使用重油飞灰来改进沥青粘结剂和沥青混凝土性能制造技术

本文中公开了使用重油飞灰来改进沥青粘结剂和沥青混凝土性能，尤其公开了一种沥青混凝土混合物、一种沥青粘结剂组合物和制备相关组合物的方法。所述沥青粘结剂组合物包括含有约90重量％以上碳的重油飞灰。所述组合物能够按性能分级。所述粘结剂可以用于使沥青改性并且还用作沥青混凝土组合物中的填料。

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请是申请日为2011年11月1日、申请号为201180052810.6、专利技术名称为“使用重油飞灰来改进沥青粘结剂和沥青混凝土性能”的专利技术专利申请的分案申请，并主张该专利技术专利申请的权益，该专利技术专利申请的完整内容以引用的方式并入本文中。
本文中公开了经重油飞灰改性的沥青粘结剂和沥青组合物和其制造方法。
技术介绍
由于现代商业依赖于从供应商向用户递送产品的可靠并且成本有效的方法，因此耐用并且可靠的公路、道路和用于车辆的其它支撑表面的可用性对于维持现代经济来说至关重要。为了提供更好的支撑表面，通常用沥青混凝土层或垫层来铺设公路、道路和人行道，所述沥青混凝土层或垫层覆盖在底基层的表面上。沥青因为其相对于水泥更便宜并且非常耐用而被优选用于浇注道路。沥青还可以在夜间进行浇注，这使得主要道路可在最不忙碌的时间关闭以便养护。有关道路噪音，沥青还比水泥更安静，使其成为道路的更好选择。沥青主要是柏油(bitumen)(作为粘结剂)与骨料(aggregate)(具体地说填料、沙子和石头)的混合物。有许多不同类型的沥青是可获得的并且其特征可能很不相同。用于柏油铺设应用的沥青的设计是选择材料并且配比材料以在成品建筑中获得所要性质同时将不合需要的特征减到最少的一个复杂过程。在评估和调整混合设计中，最终混合设计中的骨料分级和粘结剂含量在预期用途的稳定性与耐用性需求之间加以平衡。混合设计的最终目标是在所有所要性质之中实现平衡。为了达到类似目标，已调查粘结剂和多种聚合物，并且已研究其它改性。如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚物的不饱和热塑性弹性体是用于沥青改性的聚合物。其提高沥青的弹性恢复能力和因此其对永久变形的抵抗性。然而，不饱和弹性聚合物相当昂贵并且在暴露于大气因素(atmospheric agent)和机械应力时会经历降解。由于其易碎性，其典型地以原始聚合物形式加以使用。这会导致产品的成本显著增加。虽然SBS被公认为具有性能益处，但研究已集中在以牺牲优越性能作为交换的最成本有效的改性剂。已调查烯烃聚合物用作改性剂。其可以不同机械性质并且以低成本大量地获得。聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)是塑性体。其给产品带来高刚性(即缺乏弹性、抗弯曲性)并且显著减少交通负荷下的变形。由于其非极性的性质，PE和PP遭受以下缺点，即其与沥青几乎完全不可混溶，并且因此在使用上受到限制。常规沥青在使用中通常不保持充足弹性，并且还展现出对于在许多现代应用(例如道路建筑)中使用而言太窄的塑性范围。道路沥青的特征可以通过将其并入到弹性体型聚合物中而得到改进。存在多种可以与沥青混合的聚合物。其中，SBS是沥青改性中常用的一种聚合物。因此获得的改性沥青通常被不同地称为柏油/聚合物粘结剂或沥青/聚合物混合物。需要对热混合沥青混凝土混合物进行改性，这将增加对永久变形的抵抗性同时维持或增加混合物在中温下的模量而不显著影响粘结剂性质。目前道路应用中通常采用的柏油粘结剂(即使是柏油/聚合物类型)在足够低的聚合物浓度下不具有始终满足施加于路面结构和其建筑的渐增的结构和可使用性需求的最优特征。为了实现既定水平的改性沥青性能，以某一规定浓度加入多种聚合物。当前实践是加入所要水平的单一聚合物，有时与促进聚合物分子交联的反应剂一起，直到满足所要沥青性质为止。这种反应剂典型地是呈适于反应的形式的硫。当在140℃下加入到柏油中时，硫以均匀小颗粒形式精细地分散于柏油中；在数小时之后硫颗粒的凝结和沉降变得显著。因此，掺和硫的沥青(SEA)混合物可以在临铺设沥青混合物之前直接在混合设备中制造。处理硫-沥青混合物的一个主要问题是担忧在制造和铺设期间硫化氢(H2S)析出。这个问题可以通过向硫中加入碳或灰来进行改善。H2S析出在高于150℃的温度下开始，这样使得在最高150℃的温度下应用避免了污染和安全问题。然而，H2S析出在远低于150℃(即约130℃)下开始，这从环境角度来说是不合需要的。此外，在低于120℃下，沥青与硫的反应和SBS/硫掺合物的交联都不能发生。除与许多类型的沥青改性剂相关的性能和环境问题之外，许多用于使沥青组合物改性的聚合物是昂贵的并且可能难以在世界边远地区获得。对于可以用于多种沥青组合物和应用中的一种类型的粘结剂存在需要。如果所述粘结剂可容易获得，那么将是有利的。此外，如果所述粘结剂是环境友好的并且具有使其能够用于多种应用中的适当性能性质，那么也将是有利的。
技术实现思路
鉴于前文，提供沥青混凝土混合物、沥青粘结剂和制备沥青混凝土混合物的方法作为本专利技术的实施例。举例来说，作为本专利技术的一个实施例，提供一种沥青混凝土混合物，其具有与车辙、变形、稳定性和模量有关的改进性质。在这个实施例中，沥青混凝土混合物包括重油飞灰和沥青混凝土。重油飞灰以沥青混凝土混合物的约3重量％到约10重量％的范围存在。沥青混凝土包含骨料和柏油。在本专利技术的实施例中，重油飞灰含有约90重量％以上碳。重油飞灰通过燃烧燃料油来制造。在一个方面，重油飞灰是通过燃烧燃料油形成的燃烧反应产物。作为本专利技术的一个实施例，提供另一种沥青混凝土混合物，其具有与车辙、变形、稳定性和模量有关的改进性质。在这个实施例中，沥青混凝土混合物包括重油飞灰和沥青混凝土。重油飞灰以沥青混凝土混合物的约3重量％到约10重量％的范围存在。沥青混凝土包括约95重量份的骨料和约5重量份的柏油。在这个实施例中，沥青混凝土混合物实质上不含聚合改性剂。作为本专利技术的另一个实施例，提供一种粘结剂组合物，其包含与沥青混凝土一起使用以改进与车辙、变形、稳定性和模量有关的性质的重油飞灰组合物。重油飞灰包括通过燃烧燃料油形成的燃烧反应产物。如在本专利技术的其它实施例的情况下，重油飞灰组合物包括约90重量％以上碳。除组合物实施例之外，还提供制备组合物的方法作为本专利技术的实施例。举例来说，提供一种制备沥青混凝土组合物的方法，所述沥青混凝土组合物具有与车辙、变形、稳定性和模量有关的改进性质。在这个实施例中，所述方法包括制备包含重油飞灰的粘结剂的步骤。重油飞灰通常以有效地为组合物提供充足变形抵抗性的量存在。将粘结剂与柏油组合以制造改性的柏油。然后将改性的柏油与骨料组合以制造沥青混凝土组合物。作为另一个实例，作为一个实施例，提作一种制备沥青混凝土组合物的方法，所述沥青混凝土组合物具有与车辙、变形、稳定性和模量有关的改进性质。在这个实施例中，所述方法包括制备包含重油飞灰的粘结剂和将所述粘结剂与沥青混凝土组合以制造沥青混凝土组合物。重油飞灰以有效地为组合物提供充足变形抵抗性的量存在。沥青混凝土包含骨料和柏油。附图说明参考形成本说明书的一部分的图式中所说明的本专利技术实施例可以得到以上简单概述的本专利技术的更具体描述，以便获得并且可以详细地理解本专利技术的以上所述特征、方面和优势以及其它各者将变得显而易见的方式。然而，应注意，随附图式说明本专利技术的一些实施例，并且因此不应被视为对本专利技术范围的限制，以便本专利技术可以承认其它同样有效的实施例。图1是展示比较现有技术沥青混合物与根据本专利技术的实施例制得的沥青混合物的变形对比混合物类型的图表。具体实施方式需要包括沥青和骨料的沥青混凝土、用于为沥青混凝土重修表面的沥青组合物和类似沥青组合物展现若干特定机械性质以使其能够用于多种应用领域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沥青混凝土混合物，其具有与车辙、变形、稳定性和模量有关的改进性质，所述沥青混凝土混合物包含：a.重油飞灰，所述重油飞灰以所述沥青混凝土混合物的约3重量％到约10重量％的范围存在；和b.沥青混凝土，其中所述沥青混凝土包括骨料和柏油。

【技术特征摘要】
2010.11.01 US 12/917,0431.一种沥青混凝土混合物，其具有与车辙、变形、稳定性和模量有关的改进性质，所述沥青混凝土混合物包含：a.重油飞灰，所述重油飞灰以所述沥青混凝土混合物的约3重量％到约10重量％的范围存在；和b.沥青混凝土，其中所述沥青混凝土包括骨料和柏油。2.根据权利要求1所述的沥青混凝土混合物，其中所述重油飞灰包括大于约90重量％的碳。3.根据权利要求1所述的沥青混凝土混合物，其中所述重油飞灰以约3重量％到约6重量％的量存在，并且所述组合物的PG分级为70-10。4.根据权利要求1所述的沥青混凝土混合物，其中所述重油飞灰以约10重量％的量存在，并且所述组合物的PG分级为76-10。5.根据权利要求1所述的沥青混凝土混合物，其中所述沥青混凝土混合物不含聚合改性剂。6.根据权利要求1所述的沥青混凝土混合物，其中所述沥青混凝土混合物的马歇尔稳定性介于约10.5kN到约14.6kN的范围内。7.根据权利要求1所述的沥青混凝土混合物，其中所述沥青混凝土混合物的回弹模量介于约400psi到约580psi的范围内。8.根据权利要求1所述的沥青混凝土混合物，其中所述沥青混凝土混合物在8000次负荷反复下展示小于约5mm的车辙。9.一种粘结剂组合物，其包含与沥青混凝土一起使用以改进与车辙、变形、稳定性和模量有关的性质的重油飞灰组合物，所述重油飞灰包括通过燃烧燃料油形成的燃烧反应产物，所述重油飞灰组合物包括大于约90重量％的碳。10.一种制备沥青混凝土组合物的方法，所述沥青混凝土组合物具有与车辙、变形、稳定性和模量有关的改进性质，所述方法包含以下步骤：a.制备包含重油飞灰的粘结剂，所述重油飞灰以有效地为组合物提供充足变形抵抗性的量存在；b.将所述粘结剂与柏油组合以制造改性的柏油；和c.将所述改性的柏油与骨料组合以制造沥青混凝土组合物。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述重油飞灰包括大于约90重量％的碳。12.根据权利要求10所述的方法，其中所述重油飞灰以约3重量％到约6重量％的量存在，并且所述组合物的PG分级为70-10。13.根据权利要求10所述的方法，其中所述重油飞灰以约10重量％的量存在，并且所述组合物的PG分级为76-10。14.根据权利要求10所述的方法，其中所述沥青混凝土混合物不含聚合改性剂。15.根据权利要求10所述的方法，其中所述沥青混凝土混合物的马歇尔稳定性介于约10.5kN到约14.6kN的范围内。16.根据权利要求10所述的方法，其中所述沥青混凝土混合物的回弹模量介于约400psi到约580psi的范围内。17.根据权利要求10所述的方法，其中所述沥青混凝土混合物在8000次负荷反复下展示小于约5mm的车辙。18.一种制备沥青混凝土组合物的方法，所述沥青混凝土组合物具有与车辙、变形、稳定性和模量有关的改进性质，所述方法包含以下步骤：a.制备包含重油飞灰的粘结剂，所述重油飞灰以有效地为组合物提供充足变形抵抗性的量存在；和b.将所述粘结剂与沥青混凝土组合以制造沥青混凝土组合物，其中所述沥青混凝土包含骨料和柏油。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述重油飞灰包括大于约90重量％的碳。20.根据权利要求18所述的方法，其中所述沥青混凝土包含约95重量份的骨料和5重量份的柏油。21.根据权利要求18所述的方法，其中所述重油飞灰以约3重量％到约6重量％的量存在，并且所述组合物的PG分级为70-10。22.根据权利要求18所述的方法，其中所述重油飞灰以约10重量％的量存在，并且所述组合物的PG分级为76-10。23.根据权利要求18所述的方法，其中所述沥青混凝土混合物不含聚合改性剂。24.根据权利要求18所述的方法，其中所述沥青混凝土混合物的马歇尔稳定性介于约10.5kN到约14.6kN的范围内。25.根据权利要求18所述的方法，其中所述沥青混凝土混合物的回弹模量介于约400psi到约580psi的范围内。26.根据权利要求18所...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆哈默德·阿尔梅赫希尔，伊贝纳沃里德·A·侯赛因，哈马德·I·阿尔阿布杜尔瓦哈卜，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，法赫德国王石油矿产大学，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA