專利名稱：制造適合用于道路鋪設(shè)的瀝青－集料混合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合于道路、停車場、人行道等的冷鋪設(shè)的含水快速凝固瀝青-集料混合物。該瀝青-集料混合物通過混合如下物質(zhì)而制備礦物集料、水、包含水硬水泥的去乳化劑和含有叔二胺和磷酸的鹽作為乳化劑的陽離子水包油型瀝青乳液。
制備陽離子水包油型瀝青乳液以及將這些乳液與無機(jī)礦物集料混合乃是本領(lǐng)域中熟知的技術(shù)。當(dāng)?shù)V物集料與陽離子乳液混合時(shí)，由于帶正電荷的瀝青液滴和帶負(fù)電荷的集料表面之間的吸引，乳液將發(fā)生“破乳”。陽離子瀝青液滴沉積于集料表面，并通過瀝青液滴和集料之間界面處的靜電作用而結(jié)合于集料上。作為乳化劑，已經(jīng)建議了幾種酸和胺化合物的鹽。通常使用酸化酰胺基胺、咪唑啉、脂肪四胺和季銨化合物及其混合物。所用的酸通常為鹽酸，但也可以采用磷酸以及其它包含一個(gè)或多個(gè)酸性氫原子的酸。
鋪設(shè)時(shí)，現(xiàn)在通常采用的方法是使用移動(dòng)式攪拌機(jī)，其在施工的現(xiàn)場，連續(xù)地混合集料、水和乳液以獲得含水瀝青-集料混合物，并連續(xù)地將含水瀝青-集料混合物在待鋪設(shè)的表面上展開?；旌衔锞哂羞m合于鋪設(shè)的稠度，而且在一側(cè)的瀝青與另一側(cè)的集料和被覆蓋的表面之間迅速形成粘附是至關(guān)重要的。
因此，專利US 3 518 101描述了一種含水地瀝青乳液，其包含選自草酸、酒石酸和檸檬酸的多元酸和含有含約12到約22個(gè)碳原子的烷基的二胺的鹽作為乳化劑。胺基團(tuán)可以是伯、仲和/或叔胺。然而，在該專利中描述的乳液-集料混合物的凝固和粘附力的形成是緩慢的，并還隨著集料的類型和集料的粒度而變化。專利US 5 073 297公開了一種通過用特定的陽離子乳化劑使瀝青在水中乳化而得到的含水瀝青乳液-集料，所述乳化劑是改性多胺與某些多羧酸和酸酐之間的反應(yīng)產(chǎn)物。在制備瀝青乳液中，使用乳化劑的酸溶液。例如，可以加入鹽酸、硫酸和磷酸等，直到pH值低于7并得到澄清的乳化劑溶液。漿液的凝固時(shí)間長，為了縮短凝固時(shí)間，公開了加入水泥的方案。
由以上的參考文獻(xiàn)顯而易見的是，取決于溫度，以及在較小程度上取決于混合物中存在的集料的類型和粒度，乳液的破乳以及瀝青和集料之間強(qiáng)粘附力的產(chǎn)生在速率上顯著變化。此外，由具有低酸含量的瀝青制備的乳液相對來說是緩凝的，在瀝青和集料之間以及在瀝青和被覆蓋的表面之間只是緩慢的產(chǎn)生粘附力?？炷约罢掣搅Φ难杆傩纬墒窍喈?dāng)有利的，因?yàn)檫@樣鋪設(shè)的區(qū)域可以在施工以后不久即可投入公共使用。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用特定的乳化劑和去乳化劑體系，能夠基本上減少上述缺點(diǎn)。該體系可以生產(chǎn)優(yōu)異的含水瀝青乳液，并得到適合于冷鋪設(shè)的含水瀝青-集料混合物。該混合物是快凝的，鋪設(shè)后大約15分鐘后就能在瀝青和集料之間形成強(qiáng)粘附力。
根據(jù)本發(fā)明，適于冷鋪設(shè)的含水瀝青-集料混合物通過在0-40℃的溫度下混合含有乳化劑的水包油型酸性瀝青乳液、礦物集料、額外的水和去乳化劑而制備，其特征在于瀝青乳液的pH值為1-5，優(yōu)選1-4；乳化劑包含多價(jià)磷酸和下式二胺的鹽 其中R1、R2、R4和R5之中的一個(gè)或兩個(gè)基團(tuán)為具有6-22個(gè)，優(yōu)選8-20個(gè)碳原子的烴基，R1、R2、R4和R5中余下的是具有1-4個(gè)，優(yōu)選1-2個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)和/或式(A)sH的基團(tuán)，其中A為具有2-3個(gè)碳原子的亞烷氧基，優(yōu)選為亞乙氧基，s數(shù)值為1-4，優(yōu)選為1，R3為具有2-4個(gè)碳原子，優(yōu)選3個(gè)碳原子的亞烷基；并且去乳化劑包含水硬水泥。
式I乳化劑具有良好的乳化能力，當(dāng)用含有水硬水泥的去乳化劑使含水瀝青乳液破乳時(shí)，在集料與瀝青之間能迅速產(chǎn)生強(qiáng)粘附力。乳液破乳和形成粘附力的速率可以通過水硬水泥的加入量而容易地調(diào)整和控制。不僅在瀝青的酸含量為中等或高酸含量時(shí)，而且當(dāng)酸含量低，例如為0.05-1mgKOH/g瀝青時(shí)，都可以獲得快速凝固和強(qiáng)粘附力。乳化劑-去乳化劑體系非常適用于移動(dòng)式攪拌機(jī)，所述攪拌機(jī)在施工現(xiàn)場連續(xù)地混合集料、額外的水、去乳化劑和瀝青乳液，形成含水瀝青-集料混合物，并連續(xù)地將含水瀝青-集料混合物在待鋪設(shè)的表面上展開。此外，可以根據(jù)現(xiàn)有條件，例如溫度很容易地調(diào)節(jié)乳化劑-去乳化劑體系以使混合時(shí)間和速率以及含水瀝青-集料混合物的粘附力的強(qiáng)度最優(yōu)化。
合適的式I二胺是其中至少一個(gè)基團(tuán)為甲基基團(tuán)，并且至少一個(gè)基團(tuán)為羥乙基，即其中A為亞乙氧基且s為1的式(A)SH)基團(tuán)的那些。甲基基團(tuán)的平均數(shù)目與亞乙氧基基團(tuán)的平均數(shù)目的比值優(yōu)選是1∶6-3∶1。其它合適的二胺為其中余下的基團(tuán)全部為甲基基團(tuán)的式I化合物和其中余下的基團(tuán)全部為式(A)SH基團(tuán)的化合物，其中A為具有2-3個(gè)碳原子的亞烷氧基，且s的值為1-4。優(yōu)選的是，A為亞乙氧基，并且s為1。還可以有利地使用其中余下的基團(tuán)僅僅為甲基基團(tuán)的化合物和其中余下的基團(tuán)僅僅為式(A)SH基團(tuán)(其中A和s具有上面所述的含義)的化合物的混合物。在該類混合物中，僅僅含有甲基基團(tuán)的化合物與僅僅含有(A)SH基團(tuán)的化合物的重量比通常為1∶10-10∶1。通過改變甲基基團(tuán)的數(shù)目與亞乙氧基基團(tuán)的數(shù)目的比值，驚奇地表明，進(jìn)一步控制粘附力和混合時(shí)間是可能的。大量的甲基基團(tuán)能縮短混合時(shí)間和加速高粘附力的形成，而亞乙氧基基團(tuán)的存在改進(jìn)了瀝青和瀝青-集料混合物的可施工性能。可以有利地利用不同的式I二胺的這些性能，以在鋪設(shè)時(shí)使乳化劑適應(yīng)瀝青的酸含量和溫度。
根據(jù)本發(fā)明，水硬水泥可以是普通卜特蘭水泥、低熱卜特蘭水泥、白卜特蘭水泥、快硬卜特蘭水泥或其混合物。合適的水硬水泥包含75-100重量％的普通卜特蘭水泥或白卜特蘭水泥。水硬水泥還可以與0-25重量％的硫酸鋁、明礬化合物、石灰或石膏或其混合物組合。這些添加物延長混合時(shí)間，這在高溫下進(jìn)行鋪設(shè)時(shí)是有利的。
集料是一種無機(jī)材料，通常包含密集分級的無機(jī)物質(zhì)，如高爐礦渣和礦物，如花崗巖、石灰石和白云石。適宜的粒度分布既包括細(xì)顆粒也包括較粗顆粒。典型的集料具有如ASTM C 136中所述的粒度分布，其中全部量的集料通過從4號網(wǎng)篩到10號網(wǎng)篩間隔的篩子，而比例為15-20重量％的集料通過從40號網(wǎng)篩到200號網(wǎng)篩間隔的篩子。
在本發(fā)明中使用的合適種類的瀝青是在道路鋪設(shè)以及在冷乳液混合、灰漿密封、微表面處理等技術(shù)中通常使用的那些，包括但不限于AC品級為AC-15至AC-35的那些以及用諸如SBS和EVA的聚合物改性的那些。
根據(jù)本發(fā)明的含水瀝青-集料混合物通常包含100重量份集料；6-20重量份，優(yōu)選8-15重量份瀝青；0.1-3重量份，優(yōu)選0.2-2.5重量份多價(jià)磷酸和式I二胺的鹽和0.1-2重量份，優(yōu)選0.2-1.5重量份水硬水泥。
含水瀝青-集料混合物可以通過使包含礦物集料、按集料重量計(jì)為5-35％的水和按集料重量計(jì)為0.1-2.0重量％，優(yōu)選0.2-1.5重量％的水硬水泥的共混物與按集料重量計(jì)為10-40％的陽離子酸性水包油型瀝青乳液混合而制備。所述瀝青乳液通常包含50-70重量％的瀝青，0.4-20重量％，優(yōu)選2-14重量％的多價(jià)磷酸和式I二胺的鹽和21-43重量％，優(yōu)選25-40重量％的水。瀝青-集料混合物中的總水量通常為集料重量的12-25％。
在瀝青-集料混合物和瀝青乳液中還可以存在其它組分。因此，瀝青乳液可以包含含有至少一個(gè)具有6-22個(gè)碳原子，優(yōu)選8-22個(gè)碳原子的烴基的其它乳化劑，其為非離子或陽離子型表面活性劑，例如酰胺化合物、含亞乙氧基的酰胺化合物、酸化酰胺基胺、含亞乙氧基的酰胺基胺、咪唑啉、四胺和季銨化合物及其混合物。其它乳化劑的具體實(shí)例是酸與下式的咪唑啉化合物的鹽，合適的是多價(jià)酸如多價(jià)磷酸與下式的咪唑啉化合物的鹽 其中R是具有5-21，優(yōu)選7-19個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)，n為0-3的數(shù)；或下式的酰胺基胺化合物
其中，R1、R2、R3和R4之中的一個(gè)或兩個(gè)基團(tuán)為具有6-22個(gè)碳原子，優(yōu)選具有8-20個(gè)碳原子的?；琑1、R2、R3和R4中余下的是具有1-4個(gè)碳原子的低級烷基基團(tuán)，優(yōu)選甲基、羥乙基、羥丙基或氫，n為1-4的數(shù)，條件是至少一個(gè)氮原子是胺基團(tuán)的一部分。瀝青集料混合物還可以包含額外的有機(jī)粘結(jié)劑，例如，選自SBR、聚氯丁二烯和天然膠乳及其混合物的膠乳。膠乳可以摻入瀝青乳液或直接摻入混合物中。如在乳液配制領(lǐng)域中熟知的那樣，使用與乳液相容的陽離子或非離子級的膠乳是必要的。膠乳粘結(jié)劑可以賦予凝固混合物以所希望的性能，包括改進(jìn)的耐久性。瀝青集料混合物還可以包含其他組分，如纖維和顏料。
實(shí)施例通過混合下述物質(zhì)而制備幾種含水瀝青-集料混合物a)15重量份含水水包油型瀝青乳液，其包含9.75重量份瀝青，若含有的話0.53重量份膠乳和按照表1的乳化劑；b)100重量份花崗巖集料，比例對應(yīng)于ASTM C136；c)9重量份的水；和d)按照表1的普通卜特蘭水泥。制備中使用如下乳化劑乳化劑A 牛脂基三甲基丙二胺和正磷酸的鹽，乳化劑B 三(羥乙基)油基丙二胺和正磷酸的鹽，乳化劑C 50重量％的妥爾油脂肪酸與50重量％的四亞乙基五胺之間的反應(yīng)產(chǎn)物與鹽酸的鹽，乳化劑D 50重量％的等量的妥爾油脂肪酸與四亞乙基五胺的反應(yīng)產(chǎn)物與正磷酸的鹽和50重量％的等量的妥爾油脂肪酸與3-(二甲基氨基)丙胺的反應(yīng)產(chǎn)物與正磷酸的鹽。
用正磷酸將包含乳化劑A、B和D的乳液的pH值調(diào)節(jié)至表1中所示的pH值，用鹽酸調(diào)節(jié)僅包含乳化劑C的乳液的pH值。
在制備過程中，根據(jù)國際灰漿表面處理協(xié)會(huì)(International SlurrySurfacing Association)；設(shè)計(jì)技術(shù)通報(bào)(Design Technical Bulletins)，用于灰漿密封體系的TB-113試拌程序(TB-113Trial Mix Procedure for SlurrySeal Systems)記錄混合時(shí)間。混合后立即用實(shí)驗(yàn)室瀝青澆灌機(jī)在不同的溫<p>表C
以與實(shí)施例3相同的方式測試這些燃料中每一種的消泡性能，并且還測試F2的性能。表3示出了結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種通過在0-40℃的溫度下混合包含乳化劑的水包油型瀝青乳液、礦物集料、額外的水和去乳化劑而制造含水瀝青-集料混合物的方法，其特征在于，瀝青乳液的pH值在1-5之間，且乳化劑包含多價(jià)磷酸與下式二胺的鹽 其中，基團(tuán)R1、R2、R4和R5之中的一個(gè)或兩個(gè)為具有6-22個(gè)碳原子，優(yōu)選具有8-20個(gè)碳原子的烴基，R1、R2、R4和R5中余下的是具有1-4個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)和/或式(A)SH的基團(tuán)，其中A為具有2-3個(gè)碳原子的亞烷氧基，s為1-4的數(shù)，R3為具有2-4個(gè)碳原子的亞烷基，n為0-2的數(shù)；其特征還在于去乳化劑包含水硬水泥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，式I二胺含有至少一個(gè)甲基基團(tuán)和至少一個(gè)式(A)SH的基團(tuán)，其中A為亞乙氧基且s為1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，式I二胺中的甲基基團(tuán)的平均數(shù)與亞乙氧基基團(tuán)的平均數(shù)之比是1∶6-3∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，式I二胺包括其中余下的基團(tuán)全部為甲基基團(tuán)的化合物、其中余下的基團(tuán)全部為其中A和s具有上述含義的式(A)SH基團(tuán)的化合物或這些化合物的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，式I二胺包括重量比為1∶10-10∶1的兩種類型化合物的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，乳化劑的二胺鹽與水泥的重量比為0.15-1.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，磷酸為正磷酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，水硬水泥為卜特蘭水泥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，瀝青的酸含量為0.05-1mg KOH/g瀝青。
10.一種含水瀝青-集料混合物，其特征在于，其包含100重量份集料、6-20重量份瀝青、0.1-3重量份權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所定義的鹽和0.1-2重量份水硬水泥。
11.一種二胺鹽，其特征在于，其為權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所定義的鹽。
12.一種酸性水包油型瀝青乳液，其特征在于，其具有1-5的pH值且包含0.4-20重量％的權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所定義的鹽。
13.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所定義的鹽作為水包油型瀝青乳化劑的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適合于道路、停車場、人行道等的冷鋪設(shè)的含水快速凝固瀝青－集料混合物。該瀝青－集料混合物通過混合如下物質(zhì)而制備礦物集料、水、包含水硬水泥的去乳化劑以及含有叔二胺和磷酸的鹽作為乳化劑的陽離子水包油型瀝青乳液。二胺具有式(I)，其中基團(tuán)R
文檔編號C08K5/17GK1856546SQ200480027434
公開日2006年11月1日 申請日期2004年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月4日
發(fā)明者B-A·托斯滕松, K·肖, T·瓦林, L-G·斯托爾格倫 申請人:阿克佐 諾貝爾股份有限公司