CZ20022823A3 - Způsob a zařízení na výrobu teplých pěnoasfaltových směsných prostředků - Google Patents

Description

Způsob a zařízení na výrobu teplých pěnoasfaltových směsných prostředku

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká způsobu a zařízení pro přípravu teplých pěnoasfaltových směsí.

Dosavadní stav techniky

Asfaltové směsi, používané pro stavbu pozemních komunikací a dlažeb, sestávají obecně ze směsí kamene a štěrku, písku, plniva a pojivových složek. Pojivovými složkami je zde myšlen asfalt, ale jsou rovnocenně použitelné i jiné pojivové složky. Asfaltovými složkami může být přirozeně se vyskytující asfalt nebo asfalt získaný z minerálního oleje. Písek, kámen nebo štěrk a plnivo jsou označovány jako kamenivo nebo jako zrnité kamenivo.

Asfalt účinkuje jako lepidlo pro minerální složky kameniva. Asfalt představuje malý podíl z celkové asfaltové směsi, typicky mezi 4 až 7 % hmotn., případně mezi 10 až 15 % objemovými.

Asfaltové prostředky jsou normálně děleny do dvou hlavních skupin, konkrétně na asfaltové „horké směsi“ a na asfaltové „studené směsi“. Třetí, méně obvyklá skupina asfaltových „teplých směsí“, bude detailně popsána později.

Horké asfaltové směsi mají celkově lepší vlastnosti než studené asfaltové směsi a jsou z těchto důvodů používány na pozemní komunikace s hustým provozem. Při výrobě horkých asfaltových směsí je kamenivo zahřáto před tím, něž se k němu za míchání přidá pojivo.

Výroba horkých asfaltových směsí probíhá typicky při teplotách mezi 150 až 190 °C a pokládání a utužování na vozovce probíhá typicky při teplotách 130 až 160 °C. V některých případech jsou popisovány ještě vyšší teploty. Asfalt a minerální kamenivo musí být ohřátý z několika důvodů. Kamenivo musí být suché, asfalt musí mít nízkou viskozitu, aby důkladně obalil a přilnul ke složkám agregátu a asfaltová směs musí mít také nízkou viskozitu, aby jí bylo možno položit, rozprostřít a utužit na komunikaci. Výrobní teplota je závislá na asfaltové směsi a druhu asfaltu. Horké asfaltové směsi dosahují obecně lepší výsledné síly a stability. Silnice s horkou asfaltovou směsí může být více méně okamžitě zatížena dopravou.

Zahřívání složek asfaltových směsí je normálně prováděno fosilními palivy, která mohou produkovat plynné a tuhé emise, nepříznivé pro životní prostředí. Fosilní paliva jsou současně neobnovitelná a přispívají k vysoké ceně asfaltových směsí. Zacházení s asfaltem při vysokých teplotách představuje možné zdravotní riziko.

Studené asfaltové směsi jsou levnější, snadněji použitelné a vůči životnímu prostředí šetrnější než horké asfaltové směsi. Při výrobě studených asfaltových směsí je kamenivo při míšení s horkým nebo studeným pojivém studené a vlhké. Aby bylo usnadněno míšení studených asfaltových směsí, je pojivo často zpěněno před jeho smísením s vlhkým a studeným kamenivem.

V norské patentové přihlášce NO 854 387 a v mezinárodní patentové přihlášce WO 95/22 661 jsou popsány různé způsoby výroby pěnového asfaltu. Způsoby, používající studené asfaltové směsi měly za výsledek bohužel směsi s horší kvalitou ve srovnání s obvyklými horkými asfaltovými směsmi. Toto je důsledkem několika faktorů, jako je horší obalení kameniva asfaltem, přítomnost vody v asfaltových směsích a horší roztírací a utužovací schopnosti asfaltových směsí. Tímto je způsobena vysoká propustnost těchto směsí pro vodu a vzduch, což činí výsledný povrch silnice náchylný k rozpadávání, což značí, že nespojené hrubé kamenivo je snadno uvolňováno z povrchu komunikace. Je rovněž snížena soudržnost, což může vést až ke zhroucení materiálu a ztrátě vnitřní stability. Tento jev je často viditelný na povrchu vozovky a je znám pod pojmem tvorba vyjetých kolejí. Studené asfaltové směsi potřebují určitou dobu zrání, nezbytnou pro tvorbu silné směsi. Tato doba může být dny až měsíce. Opak může mít za následek rychlejší deformaci, praskání a poničení povrchu asfaltu.

Ze shora uvedených důvodů jsou studené asfaltové směsi typicky používány pro pozemní komunikace bez velkého provozu, například, v severských zemích a Austrálii. Pro překonání některých shora uvedených problémů navrhuje WO 97/20 890 „Způsob přípravy asfaltového prostředku“, kde je asfaltová směs vyráběna při poněkud nižší teplotě než je tomu při tradičním způsobu výroby horké směsi. Použití nižších teplot je umožněno rozdělením asfaltového pojivá na tvrdou a měkkou složku. Tvrdé a měkké složky tvoří dohromady asfalt, který splňuje normální, na něho kladené požadavky. Měkká složka může být smísena s minerálními agregáty při mnohem nižší teplotě, 60 až 130 °C, výhodně při 90 až 110 °C. V této směsi je následně dispergována v práškové nebo emulzní formě. „Tvrdá“ asfaltová složka má typickou penetraci 50 x 0,lmm nebo nižší. Hodnoty penetrace jsou stanoveny ČSN EN 1426 při 25 °C (odpovídají hodnotám podle ASTM D.5). Teplota této složky může být typicky mezi 20 až 70 °C. Tento způsob poskytuje asfaltovou směs, která může být pokládána, rozetřena a utužována při teplotách mezi 70 až 100 °C. Laboratorní a terénní zkoušky prokázaly dobré vlastnosti těchto asfaltových směsí. Asfalty jako je tento, se sníženou teplotou při míšení ve srovnání s horkými směsmi, jsou pro tyto účely nazývány „teplé směsi“.

Bylo však zjištěno, že teplé asfaltové směsi používající emulze jsou nákladné a komplikované pro použití při výrobě, míšení, kladení a utužování. Asfaltové prostředky, připravené z asfaltových emulzí vyžadují směs asfaltu s kamenivem s relativně vysokým obsahem prázdných prostorů pro umožnění úniku vody při rozpadu emulze, utužování a při provozu. Emulze používaná při tomto způsobu obsahuje typicky 30 až 50 % vody. Asfaltová emulze je výrobně velmi nákladná, co se týče ceny produktu i ceny zařízení u odběratele, v důsledku nutnosti pořízení výrobního zařízení na emulzi a zvláštních zásobních tanků v mísírně asfaltové směsi. Transport emulzí není také cenově výhodný v důsledku převážení 30 až 50 % vody. Transport zvýšené hmotnosti představuje také zvýšení emisí látek škodlivých životnímu prostředí.

Výroba a zacházení s asfaltovými emulzemi vyžadují některá další opatření v důsledku chemikálií použitých při výrobě, citlivosti na mráz konečného produktu a potřeby oddělených zásobníků.

Existuje tedy potřeba asfaltových směsí, které mají kvalitu jako horké asfaltové směsi, ale jsou přitom neškodné pro životní prostředí a jsou cenově a co se týče zacházení na stejné úrovni jako studené směsi. Rostoucí povědomí zdravotní, bezpečnostní a životního prostředí ve veřejnosti a v průmyslu mělo za výsledek průkazné pokroky dosažené ve snižování spotřeby neobnovitelných fosilních paliv, zachování energie a následkem toho snížení emisí. V průmyslu zpracovávajícím asfalt bude snížení výrobní teploty horkých asfaltových směsí napomáhat těmto cílům.

Podstata vynálezu

V souhlase s tím poskytuje předkládaný vynález asfaltový prostředek, který lze vyrábět při nižších teplotách než horké směsi, s nižší spotřebou energie, se stejnými nebo lepšími mechanickými vlastnostmi a při stejných nebo nižších nákladech

Toho bylo dosaženo způsobem přípravy teplého asfaltového prostředku, obsahujícím míšení zrnitého kameniva s měkkým pojivém a přidáním zpěněného tvrdého pojivá do uvedené směsi zrnitého materiálu a měkkého pojivá.

Po smísení různých složek dojde ke spojení tvrdého pojivá a měkkého pojivá za vzniku požadovaných vlastností. Zpěnění tvrdého pojivá snižuje viskozitu a umožňuje vlastní obalení a přilnavost pojivá na složky kameniva při nižší teplotě.

Použití zpěněného tvrdého pojivá má průkazné výhody ekonomické a co se

týče životního prostředí vůči použití asfaltového prášku nebo emulzní formy asfaltu, aniž by došlo ke snížení kvality výsledných asfaltových směsí a dláždění. Obsah vody je pouze 2 až 5 % ve srovnání s předchozími 30 až 50 % vody v emulzi. Toto má průkazný vliv na skladování, kvalitu, požadavky na teplotu a transport. Ve srovnání s emulzními pojivý umožňuje nízký obsah vody v pěnovém asfaltu okamžité vyzrání s omezeným zahřátím.

Ve srovnání se studenými pěnoasfaltovými směsmi poskytuje směs připravená podle předkládaného vynálezu husté asfaltové směsi s mnohem menším obsahem vzduchových dutin než studené asfaltové směsi, vyrobené s pěnovými složkami pojivá. Pojivá použitá v pěnových studených směsích mají vysoké hodnoty penetrace, mezi 180 až 700 x 0,1 mm. Kromě toho, „tvrdá“ složka asfaltu, použitá v emulzi, má typickou penetraci 50 x 0,1 mm nebo více, ve srovnání s maximální hodnotou penetrace zpěněného tvrdého asfaltu méně než 100 x 0,1 mm v závislosti na konkrétních podmínkách.

Při srovnávání asfaltové směsi podle předkládaného vynálezu se studenou asfaltovou směsí, ve které je použito pěnové pojivo, je třeba zdůraznit, že směsi podle předkládaného vynálezu lze použít na silnice s těžkou dopravní zátěží, zatímco studené pěnoasfaltové směsi lze použít na silnice s malým provozem. Je to důsledkem toho, že asfalt, použitý v tradičních studených pěnových směsích je asfaltem s vysokými hodnotami penetrace mezi 180 až 700 x 0,1 mm. Vhodný druh asfaltu, použitý způsobem podle vynálezu, může být tvrdší, s typickou penetrací od 60 do 250 x 0,1 mm. Příprava studených asfaltových směsí se obvykle provádí na místě, tj. na komunikaci, při okolních (chladných) teplotách, protože asfalt připravený podle tohoto vynálezu může být vyroben v mísírně a/nebo na komunikaci a vyroben při typicky 60 až 100 °C. Toto bezprostředně ovlivňuje možnosti použití a použitelnost těchto asfaltových směsí.

V předkládaném vynálezu lze sice použít emulgované i neemulgované měkké složky pojivá, ale výhodné je použití neemulgovaného měkkého pojivá. Pokud je použito emulgované měkké pojivo, obsahuje emulgované měkké pojivo velké množství vody. Tato voda musí být vypuzena ze směsi dříve než je dosaženo plné soudržnosti a síly směsi. Tato emulze může být buď kationtová nebo aniontová.

Tvrdá složka pojívaje přidána ke směsi jako pěna. Měkké pojivo může být také přidáno jako pěna, pokud to ve specifických situacích bude výhodné.

Měkká složka pojivá může být také přidána ke kamenivu při relativně nízké teplotě, tj., při teplotě nižší než 120 °C.

Měkké pojivo může být normálně přidáno ke kamenivu při teplotě nejméně 70 °C, výhodně při teplotě v rozsahu od 60 do 130 °C, výhodněji v rozsahu od 90 do 110 °C.

• ·

V této přihlášce je měkká složka pojivá definována jako složka pojivá o penetraci nejméně 200 x 0,1 mm.

Je vhodné, když měkká složka pojivá má penetraci nejméně 500 x 0,1 mm, výhodně nejméně 700 x 0,1 mm a výhodněji nejméně 800 x 0,1 mm podle ČSN EN 1426 (ASTM D.5 při 25 °C). Tyto složky pojivá jsou často definovány jejich viskozitou, určenou podle ČSN EN 12 596 (ASTM D 2171 při 100 °C). Měkká složka pojivá má viskozitu méně než 0,300 Pa.s, výhodně méně než 0,200 Pa.s.

Asfalt připravený podle předkládaného vynálezu je hlavně určen pro použití na pozemních komunikacích, ale jiná použití je třeba také považovat za zahrnutá v rozsahu vynálezu.

Hutná asfaltová směs, vyrobená způsobem podle předkládaného vynálezu, má výhodně objem vzduchových dutin méně než 10 % a ještě výhodněji obsah dutin v oblasti mezi 3 až 10 %.

Asfaltová směs, vyrobená způsobem podle předkládaného vynálezu, může také být řídká, s objemem dutin mezi 15 % a 25 %.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek 1 ukazuje schematické srovnání výrobních způsobů asfaltových směsi srovnáním „Výroba běžné asfaltové horké směsi“ s „Výroba teplé pěnoasfaltové směsi“ podle tohoto vynálezu.

Obrázek 2 ukazuje příklad způsobu zpěnění tvrdého pojivá.

Příklady uspořádání vynálezu

Uspořádání vynálezu bude nyní popsáno pomocí následujícího příkladu.

Schematické srovnání způsobuje uvedeno na obrázku 1 a způsob se zpěněným pojivém je na obrázku 2. Porovnání kvality a cen je uvedeno v tabulkách I a II.

Výrobní zařízení asfaltu pro výrobu asfaltových směsí (obrázek 1) používá způsob podle tohoto vynálezu a obsahuje sušící buben, míchací buben, míchací zásobní silo a zařízení na výrobu asfaltové pěny. Kamenivo a písek se přivede do sušícího bubnu a zahřeje se na 130 °C. Teplé kamenivo a písek se potom vedou do míchacího bubnu, kde se smísí • · s měkkým asfaltem při teplotě 120 °C. Když se měkký asfalt důkladně promísí s kamenivem a pískem, přidá se ke směsi tvrdý asfalt a v míchání se pokračuje až do přidání plniva do směsi při teplotě 20 °C. Produkt obsahuje 90 % hmotn. kameniva a písku, 2,5 % hmotn. měkkého asfaltu, 2,5 % hmotn. tvrdého asfaltu a 5 % hmotn. plniva.

Pěna se vytvoří vpuštěním (obrázek 2) kontrolovaného proudu horkého asfaltu do potrubního vedení přes první ventil (A). První ventil (A) umožňuje cirkulaci do zásobníku a tím zajišťuje stabilní teplotu, potřebnou v tomto systému. Teplota v potrubním vedení je kontrolována a udržována horkým olejem nebo topným kabelem, které obklopují potrubí a izolací. Zvolená teplota závisí na kvalitě, tvrdosti a odpovídajícím zvýšení objemu asfaltu. Teplota je typicky v rozsahu od 130 do 180 °C.

Kontrolovaný proud vody, teplý nebo chladný (5 až 80 °C), je veden druhým ventilem (B) a přidává se do asfaltu v množství řádově 2 až 7 %. Vstřikováním vody do proudu asfaltu dochází ke zvětšování objemu asfaltu. Asfalt se homogenizuje ve statickém mixeru v mísící komoře. Expandovaný asfalt, typicky s 10 až 20násobně zvýšeným objemem, se vypustí z mísící komory a přidá se ke směsi kameniva jednou nebo několika tryskami.

Srovnáním tohoto způsobu se standardním horkým způsobem míchání, produkujícím asfaltovou směs stejné kvality, bylo zjištěno, že emise CO₂ byly o 60 až 70 % nižší, emise tuhých látek byly o 30 až 40 % nižší a spotřeba paliva byla o 40 až 60 % nižší.

Níže uvedené tabulky I a II ukazují relativní porovnání kvality s horkou směsí, respektive relativní srovnání nákladů. Symbol „=“ označuje průměrný nebo stejný, „+“ označuje stejný nebo nadprůměrný a označuje horší nebo nižší než průměrný v tabulce I. Symbol „?“ označuje nejistý, „neznámý“ nebo nestanovený.

• ·

Tabulka I: Relativní srovnání kvality s horkou směsí

KVALITA	Teplá směs emulze	Teplá směs emulze	Studená směs
Stabilita	=	=	-
Přilnavost	=	+	-
Praskání	=	=	=
Trvanlivost	=	+	-
Zpracovatelnost	-	+	-

VLIV NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Palivo Emise CO2/CO Emise tuhých látek	40 až 60 % méně 40 až 70 % méně 30 % méně	40 až 60 % méně 40 až 70 % méně 30 % méně	? ??
ZDRAVOTNÍ HLEDISKA
Práce při výrobě směsi	60 až 80 % méně	60 až 80 % méně	100 až 160 °C méně
Práce při pokládání směsi	60 až 80 % méně	60 až 80 % méně	80 až 140 °C méně
Hladiny těkavých	snížené	snížené	0

organických látek

Tabulka II: Relativní náklady (horká směs = 1,0)

	Teplá směs emulze	Teplá směs emulze	Chladná směs
NÁKLAD
Kamenivo	1,0	1,0	1,0
Palivo	0,5	0,5	0
Pojivo	1,5	1,0	1,5
(emulze, aditiva apod.)
Celkové náklady	1,2	0,9	0,9

• · • · · · * · • · · · · · · • « · · · · ··* · · · · ····

Shora uvedený neomezující příklad je pouze jedním z provedení vynálezu a je třeba mu rozumět tak, že lze provést ještě jiné příklady a stále budou patřit do záměru a rozsahu předkládaného vynálezu. Vynález je omezen pouze následujícími patentovými nároky.

Claims (17)

1. PATENTOVÉ NÁROKY:

   1. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku, vyznačující se tím, že se zrněné kamenivo smísí s měkkým pojivém a ke směsi zrněného kameniva a měkkého pojivá se přidá zpěněné tvrdé pojivo
2. 2. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 1, vyznačující se tím, že se použije tvrdá složka pojivá s penetrací menší než 100 x 0,1 mm, měřeno podle ČSN EN 1426 .
3. 3. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 1, vyznačující se tím, že se použije měkká složka pojivá s viskozitou menší než 0,3 Pa.s při 100 °C, měřeno podle ČSN EN 12 596.
4. 4. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 1, vyznačující se tím, že se kamenivo zahřeje na 60 až 120 °C před tím, než se smísí s měkkým a s tvrdým pojivém.
5. 5. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 1, vyznačující se tím, že se zpěněné tvrdé pojivo připraví zvláštním způsobem zpěnění, při kterém se nezpěněné tvrdé pojivo zahřeje na teplotu mezi 130 až 180 °C, do takto ohřátého nezpěněného tvrdého pojivá se vstřiknou 2 až 7 % hmotn. vody, přivedené na teplotu 5 až 80 °C a ohřáté nezpěněné tvrdé pojivo se expanduje na pěnu.
6. 6. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 1, vyznačující se tím, že se použije pěna s obsahem vody 5 % nebo menším.
7. 7. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 1, vyznačující se tím, že se složka měkkého pojivá přidává ke kamenivu při teplotě menší než 120 °C.
8. 8. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 1, vyznačující se tím, že se teplota teplé směsi po smísení pohybuje mezi 80 až 115°C.

   »· *· • 9
9. 9 9 9 9 9 9

   9. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 1, vyznačující se tím, že se jako teplý asfaltový směsný prostředek použije hutný obalený asfaltový prostředek.
10. 10. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 9, vyznačující se tím, že se jako teplý asfaltový směsný prostředek použije hutný obalený asfaltový prostředek s objemem dutin mezi 2 až 10 %.
11. 11. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 1, vyznačující se tím, že se jako teplý asfaltový směsný prostředek použije řídký obalený asfaltový prostředek.
12. 12. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 11, vyznačující se tím, že se jako teplý asfaltový směsný prostředek použije řídký obalený asfaltový prostředek o objemu dutin mezi 14 až 26 %.
13. 13. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 1, vyznačující se tím, že se předem smísí měkké pojivo s kamenivem v mísícím zařízení teplého způsobu výroby na poloprodukt určený pro přepravu na místo položení a zpěněné tvrdé pojivo se nanese na poloprodukt v pokládacím stroji na místě pokládání asfaltového povlaku.
14. 14. Způsob přípravy teplého směsného asfaltového prostředku podle libovolného z patentových nároků 1 až 13,vyznačuj ící se tím, že se jako složky pojivá použijí složky asfaltu.
15. 15. Použití asfaltového prostředku připraveného podle libovolného z patentových nároků 1 až 14 pro dláždění.
16. 16. Zařízení na přípravu teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 1, obsahující sušící buben pro ohřev a sušení složek kameniva, mísící válec pro míšení složek asfaltu a zásobník směsi, vyznačující se tím, že dále obsahuje zařízení pro výrobu pěny pro zpěnění tvrdého pojivá před jeho vnesením do mísícího válce.

    • 4 4 4 4 4
17. 17. Zařízení na přípravu teplého směsného asfaltového prostředku podle patentového nároku 16, vyznačující se tím, že zařízení pro výrobu pěny obsahuje prostředky pro ohřátí složky tvrdého pojivá a pro zavádění vody nebo páry pro následné zavedení vody do tvrdého pojivá, aby vznikla pěna.