本發(fā)明涉及泡沫硫磺瀝青、泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤、及其形成方法。
背景技術：
：在含瀝青材料(包括瀝青包覆骨料(瀝青膏)、熱瀝青混合料和泡沫瀝青)的制造和加工過程中，加工溫度高于約150℃(約300°F)會對工人和設備造成問題。瀝青中存在的硫和含硫化合物(包括單質硫和自然界中存在的雜原子有機化合物(heterorganiccompounds)通常會在高于約150℃的溫度下開始與瀝青中的其他成分以及空氣發(fā)生反應。硫在約151℃(約305°F)下開始形成對人體有毒性的硫化氫(H2S)氣體。在烴環(huán)境(包括瀝青)中，游離硫將存在的烴脫氫并形成硫化氫。在氧氣存在的條件下，將硫加熱至高溫會形成二氧化硫，其對人體有毒性并會污染空氣。硫是豐富且廉價的材料。單質硫是非脫硫天然氣和石油加工的副產物。“游離”硫的來源包括石油煉油廠和天然氣脫硫工廠。由于從天然氣和石油中提取出大量的硫，因此許多硫制造商將單質硫視為廢產物。人們期望找到單質硫的商業(yè)應用，從而能夠安全且有效地處置單質硫。將硫引入商品中能夠將被視為潛在“廢”產物的硫轉化為具有實際價值的產品。技術實現(xiàn)要素：制造泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤的方法包括將瀝青粘結劑、單質硫、發(fā)泡空氣和發(fā)泡水引入發(fā)泡混合器中。發(fā)泡水的壓力大于發(fā)泡空氣的壓力。該方法包括運行發(fā)泡混合器以形成泡沫硫磺瀝青的步驟。泡沫硫磺瀝青的泡沫半衰期等于或大于約6秒，并且其泡沫膨脹率等于或大于8。發(fā)泡混合器在不超過約150℃的溫度下運行。該方法包括將泡沫硫磺瀝青、具有水含量的骨料和波特蘭水泥引入骨料混合器中的步驟。該方法包括運行骨料混合器以形成泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定的土壤的步驟。泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤包括泡沫硫磺瀝青、空氣干燥的骨料、加濕水和波特蘭水泥。泡沫硫磺瀝青的泡沫半衰期等于或大于約6秒，并且其泡沫膨脹率等于或大于8。制造泡沫硫磺瀝青的方法包括將瀝青粘結劑、單質硫、發(fā)泡空氣和發(fā)泡水引入發(fā)泡混合器中。發(fā)泡水的壓力大于發(fā)泡空氣的壓力。該方法包括運行發(fā)泡混合器以形成泡沫硫磺瀝青的步驟。泡沫硫磺瀝青的泡沫半衰期等于或大于約6秒，并且其泡沫膨脹率等于或大于8。發(fā)泡混合器在不超過約150℃的溫度下運行。泡沫硫磺瀝青包括瀝青粘結劑、單質硫、發(fā)泡空氣和發(fā)泡水。泡沫硫磺瀝青的泡沫半衰期等于或大于約6秒，并且其泡沫膨脹率等于或大于8。泡沫硫磺瀝青中單質硫的含量在泡沫硫磺瀝青中單質硫和瀝青粘結劑的總量的約10重量％至約50重量％的范圍內。泡沫硫磺瀝青(FSA)和泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤(FSASS)是消耗單質硫(其為烴生產過程中的副產物)的新途徑。游離硫的應用充當了填料，從而也起到了擴大瀝青供應量的作用。還發(fā)現(xiàn)單質硫令人驚訝地增強了泡沫瀝青穩(wěn)定土壤組合物的性能。向泡沫瀝青組合物中添加硫延長了所生產的FSASS的使用壽命。向泡沫瀝青組合物中添加硫還降低了泡沫瀝青產品的制造溫度，這節(jié)約了能源，同時不會產生有害的或具有毒性的含硫氣體，如硫化氫或二氧化硫。泡沫硫磺瀝青和泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤可被世界范圍內的建筑業(yè)利用，以作為用于土壤穩(wěn)定和路面再生的常規(guī)泡沫瀝青的替代物。可利用冷再生技術來制造FSASS。道路骨料基層、底基層和回收瀝青(即，已鋪設的瀝青)路面混合料可用作骨料以形成泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤。也可使用FSA以穩(wěn)定各種類型的土壤(包括沙土、泥灰土和塞卜哈土(sabkhasoil))以形成FSASS。出于本申請的目的，“土壤”和“骨料”是可互換的術語。經FSA穩(wěn)定的穩(wěn)定土壤的若干常見物理性能與常規(guī)的泡沫瀝青相當或更為優(yōu)異。使用泡沫硫磺瀝青提供了若干益處。FSA可在150℃下生產，然而據(jù)發(fā)現(xiàn)，常規(guī)泡沫瀝青無法在低于180℃的溫度下生產而仍能夠滿足泡沫膨脹率和半衰期的要求。這不僅節(jié)約了能源(在更低的溫度下運行加工裝置)，而且還防止了由天然存在于瀝青中的硫和添加硫而造成的硫化氫和二氧化硫的排放。泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤產品具有若干優(yōu)于常規(guī)泡沫瀝青穩(wěn)定土壤的有利性能。除了充當“廢棄”硫的有用倉庫之外，硫的引入還令人驚訝地賦予了一些泡沫硫磺瀝青/土壤組合以有用的物理性能。在FSA與泥灰土的組合以及FSA與塞卜哈土的組合中，永久變形的發(fā)生均得到降低?；谶@些結果，據(jù)認為沙丘砂也可與塞卜哈土或泥灰土以及泡沫硫磺瀝青共混，以提高其耐車轍性能，這能擴大用于道路和現(xiàn)場施工的沙漠環(huán)境中的骨料的種類和有用性。另外還令人驚訝的是，相比于相應的常規(guī)泡沫瀝青穩(wěn)定土壤，所有FSASS的耐久性(“穩(wěn)定性損失”)均得以改善。此外，與利用常規(guī)泡沫瀝青處理的相同土壤相比，利用泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定的土壤令人驚訝地具有更高的耐車轍性能。附圖說明通過以下優(yōu)選實施方案的詳細說明、隨附的權利要求書以及附圖將會更好地理解本發(fā)明的這些以及其他特征、方面和優(yōu)點，其中：圖1為示出用于形成實施例和比較例的泡沫瀝青穩(wěn)定土壤的未經處理的沙丘砂的級配曲線(gradationcurve)的圖表；圖2為示出用于形成實施例和比較例的泡沫瀝青穩(wěn)定土壤的Al-Aziziyah塞卜哈土的粒度分布曲線；圖3為示出了水分含量對用于形成實施例和比較例的泡沫瀝青穩(wěn)定土壤的塞卜哈土的干燥密度和加州承載比(CBR)的影響的圖表；圖4為示出了用于形成實施例和比較例的泡沫瀝青穩(wěn)定土壤的泥灰土的粒度分布曲線的圖表；圖5為示出了水分含量對用于形成實施例和比較例的泡沫瀝青穩(wěn)定土壤的泥灰土的干燥密度的影響的圖表；并且圖6為示出了用于形成實施例的泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤的30/70重量百分比的硫磺瀝青粘結劑在150℃下的膨脹率和半衰期的圖表。具體實施方式本說明書(包括
發(fā)明內容、附圖說明和具體實施方式)和隨附的權利要求書涉及本發(fā)明的具體特征(包括工藝或方法步驟)。本領域的技術人員將理解到，本發(fā)明包括說明書中所描述的具體特征的所有可能的組合和應用。本領域的技術人員將理解到，本發(fā)明并不局限于或受限于說明書中所給出的實施方案的說明。本發(fā)明的主題僅受限于說明書和隨附的權利要求書的精神。本領域的技術人員還將理解到，用于描述具體實施方案的術語并不限制本發(fā)明的范圍或寬度。在解釋說明書和隨附的權利要求書時，所有術語均應聯(lián)系各術語的上下文并以最寬泛的方式來加以解釋。除非另有說明，否則說明書和隨附的權利要求書中所用的所有技術和科技術語的含義與本申請所屬領域的技術人員所通常理解的含義相同。除非上下文另有明確規(guī)定，否則本說明書和隨附的權利要求書中的單數(shù)形式“一個”、“一種”和“所述”也包括復數(shù)的形式。動詞“包括”及其變型形式應理解為以非排他性的方式提及元素、部件或步驟。所提及的元素、部件或步驟可與其他未明確提及元素、部件或步驟一同存在、利用或組合。在說明書和隨附的權利要求書中提供數(shù)值范圍時，應理解的是，該區(qū)間包括介于上限和下限之間的各數(shù)值以及上限和下限。本發(fā)明涵蓋并限制了所提供的有任何具體排除數(shù)值的較小區(qū)間范圍。在說明書和隨附的權利要求書中提及包括兩個或多個限定步驟的方法時，所限定的步驟可以任意順序進行或同時進行，除非上下文中排除了這種可能性。當在本發(fā)明中引用了專利或出版物時，所引用的文獻在不與本發(fā)明的論述相抵觸的程度下，將其全部內容以引用的方式并入本文。泡沫硫磺瀝青泡沫硫磺瀝青包含瀝青粘結劑?？墒褂玫陌赜突驗r青可來自于：石油蒸餾(例如，真空尾油(vacuumtails))；煤、瀝青砂或油頁巖加工；或來自天然存在的原料(例如，特立尼達湖(TrinidadLakes))。純?yōu)r青(即，未添加游離硫或其他添加劑)可為單一材料或若干基質瀝青的混合物?？墒褂盟蓄愋偷臑r青粘結劑來制備泡沫硫磺瀝青，包括“性能等級”瀝青；然而，由于乳化稀釋瀝青無法起泡，因此不能使用?！靶阅艿燃墶睘r青基于AASHTO性能等級瀝青粘結劑規(guī)定M320的性能等級表(“表1”)中所列的性能。泡沫硫磺瀝青的實施方案包括性能等級64-10(PG64-10)瀝青粘結劑。泡沫硫磺瀝青包含單質硫。單質硫或“游離”硫不僅包括單一硫原子，而且還包含絡合物中與其他硫原子共價連接的硫，包括α-(斜方硫)、β-硫(單斜硫)和“鏈(catena)”硫。硫原子的鏈或環(huán)的范圍可為若干硫原子至數(shù)百個共價連接的硫原子。單質硫的所有同素異形體均適用于摻硫組合物中。與非硫原子(如碳、氫或其他種類的原子)共價連接的硫(包括雜原子有機化合物)并不視為“游離”硫或單質硫。由于存在許多種同素異形體，因此發(fā)現(xiàn)了呈多種不同的固體形式和液體形式的單質硫，并且其會根據(jù)環(huán)境(包括加熱和壓力)的改變而在不同形式之間轉變。根據(jù)游離硫的分子構造，硫的熔點在約115℃至約140℃間變化。然而，其通常以顆?；蚍勰┕腆w形式、或者熔融液體形式處理。泡沫硫磺瀝青的泡沫膨脹率等于或大于8。泡沫膨脹率為與從發(fā)泡混合器中排出的泡沫瀝青的體積相比，泡沫瀝青的膨脹體積的比率。泡沫硫磺瀝青的泡沫半衰期等于或大于約6秒。將由最大膨脹體積的時間點至泡沫瀝青坍塌至最大膨脹體積的一半的時間點的時間確定為泡沫半衰期。形成泡沫硫磺瀝青制造泡沫硫磺瀝青的方法包括將游離硫和瀝青粘結劑引入發(fā)泡混合器中的步驟。游離硫和瀝青粘結劑的引入可分別進行，或者可將其作為混合材料引入，即，作為硫磺瀝青粘結劑。該方法的一個實施方案包括將游離硫和瀝青粘結劑作為硫磺瀝青粘結劑而引入發(fā)泡混合器中。單質硫的量在單質硫和瀝青粘結劑的總量的約10重量％至約50重量％的范圍內。該方法的一個實施方案包括這樣的一種情況，其中所引入的硫磺瀝青粘結劑包含占硫磺瀝青粘結劑的約30重量％的游離硫和約70重量％的純?yōu)r青粘結劑?？稍诂F(xiàn)場摻合硫磺瀝青粘結劑，或者預先形成硫磺瀝青粘結劑。該方法的一個實施方案包括以下步驟，將游離硫和瀝青粘結劑引入預混器中以形成硫磺瀝青粘結劑，然后將硫磺瀝青粘結劑引入發(fā)泡混合器中以替代單獨引入的瀝青粘結劑和單質硫。關于將游離硫引入發(fā)泡混合器中的方法—無論是作為預先形成的硫磺瀝青粘結劑的一部分引入還是分別引入—這種游離硫引入方法的實施方案包括將游離硫以熔融液體的形式引入。熔融硫可在低剪切環(huán)境中與純?yōu)r青混合以形成硫磺瀝青粘結劑，然后再將該硫磺瀝青粘結劑引入發(fā)泡混合器中，或者直接將熔融硫引入發(fā)泡混合器中。例如，在冷再生操作中，將純?yōu)r青和游離硫保持在溫度可使這兩者熔融的單獨的容器中。將熔融游離硫和熔融純?yōu)r青引入粘結劑混合器中以使其彼此混合，從而形成硫磺瀝青粘結劑，然后隨即將該硫磺瀝青粘結劑引入發(fā)泡混合器中。這種游離硫引入方法的實施方案包括將游離硫以固體的形式引入。通常在高剪切下，將為粉末或顆粒形式的固體單質硫引入熔融純?yōu)r青中并與之混合，以將硫完全引入瀝青中。可將瀝青保持在低于、等于或高于硫的熔融溫度的溫度下，但是已知高于硫的熔融溫度有助于硫的引入。泡沫硫磺瀝青的制造方法包括將發(fā)泡水引入發(fā)泡混合器中的步驟。該方法的一個實施方案包括引入發(fā)泡水，以使泡沫硫磺瀝青的水含量在約2.3重量％至約4.7重量％的范圍內。在泡沫硫磺瀝青的一個實施方案中，泡沫硫磺瀝青的水含量在約2.3重量％至約4.7重量％的范圍內。改變引入瀝青中的水的比例可控制所制得的泡沫瀝青組合物的膨脹率和半衰期。圖6示出了在150℃下，改變引入的發(fā)泡水的量，利用30重量％/70重量％的硫磺瀝青粘結劑，在若干泡沫硫磺瀝青水分含量數(shù)值下確定的膨脹率和半衰期。選擇泡沫硫磺瀝青的水含量，以使最小膨脹率為8倍且最小半衰期為6秒。根據(jù)圖6，當水含量在約2.3重量％至約4.7重量％的范圍內時，30重量％/70重量％的泡沫硫磺瀝青粘結劑滿足膨脹系數(shù)和半衰期的要求。發(fā)泡混合器在為約140℃至約150℃的溫度范圍內運行。并不推薦在高于150℃的溫度下運行發(fā)泡混合器，這是因為在存在經過加壓的發(fā)泡空氣的情況下，由硫和瀝青的組合而潛在地排放出易燃氣體(例如，硫化氫)，并排放出毒性/非毒性氣體。形成泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤制造泡沫硫瀝青穩(wěn)定土壤的方法包括將具有一定水分含量的骨料引入骨料混合器中的步驟。在制造泡沫硫瀝青穩(wěn)定土壤的方法的一個實施方案中，可將骨料與一定量的水預先混合。在一個實施方案中，水的量是適當?shù)?，以使預先混合后的骨料中的水分含量大致為有利于骨料壓實的最佳水分含量。在另一實施方案中，該方法包括將加濕水引入骨料中以使該合并物形成骨料的步驟，其中所形成的骨料中的水分含量大致為有利于骨料壓實的最佳水分含量。在另一實施方案中，該方法包括引入加濕水的步驟，以使得加濕水和所引入的骨料的合并物形成這樣的骨料，該骨料中的水分含量為約0.5(WOMC)+1，其中WOMC為已確定的所引入骨料的最佳水分含量，其單位為重量％。對于這種實施方案，所引入的骨料中的水分含量(該水含量為占骨料(經空氣干燥的骨料)的重量％)的范圍為經空氣干燥的骨料的水分含量至小于約對于骨料的壓實而言最佳的水分含量。泡沫硫磺瀝青通過發(fā)泡混合器，并被引入溫度小于等于130℃的骨料。制造泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤的方法的一個實施方案包括以經空氣干燥的骨料為基準，引入為骨料的約0.1重量％至約2重量％的波特蘭水泥。波特蘭水泥使土壤和砂子等細骨料具有了一定量的粘附性。實施例具體實施方案的實施例有助于更好地理解泡沫硫磺瀝青和泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤的應用。絕不應認為這些實施例限制或限定了本發(fā)明的范圍。將來自東沙特阿拉伯的三種主要類型的土壤與兩種不同類型的泡沫瀝青組合物—即泡沫硫磺瀝青(實施例)和泡沫瀝青(比較例)—聯(lián)合使用，以形成一系列實驗用穩(wěn)定土壤樣品，從而進行關于泡沫瀝青中添加硫的影響的對比物理試驗?；旌涎b置混合裝置形成了實施例泡沫瀝青組合物和比較例泡沫瀝青組合物。在實驗中使用了帶有混合器的實驗室級泡沫瀝青設備WLB10(WirtgenGroup，德國)，其很好地模擬了泡沫瀝青的全規(guī)模生產。帶有混合器的WLB10包括隔熱罐，其具有溫度控制器以對瀝青粘結劑進行加熱以及保持溫度。混合裝置還包括校準分配系統(tǒng)，其用于引入瀝青粘結劑、水和空氣以使其彼此混合，從而形成泡沫瀝青組合物。該混合裝置將預定體積的瀝青粘結劑、水和空氣注入發(fā)泡混合器中以形成泡沫瀝青組合物。發(fā)泡混合器(其為膨脹室)是溫度可調節(jié)的。在密閉系統(tǒng)中形成泡沫瀝青組合物。不會有具有潛在危害性或毒性的含硫氣體排出并釋放至環(huán)境中或釋放至混合裝置的操作者。關于試驗，在室溫下，將WLB10的空氣流量表校準至空氣引入壓力為約5巴、室溫?？諝庖雺毫稍诩s5巴至約9巴的范圍內。關于該試驗，將水流量表校準至水引入壓力為約6巴、室溫。發(fā)泡水引入壓力維持在比發(fā)泡空氣壓力高至少1巴，以避免空氣侵入?？墒褂蔑嬘盟鳛橐胨Ｍㄟ^控制瀝青粘結劑的引入溫度，從而控制瀝青粘結劑的流速。發(fā)泡混合器通過泡沫瀝青噴嘴排出泡沫瀝青組合物。將一定量的泡沫瀝青組合物直接排放至實驗室骨料混合容器中的骨料樣品。實驗室混合器攪拌骨料與泡沫瀝青組合物的組合，以形成試驗用泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定土壤。土壤類型用于形成比較用穩(wěn)定土壤樣品的來自東沙特阿拉伯的三種主要類型的土壤為沙丘砂、塞卜哈土和泥灰土。所有這些骨料樣品在引入前均經過空氣干燥。沙丘砂砂子不僅在沙特阿拉伯而且在全世界的許多國家都是可廣泛獲得且廉價的資源。如果砂子經過適當?shù)姆€(wěn)定處理，可以將其有效地用于道路施工。圖1示出了未經處理的沙丘砂樣品的級配曲線。通過標準骨料和土壤試驗來確定所收集的未經處理的沙丘砂的特性，并歸納于表1中。沙丘砂的最佳水分含量為約0％。表1未經處理的沙丘砂的若干標準骨料和土壤試驗結果性質標準試驗數(shù)值砂當量ASTMD241979％毛體積相對密度(細)ASTMC1282.593表觀相對密度(細)ASTMC1282.661吸水率(細)ASTMC1280.9％塑性指數(shù)AASHTOT-88非塑性塞卜哈土塞卜哈土采自Al-Aziziyah塞卜哈平原。原土包括位于地下水位之上的所有土層，但是不包括表面殼層。為了進行空氣干燥，將土鋪展在實驗室外的塑料片材上。使用塑料錘子將所有結晶和結塊粉碎，以使所得土壤穿過ASTM4號篩。將過篩的土壤混合并保存在塑料桶中，待混合和測試。圖2中示出了塞卜哈土的粒度分布曲線。進行了兩種濕篩分析以表征塞卜哈土。一項試驗使用了蒸餾水，另一項試驗使用了“塞卜哈鹽水”、或者與土壤位于相同洼坑的鹽水。這兩項試驗得到了圖2中的兩條曲線，并揭示出塞卜哈土的砂組成?；谶@些結果，根據(jù)UnifiedSoilClassificationSystem(USCS)將塞卜哈土歸類為“SP”，根據(jù)AASHTO分類，可將其歸類為“A-3”。使用改良的普羅克特壓實試驗(ASTMD1557)對塞卜哈土進行檢測，以確定松軟沃土(mold)中土壤的水含量與值之間的關系。還檢測了塞卜哈土的加州承載比(CBR)(ASTMD1883)。將CBR試驗結果與普羅克特壓實試驗結果疊加，以確定材料的強度行為與水分含量改變之間的關系。圖3中示出了其結果。最佳未浸水CBR值(相當于干燥密度的最大值的約95％)處的水分含量(MC)為塞卜哈土的干重的約11.5％。泥灰土圖4提供了所采集的泥灰土的粒度分布曲線。該土壤的粒度小于1.0英寸。一半的土壤尺寸通過了200號篩。圖5示出了改良的普羅克特壓實曲線，其示出了最佳水分含量為泥灰土干重的約11.8％。該土壤的干CBR為78，浸水CBR為8。表2中給出的結果顯示砂子的量較低。表2：若干標準骨料和泥灰土的土壤試驗結果土壤水分含量再將各種土壤與實施例或比較例泡沫瀝青混合之前，向經過空氣干燥的土壤樣品中引入加濕水，以使土壤樣品的水分含量達到或者接近有利于壓實的最佳水分含量(OMC)。引入經空氣干燥的土壤樣品中的加濕水的量取決于其類型以及骨料中水分含量的程度。關于該實驗，使用方程式1來確定加濕水的引入量：W添加＝1+(0.5WOMC–W空氣干燥),(方程式1)其中，W添加為通過引入加濕水而添加至經空氣干燥的骨料樣品中的水分含量(為經空氣干燥的土壤的重量百分比)，WOMC為土壤樣品的已確定的最佳水分含量(重量百分比)，W空氣干燥為水添加之前經空氣干燥的土壤樣品的已確定水分含量(重量百分比)。例如，如上所述，沙丘砂的WOMC為約0％，并且經空氣干燥的沙丘砂的水分含量為約0％，因此引入將接收泡沫瀝青并隨后壓實的沙丘砂中的加濕水的量為這樣的量，其使得沙丘砂的水分含量為經空氣干燥的土壤的重量的約1重量％。在添加水之后，隨即將剛剛濕潤的骨料與實施例和比較例泡沫瀝青組合物加以組合。波特蘭水泥除了向土壤樣品中引入加濕水之外，還引入為經空氣干燥的土壤的重量的約2％的波特蘭水泥，并與土壤樣品混合。添加波特蘭水泥以增強固化和強度發(fā)展。先引入波特蘭水泥，然后向土壤樣品中引入實施例或比較例泡沫瀝青。常規(guī)瀝青粘結劑將用于形成比較例泡沫瀝青的純的或未摻雜的普通瀝青引入WLB10的隔熱罐中，然后在約180℃的溫度下加熱攪拌，直至用于發(fā)泡。對于該實驗，普通瀝青為性能等級64-10(PG64-10)的瀝青粘結劑。未摻雜瀝青的保持溫度不低于180℃，這是因為發(fā)泡的普通瀝青不穩(wěn)定，并且不能滿足膨脹率至少為約8、或者最小泡沫半衰期至少為約6秒、或者同時滿足這兩者的最低性能。硫磺瀝青粘結劑通過將占硫磺瀝青粘結劑的總重量的約30重量％的游離硫和約70重量％的普通瀝青(PG64-10)混合至均勻，從而制得硫磺瀝青粘結劑。使用預先摻合的30重量％/70重量％的硫磺瀝青(不含任何其他的改性添加劑)作為用于該實驗的硫磺瀝青粘結劑。在145℃的爐內形成預先摻合的30重量％/70重量％的硫磺瀝青粘結劑，并以熔融態(tài)摻合在一起。將熔融的硫磺瀝青粘結劑引入WLB10的隔熱罐中，加熱至150℃的溫度，并攪拌，直至用于發(fā)泡。發(fā)泡水將發(fā)泡水引入硫磺瀝青粘結劑中，使得泡沫硫磺瀝青的含水量為硫磺瀝青粘結劑的約3.45重量％。形成穩(wěn)定土壤的實施例和比較例采用了用于冷拌混合料的馬歇爾混合料設計，以設計實施例或比較例泡沫瀝青穩(wěn)定土壤混合物。對于每種土壤樣品類型，制備了總共六種穩(wěn)定土壤混合料樣品-其各自含有不同量的實施例或比較例泡沫瀝青，表3中記錄了這些穩(wěn)定土壤混合料樣品。將一定量的硫磺瀝青粘結劑、發(fā)泡水和發(fā)泡空氣引入混合器內彼此混合，運行混合器從而在混合器內形成實施例的泡沫硫磺瀝青。當水分含量為硫磺瀝青粘結劑的3.45重量％時，泡沫硫磺瀝青的泡沫膨脹率為排出的硫磺瀝青體積的約8.8倍，泡沫半衰期為約9.1秒。將一定量的常規(guī)瀝青、發(fā)泡水和發(fā)泡空氣引入混合器內彼此混合，運行混合器從而在混合器內形成比較例的泡沫硫磺瀝青?；旌掀鲀鹊臏囟缺３譃榧s150℃。經泡沫瀝青噴嘴，從而由混合器制得實施例和比較例的泡沫瀝青。實施例和比較例的泡沫瀝青的溫度低于約130℃，這防止了排放具有潛在毒性或有害的含硫化合物。為了將土壤樣品制成未摻雜泡沫瀝青穩(wěn)定土壤和硫磺泡沫瀝青穩(wěn)定土壤，將一定量的加濕水引入至經空氣干燥的土壤樣品中，以滿足通過利用方程式1所確定的量。此外，還引入了為經空氣干燥的骨料的約2重量％的波特蘭水泥，并摻合約30秒。校準混合裝置，以在制備各土壤樣品之前，在每單位時間內排出固定量的實施例或比較例泡沫瀝青。在Habart實驗室混合器中攪拌土壤樣品，同時將特定體積的泡沫瀝青直接排放至土壤樣品上。通過稱取泡沫瀝青添加前后混合碗內容物的重量之差，從而驗證引入土壤樣品中的實施例或比較例泡沫瀝青的量。實施例或比較例泡沫瀝青與土壤樣品的組合的混合進行時間在約30秒至約1分鐘的范圍內。穩(wěn)定土壤實施例和比較例的物理試驗通過向各穩(wěn)定土壤樣品施加每面75次標準馬歇爾錘的擊打，從而制得穩(wěn)定土壤的實施例(包含泡沫硫磺瀝青)和比較例(包含發(fā)泡的普通瀝青)。將各穩(wěn)定土壤樣品固化，并且如果需要進行試驗的話，將穩(wěn)定土壤樣品浸入水中并隨后進行試驗。對各穩(wěn)定土壤樣品進行的試驗包括馬歇爾穩(wěn)定性和馬歇爾穩(wěn)定性損失(或耐久性)(ASTMD1559)；間接抗拉強度和最佳泡沫瀝青含量(ASTMD4867和AASHTOT-245)；回彈模量(ASTMD4123)；以及車轍(永久變形)。最佳粘結劑含量為浸水強度最高時的粘結劑含量。耐久性是使用類似的馬歇爾穩(wěn)定性樣品和相同的試驗方法進行的，不過是在室溫下將樣品在水中浸沒24小時之后確定的。表3中示出了穩(wěn)定土壤實施例和比較例的結果。間接抗拉強度間接抗拉強度(ITS)試驗有助于確定混合料的抵抗裂紋擴展的性能。對高度為21/2英寸且直徑為4英寸的圓柱形試樣(63.5mm高×101.6mm直徑)進行ITS試驗。根據(jù)馬歇爾壓實方法來制備試樣。失效之前試樣所承載的最大負荷為其結果。該試驗在25℃下進行。ITS試驗的浸水樣品形式(在室溫下，在水中浸沒24小時的樣品)為用于確定各穩(wěn)定土壤樣品的最佳粘結劑含量的主要指標?；貜椖Ａ炕貜椖Ａ吭囼灋槁访娼Y構的機械設計方法的重要變量。其能夠度量路面對動態(tài)應力和相應得到的應變的路面響應。通過施加徑向脈沖負荷從而進行HMA的回彈模量測量。沿著高度為21/2英寸且直徑為4英寸的圓柱形試樣(63.5mm高×101.6mm直徑)的垂直徑向平面施加負荷。根據(jù)馬歇爾壓實方法準備試樣。測量所得到的試樣的水平變形，并用于計算回彈模量。該試驗在25℃下進行。車轍試驗(永久變形)利用瀝青路面分析儀，在30℃下評價穩(wěn)定土壤實施例和比較例的耐車轍性能，該分析儀為反復使受力輪重復行進在盤狀穩(wěn)定土壤樣品的平坦面上的輪式裝置。將車輪負荷設為100lb，車輪壓力設為100psi。旋轉式壓實機將六英寸的圓形穩(wěn)定土壤樣品沿著該盤狀物的平面壓實至具有與馬歇爾壓實樣品相同的密度。該輪式裝置在各穩(wěn)定土壤輪的直徑處穿過。在試驗之前，將穩(wěn)定土壤實施例和比較例調節(jié)在試驗溫度下達4小時：表3：經穩(wěn)定的沙丘砂、泥灰土和塞卜哈土的試驗結果與使用泡沫純?yōu)r青相比，泡沫硫磺瀝青的使用將泥灰土和塞卜哈土樣品的車轍降低了超過50％。盡管不希望受限于理論，但是據(jù)認為，通過將砂子與其他類型的骨料混合，可提高沙丘砂的耐車轍性能。泡沫硫磺瀝青穩(wěn)定的泥灰土是所示的六種穩(wěn)定土壤組合物中最為優(yōu)選的穩(wěn)定土壤組合物。關于該組合物，馬歇爾穩(wěn)定性大于6.672kN(30)，間接抗拉強度大于200kPa(640)，并且耐久性大于70％(72)。這滿足了瀝青混凝土的若干項最低日常應用要求。當前第1頁1 2 3