使用热解含碳材料的沥青组合物的制作方法

专利名称：使用热解含碳材料的沥青组合物的制作方法
使用热解含碳材料的沥青组合物相关申请的交叉引用本申请要求了下列申请的权利· 2007 年 11 月 7 日申请的标题为"Enhanced Fine AgglomerateMixture” 的 US 临时申请 No. 60/986, 126。· 2007 年 11 月 8 日申请的标题为"Process For Classifying Particles InA Pyrolysed Char” 的 US 临时申请 No. 60/986, 318。· 2007 年 11 月 8 日申请的标题为‘‘Asphalt Composition UsingPyrolysed Carbonaceous Materials” 的 US 临时申请 No. 60/986，369。以上申请的公开内容被引入这里供参考。本发明的领域本发明涉及使用热解含碳材料作为在浙青组合物中的填料的方法。本发明的背景原始炭黑的使用已经广泛地由研究人员研究作为在浙青铺路混合物中的特性增 强添加剂。在浙青组合物中使用炭黑填充剂可改进耐车辙形成性，减少温度敏感性，减少剥 离(stripping)潜在性，和改进耐磨性。已经有许多尝试来回用轮胎和其它橡胶产品，以便通过称作热解的工艺的使用来 再生可使用的烃类。通过热解，轮胎和其它油基化合物经过加工可生产燃料和其它烃化合 物。从热解过程形成的一种特殊副产物是在该过程结束之后留下的灰或焦炭物质。已经尝 试使用该焦炭作为低级炭黑，用作一种类型的填料。然而，已经遇到几个缺点，最主要的是 由于焦炭粒度的无规分布所导致的在焦炭中的杂质以及不希望有的杂质如灰的缺点。另外 颗粒的表面化学性质影响该炭黑材料用作填料的能力并且一些过去的尝试得到具有不适 宜的表面化学性质的炭黑聚结物(agglomerate)颗粒。因此仍然需要提供适合与原始炭黑 材料同样地可用作高等级填料的再生含碳混合物。本发明的概述本发明涉及精细聚结物混合物和粗糙聚结物混合物在浙青组合物中作为聚结物 填料的用途。精细聚结物混合物和粗糙聚结物混合物是从已经精制成具有一致的粒度和与 浙青粘结剂有粘结亲合性的热解聚合物的和/或含碳材料制备的。根据本发明的一个方面 的浙青水泥组合物具有浙青粘结剂与从热解含碳材料形成的聚结物填料。该聚结物填料一 般是聚结物填料和浙青粘结剂的混合物重量的约-约20%。该浙青组合物还包括与该 浙青粘结剂和聚结物填料混合的骨料(aggregate)材料。最终产品是显示出更长时间耐久 性的低成本浙青组合物。本发明的叙述仅仅是举例性质，因此没有脱离本发明的精神的各种变化被认为包 括在本发明的范围内。此类变化不被认为偏离本发明的精神和范围。附图的简述本发明将从详细说明和附图更充分地理解，其中

图1是现有技术的分选和鉴定装置的示意4
图2是根据本发明的粉碎磨机的平面示意图和炭黑穿过该粉碎磨机的流程图；和图3是根据本发明的分选机的平面示意图；图4a是根据本发明的教导的分散在水溶液中的精细聚结物混合物在放大 265，650倍后的显微照片；图4b是根据本发明的教导的分散在水溶液中的精细聚结物混合物在放大26，565 倍后的显微照片；图5a是分散在水溶液中和放大265，650倍的KHCl骨料的显微照片；图5b是分散在水溶液中和放大26，565倍的KHCl骨料的显微照片；图6a是用于说明根据本发明的教导的精细聚结物混合物的粒度分布的曲线；图6b是说明KHCl样品的粒度分布的曲线；图6c是说明KHC2样品的粒度分布的曲线；和图6d是说明CBpO样品的粒度分布的曲线；图7是说明每一种所试验的CBp改性水平的车辙深度与通过次数之间的关系的曲 线.
一入 ，图8是说明车辙深度与CBp改性水平之间的关系的条形图；图9是说明蠕变斜率与CBp改性水平之间的关系的条形图；图IOa是对于1，000次车轮通过而言的车辙深度与CBp改性水平之间的条形图；图IOb是对于2，000次车轮通过而言的车辙深度与CBp改性水平之间的条形图；图IOc是对于3，000次车轮通过而言的车辙深度与CBp改性水平之间的条形图； 和图IOd是对于4，000次车轮通过而言的车辙深度与CBp改性水平之间的条形图。优选实施方案的详细说明优选实施方案的下列描述在性质上仅仅是举例而已，无论如何不希望限制本发 明，它的应用，或用途。本发明涉及通过使用从热解含碳材料衍生的聚结物填料形成的浙青水泥组合物。 当与浙青粘结剂共混时聚结物填料具有改进浙青组合物的耐久性的性能。在本发明的一个实施方案中浙青水泥组合物包括浙青粘结剂，骨料和聚结物填 料。该浙青粘结剂是用于制造浙青水泥组合物的任何合适粘结剂。两个特殊的粘结剂是现 有技术中已知的AC-10和AC-20等级粘结剂并且是在美国使用的最常用粘结剂中的两种。 另一种粘结剂PG 64-22也可以使用；然而，在本发明的范围内的是实际上使用能够从一个 地区到另一个地区各不相同的任何类型的浙青粘结剂。所使用的骨料也取决于可获得的骨料的地区和类型。骨料包括但不限于砂岩，砂 砾，碎石，再回用用的(recycled)混凝土和浙青，矿物，石灰石，粘土，和来自炼钢炉的废 渣。也在本发明的范围内的是根据可获得的骨料类型，来实际上使用任何类型的骨料。该聚结物填料能够是粗糙聚结混合物，精细聚结混合物或它们的组合；它们是从 下面所述的鉴定和分离装置10获得的。该聚结物填料是从已经使用根据本发明的一个方面的鉴定和分离设备10进行处 理的热解聚合物和/或含碳材料制备的。图1描绘了根据本发明的鉴定和分离设备10的 示意图。现在参见全部附图和尤其图1，该设备10包括粉碎磨机12和分选机14。进料斗16用作加入到设备10中的再生含碳材料的来源。该进料斗16用来收集从回用聚合物和 /或含碳材料例如但不限于废轮胎、聚合物和/或含碳的汽车零件、AutomotiveShredder Residue(ASR)用过的橡胶材料、塑料容器、木材、皮革、煤炭等的热解所制备的再生含碳材 料。该再生含碳材料由炭黑和其它材料的大聚结物和小聚结物组成。尽管收集料斗16用 来容纳该再生含碳材料，但是有可能无需首先收集在进料斗16中，将再生含碳材料从热解 反应器(未显示)直接加入到设备10中。阀门18控制再生含碳材料从进料斗16流入到磁选机(magnets印arator) 20中。 该再生含碳材料有时具有在热解之前存在于回用聚合物材料中的金属微粒。这些金属微粒 会损伤该粉碎磨机12和该磁选机20除去这些不希望有的金属微粒。磁选机的使用不是必 需的，并且能够使用更多或更少数量的磁选机。在通过该磁选机20之后，再生含碳材料被输送至旋转的螺杆22并且控制该材料 进入到粉碎磨机12中的流速。阀门24用来开启和关闭再生含碳材料流向混合节点26的 流动。在混合节点26，该再生含碳材料与从气源28产生的干燥、过滤的高压空气混合。干 燥增压空气和再生含碳材料的混合物一起是通过粉碎磨机12的进料口 30(参见图2)引入 的原料。图2描绘具有旋风柱28的粉碎磨机12的示意图，其中增压原料通过进料口 30引 入并且沿着旋风柱(vortex column) 28涡旋，从而引起在原料中存在的小聚结物移动至旋 风柱28的顶部而较大的聚结物向下掉落。尽管描述了单个进料口 30，还有可能具有更多 数量的进料口来调节或增强在旋风柱28中的涡旋。分选盘32存在于该旋风柱28中并且 有利于原料的涡旋和防止大的聚结物移动通过分选盘22。该分选盘32使该聚结物和空气 在旋风柱28中涡旋，并且利用比重来将较重高密度聚结物和颗粒与较轻低密度聚结物和 颗粒分离。因此较重高密度聚结物沉降至旋风柱28的底部，而低密度聚结物移动至旋风柱 28的顶部。当较大的聚结物移动至旋风柱的底部时，它们进入粉碎磨机12的分裂腔 (fractionation) 34。至少两个相对的空气入口 36存在于该分级腔34中以便将在该腔的 两相对侧的较大聚结物颗粒吹向彼此。尽管讨论了两个相对的空气入口 36，但是，还有可能 具有更多或更少数量的相对空气入口 36。较大聚结物颗粒加速飞向彼此，碰撞和分裂成较 小聚结物。较小聚结物再引入到旋风柱28中，在其中如果它们的密度是足够低的则它们通 过分选盘32和然后从较小聚结物出口 38出来。没有分裂的较大聚结物离开腔出口 38并 被收集。任选地，经由腔出口 38离开的较大聚结物能够在阀门24处被引入到再生含碳材 料中。通过小聚结物出口 38的小聚结物流向两个过滤进料斗40、40'当中的一个。该过 滤进料斗含有收集小聚结物的聚合物表面区域过滤器，该小聚结物在离开旋风柱28之后 倾向于变成空气携带的。本发明描述使用两个过滤进料斗来收集小聚结物，然而，也在本发 明的范围内的是根据粉碎磨机12的生产率来使用更多数量或更少数量的过滤进料斗。阀 门42、42'控制小聚结物从过滤进料斗40、40'流向小聚结物供给料斗44(它用于供应小 聚结物到分选机14中)。尽管图1描绘了与过滤进料斗40、40'连接的多个阀门42、42'， 但是还有可能具有更多或更少数量的阀门。在离开小聚结物供给斗44之后，小聚结物任选 地通过第二个磁选过滤器(magnet filter)46以便进一步除去所存在的任何金属杂质。进
6料螺杆48接收该小聚结物和控制被供应到传送带50的小聚结物的流量，该传送带50将小 聚结物移动至另一个进料螺杆52和阀门54(它控制小聚结物流向分选机14的流量)。在 本发明的范围内的是让进料螺杆48直接流向分选机14，然而，优选的是使用多个进料螺杆 和传送带，因为在鉴定和分离设备10中零件的物理尺寸要求将小聚结物移动一段在零件 之间的距离。现在参考图1和3，小聚结物通过两个高压入口 66当中的一个进入到分选机14。 小聚结物与通过两个入口 66当中的一个入口输入的干燥增压空气混合，并在分选机14的 旋风柱56中涡旋，其中小聚结物被分离成粗糙聚结物混合物和精细聚结物混合物。一些的 小聚结物是由粗糙聚结物与粘附于粗糙聚结物上的精细聚结物构成的。小聚结物的涡旋会 引起具有低密度和尺寸在纳米范围内的精细聚结物与具有高得多的密度和尺寸在微米级 的粗糙聚结物颗粒分离。在旋风柱56中的涡旋作用是由流过高压入口 66和旋转分选轮58 的空气压力所引起的，它引起具有低密度和具有较小粒度的精细聚结物移动至旋风柱56 的顶部。具有更高密度和一般在尺寸上大于小聚结物的粗糙聚结物移动至旋风柱的底部。 在本发明的范围内的是有更多或更少数量的空气入口 66以及小聚结物通过多于一个的高 压入口 66进入到旋风柱56。旋转分选轮58按照与粉碎磨机12的分选盘32同样的方式发挥作用仅仅让具有 一定尺寸和密度的聚结物通过精细聚结物出口 64从旋风柱58中出来。该粗糙聚结物沉降 到旋风柱56的底部并且被收集在容器62中以便在其中粗糙聚结物是可接受的方法中用作 填料。通过精细聚结物出口 64的精细聚结物流向含有聚合物表面区域过滤器(它收集精 细聚结物)的过滤进料斗68。这一步骤是必要的，因为该精细聚结物的尺寸是如此的小， 以致于它们容易被空气携带。在通过过滤进料斗68之后，精细聚结物然后任选地通过磁选 机70以除去可能存在的任何金属杂质和然后该精细聚结物移动至等候区72，在该区域中 它们形成精细聚结物混合物，后者被贮存在容器、制粒机、袋中或与弹性体共混以防止精细 聚结物变成空气携带的。粗糙聚结物和精细聚结物各自或当共混在一起时具有高碳含量并且产生适合用 于根据本发明的浙青水泥组合物中的聚结物填料。从鉴定和分选装置中排出的粗糙聚结物具有一般在约8微米-约70微米；典型地 约15微米-约45微米；优选约20微米-约28微米的聚结物尺寸。在等候区72中的精细 聚结物混合物是包括炭黑粒子的颗粒的簇。精细聚结物混合物是从聚合物材料的热解形成 的，此类例如是轮胎，聚合物汽车零件，可回用的聚合物组件如牛奶纸盒和其它容器，浙青 或聚合物材料的任何其它合适来源(它将得到适合用作橡胶配混方法中的填料的精细聚 结物)。相对于在本发明的优选实施方案中的混合物，精细聚结物混合物和粗糙聚结物混合 物包括一般按重量约80 % -约95 % ；典型地约85 % -约90 %，优选约89 % -约91 %，和约 90%的碳含量。粗糙聚结物一般具有在约8微米-约70微米；典型地约15微米-约45微米；优 选约20微米-约28微米的聚结物直径尺寸并且在优选的实施方案中该尺寸是约26微米。精细聚结物混合物的平均聚结物尺寸小于或等于4微米并且是从平均小于或等 于35nm(当分散在水溶液中并使用电子显微镜法测量)的精细聚结物颗粒的簇形成的。精 细聚结物颗粒的尺寸从以下观点考虑是重要的聚结物尺寸越小，它们越适合用作与N500至N600等级原始炭黑相当的高等级填料。精细聚结物混合物的氮气表面面积(nitrogen surface area)是确定填料是否适 合作为高等级填料的另一个重要因素。该氮气表面面积是当用于橡胶配混中时填料所具 有的结合亲合性的指标。本发明的精细聚结物混合物一般具有通过使用两种不同技术即 BET技术和碘吸附技术测量的氮气表面面积。该精细聚结物混合物具有一般约46m2/g-约 72m2/g和优选约58m2/g的使用BET技术测定的氮气表面面积。该精细聚结物混合物具有约 53mgl2/g-约254mgl2/g和优选约176mgl2/g的通过使用碘吸附技术测定的氮气表面面积。该精细聚结物混合物也具有热解炭黑粒子和无机功能性填料，它们在通过分离和 鉴定装置处理之后让精细聚结物混合物与具有N500至N600等级的商购炭黑同样地发挥作 用。该无机功能性填料是选自下列组中的一种硅石，氧化铝，氧化钛，氧化铁，氧化钙，镁或 它们的结合物。还有可能使用其它无机填料，前提条件是它们让精细聚结物混合物与所需 等级的原始炭黑同样地发挥作用。其中包括精细聚结物混合物、粗糙聚结物混合物或它们的组合的聚结物填料包括 一般按重量约80% -约95%;典型地约85% -约91%，优选约89% -约91%;和在优选的 实施方案中约90%的碳含量。该聚结物填料还具有一般为聚结物填料的按重量约5%-约 20%;和典型地约8% -约15%，优选约9% -约11%，和在优选的实施方案中约10%的功 能无机填料。该功能无机填料是矿物，该矿物包括但不限于硅石(Si02)，氧化铝(A1203)， 氧化钛(Ti02)，氧化铁(Fe203)，氧化钙(CaO)，氧化镁(MgO)。该聚结物填料一般占-约20%，典型地5% -约15%，优选4% -约12%和 更优选8%的量，这些全部相对于与聚结物填料混合后的浙青粘结剂的重量来测量。聚结 物填料和浙青粘结剂的混合物被应用于骨料来制造根据本发明的一个实施方案的浙青组 合物。当该浙青水泥组合物已经形成和测试时，该结果表明有改进的耐车辙形成性(rut resistance)，更低的剥离可能性，吸声，更大的热散逸性能和更加的耐剥离。总的说来该浙 青水泥组合物是显示出优异性能的较低成本组合物。进一步考虑聚结物填料和尤其精细聚结物混合物，进行该材料的分析，将该精细 聚结物混合物与通过材料的热解生产的其它含炭黑的混合物相比较。下表1示出了每一种 所分析混合物的碳和灰分含量的分析结果。标记070614、23615、09620B、09629M的样品是 从CPH公司获得的并且通过使用环境压力热解法生产的，然后该材料按照相同的条件通过 空气波来处理。标记CBp的样品是根据本发明的一个实施方案制备的精细聚结物混合物。 标记CBPO的样品是从加拿大的Pyrovac Company获得的材料混合物，并且可通过减压热解 法获得。标记KHC2和KHKCl的样品是从KHC公司(台湾)获得的并且是通过减压热解法 获得的(KHC2)以及通过用酸性溶液洗涤清除矿物杂质(KHCl)。表 1炭素制品的碳和灰分含量
炭素制品% C灰分％07061480. 4119. 5
8 当与几种研究的样品相比时，CBp样品具有较高碳含量和较低灰分含量。KHCl样 品具有较低的灰分含量，它被测得是在热解之后进行的洗涤过程的结果。该洗涤过程能够 除去一些的灰分；然而，它还能够对于氮气表面面积具有不希望有的影响，下面将讨论。为了产生与原始炭黑相同的合适填料，需要有两个特征，即粒度和氮气表面面积。 表2列出了从所分析的样品获得的氮气表面面积。该氮气表面面积通过使用两种不同的技 术，即BET技术和碘吸收技术，来测定的。表 2 尤其已经发现，当考虑平均聚结物粒度时，CBP材料具有良好的氮气表面面积值。 与CBP样品相比，该070614，023615,026202B和026220M和CBPO样品全部具有更高的氮气表面面积值，然而，下面我们将看出，这些样品还具有大得多的聚结物尺寸_这是不希望有 的特性。对于各自样品的粒度，下表3列出了对于所研究的样品测得的平均聚结物粒度。 该粒度指当聚结物分散在水溶液中时构成该聚结物的颗粒的尺寸或平均直径。表3
炭素制品粒度(nm)0706144302361536026202B52026220M59CBPO40CBP27KHCl47KHC248根据本发明的CBP样品具有在所试验的样品当中的最小的平均粒度。图4a是放大285，650倍的CBP精细聚结物混合物的显微照片，而图4b是放大 28，650倍的相同骨料。图5a和图5b是KHCl骨料分别放大285，650倍和28，650倍的显微 照片。此类显微照片的分析显示了在CBp样品中更轻、更模糊的聚结物。KHCl聚结物显示 更有固体形状的颜色较深的聚结物，这表明它们比CBp聚结物致密。这提示这些聚结物的 粘结(bonding)表面面积不是很大。无法获得其它样品的显微照片。图6a_6d是说明了所试验的CBP、KHCU KHC2和CBPO样品的粒度分布的曲线图。 图6a表明该CBP样品具有在22-25nm之间居中的颗粒或聚结物尺寸分布，其中颗粒的分布 从该点(中心点)发生变化。图6b是KHCl样品的粒度分布数据的曲线。该数据显示在 25-30nm到40-50nm范围的更宽粒度分布。图6c是KHC2样品的粒度分布的曲线，它显示了 颗粒的宽得多的分布，其中最高频率是在40nm到至多65nm之间。图6d是显示了 CBPO样 品的粒度分布的曲线，与根据本发明制备的CBP混合物相比，它具有在25-45nm范围之间的 颗粒的低得多的出现频率。同样，CBPO样品具有在45-60nm范围的颗粒的更高频率。总的 说来，在图6a-6d中所示的粒度分布说明了与其它测试样品相比，CBP样品具有在颗粒的一 致性上的高得多的频率。实施例1形成浙青水泥组合物，它具有浙青粘结剂、从热解含碳材料形成的聚结物填料和 骨料材料。
在与骨料材料混合之前，浙青粘结剂与聚结物填料混合。在一种混合物中的浙青 粘结剂是AC-10级粘结剂，在另一种混合物中是AC-20级粘结剂和在另一种混合物中是PG 64-22级粘结剂。在以上三种混合物中的每一种中，聚结物填料被混合进去。相对于与聚结 物填料混合后的浙青粘结剂的重量，1 %，4 %，5 %，8 %，12 %，15 %，20 %的聚结物填料的混 合物被共混。聚结物填料具有一般按重量约80% -约95%；典型地约85%约91 %，优选约 89% -约91%;和在优选的实施方案中约90%的碳含量。该聚结物填料还具有一般按重量 为聚结物填料的约5% -约20% ；和典型地约8% -约15%，优选约9% -约11%，和在优 选的实施方案中约10%的功能无机填料。以上三种混合物然后与骨料材料混合，形成浙青水泥组合物。所形成的一种浙青 水泥组合物具有AC-10粘结剂与聚结物填料和石灰石骨料。所形成的另一种浙青水泥组合 物具有AC-20粘结剂与聚结物填料和石灰石骨料。另一种浙青水泥组合物具有PG 64-22 粘结剂，聚结物填料和石灰石。另一种浙青水泥组合物具有AC-10粘结剂与聚结物填料和 砂石骨料。另一种浙青水泥组合物具有AC-20粘结剂与聚结物填料和砂石骨料。另一种浙 青水泥组合物具有PG 64-22粘结剂，聚结物填料和砂石骨料。另一种浙青水泥组合物具有 AC-10粘结剂与聚结物填料和砾石骨料。另一种浙青水泥组合物具有AC-20粘结剂与聚结 物填料和砾石骨料。另一种浙青水泥组合物具有PG 64-22粘结剂，聚结物填料和砾石骨 料。所形成的另一种浙青水泥组合物具有AC-10粘结剂与聚结物填料和碎石骨料。另一种 浙青水泥组合物具有AC-20粘结剂与聚结物填料和碎石骨料。另一种浙青水泥组合物具有 PG 64-22粘结剂，聚结物填料和碎石骨料。所形成的另一种浙青水泥组合物具有AC-10粘 结剂与聚结物填料和炉渣骨料。另一种浙青水泥组合物具有AC-20粘结剂与聚结物填料和 炉渣骨料。另一种浙青水泥组合物具有PG 64-22粘结剂，聚结物填料和炉渣骨料。所形成 的另一种浙青水泥组合物具有AC-10粘结剂与聚结物填料和回用的混凝土骨料。另一种浙 青水泥组合物具有AC-20粘结剂与聚结物填料和回用的混凝土骨料。另一种浙青水泥组合 物具有PG64-22粘结剂，聚结物填料和回用的混凝土骨料。所形成的另一种浙青水泥组合 物具有AC-10粘结剂与聚结物填料和矿物骨料。另一种浙青水泥组合物具有AC-20粘结剂 与聚结物填料和矿物骨料。另一种浙青水泥组合物具有PG 64-22粘结剂，聚结物填料和矿 物骨料。另一种浙青水泥组合物具有AC-10粘结剂与聚结物填料和粘土骨料。另一种浙青 水泥组合物具有AC-20粘结剂与聚结物填料和粘土骨料。另一种浙青水泥组合物具有PG 64-22粘结剂，聚结物填料和粘土骨料。在全部的以上浙青水泥组合物中，从每一种聚结物填料制备三种浙青水泥组合 物，其中一种浙青水泥组合物具有从精细聚结物混合物制备的聚结物填料，第二种浙青水 泥组合物具有属于粗糙聚结物混合物的聚结物填料和第三种浙青组合物具有精细聚结物 混合物和粗糙聚结物混合物的组合。在具有粗糙聚结物的浙青水泥组合物中，这些粗糙聚结物一般具有在约8微米至 约70微米之间，典型地约15微米约45微米，优选约20微米-约28微米和在优选的实施 方案中约26微米的聚结物直径尺寸。在具有精细聚结物的浙青水泥组合物中，这些精细聚结物具有在约10nm-35nm之 间；典型地约15nm到约30nm和优选约25nm的粒度。精细聚结物混合物具有通过使用两种 不同技术即BET技术和碘吸附技术测量的氮气表面面积。该精细聚结物混合物具有一般约46m2/g"约72m2/g和优选约58m2/g的使用BET技术测定的氮气表面面积。该精细聚结物混 合物具有约53mgl2/g-约254mgl2/g和优选约176mgl2/g的通过使用碘吸附技术测定的氮 气表面面积。在具有精细聚结物和粗糙聚结物的混合物的浙青水泥组合物中，这些组合物具有 以上性能的组合。实施例2本研究的目的是分析使用聚结物填料(下面称作“CBp”)对于Hamburg Wheel Test Data(HWTD)结果的影响。在本研究中，HWTD用来评价对于不同水平的CBp改进所获 得的混合物性能。用于本研究中的浅黑色的CBp是由位于荷兰的CBp Carbon Industries Inc.提供的。用于该研究中的粘结剂是由位于得克萨斯州休斯敦的Martin Asphalt提供 的。该粘结剂符合PG 64-22的各项要求。表4总结了对于在本研究中所使用的原始粘结 剂的试验结果。表4. PG 64-22的Superpave粘结剂试验结果
PG 64-22试验结果要求原始G*/sin52.12 kPa最低 1.00 kPaRTFOG*/sin64.24 kPa最低 2.20 kPaPAVG*sin52560 kPa最高 5000 kPaPAVS184 MPa最高300 MPaPAVm-值0.328最低0.300四种不同的CBp改性水平，0%，4%，8%和12%，用于本研究中。TxDOT D型混合 物用于该研究；该混合物的等级和TxDOT技术参数列于下表5中。表5.用于本研究中的TxDOT D型混合物的等级
筛分粒度累计％通过率参数下限参数上限3/4”100. 0100. 0100. 01/2〃100. 098. 0100. 03/8”97. 085. 0100. 0No. 469. 550. 070. 0No. 841. 935. 046. 0No. 3015. 815. 029. 0 各改性水平的两个试样由Superpave旋转式压实机制备。试样在55°C下测试。HWTD是由Esso A. G. of Hamburg，Germany于二十世纪七十年代开发的。该设 备是通过将钢轮辗压在浸入热水中的浙青混凝土板块的表面上来测量车辙形成和湿损 (moisture damage)的综合影响。最初，仅仅立方形的试样被试验。然后针对立方体形和圆 柱形试样进行试验。该立方体形试样是大致320mm长，260mm宽，和40mm厚。该圆柱形试样 具有150-300mm直径和约40mm厚度。样品典型地被压实至7士 1 %孔隙率。圆柱形试样的 使用使得有可能借助于Superpave旋转式压实机非常容易地获得压实试样。传统上，在50°C下进行HWTD试验，即使温度能够在25°C和70°C之间变化。试验 需要大致6. 5小时，但是在很多情况下样品在短得多的时间中已经破坏。试样是在浸入水 中的环境中进行试验。该设备同时操作两个钢轮。各轮每分钟约五十次通过，对试样施加 705士22N力。每一个单独的轮需要两个样品。因为该设备具有两个轮，它能够同时测试四 个样品(两个配对)并且为各配对提供单个试验报告。HWTD的试验结果包括压实后的固结，蠕变斜率，剥离斜率(stripping slope)，剥 离拐点(stripping inflection point)，和最终车辙深度(rutd印th)。该压实后固结是在 约1，000次的轮通过时的变形(mm)。它被称作压实后固结，因为假设在首先1，000次的轮 通过之内该轮提高了混合物的密度。该蠕变斜率与由于塑性流动导致的车辙有关。它测量 了主要由于除湿损以外的机理所造成的永久变形的累积。剥离斜率是在剥离开始之后和一 直到试验结束为止，在变形曲线的线性区域中变形率的倒数。该斜率测量了主要由于湿损 所造成的永久变形的累积。剥离点是在蠕变斜率和剥离斜率的交点处通过的次数。它与 HMA耐湿损性有关。在该点，湿损开始主宰特性。为了报告针对轮通过的蠕变斜率和剥离斜 率，使用倒数斜率。较高的蠕变斜率，剥离拐点，和剥离斜率表示更低的损伤。在本研究中，全部试样被试验了至多4，000次的轮通过。图7显示各改性水平的 HWTD数据。由所提供的曲线可以看出，应该指出的是，随着在共混物中CBp量的提高，为混 合物提供耐车辙形成性能(ruttingresistance)。图IOa显示试样的压实后数据。该图表 明，对于原始粘结剂观察到最高的车辙深度3. 97mm和对于4% CBp改性粘结剂观察到最高 的车辙深度2. 75mm,同时在8%和12% CBp改性水平下，分别观察到1. 92mm和1. 42mm车 辙深度。在图IOb中能够看出，在2，000次的轮通过时观察到较高的车辙深度差异。在图 IOc和IOd中观察到类似的趋势。在图IOd的4，000次轮通过时，该8%和12% CBp改性再 次显示最佳结果。从4%到8% CBp改性，观察到最高的耐车辙形成性能改进程度。8%和 12% CBp改性的特性观察为类似的。图8列出了在这些的轮通过次数下的车辙形成水平。以在1，500次和2，800次的轮通过之间收集的数据为基础来计算蠕变斜率。为了 报告针对轮通过的蠕变斜率，使用倒数斜率。较高的蠕变斜率表示更低的损伤。对于12% CBp改性水平在4，499次的轮通过次数/mm下观察到最高的蠕变斜率，而对于原始粘结剂 在220次的轮通过次数/mm下观察到最低蠕变斜率。随着CBp改性水平提高，观察到蠕变 斜率特性的显著提高。从4%到8%改性水平，观察到最高的提高幅度。8%和12% CBp改性水平的蠕变斜率特性彼此接近。图9显示四个改性水平的蠕变斜率。从图7中能够看出，原始的粘结剂和4% CBp改性的粘结剂在约2，800次的轮通 过次数显示在斜率上的变化。对于8%和12% CBp改性水平，在4，000次的轮通过次数之 前对于这些混合物没有观察到明显的剥离拐点或剥离斜率。用原始粘结剂和4% CBp改性 粘结剂制备的试样两者在4，000次的轮通过次数时分别显示出14. 5mm和13. 7mm的显著变 形。与原始粘结剂相比，4% CBp改性粘结剂显示出更好的蠕变斜率和剥离拐点值。该研究的结果表明，8%和12% CBp改性试样对于在HWTD试验中的耐车辙形成性 能而言显示出最好的综合性能。此外，该8%和12% CBp改性试样在各个不同的轮通过次 数下显示出更高的蠕变斜率值和更低的车辙形成值。当用原始粘结剂和4% CBp改性粘结 剂制备的试样在约2，800次的轮通过次数时显示出剥离拐点时，8%和12% CBp改性粘结剂 在4，000次的轮通过次数之前没有显示出任何明显的剥离拐点。该分析表明，随着在共混物中CBp的量提高，粘结剂的劲度会提高。从4%至8% CBP改性观察到最高的特性提高幅度。8%和12% CBp改性粘结剂在HWTD中显示类似的特 性。在这种情况下在研究中使用仅仅一个粘结剂类型和一个混合物类型。该研究发现，随 着CBp改性增加，耐车辙形成性能也随着CBp改性的提高而提高。CBP改性还减少湿损的症 状。就水分敏感性而言，8%和12% CBp改性两者都显示出比未改性粘结剂和4% CBp改性 粘结剂更好的特性。这种情况下该研究应该对于不同的混合物和粘结剂重复进行，以获得 CBp改性的效果的更好特性分析。根据本发明所使用的材料的附加信息和实例能够在下列申请中找到2007年11 月 8 日申请的标题为 “Process For Classifying Particles InA Pyrolysed Char” 的美 国专利申请No 60/986，318，2007 年 11 月 8 日申请的标题为"Asphalt Composition Using Pyrolysed CarbonaceousMaterialS” 的申请 No 60/986, 369，和 2007 年 11 月 7 日申请的 标题为“Enhanced Fine Agglomerate Mixture”的申请No 60/986，126，其中每一个申请的 全部内容被引入这里供参考。本发明的叙述仅仅是举例性质，因此没有脱离本发明的精神的各种变化被认为包 括在本发明的范围内。此类变化不被认为偏离本发明的精神和范围。
1权利要求
沥青水泥组合物，它包括沥青粘结剂；从热解含碳材料形成的聚结物填料，该聚结物填料是以相对于与该聚结物填料混合的该沥青粘结剂约1％ 约20％重量范围内的量存在，并且具有相对于该聚结物填料约5％ 约20％重量范围内的无机功能性填料；和骨料材料。
2.权利要求1的浙青水泥组合物，其中该热解聚合物材料主要由废轮胎组成。
3.权利要求1的浙青水泥组合物，其中该热解聚合物材料主要由使用过的聚合物汽车 零件组成。
4.权利要求1的浙青水泥组合物，其中该热解聚合物材料主要由可回用的聚合物材料 组成。
5.权利要求1的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料具有大于或等于46m2/g的氮气表 面面积。
6.权利要求1的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料具有大于或等于53mgl2/g的氮气 表面面积。
7.权利要求1的浙青水泥组合物，其中该骨料是选自砂石，砂砾，碎石，炉渣，回用混凝 土，矿物，石灰石，粘土，和它们的组合中的一种。
8.权利要求1的浙青水泥组合物，其中该浙青粘结剂是选自AC-10，AC-20，PG64-22，和 它们的组合中的一种。
9.权利要求1的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料是具有小于或等于35nm的平均粒 度的精细聚结物颗粒。
10.权利要求1的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料是具有在约8微米-约70微米 的平均粒度范围的粗糙聚结物颗粒。
11.浙青水泥组合物，它包括浙青粘结剂；从聚合物材料的热解形成的聚结物填料，该聚结物填料具有相对于聚结物填料重量而 言的主要在约80%至约95%重量范围内的碳含量，并且具有相对于该聚结物填料重量而 言在约5%至约20%重量范围内的无机功能性填料；和骨料材料。
12.权利要求11的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料是具有小于或等于35nm的平均 粒度的精细聚结物颗粒。
13.权利要求11的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料具有大于或等于73m2/g的氮气 表面面积。
14.权利要求11的浙青水泥组合物，其中该聚合物材料主要由废轮胎组成。
15.权利要求11的浙青水泥组合物，其中该聚合物材料主要由使用过的聚合物汽车零 件组成。
16.权利要求11的浙青水泥组合物，其中该聚合物材料主要由可回用的聚合物材料组成。
17.权利要求11的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料具有大于或等于53mgl2/g的氮气表面面积。
18.权利要求11的浙青水泥组合物，其中该骨料是选自砂石，砂砾，碎石，炉渣，回用混 凝土，矿物，石灰石，粘土，和它们的组合中的一种。
19.权利要求11的浙青水泥组合物，其中该浙青粘结剂是选自AC-10，AC-20，PG64-22， 和它们的组合中的一种。
20.权利要求11的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料是相对于浙青粘结剂和聚结物 填料在混合在一起时所形成的混合物而言的约-约20%重量。
21.权利要求11的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料是具有在约8微米-约70微米 的平均粒度范围的粗糙聚结物颗粒。
22.浙青水泥组合物，它包括浙青粘结剂；从废轮胎的热解形成的聚结物填料，它具有相对于该浙青水泥组合物重量而言在约 5% -约20%重量范围内的无机功能性填料并且该浙青水泥组合物具有大于或等于73m2/g 的氮气表面面积；和骨料材料。
23.权利要求21的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料含有约80wt%-约95wt%碳。
24.权利要求21的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料具有大于或等于53mgl2/g的氮 气表面面积。
25.权利要求21的浙青水泥组合物，其中该骨料是选自砂石，砂砾，碎石，炉渣，回用混 凝土，矿物，石灰石，粘土，和它们的组合中的一种。
26.权利要求21的浙青水泥组合物，其中该浙青粘结剂是选自AC-10，AC-20，PG64-22， 和它们的组合中的一种。
27.权利要求21的浙青水泥组合物，其中聚结物填料是具有小于或等于35nm的平均粒 度的精细聚结物颗粒。
28.权利要求21的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料是具有在约8微米-约70微米 的平均粒度范围的粗糙聚结物颗粒。
29.权利要求21的浙青水泥组合物，其中该聚结物填料是相对于浙青粘结剂和聚结物 填料在混合在一起时所形成的混合物而言的约_约20%重量。全文摘要
精细聚结混合物和粗糙聚结混合物在沥青组合物中作为聚结物填料的用途。精细聚结混合物和粗糙聚结混合物是从已经精制成具有一致的粒度和与沥青粘结剂有粘结亲合性的热解聚合物材料和/或含碳材料制备的。根据本发明的一个方面的沥青水泥组合物具有沥青粘结剂与从热解含碳材料形成的聚结物填料。该聚结物填料一般是聚结物填料和沥青粘结剂的混合物重量的约1％-约20％。该沥青组合物还包括与该沥青粘结剂和聚结物填料混合的骨料。最终产品是显示出更长时间耐久性的低成本沥青组合物。
文档编号C08K3/04GK101918494SQ200880124222
公开日2010年12月15日 申请日期2008年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者J·H·费德 申请人:三氯联苯碳工业公司