг. 1-3 свойства многофункциональных гелеобразных асфальтов относятся как к обычному сорту асфальта, так и к эквивалентному сорту на основе вязкости при температуре 140^oF (60^oC); в результате многофункциональной или универсальной обработки все сорта асфальта преобразовывали в эквивалентные. Например, сорт MG-5- 20 относится к многофункциональному асфальту, изготовленному на основе асфальта сорта АС-5, но который обладает характеристиками вязкости асфальта сорта АС-20 при температуре 140^oF (60^oC).

Суммированные в таблице 1 данные дают возможность проводить непосредственное сравнение различных свойств указанных сортов асфальтового связующего вещества перед (представлены обычным асфальтовым связующим веществом в горячем состоянии) и после многофункциональной обработки. Испытания включали в себя две широко распространенные процедуры определения восприимчивости к температуре асфальта.

Первая из двух упомянутых выше процедур относится к определению показателя пенетрации (PI); она была разработана Пфейффером и Ван-Дормалом и опубликована в Journal of Institute Petroleum Technologiete 12:414 (1936). В соответствии с этой процедурой для типичных дорожных асфальтовых материалов принимается значение нуль. Значения выше нуля обозначают меньшую восприимчивость к температуре, а значения ниже нуля - большую восприимчивость к температуре по сравнению с обычными асфальтовыми вяжущими веществами. Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что за счет многофункциональной обработки всех прошедших испытание сортов асфальта значительно улучшается показатель пенетрации PI.

Вторая процедура относится к определению показателя пенетрация - вязкость (PVN); эта процедура разработана Мак"Леодом и описана в Proceedings of Asphalt Paving Technologiste 41:424 (1972). Процедура определения PVN предусматривает использование высокотемпературной вязкости асфальта и пенетрации для сравнения со значениями показателя PVN асфальтов хороших и плохих сортов. И на этот раз значение выше нуля указывает на меньшую восприимчивость асфальта к температуре, чем у асфальтов со значением ниже нуля. Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что за счет многофункциональной обработки всех прошедших испытания асфальтов значительно улучшается такое их свойство, как восприимчивость к температуре.

На фиг. 1 показаны кривые зависимости между пенетрацией, которая является критерием вязкости, и температурой. Многофункциональные асфальты образуют более плоский наклон кривой, который и является показателем более низкой восприимчивости к температуре.

Подобным же образом на фиг. 2 схематически показан более плоский наклон кривой зависимости вязкость/температура для асфальтов, свойства которых улучшены за счет многофункциональной обработки. И в данном случае все прошедшие многофункциональную обработку асфальты демонстрируют более плоский угол наклона кривой, что указывает на меньшую их восприимчивость к температуре, чем у обычных не обработанных асфальтов.

Данные таблицы 1 указывают также на влияние способа по настоящему изобретению на такое свойство асфальтов, как твердение при старении. Для определения интенсивность твердения асфальтов при старении использовали метод испытания для определения влияния тепла и воздуха на асфальтовые материалы (TFOT) D1754 Американской ассоциаций по испытанию материалов (AS TM). Здесь также указано, что интенсивность твердения асфальта при старении получают путем деления вязкости асфальта перед TFOT на вязкость после TFOT. Это отношение вязкости после образования тонкой пленки высушиванием к вязкости до образования тонкой пленки высушиванием называется индексом старения. Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что после многофункциональной обработки отмечается довольно существенное улучшение свойств асфальта как по TFOT, так и по индексу старения.

Серия испытаний с высушиванием тонкой пленки в печи была расширена с целью продемонстрировать влияние увеличения продолжительности старения с 5 до 15 часов на состояние стареющих тонких пленок. Данные таблицы 1 свидетельствуют о довольно существенном сокращении интенсивности твердения при старении в результате обработки асфальтовых смесей по описанным в Примерах технологиям.

На фиг. 3 показана диаграмма изменения вязкости в виде функции продолжительность твердения при старении в испытаниях по высушиванию тонкой пленки асфальта. Данные этой диаграммы убедительно свидетельствуют о том, что многофункциональные асфальты образуют меньший угол наклона кривой вязкость /TFOT, что указывает на меньшую интенсивность твердения при старении, чем у обычных асфальтовых смесей.

Следует иметь в виду, что поскольку многофункциональные асфальты являются неньютоновскими асфальтами, поэтому к ним нельзя применять обычные методы измерения вязкости асфальтовых вяжущих веществ, например методы AS TM D 2170 и AS TM D2171. Именно из-за наличия неньютоновских свойств для измерения вязкости асфальтовых эмульсионных остатков и неньютоновских битумов рекомендуется использовать вакуумный капиллярный вискозмиметр и соответствующую процедуру P-160 (1984), разработанную специалистами AS TM. В таблице 1 суммированы результаты различных испытаний, а также результаты испытаний, полученные на образцах асфальта до момента их многофункциональной обработки по описанной выше схеме.

Из приведенных сравнительных данных можно сделать вывод, что многофункциональная обработка оказывает довольно значительное положительное влияние на такие важные параметры, как пенетрация, вязкость и вязкость после 5 и 15 часов старения TFOT. Например, вязкость асфальта АС-5 до обработки при 140^oF (60^oC) была равна 530 П. Многофункциональная обработка этого сорта асфальта привела к увеличению вязкости до 2200 П, что вполне удовлетворяет требованиям относительно вязкости для асфальта АС-20 (AAS НТО M- 226). В результате многофункциональной обработки значительно улучшались свойства всех испытанных асфальтов в плане их твердения при старении.

Пример 4

Точно следуем описанной в Примере 1 процедуре, но вместо упомянутого в Примере 1 асфальтового вяжущего вещества используем 1500 г асфальта AC-10, а вместо гидроокиси натрия добавляем в смесь 5,25 безводной гидроокиси калия. Полученные при этом результаты суммированы в таблице 2.

Пример 5

Точно следуем описанной в Примере 4 процедуре, но вместо гидроокиси калия используем 2,24 г безводной гидроокиси лития. Полученные при этом результаты суммированы в таблице 2.

Пример 6

Точно следуем описанной в Примере 4 процедуре, но вместо гидроокиси калия используем 5 г безводного карбоната натрия. Полученные при этом результаты суммированы в таблице 2.

Данные таблицы 2 свидетельствуют о том, что по сравнению с контрольным образом, в котором в качестве основного асфальта использовался асфальт АС-10, у всех асфальтовых вяжущих веществ значительно улучшалось такое их свойство, как восприимчивость к температуре, о чем можно судить на основе показателя пенетрации и показателя длительного старения.

Пример 7

Точно следуем описанной в Примере 4 процедуре, но вместо гидроокиси калия использовали 2,2 г металла натрия. В данном примере наблюдалось меньшее ценообразование. Полученные при этом результаты приводятся в таблице 3.

Пример 8

Точно следуем описанной в Примере 4 процедуре: сперва добавляли в асфальтовое вяжущее вещество сырое талловое масло, затем тщательно перемешивали и добавляли уже в высокоскоростную коллоидную мельницу со сдвигом гранулы гидроокиси натрия. Полученные при этом результаты приводятся в таблице 3.

Этот Пример убедительно демонстрирует, что обратный порядок добавления химических компонентов не оказывают существенного влияния на свойства подвергшегося многофункциональной обработке асфальта.

Пример 9

В сосуд по Примеру 1 добавляли при интенсивном перемешивании 500 г сырого таллового масла, предварительно нагретого до 300^oF (149^oC), а затем 62,5 г гранул гидроокиси натрия. Из образованной таким образом смеси брали 33,75 г, а затем добавляли асфальт сорта АС-10 при температуре в 400^oF (205^oC), чтобы довести общую массу смеси до 1500 г. Образованную таким образом смесь пропускали через высокоскоростную коллоидную мельницу со сдвигом. Полученное таким образом многофункциональное вещество подвергали испытанию по описанной выше схеме, а полученные при этом результаты приводятся в таблице 3. Приводимые в таблице 3 данные иллюстрируют физические свойства многофункциональных асфальтовых смесей, полученных в Примерах 7-9. Эти данные свидетельствуют о довольно значительном улучшении таких свойств, как восприимчивость к температуре и твердение при старении у многофункциональных асфальтовых вяжущих смесей по сравнению с контрольным образцом асфальта АС-10, причем в данном случае не имеет значение последовательность добавления различных химических компонентов.

Пример 10

Испытания проводили с целью продемонстрировать чувствительность эмульсионных остатков асфальта, содержащих остатки высокой плавучести, к остающейся в смеси влаге. Промытый известняк N 8 по AS TM покрывали 4 % по весу многофункциональным асфальтовым вяжущим веществом, приготовленным на основе асфальта АС-5 (который образует асфальтовое вяжущее вещество МС5-20), и сравнивали с приготовленным идентичным образом обычным асфальтом АС-20 (AAS НТО М-226). Асфальтовую эмульсию HFMS-24 (эмульсия с высокой плавучестью и средним отверждением - 2 часа) (AAS НТО М- 140) также смешивали с наполнителем путем добавления 5,7% эмульсии по весу с целью образования 4% по весу остаточной асфальтовой смеси. Каждую партию асфальтового вяжущего вещества смешивали с наполнителем в течение 90 секунд при температуре 300^oF (149^oC). Наполнитель нагревали примерно на 100^oF (37,7^oC) выше, чем асфальтовую эмульсию (HFMS-2 ч, чтобы удалить воду. Во всех случаях конечные температуры смеси были равны 275^oF (135^oC).

Примерно 300 г каждой смеси помещали на один час в печь с температурой 300^oF (149^oC), причем эти образцы смеси размещали на сите N 4 диаметром 8 дюймов (203,2 т). Под каждым ситом устанавливали поддон, чтобы улавливать возможный сток асфальта.

Были получены следующие результаты при 1 г асфальта в поддоне: MG 5-20 0; AC-20 9,9; HFMS -2 часа 1,3.

Результаты этих испытаний свидетельствуют о более высокой степени прилипания многофункционального асфальта к наполнителю по сравнению с обычным асфальтом сорта АС-20 и с остатками асфальтовой эмульсии с высокой плавучестью и средним отверждением. Можно предположить, что специфическим свойством остатков с высокой плавучестью будет пониженная миграция асфальта в горячих смесях. Результаты испытаний указывают на то, что это будет относиться прежде всего к АС-20; однако по этому свойству многофункциональный асфальт будет явно превосходить эмульсионные остатки HFMS

Пример 11

Свойства смесей по Примеру 10 измеряли в широком диапазоне температур. Целью этой серии испытаний было установить, будут ли улучшаться свойства смеси асфальт-наполнитель (главное конечное использование материала) в той же степени, в которой это происходит с многофункциональным вяжущим веществом. Используемый для изучения осушения или стока асфальта в Примере 10 асфальт использовали и в Примере 11 для изучения свойств и особенностей смеси асфальт-наполнитель. С целью получения плотной смеси в 3/4 дюйма (19,1 мм) смешивали наполнитель N 5, наполнитель N 8 и мелкозернистый песок (по классификации ASTM). Конечная плотная смесь должна была отвечать требованиям ASTM D-3515. Перед моментом смешивания наполнитель и асфальт нагревали до 300^oF (149^oC; HFMS - 2 часа смешивали с наполнителем в течение 90 секунд, причем температура наполнителя была равна 400^oF (204^oC), а температура HFMS - 2 часа - 77^oF (25^oC). Каждая приготовленная таким образом смесь содержала 4,5 вес. % асфальта, В соответствии со стандартом ASTM D-1559 каждую смесь уплотняли 75 ударами по методике Маршалла. С каждым сортом асфальта изготавливали четыре смеси, которые испытывали при четырех температурах: 140, 100, 77 и 40^oF (соответственно 60, 38, 25 и 4,5^oС). Этот температурный диапазон отражает наиболее часто встречаемый на практике широкий диапазон температур сооружения дорожного покрытия. Жесткость измеряли с помощью прибора Маршалла и Хвима (Hveem) и в соответствии с процедурами ASTM D-1559 и D-1560. Полученные при этом результаты приводятся в таблице 4.

Эти данные свидетельствуют о том, что жесткость (т.е. прочность) асфальтобетона на основе многофункционального асфальтового вяжущего вещества не увеличивается в той же степени, что у обычного асфальтобетона.

Полученные результаты указывают также на то, что эмульсионная смесь (HFMS-2 часа) обладает исключительно низкой стабильностью при высоких температурах, что может внести свой вклад в неполное отверждение (имеется в виду наличие остаточной влаги).

В Примерах 12-14 испытания проводили с целью продемонстрировать то минимальное количество воды, которое необходимо для инициирования реакции омыления в процессе приготовления многофункционального асфальтового вещества.

Пример 12

Нагревали до температуры 400^oF (204^oC) 1500 г асфальта АС-10 и загружали асфальт в тот же сосуд, который использовался в Примере 1. Предварительно разогревали 3,75 г гидроокиси натрия до сухого расплавленного состояния и добавляли в асфальт, а затем в течение одной минуты тщательно перемешивали. В течение 2 часов подогревали талловое масло до 275^oF (135^oC) до момента полного высушивания масла. Затем добавляли 30 г высушенного таллового масла в смесь асфальта и каустической соды и в течение 15 минут тщательно перемешивали эту смесь. Полученные при этом результаты приводятся в таблице 5.

Пример 13

Точно следуем описанной в Примере 12 процедуре, только вместо гидроокиси натрия используем 2,2 г металла натрия. Полученные при этом результаты приводятся в таблице 5.

Пример 14

Точно следуем описанной в Примере 13 процедуре: добавляем 0,015 г воды в талловое масло и тщательно перемешиваем, а затем добавляем эту смесь в асфальт.

Приводимые в таблице 5 результаты указывают на то, что в Примерах 12 и 14 происходит реакция омыления; в указанных примерах наблюдаются сопоставимые свойства асфальтового вяжущего вещества. Особенностью реакции омыления в Примере 12 было то, что все реагирующие вещества были предварительно высушены. И тем не менее, в системе перед моментом инициирования реакции наблюдалось достаточное количество влаги (но не достаточное для его измерения в лабораторных условиях).

Несмотря на выполнение одинаковых процедур по высушиванию таллового масла в Примере 13 вообще не происходило никакой реакции. В данном случае металлический натрий заменял сухую расплавленную гидроокись натрия, которая использовалась в примере 12.

И на этот раз используем металлический натрий и сухое талловое масло, но в смесь добавляем небольшое количество воды (0,001% по весу асфальта); в данном случае происходит та же реакция омыления, что и в Примере 14.

Пример 15

Точно следуем описанной в Примере 1 процедуре, однако вместо асфальта АС-20 используем кровельный асфальт ТИПА (ASTM D3 I 2). В таблице 6 результаты этого испытания сравниваются с основным или базовым асфальтом на основе испытания типичного кровельного материала.

Данные этой таблицы свидетельствуют о том, что обработанный асфальт обладает низкотемпературными свойствами кровельного асфальта Типа I и высокотемпературными свойствами кровельного асфальта Типа II. PI также будет значительно ниже у обработанного асфальта, что указывает на меньшую восприимчивость к температуре.