制备柏油的方法

—— CN200980115136.4

摘要

公开了一种制备柏油的方法。所述方法包括以下步骤:(i)加热沥青,(ii)加热骨料,和(iii)在混合装置中使热的沥青与热的骨料混合从而形成柏油。以沥青的重量为基准,在步骤(i)、(ii)或(iii)的至少一个步骤中加入10-200wt%的硫,和以沥青的重量为基准,在步骤(i)、(ii)或(iii)的至少一个步骤中加入0.1-20wt%的通式A化合物。其中R1和R2独立地选自C6-C30烷基或链烯基。

权利要求书

1.一种制备柏油的方法,所述方法包括如下步骤:(i)加热沥青;(ii)加热骨料;(iii)在混合装置中使热的沥青与热的骨料混合从而形成柏油;其中以沥青的重量为基准,在步骤(i)、(ii)或(iii)的至少一个步骤中加入10-200wt%的硫,和其中以沥青的重量为基准,在步骤(i)、(ii)或(iii)的至少一个步骤中加入0.1-20wt%的通式A化合物:其中,R和R独立地选自C-C烷基或链烯基。 2.权利要求1的方法,其中所述硫为粒料形式。 3.权利要求1或2的方法,其中化合物A为亚乙基双硬脂酰胺。 4.前述权利要求任一项的方法,其中同时加入硫和通式A化合物。 5.权利要求4的方法,其中硫为粒料形式,和通式A化合物结合到硫粒料中。 6.一种包含通式A化合物的硫粒料其中,R和R独立地选自C-C烷基或链烯基。 7.按权利要求1-5任一项方法制备的柏油。 8.一种铺设柏油路面的方法,其中所述柏油按权利要求1-5任一项的方法制备,和进一步包括如下步骤:(iv)将所述柏油铺展成一层;和(v)将所述层压实。 9.按权利要求8的方法铺设的柏油路面。

说明书



技术领域

本发明涉及制备柏油的方法,其中向柏油中结合硫。

背景技术

在道路修建和道路铺设行业,通常实施的过程是用热的流体沥青涂覆骨料如砂子、砂砾、碎石或它们的混合物,和趁热将所述涂覆材料在路基上或以前修建的道路上铺成均匀的层,并用重型滚轧机滚轧以压实所述均匀层,从而形成平整的路面。

沥青与骨料如砂子、砂砾、碎石或它们的混合物的组合被称为“柏油”。沥青也被称为“柏油粘合剂”,通常是包含沥青质、树脂和油的液体粘合剂。沥青例如可以包含衍生自石油残余物例如渣油或煤焦油沥青或它们的混合物的混合物。

在本领域中已知的是硫可以与沥青混合用于道路修建和道路铺设行业。在沥青中应用硫时所遇到的一个问题是在高温下例如高于140℃时,由于沥青和硫之间的脱氢反应而形成不想要的硫化氢。

当应用大量硫时,特别是在具有较高硫-沥青重量比(例如高达1∶1)的柏油中,硫化氢的排放是特别麻烦的事。因此,希望减少由含硫柏油不希望的形成和排放硫化氢。

在WO 2005/059016中描述了一种减少由热铸硫-柏油混合物的硫化氢排放的方法。向硫粒料中结合硫化氢抑制剂如氯化铁可以降低含硫柏油制备过程中的硫化氢排放。但硫化铁可能很难处理,且容易与空气中的水分反应,因此希望找到一种降低硫-柏油混合物的硫化氢排放的替代方法。

发明内容

发明人目前已经发现如果在柏油制备过程中加入附加组分,可以降低含硫柏油的制备温度。混合温度和/或压实温度的降低将会减少柏油路面制备过程中释放出的硫化氢量。尽管混合和/或压实温度较低,但所得的柏油仍然耐用且水敏感性低。

因此,本发明提供一种制备柏油的方法。所述方法包括以下步骤:

(i)加热沥青;

(ii)加热骨料;

(iii)在混合装置中使热的沥青与热的骨料混合从而形成柏油;其中以沥青的重量为基准,在步骤(i)、(ii)或(iii)的至少一个步骤中加入10-200wt%的硫,和其中以沥青的重量为基准,在步骤(i)、(ii)或(iii)的至少一个步骤中加入0.1-20wt%的通式A化合物:

其中R1和R2独立地选自C6-C30烷基或链烯基。

本发明进一步提供一种铺设柏油路面的方法,其中所述柏油按本发明的方法制备,和进一步包括如下步骤:

(iv)将柏油铺展成一层;和

(v)将所述层压实。

本发明还提供通过本发明方法制备的柏油和柏油路面。

在本发明的一个实施方案中,将硫和通式A化合物一起加入;硫为粒料形式和将通式A化合物结合到硫粒料中。因此,本发明还提供一种包含通式A化合物的硫粒料:

其中R1和R2独立地选自C6-C30烷基或链烯基。这些粒料有利地用于本发明的方法中。

具体实施方式

在本发明方法的步骤(i)中,优选在60-200℃、优选80-150℃、更优选100-140℃下加热沥青。沥青优选是针入度为例如9-1000dmm、更优选15-450dmm(在25℃下按EN 1426:1999测试)和软化点为25-100℃、更优选25-50℃(按EN 1427:1999测试)的适合于道路应用的铺路级沥青。

在本发明方法的步骤(ii)中,优选在60-200℃、优选80-150℃、更优选100-140℃下加热骨料。骨料合适地为适用于道路应用的任何合适骨料。骨料可由粗骨料(在4mm筛子上存留)、细骨料(通过4mm筛子,但在63μm筛子上存留)和填料(通过63μm筛子)的混合物组成。

在步骤(iii)中,在混合装置中使热的沥青与热的骨料混合。合适地,混合在温度80-200℃、优选90-150℃、更优选100-140℃下实施。通常,混合时间为10-60秒,优选为20-40秒。

当加入硫时,为减少硫化氢的排放,加热沥青和骨料的温度以及随后混合的温度优选保持尽可能的低。但所述温度还要足够高,以使沥青可以有效地涂覆骨料。本发明人已经发现加入通式A化合物将降低可以制备具有理想强度和耐久性的柏油的温度。

以沥青的重量为基准,加入沥青、骨料或沥青/骨料混合物中的硫量为10-200wt%,优选由20wt%起,更优选由40wt%起,和优选至100wt%,更优选至80wt%。在柏油铺路混合物中硫的存在可以提高铺路混合物的强度和抗车辙性能,并且包含足够量的硫来实现这些优点是很重要的。相应地,包含较多量的硫可以降低铺路混合物的成本。但过多硫有可能降低铺路混合物的工作性能,因此很重要的是不要用超过200wt%的硫粒料,优选为不超过100wt%。

硫优选以粒料的形式结合。这里所说的粒料为任何类型的硫材料,该硫材料已经由熔融态铸成一些种类的规则尺寸颗粒,例如片状、板状或球状硫,例如丸、颗粒、块状和锭状或半个豌豆大小的硫。以硫粒料的重量为基准,硫粒料通常含有50-99wt%的硫,优选由60wt%起,和最优选由70wt%起;和通常至95wt%,和优选至90wt%。优选范围为60-90wt%。

硫粒料可以包含其它组分,例如,它们可以包含以粒料的重量为基准浓度至少为约0.08wt%的乙酸戊酯,和/或可以包含浓度至少为0.25wt%的碳。正如WO 03/14231中所述,通过加入浓度至少为0.25wt%的碳可以使液态硫增塑,并且可以用浓度至少为约0.08wt%的乙酸戊酯进一步处理,从而产生甚至更易于处理的增塑硫粒料。

以沥青的重量为基准,加入到沥青、骨料或沥青/骨料混合物中的通式A化合物的量为0.1-20wt%,优选为0.5-20wt%,更优选为1-8wt%。通式A化合物基本上是亚乙基二胺与一种或多种脂肪酸的缩合产品。R1和R2独立地选自C6-C30烷基或链烯基,但R1和R2优选相同。优选地,R1和R2为C10-C20烷基或链烯基;更优选地,R1和R2为C12-C18烷基或链烯基。最优选地,R1和R2为CH3(CH2)16,从而化合物A为亚乙基双硬脂酰胺。

向柏油混合物中结合通式A化合物降低可以制备柏油的温度。因此,结合化合物A降低所得柏油的水敏感性。

硫和通式A化合物优选一起加入,即在步骤(i)、步骤(ii)或步骤(iii)中一起加入。在第一个实施方案中,热的骨料与硫和通式A化合物混合。然后将热的沥青加入到热的骨料-硫混合物中。在第二个实施方案中,将热的骨料与热的沥青混合,然后向这种热的沥青-骨料混合物中加入硫和通式A化合物。本实施方案提供的优点是产生更强的硫-柏油混合物强度。在第三个实施方案中,热的沥青与硫和通式A化合物混合,和将所得的热的沥青-硫混合物与热的骨料混合,从而得到含硫的柏油混合物。

作为替代,硫和通式A化合物可以分别加入。例如,通式A化合物可以在步骤(i)中加入到沥青中,而硫可以在步骤(iii)中加入。

在本发明的一个优选实施方案中,硫和通式A化合物一起加入;硫为粒料形式,和将通式A化合物结合到硫粒料中。以硫的重量为基准,硫粒料优选包含0.2-30wt%的通式A化合物,更优选为1-12wt%。硫粒料合适地按以下方法制备,其中将液态硫与通式A化合物及任选的附加组分例如碳或乙酸戊酯混合,然后使混合物成型和/或造粒。

在本发明的一个实施方案中,硫可以以两种类型的硫粒料的形式加入,第一种类型的硫粒料包含通式A化合物,而第二种类型的硫粒料不包含通式A化合物。这样做的优点是通式A化合物基本上集中在第一种类型的硫粒料内,而传统的硫粒料可以用于补充剩余部分的硫需求。

本发明进一步提供按本发明方法制备的柏油。通常,以所述柏油的重量为基准,所述柏油包含至少1wt%的沥青。以所述柏油的重量为基准,包含约1-10wt%沥青的柏油是优选的,包含约3-6wt%沥青的柏油是特别优选的。

本发明还提供一种铺设柏油路面的方法,其中所述柏油按本发明的方法制备,和进一步包括如下步骤:

(iv)将柏油铺展成一层;和

(v)将所述层压实。

本发明还提供按本发明方法铺设的柏油路面。

步骤(v)中的压实合适地在80-200℃的温度下进行,优选为90-150℃,更优选为100-140℃。为了减少硫化氢排放,希望压实温度保持尽可能低。但压实温度仍需要足够高,从而所得柏油的空隙含量足够低,以使柏油具有耐久性和耐水性。

下面通过参考如下实施例描述本发明,所述实施例不打算限制本发明。

对比例1

制备符合DAC(致密柏油混凝土)0/11规格的柏油。将骨料加热至140℃,将沥青加热至140℃,和在140℃下混合骨料和沥青。沥青为70/100针入度级别沥青,和以骨料的重量为基准,沥青的量为5.8wt%。在130℃的温度下使柏油形成层并压实。

对比例2

按对比例1制备柏油,只是沥青用70/100针入度级别沥青和硫粒料的混合物替代。(NB:调节粘合剂的含量从而使对比例1和对比例2的柏油的体积组成基本相同;这意味着对比例2中的粘合剂的重量百分比略微高于对比例1中的)。沥青与硫粒料的比为60wt%∶40wt%,和硫粒料为来自Shell的SEAMTM粒料,主要由硫组成,还含有一些碳黑。

实施例1

按照对比例2制备柏油,只是向柏油中结合1.5wt%的亚乙基双硬酯酸酰胺(EBS)(以沥青和硫粒料的组合重量为基准)。

实施例2

按实施例1制备柏油,只是向柏油中结合3wt%的亚乙基双硬酯酸酰胺(EBS)(以沥青和硫粒料的组合重量为基准)。

混合及压实温度及所得的空隙含量

改变柏油的混合和压实温度,并应用EN 12697-6标准测量方法测量所得柏油的空隙含量。结果示于表1中:

表1

  混合温度  压实温度  平均空隙(%)

  对比例1  140  130  5.4  对比例2a  140  130  6.5  对比例2b  130  120  5.5  实施例1a  130  120  4.9  实施例1b  130  120  4.9  对比例2c  130  110  7.7  实施例1c  130  110  6.1  实施例2a  130  110  6.6  对比例2d  130  100  9.1  实施例1d  130  100  8.1  实施例2b  130  100  7.0

在所有对比例和实施例中所应用的压实均相同。对于致密柏油混凝土来说,空隙含量理想地较低,而较高的空隙含量可能意味着柏油会有耐久性问题。对比例1的柏油(其不含硫)在混合温度和压实温度为140℃和130℃下提供可接受的空隙含量5.4%。对比例2a的柏油(其包含60∶40wt%比率的沥青和硫)在混合温度和压实温度为140℃和130℃下的空隙含量为6.5%。降低混合和压实温度通常会导致空隙含量增加(比较对比例2a-d和实施例1a-d)。但当向柏油中结合1.5wt%或3wt%的EBS时,在降低的温度下,空隙含量通常较低(例如比较对比例2d与实施例1d和2b)。这意味着通过结合EBS,混合温度和压实温度可以降低,而不会不利地影响柏油的耐久性。

温合温度和压实温度以及所得的直接Marshall稳定性和保留Marshall稳定性

压实后,在14天内由于硫结晶需要增强柏油样品的强度。14天后,按照EN 12697-34标准,测量含硫柏油的Marshall稳定性,其几乎为对比例1的2倍。按照相同的标准测量保留的Marshall稳定性,只是将一些样品在真空和水(24mbar绝压,4℃,3小时时间)中调理,随后在0℃和常压下放置1小时,然后在水浴中在60℃下放置48小时。保留稳定性作为直接Marshall稳定性的百分比给出。结果在下表2中给出:

表2

  混合温度  压实温度  保留稳定性(%)

  对比例1  140  130  80  对比例2a  140  130  49  对比例2b  130  120  50  实施例1a  130  120  72  实施例1b  130  120  70

对比例1的柏油(其不含硫)的保留稳定很高,而对比例2a的柏油(其含有比率为60∶40wt%的沥青和硫)的保留稳定性明显较低。但由于EBS的存在,实施例1a和1b的保留稳定性明显高于对比例2a和2b的保留稳定性,并且接近对比例1的保留稳定性。EBS的加入可以降低含硫柏油的水敏感性。

  • 标题:制备柏油的方法
  • 申请人:国际壳牌研究有限公司
  • 发明人:J·克朗格,D·斯特里克兰
  • 申请号:CN200980115136.4
  • 申请日:20090401
  • 公开号:CN102015859A
  • 公开日:20110413
  • 优先权号:08290323.8
  • 代理人:王长青
  • 代理机构:中国国际贸易促进委员会专利商标事务所
  • 申请人地址:荷兰海牙
  • 是否有效:失效
  • 标签:柏油,方法