制备沥青混合料铺路混合物的方法.pdf

本发明公开了一种制备沥青混合料铺路混合物的方法。该方法包括如下步骤：i)在100-200℃范围内的温度下加热沥青；ii)在100-20℃范围内的温度下加热集料；和iii)在混合单元中混合所述热的沥青和所述热的集料。在步骤(i)、(ii)或(iii)中的至少一步中添加基于沥青的重量计10-200重量％的硫丸。所述硫丸包含1-50重量％的单乙烯基芳族化合物，基于所述硫丸的重量计。

1.一种制备沥青混合料铺路混合物的方法，该方法包括如下步骤：(i)在100-200℃范围内的温度下加热沥青；(ii)在100-200℃范围内的温度下加热集料；(iii)在混合单元中混合所述热的沥青和所述热的集料，其中在步骤(i)、(ii)或(iii)中的至少一步中添加基于所述沥青的重量计10-200重量％的硫丸，并且其中所述硫丸包含1-50重量％的单乙烯基芳族化合物，基于所述硫丸的重量计。 2.权利要求1的方法，其中所述硫丸包含8-20重量％的单乙烯基芳族化合物，基于所述硫丸的重量计。 3.权利要求1或权利要求2的方法，其中所述单乙烯基芳族化合物是苯乙烯或乙烯基甲苯。 4.权利要求1或权利要求2的方法，其中所述硫丸以基于所述丸的重量计至少0.08重量％的浓度包含乙酸戊酯，和以至少0.25重量％的浓度包含碳。 5.权利要求1或权利要求2的方法，其中在步骤(i)、(ii)或(iii)中的至少一步中添加的硫丸的量为40-80重量％，基于所述沥青的重量计。 6.权利要求1或权利要求2的方法，其中沥青的量为1-10重量％，基于沥青和集料的总重量计。 7.按照任何前述权利要求得到的铺路混合物。

发明领域

本发明涉及一种制备沥青混合料铺路混合物的方法，其中将硫结 合到所述沥青混合料铺路混合物中。

背景技术

在道路建设和道路铺设工业中，一种很好地实施的程序是用热的 流体沥青涂覆集料如沙子、砾石、碎石或它们的混合物，在所述涂覆 过的材料仍然热的情况下将其作为均匀的层铺展在路基或以前建好的 道路上，和通过用重的辊辊压来压实该均匀的层，以形成具有平滑表 面的道路。

沥青(bitumen)与集料如沙子、砾石、碎石或它们的混合物的组 合被称为“沥青混合料(asphalt)”。也被称为“沥青混合料粘结剂 (asphalt binder)”的沥青通常是包含沥青质、树脂和溶剂的液体粘 结剂。沥青例如可以包含衍生自石油残渣如渣油、焦油或木沥青 (pitch)或它们的混合物的干馏混合物。

本领域中已知可以将硫与用于道路建设和道路铺设工业的沥青混 合。为了改善硫向沥青中的添加的努力被描述在例如GB 1,528,384 中。当在沥青中使用硫时所遇到的一个问题是不希望地形成了硫化氢， 其来自在高温下沥青和硫之间的脱氢反应。

即使低水平的硫化氢释放对道路铺设项目来说也是令人讨厌的事 情。在储存在筒仓的过程中和在用卡车运送到铺路地点的过程中，在 散的铺路混合物中的空气间隙中，硫化氢气体浓度可能逐渐增加至高 的水平。当所述混合物被从输送卡车倾斜出来时或者当所述混合物经 历机械混合时，在所述混合物中的空气囊被打开，此时所述“储存的” 气体被释放出来。

由于所使用的硫的量较大，特别是在具有高的硫-沥青重量比(例 如高达1∶1)的沥青混合料中，硫化氢释放是非常令人讨厌的事情。 因此，希望减少含硫沥青混合料中不希望的硫化氢形成和由含硫沥青 混合料释放硫化氢。

减少由热的浇铸含硫沥青混合料释放硫化氢的一种方法被描述在 WO 2005/059016中。将硫化氢抑制剂如氯化铁结合到硫丸(sulphur pellets)中可以减少含硫沥青混合料制造过程中的硫化氢释放。但是， 硫化铁可能难于处理并且易于与空气中的湿气反应，所以希望发现减 少由含硫沥青混合料释放硫化氢的替代手段。

发明概述

本发明人现已发现，当用于沥青混合料制备方法中的硫丸含有单 乙烯基芳族化合物时，可以实现硫化氢释放的降低。

因此，本发明提供了一种制备沥青混合料铺路混合物的方法，该 方法包括如下步骤：

(i)在100-200℃范围内的温度下加热沥青；

(ii)在100-200℃范围内的温度下加热集料；

(iii)在混合单元中混合所述热的沥青和所述热的集料，

其中在步骤(i)、(ii)或(iii)中的至少一步中添加基于所 述沥青的重量计10-200重量％的硫丸，

并且其中所述硫丸包含1-50重量％的单乙烯基芳族化合物，基 于所述硫丸的重量计。

本发明人已发现，使用包含单乙烯基芳族化合物的硫丸显著减少 制备所述沥青混合料铺路混合物的方法中的硫化氢释放。所述单乙烯 基芳族化合物可以被容易地结合到所述硫丸中而没有操作困难。

本发明还提供了通过本发明的方法得到的沥青混合料铺路混合 物。

发明详述

本文中提到的丸是指已经从熔融态浇铸成某种规则尺寸的颗粒的 任何类型的硫材料，例如薄片、板或球形硫如小球、颗粒、小块和锭 或半豌豆尺寸的硫。

所述硫丸包含1至50重量％的单乙烯基芳族化合物，基于所述硫 丸的重量计，典型地下限为2重量％，优选下限为5重量％，最优选 下限为8重量％；并且典型地上限为40重量％，优选上限为30重量 ％，最优选上限为20重量％。一个优选的范围是5至30重量％，并 且最优选的范围是8至20重量％。

所述单乙烯基芳族化合物典型地具有以下通式：

其中Ar是芳族基团，并且R1、R2和R3独立地选自氢和C1-10烷基。 Ar典型地是苯基、C1-10烷基取代的苯基、萘或C1-10烷基取代的萘，并 且优选是苯基、甲苯基或二甲苯基。R1、R2和R3优选是氢或甲基，并 且最优选都是氢，这样所述单乙烯基芳族化合物含有末端烯烃。优选 的单乙烯基芳族化合物包括苯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯基二甲苯、乙 基乙烯基苯和乙烯基萘，并且最优选的单乙烯基芳族化合物是苯乙烯 和乙烯基甲苯。

所述硫丸典型地包含50至99重量％的硫，基于所述硫丸的重量 计，典型地下限为60重量％，最优选下限为70重量％；并且典型地 上限为95重量％，优选上限为90重量％。一个优选的范围是60至 90重量％。

所述硫丸可以包含其它组分，例如，它们可以以基于所述丸的重 量计至少约0.08重量％的浓度包含乙酸戊酯，和以至少0.25重量％ 的浓度包含碳。如WO 03/14231中所描述的，液体硫可以通过以至少 0.25重量％的浓度添加碳而被增塑(plasticize)，并且可以用浓度 为至少约0.08重量％的乙酸戊酯进一步处理，以产生甚至更易管理的 增塑的硫丸。

US 4,290,816中公开了包含乙烯基甲苯或苯乙烯并另外包含二烯 烃如二环戊二烯的硫丸。这些硫丸可以被用于本发明，但是本发明中 使用的硫丸优选不包含二烯烃。最优选地，本发明方法中使用的硫丸 由硫、1至50重量％的一种或多种单乙烯基芳族化合物、0至2重量 ％的碳和0至2重量％的乙酸戊酯组成。US 4,290,816的硫丸被公开 用作沥青混合料铺路组合物中的沥青的替代物，而在本发明中，基于 沥青的重量计10-200重量％的硫丸与沥青和集料组合。

本发明中使用的硫丸合适地通过这样一种方法制备，其中液体硫 与单乙烯基芳族化合物和任选的附加组分如碳或乙酸戊酯混合。然后 所述混合物被成型和/或造粒。

或者，可以将单乙烯基芳族化合物涂布在任选含有其它组分如碳 或乙酸戊酯的硫丸上。

在本发明方法的步骤(i)中，沥青被加热，合适地在100-200℃ 范围内的温度下，优选在120-180℃范围内的温度下，更优选在130 -150℃范围内的温度下。所述沥青优选是适合于道路应用的铺路级 沥青，具有例如15-450dmm的针入度(按照EN1426：1999在25℃ 测试)和25-76℃的软化点(按照EN1427：1999测试)。

在所述方法的步骤(ii)中，集料被加热，合适地在100-200℃ 范围内的温度下，优选在120-180℃范围内的温度下，更优选在130 -150℃范围内的温度下。所述集料合适地是适合于道路应用的任何 集料。所述集料可以由粗集料(保留在2.36mm筛上)、细集料(通过 2.36mm筛但保留在75μm筛上)和填料(通过75μm筛)的混合物组成。

在步骤(iii)中，在混合单元中混合所述热的沥青和热的集料。 适合地，所述混合在100-200℃范围内的温度下，优选在120-180℃ 范围内的温度下，更优选在130-150℃范围内的温度下进行。典型地， 混合时间为10-60秒，优选为20-40秒。

在步骤(i)、(ii)或(iii)中的至少一步中添加所述硫丸。 在本发明的一个实施方案中，在步骤(i)、(ii)或(iii)中的至 少一步中添加所述硫丸之前加热和熔融所述硫丸，但是优选地，在添 加之前所述硫丸不被熔融。

优选地，添加硫丸之后混合5-600秒的时间，优选混合10-100 秒的时间。

在一个优选的实施方案中，将热的集料与所述硫丸混合。然后将 热的沥青添加到所述热的集料-硫混合物中。

在另一个优选的实施方案中，将热的集料与热的沥青混合，并且 将所述硫丸添加到所述热的沥青-集料混合物中。此实施方案提供了产 生更强的硫-沥青混合料强度的优点。

在再一个优选的实施方案中，将热的沥青与硫丸混合，并且将得 到的热的沥青-硫混合物与热的集料混合，以得到含硫的沥青混合料。

添加到沥青、集料或沥青/集料混合物中的硫丸的量为10-200 重量％，基于沥青的重量计，优选下限为20重量％，更优选下限为 40重量％，并且优选上限为100重量％，更优选上限为80重量％。 硫在沥青混合料铺路混合物中的存在可以改善所述铺路混合物的强度 和耐车辙性(rutting resistance)，并且包括足够的硫来实现这些 优点是重要的。另外，引入增加量的硫可以降低铺路混合物的成本。 但是，过多的硫可能降低铺路混合物的施工性能，因此重要的是不使 用超过200重量％的硫丸，优选不使用超过100重量％的硫丸。

典型地，所述沥青/集料混合物包含至少1重量％的沥青，基于该 混合物的总重量计。包含约1重量％-约10重量％的沥青的混合物是优 选的，包含约3重量％-约6重量％的沥青的混合物是特别优选的，基 于该混合物的总重量计。

如此得到的含硫的沥青混合料铺路混合物可以被用于道路铺设， 例如通过将它用铺路机械施加到道路上，典型地然后用辊压实，直到 达到要求的密度。

现在结合实施例描述本发明，所述实施例不是意图限制本发明。

实施例

苯乙烯或乙烯基甲苯与单质硫或SEAM丸粒反应。SEAM丸粒主要 由硫组成，并且可得自Shell Canada Limited。

将每种硫样品50g与50g热的PG64-28级沥青在金属罐中混合， 并且放在表面温度设定在160℃的热板上。在混合所述硫样品和所述 沥青后，立刻将一个在顶上具有中心孔的滤纸盖放在所述金属罐上。 用配有泵的Draeger MiniWarn气表通过一个插入到所述罐中的气体空 间的软管测量硫化氢释放。硫化氢测量范围为1-100ppm。

表1显示了各样品的峰值硫化氢读数：

表1

  苯乙烯/   乙烯基甲苯   SEAM丸/   硫   反应的硫产物   (g)   沥青   (g)   温度   (℃)   峰值H2S读数   (ppm)   无   100％SEAM   48.8   51.3   146   100+   无   100％硫   50.6   52.2   147   100+   10％苯乙烯   90％SEAM   50.1   48.0   148   31   15％苯乙烯   85％SEAM   52.0   53.8   146   34   10％苯乙烯   90％硫   56.7   51.6   148   44   15％苯乙烯   85％硫   50.3   50.1   145   23   10％乙烯基甲苯   90％SEAM   50.7   49.2   148   45   15％乙烯基甲苯   85％SEAM   50.2   47.5   148   64   10％乙烯基甲苯   90％硫   58.8   47.5   148   54   15％乙烯基甲苯   85％硫   52.5   49.2   146   45   10％苯乙烯*   90％SEAM*   50.4*   51.2*   144*   51*   15％苯乙烯*   85％SEAM*   52.5*   51.0*   141*   46*   无   100％SEAM*   52.6*   52.6*   143*   100+*

用*标记的实验是硫样品已经在150℃的烘箱中储存5小时后的 重复测试。

当与沥青结合时，所述含有苯乙烯或乙烯基甲苯的硫样品与不含 苯乙烯或乙烯基甲苯的硫样品相比显示了显著更低的硫化氢释放(检 测上限为100ppm，所以不含苯乙烯或乙烯基甲苯的三个样品的硫化氢 水平很可能高于100ppm)。因此可以得出结论，在其中将含有苯乙烯 或乙烯基甲苯的硫与沥青和集料合并的方法中，硫化氢释放将显著低 于其中硫不含有苯乙烯或乙烯基甲苯的方法中的硫化氢释放。