1. Продукт пластифицированной серы, полученный смешиванием жидкой серы и углерода, в котором по меньшей мере часть указанной жидкой серы пластифицирована.

2. Продукт пластифицированной серы по п.1, полученный также смешиванием амилацетата с указанной жидкой серой и углеродом.

3. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный углерод добавляют при концентрации в массовых процентах выше приблизительно 0,25%.

4. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный углерод добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,25 и приблизительно 1,0%.

5. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный углерод добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,4 и приблизительно 0,8%.

6. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный амилацетат добавляют при концентрации в массовых процентах выше приблизительно 0,8%.

7. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный амилацетат добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,1 и приблизительно 1,5%.

8. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный амилацетат добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,2 и приблизительно 0,4%.

9. Способ пластификации серы, где жидкую серу смешивают с углеродом с возможностью указанной сере полимеризоваться.

10. Способ пластификации серы по п.9, где указанную серу выдерживают при температуре между приблизительно 120 и приблизительно 150шС.

11. Способ пластификации серы по п.9, где указанный способ дополнительно включает охлаждение указанной пластифицированной серы с образованием твердых частиц.

12. Способ пластификации серы по п.11, где указанные твердые частицы не проявляют агломерацию при температурах ниже 175шF (приблизительно 79шС).

13. Обогащенный серой связывающий материал дорожного покрытия, полученный смешиванием веществ, содержащих

(a) материал на основе углеводородов;

(b) мелкоизмельченный минеральный компонент (наполнитель) и

(c) продукт пластифицированной серы по п.1.

14. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где указанную пластифицированную серу включают в смесь в массовых процентах по меньшей мере 60%.

15. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где указанный мелкоизмельченный минеральный компонент содержит по меньшей мере один материал из группы, состоящей из летучей смолы, материала диоксида кремния и их смесей.

16. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где указанную пластифицированную серу включают в смесь в массовых процентах приблизительно 70%, указанный материал на основе углеводородов включают в смесь в массовых процентах приблизительно 15% и указанный мелкоизмельченный минеральный компонент включают в смесь в массовых процентах приблизительно 15%.

17. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где его формуют в твердые частицы.

18. Обогащенный серой связывающий материал по п.17, где указанные твердые частицы не проявляют агломерацию при температуре ниже 175шF (приблизительно 79шС).

19. Продукт дорожного покрытия, полученный смешиванием веществ, содержащих:

(a) продукт пластифицированной серы по п.1 и

(b) материал на основе углеводородов.

 

(57) Реферат / Формула:
Продукт пластифицированной серы, полученный смешиванием жидкой серы и углерода, в котором по меньшей мере часть указанной жидкой серы пластифицирована.

2. Продукт пластифицированной серы по п.1, полученный также смешиванием амилацетата с указанной жидкой серой и углеродом.

3. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный углерод добавляют при концентрации в массовых процентах выше приблизительно 0,25%.

4. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный углерод добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,25 и приблизительно 1,0%.

5. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный углерод добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,4 и приблизительно 0,8%.

6. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный амилацетат добавляют при концентрации в массовых процентах выше приблизительно 0,8%.

7. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный амилацетат добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,1 и приблизительно 1,5%.

8. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный амилацетат добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,2 и приблизительно 0,4%.

9. Способ пластификации серы, где жидкую серу смешивают с углеродом с возможностью указанной сере полимеризоваться.

10. Способ пластификации серы по п.9, где указанную серу выдерживают при температуре между приблизительно 120 и приблизительно 150шС.

11. Способ пластификации серы по п.9, где указанный способ дополнительно включает охлаждение указанной пластифицированной серы с образованием твердых частиц.

12. Способ пластификации серы по п.11, где указанные твердые частицы не проявляют агломерацию при температурах ниже 175шF (приблизительно 79шС).

13. Обогащенный серой связывающий материал дорожного покрытия, полученный смешиванием веществ, содержащих

(a) материал на основе углеводородов;

(b) мелкоизмельченный минеральный компонент (наполнитель) и

(c) продукт пластифицированной серы по п.1.

14. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где указанную пластифицированную серу включают в смесь в массовых процентах по меньшей мере 60%.

15. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где указанный мелкоизмельченный минеральный компонент содержит по меньшей мере один материал из группы, состоящей из летучей смолы, материала диоксида кремния и их смесей.

16. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где указанную пластифицированную серу включают в смесь в массовых процентах приблизительно 70%, указанный материал на основе углеводородов включают в смесь в массовых процентах приблизительно 15% и указанный мелкоизмельченный минеральный компонент включают в смесь в массовых процентах приблизительно 15%.

17. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где его формуют в твердые частицы.

18. Обогащенный серой связывающий материал по п.17, где указанные твердые частицы не проявляют агломерацию при температуре ниже 175шF (приблизительно 79шС).

19. Продукт дорожного покрытия, полученный смешиванием веществ, содержащих:

(a) продукт пластифицированной серы по п.1 и

(b) материал на основе углеводородов.

 

---

008138
Предпосылки создания изобретения Область изобретения
Настоящее изобретение относится, в общем, к пластифицированным серным материалам, пригодным к использованию в композициях связывающих материалов дорожного покрытия, и способам получения таких композиций. Более определенно, настоящее изобретение относится к получению композиции пластифицированной серы, которая может быть затем добавлена к асфальту и наполнителю. Такой материал пластифицированный серы может быть получен независимо от асфальта, в который его добавляют, и может быть перевезен к месту, где асфальт доступен для получения модифицированного связывающего материала дорожного покрытия на основе асфальта. Кроме того, для удаленных мест, где асфальт и, более конкретно, качественный асфальт, не являются легко доступными, такой пластифицированный серный материал может быть смешан с асфальтом и мелким минеральным компонентом для образования пригодного для использования связывающего вещества на основе асфальта, которое будет сохранять нереологические свойства в пределах широкого диапазона температур окружающей среды. Настоящее изобретение относится также к способам получения композиций пластифицированной серы и связывающего материала дорожного покрытия на основе асфальта с этими композициями.
Родственная технология
Дорожный материал включает обычно связывающий материал и наполнитель. Хотя связывающий материал обычно является меньшим компонентом в дорожных материалах, большая часть свойств дорожного материала, которые относятся к его долговечности и эффективности, зависит от свойств связывающего материала.
Связывающим компонентом является обычно композиция на основе асфальта, которая может включать различные добавки. Асфальт описывается как цементирующий материал цвета от темно-коричневого до черного, который имеет твердую, полутвердую или жидкую консистенцию и в котором преобладающими компонентами являются битумы, которые встречаются в природе как таковые или которые получают в виде остатка при переработке нефти. Природные отложения, в которых асфальт встречается в пористых горных породах, известны как природные асфальты или смолистые пески. Нефтяной асфальт является частью остатка, который получают при дистилляции нефти. В частности, асфальтовым цементом является нефтяной асфальт, который очищают для удовлетворения спецификациям дорожного покрытия в промышленных и специальных целях.
Наполнительным компонентом материала дорожного покрытия обычно является любой твердый, инертный, минеральный материал, который используют для смешивания в сортированных фрагментах. Компонент-наполнитель может включать песок, гравий, размолотые камни, кораллы и шлак. Одним из ограничений для использования асфальта в качестве связывающего материала для дорожных материалов является то, что он размягчается и течет в широком диапазоне температур окружающей среды. Это ограничение делает перевозку такого типа обычного материала на основе асфальта трудной задачей и может также вызвать серьезные проблемы для окружающей среды. Кроме того, из-за тенденции асфальта к размягчению, даже при температуре окружающей среды, модификация асфальта включением различных добавок давно известна в данной области. Добавки к асфальту обычно используют, чтобы сделать связывающий материал менее текучим при температурах окружающей среды.
Сера является одной из таких добавок, которую включали в связывающий материал в качестве меньшего компонента связывающего материала. Смешивание асфальта с серой, однако, создает ряд проблем. Чтобы сера эффективно модифицировала асфальт, сера должна быть эффективно пластифицирована или полимеризована. Такая пластификация может иметь место, когда серу смешивают с горячим асфальтом. Однако проблемы с пластификацией серы часто возникают, когда смешивают жидкую серу, жидкий асфальт и наполнитель.
В некоторых смесях сера и асфальт могут разделяться вследствие различия в их соответствующих плотностях, которое имеет тенденцию вызывать образование неравномерной дисперсии пластифицированной серы. В результате этого обедненные серой части связывающего материала затем сохраняют размягчающие и текучие свойства асфальта. Присутствие обедненных серой частей связывающего материала не только снижает общую эффективность асфальта как связывающего материала, но делает обращение со связывающим материалом или перевозку его трудной задачей. При попытке сохранить серу гомогенно диспергированной в асфальте использовали также химикаты, такие как циклопентадиен и гептан. Кроме того, для этой цели использовали измельченный известняк. Однако использование материалов на основе кальция приводит к образованию сульфидов и полисульфидов кальция, которые являются вредными для долговечности дорожного покрытия.
Кроме того, когда жидкую серу, жидкий асфальт и наполнитель смешивают одновременно или почти одновременно, даже с другими компонентами, могут возникать дополнительные проблемы с пластификацией серы. В частности, когда часть жидкой серы реагирует с наполнителем до того, как полностью пластифицируется асфальтом, непластифицированная сера связывается с наполнителем, вместо того, чтобы завершить свою реакцию пластификации. Эта непластифицированная сера действует на ослабление, а не на усиление общей прочности материала.
Даже, когда удачно получают конечный модифицированный серой асфальтовый связывающий ма
- 1 -
008138
териал, данный способ требует манипуляцию с жидкой серой на месте. Присутствие жидкой серы создает потенциальную проблему для окружающей среды и работы с жидкой серой.
Давно считали, что обогащенные серой наполнители могут вредно влиять на качество и долговечность дорожного материала. Кроме того, сера рассматривалась как компонент, который может неприемлемо повысить стоимость связывающих материалов до степени, делающей их запретительно дорогими, если количество серы в связывающем материале превышает некоторый лимит.
Кроме экономических соображений, относящихся к использованию серы в качестве добавки к связывающим материалам дорожных покрытий, использование асфальта также связано с экономическими факторами. Например, на использование асфальта в качестве основного компонента в связывающих материалах дорожных покрытий отрицательно влияют часто различающиеся образцы нефтяного производства. Кроме того, через длительное время ограниченный запас нефти может угрожать существованию связывающих материалов дорожных покрытий, в которых асфальт является основным компонентом. Выгодное использование нефтяных продуктов является другим фактором, который вредно влияет на использование асфальта в качестве основного компонента в связывающих материалах дорожных покрытий. Например, сохранение, обновление и защита поверхностей шоссе и улиц в Соединенных Штатах Америки требует приблизительно 30 млн т асфальтового цемента ежегодно. Асфальтовый цемент был доступен в прошлом при приемлемой цене, поскольку асфальтовый цемент является остатком при переработке нефти, и некоторые остатки переработки нефти могли быть только экономически выгодно использованы для получения асфальтового цемента. Однако в настоящее время более высокий процент нефти используют для получения других, более выгодных форм нефтяных продуктов. Так как такая тенденция сохраняется, ожидается, что продажная цена на асфальтовый цемент повысится даже при постоянных запросах. Это ожидание подтверждается повышением средней продажной цены асфальтового цемента на протяжении последних 32 лет, периода, в течение которого цена повысилась приблизительно от 23$/т в 1968 г. до приблизительно 152$/т в 2000 г. (по февраль), повышение произошло приблизительно на 561%. Однако в общем понятно, что в настоящее время не существует экономичного связывающего материала для дорожных покрытий, которым можно было бы заменить асфальтовый цемент, и что нет недорого асфальтового связывающего материала для дорожных покрытий, который мог бы эффективно заменить дорогие асфальтовые связывающие материалы дорожных покрытий.
Следовательно, существует потребность в обеспечении твердой, предварительно пластифицированной серы, которую можно было бы легко смешать с асфальтом для эффективной модификации асфальта. Такой предварительно пластифицированный серный модификатор может понизить сложность приготовления связывающего материала, устранить необходимость работы с жидкой серой в сочетании с жидким асфальтом и обеспечить повышение однородности связывающего материала без озабоченности тем, что непластифицированная сера может ослабить материал дорожного покрытия. Кроме того, возможность перевозки твердой, предварительно пластифицированной серной добавки, которая находится в виде имеющего меньший размер частиц, нелипкого, нетекучего и неплавящегося материала, облегчает доставку предварительно пластифицированных серных материалов, используемых в качестве добавки, к местам, где их можно легко смешать с асфальтом для образования материала, приемлемого для определенных планированных спецификаций. Желательно изготовить добавку для связывающего материала, которая включает предварительно пластифицированную серу и которая остается в твердой, нелипкой, нетекучей и неплавящейся форме на протяжении широкого диапазона температур окружающей среды, так чтобы такую добавку к связывающему материалу можно было удобно перевозить на длинные расстояния общепринятыми средствами перевозки для обычных твердых веществ.
В соответствии с этим, существует также потребность в улучшенных связывающих материалах для дорожных покрытий, которые, хотя все же используют асфальт, обеспечивают повышенную эффективность по сравнению с одним асфальтом. Такие связывающие материалы для дорожных покрытий должны быть легко приготовлены включением добавок в асфальт. Эти материалы-добавки должны иметь следующие характеристики. Во-первых, эти материалы-добавки легко подходят для использования без необходимости дальнейшей реакции или модификации. Эти материалы-добавки можно также изготовить в формах, которые являются нелипкими, неплавящимися и нетекучими в пределах широкого диапазона температур окружающей среды, при которых осуществляют их хранение и перевозку. Материалы-добавки с такими нелипкими, нетекучими и неплавящимися свойствами можно удобно перевозить на длинные расстояния без проблем загрязнения, которые могут возникнуть из-за выделения и проливания других форм связывающих материалов, которые размягчаются и текут при температурах окружающей среды. Во-вторых, при использовании эти материалы-добавки должны существенно снизить количество асфальта в конечных связывающих материалах для дорожных покрытий, чтобы снизить нефтяную зависимость и продажную цену. В-третьих, добавки, используемые в связывающих материалах для дорожных покрытий, не должны по существу включать компоненты, которые независимо от того, применяют ли их непосредственно или в сочетании с другими компонентами связывающих средств, вредно влияют на качество и долговечность дорожного покрытия.
Желательно также изготовить окончательно обработанную пластифицированную серу плюс связывающие композиции на основе асфальта, в которых сера является основным компонентом и которые лег
- 2 -
008138
ко можно было доставлять к отдаленным местам, так как композиция остается в твердой, нелипкой, нетекучей и неплавящейся форме на протяжении широкого диапазона температур окружающей среды. Этот материал может также улучшить параметры эффективности и прочности.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение развивалось в ответ на настоящее состояние в данной области, в частности, в ответ на проблемы и потребности, которые не были разрешены до сих пор.
В соответствии с настоящим изобретением, как показано в вариантах осуществления и широко описано здесь, жидкую серу пластифицируют добавлением углерода при концентрации по меньшей мере 0,25% и пластифицированная сера может быть затем обработана амилацетатом при концентрации по меньшей мере приблизительно 0,08% для получения даже более поддающейся обработке пластифицированной серной добавки. После того, как пластифицированная сера получена, ее можно превратить в пригодные твердые частицы, обычно маленькие частицы, такие как гранулы или брикеты. Эти твердые частицы не текут, не плавятся и не липнут при температурах в пределах широкого диапазона температур окружающей среды и, следовательно, могут быть легко доставлены к любому данному месту, где их можно затем смешать с горячим асфальтовым цементом для получения модифицированной горячей смеси связывающего материала на основе асфальта для дорожного покрытия.
Кроме того, после получения пластифицированная сера может быть смешана (либо сразу, либо после превращения в твердые частицы) в качестве основного компонента с материалом на основе асфальта и мелким минеральным компонентом, таким как летучая смола или мелкий диоксид кремния для получения окончательного связывающего материала, причем обогащенный серой связывающий материал может быть сам превращен в пригодные твердые частицы, обычно в маленькие частицы, такие как гранулы или брикеты. Такой обогащенный серой твердый связывающий материал не течет или не плавиться и не липнет при температурах в пределах широкого диапазона температур окружающей среды. Следовательно, обогащенный серой твердый связывающий материал может быть легко доставлен к любому данному месту, где его можно смешать с любым данным компонентом-наполнителем без необходимости перевозить либо жидкий асфальт, либо жидкую серу. Эти и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения станут лучше понятны из последующего описания, графического материала и прилагаемой формулы изобретения или познаны посредством практики изобретения, как изложено здесь в дальнейшем.
Краткое описание графического материала
Для того, чтобы способ, которым получены выше перечисленные и другие преимущества и цели изобретения был более понятен, конкретное описание изобретения, коротко описанного выше, будет предоставлено посредством ссылки на конкретные варианты осуществления с иллюстрациями в прилагаемом графическом материале. С учетом того, что эти графические материалы представляют только типичные варианты осуществления изобретения и, следовательно, не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, изобретение будет описано и объяснено с дополнительной определенностью и деталями посредством использования сопутствующих графических материалов, на которых
фиг. 1 представляет собой технологическую схему одного варианта осуществления способов получения материала пластифицированной серного добавки, который нужно использовать при получении связывающих материалов дорожных покрытий по настоящему изобретению;
фиг. 2 представляет собой технологическую схему одного варианта осуществления способов получения обогащенного серой связывающего материала.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Настоящее изобретение относится к получению и использованию пластифицированной серной добавки, которую можно использовать для получения улучшенных связывающих материалов на основе асфальта или углеводородов для дорожных покрытий. Пластифицированную серную добавку по настоящему изобретению получают добавлением углерода, который применяют для пластификации (или полимеризации) жидкой серы. Кроме того, к композиции может также быть добавлен амилацетат для облегчения манипулирования с композицией и улучшения характеристик запаха пластифицированной серы. Такую пластифицированную серу можно затем смешать с различными концентрациями материала на основе асфальта во время цикла смешивания с наполнителем, песком или другими материалами, для достижения требуемых характеристик продукта. После достижения таких характеристик пластифицированную серную добавку можно формовать в лепешки, сланцы, гранулы, обломки, брикеты или другие небольшие формы продукта, которые являются пригодными для хранения и перевозки при температуре окружающей среды благодаря их нетекучим, неплавящимся и нелипким свойствам в пределах широкого диапазона температур окружающей среды. Это позволяет складывать или пакетировать твердый продукт без тревоги за то, что отдельные лепешки, сланцы, гранулы, обломки или брикеты будет сплавляться или слепляться по-другому вместе и образовывать одну не поддающуюся управлению массу продукта. Окончательно обработанная пластифицированная серная добавка по настоящему изобретению может сохраняться на месте получения или в отдаленном месте и может перевозиться и сохраняться в штабелях или в контейнерах, таких как мешки, контейнеры и бочки, тогда как отдельные небольшие формы окончательно обработанного продукта остаются незатаренными и нелипкими и лишены выделений, которые может
- 3 -
008138
генерировать жидкая сера.
Фиг. 1 схематически показывает технологическую схему одного возможного предпочтительного варианта осуществления способа получения материала пластифицированной серной добавки для использования в связывающих материалах для дорожных покрытий по настоящему изобретению. В данном варианте осуществления материал пластифицированной серной добавки включает серу, которую помещают в смеситель 102 и нагревают с образованием жидкой серы; углерод, который сохраняют в качестве исходного материала в контейнере 104, и амилацетат, который сохраняют в качестве исходного материала в контейнере 106. Понятно, что контейнеры 104 и 106 имеют подходящую конфигурацию для хранения и поставки углерода и амилацетата, соответственно, и что смеситель 102 имеет конфигурацию, которая позволяет смешивать в нем серу, углерод и амилацетат. В соответствии с этим, эти танки-резервуары могут быть обеспечены мешалками и системами нагревания, которые не показаны в данном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, так как точка плавления серы хорошо известна, и средства для плавления и поддерживания этих веществ при подходящих температурах и смешивания их также хорошо известны в данной области.
В одном варианте осуществления используемой серой является, в качестве примера и без ограничения изобретения перечисленным, предпочтительно элементная сера, которая может быть коммерческого сорта, кристаллической или аморфной. В качестве примера и без ограничения изобретения, источники, которые обеспечивают серу, подходящую для композиций и способов настоящего изобретения, включают источники первичной серы и источники извлеченной серы. Углерод, известный также как чистый углерод, является также доступным из многих источников. В одном в настоящее время предпочтительном варианте осуществления могут быть использованы, снова в качестве примера и без ограничения изобретения, частицы углеродного материала волокнистого типа, найденного в природных залежах, чистый углерод горных выработок. Кроме того, другим возможным источником углерода является полученный углерод, такой как материал, образованный во время горения, или углерод, полученный синтетическим способом.
Примеры такого углерода включают природный углеродный материал, остаточный материал топлива и углерод от углерода 60 до углерода 69, известный как дробленые шарики.
Кроме того, специалист в данной области должен понимать, что амилацетат является легко доступным в коммерческой форме и что, хотя имеются относительно чистые формы амилацетата, в одном варианте осуществления наиболее предпочтительно, а это находится в пределах объема настоящего изобретения, использование амилацетата, добавляемого в серу в сочетании с другими соединениями, включающими содержащие ацетат органические соединения.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, показанного на фиг. 1, серу, содержащуюся в смесителе 102, предпочтительно, выдерживают при температуре, достаточной для превращения серы в жидкую форму или выдерживания ее в жидкой форме, например, между приблизительно около 120 и около 150°С. Независимо от того, доставляют ли серу в смеситель 102 в твердой или жидкой форме, важным фактором является удобство. Как известно в данной области, жидкие материалы, такие как жидкая сера, могут быть циркулированы как такие жидкости посредством поддержания подходящих условий температуры и давления в трубах. Эти условия достигаются в большинстве случаев изоляцией труб должным образом или контролем за нагреванием труб, через которые циркулируют эти жидкости. Другие измерения, которые можно приспособить для достижения той же цели, хорошо известны в данной области.
Углерод из контейнера 104 добавляют в смеситель 102 при концентрации по меньшей мере приблизительно 0,25%. Хотя любая концентрация чистого углерода выше приблизительно 0,25% может оказывать требуемое полимеризующее действие на серу, избыток углерода может повысить общую стоимость связывающего материала. Таким образом, предпочтительная концентрация углерода может быть между приблизительно 0,25 и приблизительно 5%, более предпочтительной концентрацией является концентрация приблизительно от 0,25 до приблизительно 1,0% и еще более предпочтительная концентрация составляет приблизительно от 0,4 до приблизительно 0,8%. Углерод облегчает реакцию пластификации серы. Кроме того, углерод создает защиту от ультрафиолетового света, которая помогает предотвратить ультрафиолетовое разрушение конечного асфальта плюс наполнителя. Как указывалось ранее, такой процент представляет собой массовый процент углерода в конечной композиции пластифицированной серы.
Амилацетат, сохраняемый в контейнере 106, предпочтительно, должен быть добавлен к смеси сера/углерод и должен также выдерживаться при температуре окружающей среды. Поэтому, предпочтительно, чтобы амилацетат в контейнере 106 сохраняли при температурном пределе окружающей среды. На фиг. 1 показано, что в этом варианте осуществления амилацетат из контейнера 106 также подают в смеситель 102. В одном варианте осуществления предпочтительно, чтобы амилацетат добавляли к сере при концентрации по меньшей мере приблизительно 0,08%, чтобы помочь устранить или, по меньшей мере, снизить нежелательные запахи из продукта и тем самым улучшить общие условия работы с ним. Как ранее указано, этот процент представляет собой массовый процент амилацетата в конечной композиции пластифицированной серы. Хотя любая концентрация амилацетата выше приблизительно 0,08%
- 4 -
008138
может вызвать требуемое действие на пластифицированный продукт серы, избыток амилацетата может повысить общую стоимость связывающего материала.
Следовательно, более предпочтительная концентрация должна быть между приблизительно 0,1% и приблизительно 1,5% и еще более предпочтительная концентрация должна быть между приблизительно 0,2% и приблизительно 0,4%.
Во время добавления амилацетата и углерода (которые могут иметь место одновременно или в любой последовательности) жидкую серу в смесителе 102 перемешивают или смешивают другим способом до тех пор, пока реакция не станет завершенной, в этой точке амилацетат и углерод создадут пластифицированную серу. Визуальное наблюдение изменения жидкой серы из светлой в серый или черный цвет (в зависимости от концентрации добавленного углерода) обеспечивает легкий способ определения завершения реакции. Время реакции обычно находится между приблизительно половины минуты до приблизительно 5 минут после того, как оба из углерода и амилацетата были добавлены.
Кроме того, хотя вышеприведенное описание способа, как иллюстрировано на фиг. 1, показывает периодический способ, специалист в данной области должен понимать, что непрерывный способ будет давать такой же результат и находится в пределах объема настоящего изобретения.
После того, как пластификация серы завершилась, пластифицированная сера может быть затем либо немедленно смешана с материалом на основе углеводородов, таким как асфальт, для получения нужного образующего и структурного материала или композитного связывающего материала дорожного покрытия или может быть превращена в любой тип относительно небольших, твердых частиц и перевезена в любое данное место, чтобы использовать позднее для создания нужного связывающего материала. Эти относительно небольшие, твердые частицы могут включать, в качестве примеров и без ограничения изобретения, лепешки, бруски, гранулы, чешуйки, брикеты и другие формы продукта, которые являются подходящими для хранения и перевозки. В одном варианте осуществления эти формы окончательно обработанного материала пластифицированной серной добавки имеют меньший размер, позволяющий работать с ним. В качестве только примера в одном варианте осуществления окончательно обработанный материал пластифицированной серной добавки сортируют так, чтобы каждая частица имела площадь поверхности в диапазоне приблизительно от 0,25 дюйм2 до приблизительно 4 дюйм2. Предполагается, что могут быть получены различные другие размеры и формы окончательно обработанного материала пластифицированной серной добавки.
На фиг. 1 показано также, посредством примера и без ограничения изобретения, как пластифицированный серный материал может быть образован в различных твердых формах, которые включают, например, лепешки, брусочки, гранулы, чешуйки, брикеты и другие формы окончательно обработанного продукта связывающего материала для дорожного покрытия, которые являются подходящими для хранения и перевозки. Брусочки и чешуйки получают в соответствии с вариантом осуществления, показанном на фиг. 1, циркуляцией пластифицированной серы, полученной в смесителе 102 через систему охлаждения 150, так чтобы жидкость отверждалась, когда ее транспортируют конвейером 152, в хрупкий материал, который затем измельчается или его крошат на дискретные элементы, включая элементы с довольно небольшим размером, описанные выше. Лепешки могут быть получены посредством подвергания жидкости, полученной из смесителя 102, известным процессам изготовления лепешек, такому как ротационное формование, и обработкой на устройствах изготовления лепешек, таких как устройства, известные под названием роторный формователь AccuDrop и Sandvik.
Гранулы получают посредством обработки жидкости, полученной из смесителя 102, на общепринятых грануляторах. Чешуйки получают посредством обработки жидкости, полученной из смесителя 102, на общепринятых устройствах, таких как каучуковая, композитная или металлическая лента.
Вне зависимости от того, превращают ли пластифицированную серу в небольшие кусочки для перевозки или сразу добавляют к асфальту для получения требуемого материала, способ сочетания асфальта и пластифицированной серы является одним и тем же.
В качестве примера и без ограничения изобретения, указывается, что асфальт представляет собой предпочтительный материал на основе углеводородов, с которым в соответствии с настоящим изобретением смешивают пластифицированную серу, и асфальтовый цемент в настоящее время является предпочтительной формой материала на основе углеводородов в вариантах связывающего материала для дорожных покрытий настоящего изобретения. Асфальтовый цемент обычно указывается как аббревиатура асфальт АС-хх и производится нефтяными компаниями. Обозначение "хх" в описании асфальта АС представляет символ, относящийся к вязкости асфальта. Такие асфальты, как асфальты АС-20 и АС-10, являются предпочтительными формами асфальта, которые используют в качестве материала на основе углеводородов настоящего изобретения. В качестве примера, не ограничивающего изобретение, указываются другие формы асфальта, которые рассматриваются в качестве компонентов в композициях связывающего материала для дорожных покрытий настоящего изобретения, такие как асфальты АС-1,75, АС-2,5, АС-5, АС-30, АС-40, АС-80 и АС-120. Другие материалы на основе углеводородов, которые рассматриваются как компоненты в композициях связывающего материала для дорожных покрытий настоящего изобретения, включают в качестве примера, не ограничивающего изобретение, тяжелую сырую нефть, жидкое топливо и смеси веществ, такие как тяжелая сырая нефть и жидкое топливо по меньшей
- 5 -
008138
мере с одним из указанных выше асфальтов АС.
Использование сорта асфальта АС-хх для указания примерных вариантов осуществления асфальта, которые могут быть использованы в контексте настоящего изобретения, представлено в качестве примера и не предназначено для ограничения типов асфальта данным конкретным сортом. Асфальт, охарактеризованный по другим определениям, таким как марки PG, рассматривается также по диапазонам материалов на основе углеводородов по настоящему изобретению. Кроме того, такие вещества, как битум и гильсонит также рассматриваются в качестве примеров материалов на основе углеводородов в контексте настоящего изобретения.
Предусматривается, что связывающие материалы для дорожных покрытий настоящего изобретения могут быть также получены с другими материалами на основе углеводородов, в которых асфальт является основным компонентом, добавленным к смеси пластифицированной серы. Эти материалы на основе углеводородов включают в качестве примера, не ограничивающего изобретение, продукты, полученные из смесей асфальта и пека таллового масла, смесей асфальта и циклических насыщенных углеводородов, смесей асфальта и циклических ненасыщенных углеводородов, смесей асфальта и полициклических насыщенных углеводородов, смесей асфальта и ненасыщенных полициклических углеводородов и смесей асфальта и смолы.
Другие материалы на основе углеводородов, которые рассматриваются как составляющие в композициях связывающих материалов для дорожных покрытий по настоящему изобретению включают, без ограничения изобретения, продукты смесей по меньшей мере одного из асфальтов, перечисленных выше, и полимерных или полимеризуемых материалов, в которых асфальт является основным компонентом, добавляемым к смеси пластифицированной серы. Примеры таких полимерных или полимеризуемых материалов включают, в качестве примера, который не ограничивает данное изобретение, мономер стирола (винилтолуол), полиэтилентерефталат (PET), этилвинилацетат (EVA), Exxon 101 и Exxon 103, которые являются патентованными материалами, и другие виниловые ароматические соединения.
Другие материалы на основе углеводородов, которые также рассматриваются как составляющие в композициях связывающих материалов для дорожных покрытий по настоящему изобретению, включают, только в качестве примера, продукты смесей по меньшей мере одного из асфальтов АС, перечисленных выше, и по меньшей мере одного гетероциклического соединения, такого как фуран, дигидропиран, и производных таких гетероциклических соединений, где асфальт является основным компонентом, добавленным к смеси пластифицированной серы. Кроме фурана и дигидрофурана упомянутые гетероциклические соединения включают фурфураль и 3-(2-фурил)акролеин.
Другие материалы на основе углеводородов, которые рассматриваются как составляющие в композициях связывающих материалов для дорожных покрытий по настоящему изобретению включают продукты смесей по меньшей мере одного из асфальтов АС, перечисленных выше, и по меньшей мере одного алифатического, олефинового или ароматического вещества.
Чтобы объединить пластифицированную серу с асфальтовым материалом на основе углеводородов с целью получения целевого связывающего материала или конечного продукта, как пластифицированная сера, так и асфальт должны быть просто сжижены и смешаны с наполнителем. Такое смешивание и ожирение пластифицированной серы с асфальтом и наполнителем может быть выполнено почти в любом порядке смешивания. Например, оно может быть выполнено смешиванием пластифицированной серы с асфальтом и последующим смешиванием серы и асфальтового связывающего материала с наполнителем, а также сначала смешиванием асфальта и наполнителя и затем с пластифицированной серой, а также смешиванием всех трех компонентов сразу.
Когда асфальт является относительно доступным, пластифицированная сера может быть перевезена к определенному месту и смешана с асфальтом для получения требуемого дорожного материала. Пластифицированную серу обычно добавляют к асфальту в количестве, не большем, чем 50 мас.% концентрации, и в предпочтительном в настоящее время варианте осуществления пластифицированная сера составляет между приблизительно 20 и 60% конечного связывающего материала. Хотя обычно полагают и признают, что при концентрации, меньшей чем 20%, пластифицированная сера обеспечивает невысокое повышение или модификацию прочности асфальта, пластифицированную серу можно все же использовать при концентрации, меньшей чем 20%, чтобы расширить диапазон количества требуемого асфальта.
Специалист в данной области должен знать, что компоненты типичной установки горячего смешивания, способные превращать посредством нагревания асфальт в жидкую форму и смешивать разжиженный асфальт с наполнителем, позволят провести простое добавление частиц твердой пластифицированной серы в асфальт для создания требуемого конечного связывающего материала дорожного покрытия. Кроме того, объем настоящего изобретения дополнительно расширяется до использования пластифицированной серы в сочетании с другими добавками и/или модификаторами, используемыми с данным асфальтом для получения требуемого связывающего материала.
Другим использованием пластифицированной серы является создание полной композиции связывающего материала, которая сама может быть добавлена непосредственно к наполнителю без требования добавления любых дополнительных материалов, таких как асфальт. Такая полная композиция связы
- 6 -
008138
вающего материала особенно является полезной для применения в более относительно отдаленных местах, где снабжение асфальтом, и особенно асфальтом более высокого качества, не может быть легко доступным, или когда перевозка асфальта является затрудненной. Чтобы получить такую полную композицию связывающего материала, пластифицированная сера может быть смешана в качестве основного компонента с асфальтом и мелкоизмельченным минеральным компонентом с образованием конечного, обогащенного серой связывающего материала для дорожного покрытия, который имеет необходимые свойства для горячего смешивания. Такой обогащенный серой связывающий материал для дорожного покрытия также обладает нелипкими и нетекучими свойствами при температурах в широком диапазоне температур окружающей среды, которые позволяют эффективно перевозиться ему к любому данному месту.
Один возможный вариант осуществления способа получения этого обогащенного серой связывающего материала для дорожных покрытий по настоящему изобретению, как схематически показано на фиг. 2, показывает конфигурацию устройств для первого смешивания асфальта (из контейнера 200) и мелкоизмельченного минерального компонента (из контейнера 202) в контейнере 204. Затем пластифицированная сера (из трубы подачи 206) может быть введена в комбинацию компонентов асфальт/минеральный компонент и конечный продукт, смешанный в контейнере 208. Пластифицированная сера может быть введена непосредственно из смесителя 102 фиг. 1 или может быть частицами твердой или снова сжиженной пластифицированной серы. Смешивание на каждой стадии проводят до степени, которая достаточна для взаимного диспергирования компонентов по всему объему в каждой смеси. После завершения смешивания конечный, обогащенный серой связывающий материал для дорожных покрытий может быть превращен в твердые частицы таким же способом, как обсуждалось выше в ссылке на фиг. 1, или аналогичным способом.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения пластифицированную серу, асфальт и мелкий минеральный компонент смешивают вместе одновременно. Независимо от порядка введения материалов, специалист в данной области должен знать, что для разжижения и адекватного смешивания асфальта с пластифицированной серой эти материалы необходимо нагреть и выдерживать в подходящем сосуде при температурном интервале приблизительно от 93°С (приблизительно 200°F) до приблизительно 204°С (приблизительно 400 °F) в течение времени, которое обеспечивает полное смешивание и взаимодействие компонентов. Более предпочтительно, температурный интервал, в котором сера, асфальт и мелкие минеральные компоненты смешивают вместе в подходящем сосуде или аппаратуре, составляет температурный интервал приблизительно от 121°С (приблизительно 250°F) до приблизительно 160°С (приблизительно 320°F). Наиболее предпочтительно, температурный интервал составляет приблизительно от 132°С (приблизительно 270°F) до приблизительно 149°С (приблизительно 300°F). Такие диапазоны температур смешивания применяют также до температур, при которых компоненты смешивают в контейнере 200. В зависимости от состава и характеристик компонентов, смешивание в таком периодическом способе может занять приблизительно 15 мин, и в любом случае смешивание проводят до тех пор, пока компоненты не будут полностью взаимно диспергированы в смеси и не образуется гель.
Летучая зола представляет собой мелко измельченный минеральный остаток, который получают в качестве отходов на электростанциях, которые сжигают пульверизованный битуминозный уголь. Потребляющие уголь электростанции являются основным производителем летучей золы в Соединенных Штатах Америки. Эти электростанции должны удалять огромное количество летучей золы каждый год, что повышает стоимость производства электрической энергии и вызывает также появление проблемы размещения золы. Связывающие материалы для дорожных покрытий и способы получения настоящего изобретения эффективно потребляют летучую золу, которая производится на электростанциях, которые генерируют электроэнергию сжиганием угля, и используют летучую смолу в качестве компонента в связывающих материалах для дорожных покрытий. Хотя летучая смола является предпочтительным мелким минеральным компонентом связывающих материалов для дорожных покрытий настоящего изобретения, конечные связывающие материалы дорожных покрытий могут быть также изготовлены по способам настоящего изобретения с другими мелкими минеральными компонентами, такими как материалы на основе диоксида кремния, и, в частности, с диоксидом кремния и со смесями летучей смолы и диоксида кремния. Хотя в связывающих материалах для дорожных покрытий и способах получения настоящего изобретения можно использовать мелкие минеральные компоненты, предпочтительным является размер частиц, характеризующийся фракцией, которая проходит через сито с номером сит 200 или более мелкие сита, например, фракции, которые не ограничивают настоящее изобретение, например мука диоксида кремния. Примерами таких мелких минеральных компонентов являются материал диоксида кремния типа А, материал диоксида кремния типа F и летучая зола типа F и керамическая глина, такая как каолин.
Такой конечный, обогащенный серой связывающий материал для дорожных покрытий может содержать по меньшей мере 60% пластифицированной серы, и по меньшей мере 10% асфальта, и по меньшей мере 10% мелкого минерального компонента. Установлено, что в предпочтительном на сегодняшний день варианте осуществления нужные результаты дает композиция, содержащая 70% пластифицированной серы, 15% асфальта и 15% летучей золы. После того, как пластифицированная сера, асфальт и летучая смола полностью смешаны, данный конечный связывающий материал дорожных покрытий мо
- 7 -
008138
жет быть сам формован в любые желательные твердые частицы, как уже описано на фиг. 1. И в этом случае, хотя на фиг. 2 показан периодический способ, любой специалист в данной области должен понимать, что непрерывный способ также находится в пределах объема настоящего изобретения. Кроме того, хотя в варианте осуществления, показанном на фиг. 2, использован способ, где асфальт и мелкий минеральный компонент первоначально смешивают перед добавлением пластифицированной серы, порядок смешивания этих компонентов не является критическим для изобретения и независимо от того, смешивают ли эти компоненты вместе в различном порядке или одновременно все вместе, получат одинаковый тип продукта.
Понятно, что напорные линии в диаграмме, показанной на фиг. 1 и 2, на практике включают в себя шнековую систему или эквивалентное устройство, когда реология циркулирующей жидкости требует присутствия таких устройств для облегчения циркуляции. Кроме того, соединения линий потока материала в варианте изобретения, схематически изображенные на фиг. 1 и 2, выполнены с подходящими отверстиями, которые известны в данной области. Например, жидкая смесь, полученная в контейнере смешивания 204, может быть подана в жидкую пастеризованную серу через общепринятое отверстие для вихревого ввода.
Подходящие комбинации уплотняющих, дробящих, измельчающих устройств и других устройств для дальнейшего регулирования и стандартизации размера пластифицированного серного материала могут быть обеспечены вместо или в дополнении к конвейеру 152 и охлаждающей системе 160, показанных на фиг. 1.
В одном варианте осуществления способа получения либо частиц твердой пластифицированной серы или конечных обогащенных серой связывающих материалов для дорожных покрытий по данному изобретению охлаждающая система 160 (показана на фиг. 1) является охлаждающей системой на водной основе, в том числе водяными банями и системами с протекающей водой, такими как разбрызгивающие воду системы, которая снижает температуру жидкого потока, образованного в смесителе 102 или контейнере 208, когда его транспортируют конвейером 152. В одном варианте осуществления охлаждающая система на водной основе имеет такую конфигурацию, что охлаждающая вода по существу не находится в прямом контакте либо с пластифицированной серой, либо с конечной композицией обогащенного серой связывающего вещества дорожного покрытия. Такую конфигурацию можно получить, например, посредством циркуляции либо пластифицированной серы, либо конечной композиции обогащенного серой связывающего материала дорожного покрытия, полученного из смесителя 102 или контейнера 208 вдоль конвейера, так что наружная нижняя часть конвейера находится в контакте с охлаждающей водой. Тепло затем переносится из композиции связывающего вещества в конвейере к охлаждающей воде через конвейерный материал. Примеры конвейеров, которые используют в контексте данного изобретения включают U-образные конвейеры, плоские конвейеры, конвейеры с лентой из нержавеющей стали и каучуковые конвейеры. Кроме того, в качестве части охлаждающей системы может также быть использован вентилятор или множество вентиляторов. В зависимости от определенного варианта осуществления охлаждающей системы и от того, что либо пластифицированную серу, либо конечную композицию обогащенного серой связывающего материала из смесителя 102 или контейнера 208 подают к ней, отверждение обычно достигается приблизительно за время от 1 до 10 мин.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения жидкий подаваемый материал, образованный в смесителе 102 или контейнере 208, подают в гранулирующий блок, такой как гранулирующий барабанный блок, для получения твердых частиц в виде гранул.
Варианты осуществления частиц пластифицированной серы, полученной по настоящему изобретению, имеют превосходное нетекучее свойство при температурах ниже приблизительно 77°С (приблизительно 170°F) и не наблюдается агломерации отдельных частиц, в такие как лепешки, чешуйки, гранулы и другие формы связывающего материала для дорожного покрытия данного изобретения, в противоположность наблюдаемому при температурах вплоть до приблизительно 79°С (приблизительно 175°F). Хотя точка плавления связывающего материала для дорожных покрытий по данному изобретению зависит от состава каждого варианта осуществления, точка плавления обычно выше приблизительно 93°С (приблизительно 200°F).
Варианты осуществления конечного, обогащенного серой связывающего материала для дорожных покрытий, показанного на фиг. 2, где пластифицированная сера составляет основную часть общей композиции продукта, полученного по настоящему изобретению, имеют превосходное нетекучее поведение при температурах ниже приблизительно 77°С (приблизительно 170°F) и не наблюдается агломерации отдельных частиц, в такие как лепешки, чешуйки, гранулы и другие формы связывающего материала дорожного покрытия данного изобретения при температурах вплоть до приблизительно 79°С (приблизительно 175°F). Хотя точка плавления связывающего материала для дорожных покрытий по данному изобретению зависит от состава каждого варианта осуществления, точка плавления обычно приблизительно выше 82°С (приблизительно 180°F).
Пластифицированная сера или конечная композиция обогащенного серой связывающего материала для дорожного покрытия, полученная в соответствии с композициями и способами настоящего изобретения, являются имеющими высокую прочность долговременными продуктами с низкой ценой, которые
- 8 -
008138
можно хранить для будущего использования при изготовлении дорожных покрытий. Пластифицированная сера или конечная композиция обогащенного серой связывающего материала для дорожного покрытия по настоящему изобретению достигает высокую прочность в смеси наполнителя при охлаждении до температур окружающей среды и прочность далее повышается при старении. Считается, что возможное объяснение такого повышения в прочности при старении основано на образовании активных центров кристаллизации в твердом состоянии и росте кристаллов серы в таком материале. Кроме того, считается, что действие пластификатора этих материалов препятствует развитию кристаллов, присутствие которых может быть вредным для дорожного покрытия, в которое включен связывающий материал с такими кристаллами.
Прочность вариантов осуществления пластифицированной серы или конечной композиции обогащенного серой связывающего материала для дорожного покрытия по настоящему изобретению является уже очень высокой при отверждении, достигая обычно приблизительно 80% предельной прочности после периода приблизительно в 24 ч после отверждения. Образовавшаяся прочность позволяет различным вариантам осуществления связывающего материала для дорожного покрытия данного изобретения сохраняться в штабелях высотой до приблизительно 12 м (40 футов).
Прочность вариантов осуществления пластифицированной серы или конечной композиции обогащенного серой связывающего материала для дорожного покрытия по настоящему изобретению обеспечивает также превосходную устойчивость к термическому разложению. Как обсуждается более широко ниже, термическое растрескивание является преобладающей причиной повреждения при температурах около и ниже 0°С. Устойчивость дорожного покрытия к термическому растрескиванию зависит главным образом, от устойчивости к термическому растрескиванию связывающего материала, который используют в производстве дорожного покрытия. Из-за высокой внутренней прочности связывающего материала для дорожного покрытия настоящего изобретения устойчивость к термическому растрескиванию дорожных покрытий, которые включают связывающий материал дорожного покрытия по настоящему изобретению, является также высокой.
Пластифицированную серу или конечную композицию обогащенного серой связывающего материала для дорожного покрытия настоящего изобретения изготовляют и доставляют к установке горячего смешивания в любой одной из твердых форм, обсуждаемых здесь выше, вместо обычного горячего жидкого состояния. Варианты осуществления конечной композиции обогащенного серой связывающего материала для дорожного покрытия настоящего изобретения можно также использовать в установке горячего смешивания введением его через петлю рециркулируемого асфальтового дорожного покрытия в барабанную установку горячего смешивания или глиномялку в установке горячего смешивания периодического действия, что, таким образом, снижает необходимость в хранении горячего асфальта и нагревании. Следовательно, снижается также излучение тепла от горячего асфальта.
Композиции и способы получения настоящего изобретения позволяют эффективно использовать запасы летучей золы и серы, которые могут в противном случае вызвать проблему их размещения. Например, сера является побочным продуктом процесса переработки нефти и природного газа, который проводят для получения топлив, которые удовлетворяют требованиям окружающей среды и спецификациям для других способов получения. Получение выделенной серы повышалось устойчиво на протяжении последних двадцати пяти лет и в настоящее время существует дисбаланс между запасом серы и потребностью в ней, что приводит к избытку имеющейся в наличии серы. Из-за этого дисбаланса и будущих операций выделения и, в противоположность этому, продажных цен серы, ожидаемых относительно продажной цены асфальта, ожидается, что продажная цена серы имеет тенденцию к понижению. С 1970 г. стоимость выделенной серы остается ниже 56% продажной цены асфальта, отношение цен, которое рассматривает точку критического объема производства для замены асфальта на серу. В настоящее время существует значительная разница между продажной ценой серы и асфальта при средней продажной цене выделенной серы, составляющей 35% продажной цены асфальта. Эти средние продажные цены получают из обзоров, которые сообщают обычно широко варьируемые продажные цены в зависимости от места расположения.
Вышеуказанное обсуждение продажных цен асфальта и серы и их соответствующие ожидаемые тенденции указывают на то, что настоящее изобретение разрешает проблемы состава и производства новой формы связывающего материала дорожного покрытия. Это решение состоит в том, что оно выгодным образом использует экономические факторы, относящиеся к асфальту и сере.
Продукты, представляющие собой композицию конечного связывающего материала с пластифицированной серой или конечного, обогащенного серой связывающего материала дорожного покрытия можно затем хранить в месте получения, или около него, или в отдаленном месте, они могут быть использованы в отдельности или в комбинации с дополнительным материалом для дорожного покрытия в местах получения дорожных покрытий или их можно перевести к установке горячего смешивания, где пластифицированную серу или конечную композицию обогащенного серой связывающего материала настоящего изобретения смешивают с дополнительными материалами дорожных покрытий для получения асфальта для мощения и материалов для покрытия поверхности. Среди асфальтовых дорожных покрытий асфальт конкретно является материалом высокого качества, тщательно регулируемым горячей
- 9 -
008138
смесью асфальтового цемента и сортированного, высококачественного наполнителя, который тщательно уплотнен в однородную плотную массу.
Каждый из вариантов осуществления композиции пластифицированной серы или конечного, обогащенного серой связывающего материала для дорожных покрытий имеет очень длинный срок службы в местах хранения вследствие твердой природы этих вариантов осуществления и отсутствия системы регулирования температуры. Кроме того, варианты осуществления композиции связывающего материала для дорожных покрытий с конечным обогащением серой являются удобными для выбора связывающего материала, который нужно использовать в удаленных местах, так как перевозка жидкого асфальта к удаленным местам обычно является дорогой и трудной операцией. Варианты осуществления композиций связывающего материала дорожного покрытия с пластифицированной серой или конечным обогащением серой по настоящему изобретению можно перевозить удобно по железной дороге, грузовыми автомобилями, кораблями или по воздуху на длинные расстояния, например трансатлантическими и трансконтинентальными перевозками. Варианты осуществления композиции связывающего материала дорожного покрытия с пластифицированной серой или конечным обогащением серой по настоящему изобретению обеспечивают безопасную перевозку этих материалов благодаря их твердой природе, таким образом исключая риск разбрызгивания горячего асфальта при транспортировке.
Использование пластифицированной серы для модификации асфальта в установке горячего смешивания при получении вариантов осуществления связывающего материала для дорожных покрытий настоящего изобретения снижает необходимость испытаний на стабильность во время процесса, предназначенного для горячего смешивания, поскольку связывающий материал дорожного покрытия, полученный смешиванием пластифицированной серы и асфальта создает смесь со стабильностью, которая выше, чем обычным образом модифицированный серой асфальт. Кроме того, вследствие продолжительной совместимости компонентов, введенных в связывающий материал дорожного покрытия и другие элементы в горячей смеси, стабильность продолжает увеличиваться на протяжении времени без потери свойств вследствие высокой и низкой температур. Однако стабильность горячей смеси не является расчетной характеристикой, которая может быть измерена обычным способом. В результате этого горячую смесь обычно преднамеренно составляют для получения определенной пористости и технологичности с использованием общепринятых способов составления смесей, таких как дорожное покрытие Marshall, Hveem и Super в качестве исходной точки.
Примеры
На сегодняшний день получены многочисленные композиции пластифицированной серы, которые затем смешаны с различными типами асфальта и испытаны для разработки и предложения примерных вариантов осуществления настоящего изобретения. Ниже предложены определенные примеры композиций пластифицированной серы и испытаний композиций смесей пластифицированной серы плюс асфальта (в некоторых случаях плюс мелкоизмельченного материала-наполнителя), которые затем смешивают с материалом-наполнителем с образованием асфальтового цемента и других материалов дорожных покрытий. Дополнительно был включен ряд гипотетических или "пророческих" примеров, основанных на действительных композициях связывающего материала дорожного покрытия, которые были разработаны или которые, как могло ожидаться на основе опыта, обладают свойствами, описанными ниже. Действительные примеры описывают прошедшее время, тогда как гипотетические примеры описывают настоящее время, чтобы описать различия между ними.
Пример 1. Серу нагревали и сжижали при температуре 140°С (приблизительно 284°F). Сжиженную серу обрабатывали 0,25% амилацетата и 0,5% углерода и за время приблизительно 5 мин композиция становилась композицией блестящего темно-серого цвета, что указывает на завершение реакции пластификации серы. Такую пластифицированную серу затем бросали в сланец толщиной приблизительно 0,63 см (приблизительно 0,25 дюйма). После охлаждения сланец измельчали на кусочки не больше, чем формы, которые могут иметь длину и ширину, приблизительно равную их толщине. Асфальтовый цемент АС-20, наполнитель и пластифицированную серу смешивали с образованием общей композиции асфальтового цемента, содержащего приблизительно 2,7% асфальтового цемента АС-20, 3,0% пластифицированной серы и 94,3% наполнителя, причем, как было обнаружено, смесь имела стабильность выше 5400 фунтов и текучесть 12 при 50 продувках.
Пример 2. Пластифицированную серу получали, как описано в примере 1. Асфальт АС-20, наполнитель и пластифицированную серу смешивали с образованием общей композиции асфальтового цемента, содержащего приблизительно 2,0% асфальта АС-20, 2,0% пластифицированной серы и 96% наполнителя, причем, как показано, смесь имела стабильность выше 5800 фунтов и текучесть 12 при 50 продувках.
Пример 3. Пластифицированную серу получали, как описано в примере 1. Асфальт АС-10, наполнитель и пластифицированную серу смешивали с образованием общей композиции асфальтового цемента, содержащего приблизительно 3,0% асфальта АС-10, 1,5% пластифицированной серы и 95,5% наполнителя.
Пример 4. Пластифицированную серу получали, как описано в примере 1. Затем 70% пластифицированной серы, 15% муки диоксида кремния типа F и 15% асфальтового цемента АС-10 смешивали в
- 10 -
008138
течение приблизительно 3 мин приблизительно при 140°С (приблизительно 284°F) и затем бросали в сланец толщиной приблизительно 0,63 см (приблизительно 0,25 дюйма). После охлаждения сланец измельчали на кусочки не больше, чем формы, которые могут иметь длину и ширину, приблизительно равную их толщине. Этот обогащенный серой связывающий материал дорожного покрытия смешивают с качественным минеральным наполнителем в относительных количествах 5% обогащенного серой связывающего материала для дорожных покрытий и 95% наполнителя. Показано, что смесь имела стабильность приблизительно 5000 фунтов и текучесть 8 при 2 продувках.
Пример 5. Обогащенный серой связьтающий материал дорожного покрытия получали, как описано в примере 4. Этот обогащенный серой связывающий материал смешивают с качественным минеральным наполнителем в относительных количествах 10% обогащенного серой связывающего материала для дорожных покрытий и 90% наполнителя. Показано, что смесь имела стабильность приблизительно 10000 фунтов и текучесть 8 при 2 продувках.
Пример 6. Пластифицированную серу получали добавлением 0,25% углерода и 0,1% амилацетата к сжиженной сере при 140°С (приблизительно 284°F). В течение менее чем 3 мин композиция становилась композицией блестящего серого цвета, что указывает на завершение реакции пластификации серы.
Пример 7. Пластифицированную серу получают добавлением 1,5% углерода и 1,0% амилацетата к сжиженной сере при 140°С (приблизительно 284°F). В течение менее чем 3 мин композиция становится композицией блестящего темно-серого цвета, что указывает на завершение реакции пластификации серы.
Пример 8. Обогащенную серой композицию связывающего материала дорожного покрытия получали, как описано в примере 4, с 70% пластифицированной серы, 15% летучей золы и 15% асфальта АС-
10.
Пример 9. Пластифицированную серу получают добавлением 1,5% углерода к сжиженной сере при 140°С (приблизительно 284°F). В течение менее чем 3 мин композиция становится композицией темно-серого цвета, что указывает на завершение реакции пластификации серы.
Пример 10. Данный пример описывает набор композиций, который относится к различных типам асфальтового цемента. Композиции, такие как композиции, описанные в вышеупомянутых примерах, в которых асфальтовым компонентом является асфальт АС-10 или АС-20, получают с использованием, по меньше мере одного из асфальтов АС-1,75, АС-2,5, АС-5, АС-30, АС-40, АС-80 и АС-120 вместо асфаль-тов АС-10 и АС-20 при концентрациях, описанных в указанных выше примерах.
Настоящее изобретение может быть осуществлено в других специфических формах без выхода за пределы его сущности или существенных характеристик. Считается, что описанные варианты осуществления являются во всех аспектах только иллюстративными, а не ограничивающими. Объем изобретения, следовательно, определяется прилагаемой формулой изобретения, а не вышеприведенным описанием. Все изменения, которые находятся в пределах сущности и диапазона эквивалентности прилагаемой формулы изобретения, должны быть включены в ее объем.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Продукт пластифицированной серы, полученный смешиванием жидкой серы и углерода, в котором по меньшей мере часть указанной жидкой серы пластифицирована.
2. Продукт пластифицированной серы по п.1, полученный также смешиванием амилацетата с указанной жидкой серой и углеродом.
3. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный углерод добавляют при концентрации в массовых процентах выше приблизительно 0,25%.
4. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный углерод добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,25 и приблизительно 1,0%.
5. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный углерод добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,4 и приблизительно 0,8%.
6. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный амилацетат добавляют при концентрации в массовых процентах выше приблизительно 0,8%.
7. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный амилацетат добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,1 и приблизительно 1,5%.
8. Продукт пластифицированной серы по п.2, где указанный амилацетат добавляют при концентрации в массовых процентах между приблизительно 0,2 и приблизительно 0,4%.
9. Способ пластификации серы, где жидкую серу смешивают с углеродом с возможностью указанной сере полимеризоваться.
10. Способ пластификации серы по п.9, где указанную серу выдерживают при температуре между приблизительно 120 и приблизительно 150°С.
11. Способ пластификации серы по п.9, где указанный способ дополнительно включает охлаждение указанной пластифицированной серы с образованием твердых частиц.
12. Способ пластификации серы по п.11, где указанные твердые частицы не проявляют агломера
- 11 -
008138
цию при температурах ниже 175°F (приблизительно 79°С).
13. Обогащенный серой связывающий материал дорожного покрытия, полученный смешиванием веществ, содержащих
(a) материал на основе углеводородов;
(b) мелкоизмельченный минеральный компонент (наполнитель) и
(c) продукт пластифицированной серы по п.1.
14. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где указанную пластифицированную серу включают в смесь в массовых процентах по меньшей мере 60%.
15. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где указанный мелкоизмельченный минеральный компонент содержит по меньшей мере один материал из группы, состоящей из летучей смолы, материала диоксида кремния и их смесей.
16. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где указанную пластифицированную серу включают в смесь в массовых процентах приблизительно 70%, указанный материал на основе углеводородов включают в смесь в массовых процентах приблизительно 15% и указанный мелкоизмельченный минеральный компонент включают в смесь в массовых процентах приблизительно 15%.
17. Обогащенный серой связывающий материал по п.13, где его формуют в твердые частицы.
18. Обогащенный серой связывающий материал по п.17, где указанные твердые частицы не проявляют агломерацию при температуре ниже 175°F (приблизительно 79°С).
19. Продукт дорожного покрытия, полученный смешиванием веществ, содержащих:
(a) продукт пластифицированной серы по п.1 и
(b) материал на основе углеводородов.
104
Фиг. 1
Фиг. 2
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 12 -