CN101597879B - 基于其粘附指数选择粘结剂用于石屑封层工艺的方法 - Google Patents

基于其粘附指数选择粘结剂用于石屑封层工艺的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种选择用于石屑封层工艺的粘结剂的方法。该方法包括测定至少一种粘结剂的粘附指数，并选择具有合意粘附指数的粘结剂用于石屑封层的工艺。当根据本发明最优选的方法计算时，所选择的粘结剂应该具有不大于约3.75的粘附指数。优选，将所选择的粘结剂施用到表面上，然后在由该粘合剂的粘附指数定义的时间参数内施用集料，以形成石屑封层的表面。优选，基本上所有集料都与该粘结剂粘合，不需要压实所铺设的表面。

Description

基于其粘附指数选择粘结剂用于石屑封层工艺的方法
本申请是申请日为2005年8月25日、申请号为200580026955.3(PCT/US2005/030293)、题目为“基于其粘附指数选择粘结剂用于石屑封层工艺的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种铺路的方法。更特别地，该方法包括基于其粘附指数(Adhesive Index)选择用于石屑封层(chipsealing process)的含沥青的粘结剂的方法。
背景技术
热施用的石屑封层(chipseals)通常用于铺设或升级路面。然而，常规石屑封层的一个缺点在于，随着时间流逝会发生渗透性集料损失。
在克服过多集料损失的尝试中，已经对集料预涂覆沥青以增加其在石屑封层工艺中的粘附性。很多沥青涂料会完全覆盖集料材料。预涂覆的一个缺点在于，如果加入太多沥青，则集料会粘在一起并形成块。预涂覆集料的另一缺点是，由于所需的额外材料而使其昂贵，并且因为处理预涂覆的集料从而是高成本的。
还尝试了增加集料嵌入粘结剂中的方法。这样的一种方法包括施用较厚的沥青层以改善粘附性。这种方法的一个缺点在于这造成额外费用。
还将抗剥落剂加入沥青中，以有助于集料粘附到沥青上。然而，即使当使用这些试剂时，集料损失仍然是成问题的。使用抗剥落剂的另一缺点在于它们是高成本的。
一般而言，为了确保最大粘附性，压实(compact)或碾压石屑封层的表面。压实的一个缺点在于，其是铺路工艺中的额外步骤，增加了石屑封层工艺的时间和成本。此外，这需要额外的设备。再者，即使采用预涂覆的集料、抗剥落剂、较高嵌入的集料以及压实，仍发生过多的集料损失。
为了克服这些缺点，希望一种提供更好集料粘附性的石屑封层道路的方法。该方法应提供一种选择具有良好粘附性的粘结剂用于石屑封层工艺的方式。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种更好的选择粘结剂的方法，使得粘结剂合意地粘附于集料，并且当铺设表面时没有损失过多的集料。
上述以及其它目的是通过选择粘结剂用于石屑封层工艺的本发明方法实现的。该方法包括测量至少一种粘结剂的粘附指数并为石屑封层工艺选择具有合意的粘附指数的粘结剂。当从粘结剂与集料接触后达到最高温度时粘结剂粘度的log10值的100倍乘以25℃下粘结剂的渗透值(penetration)的倒数进行计算时，所选择的粘结剂应具有不大于约3.75的粘附指数。优选，将所选择的粘结剂施用到表面上，然后施用集料，如粘结剂的粘附指数所定义，以形成石屑封层的表面。优选，基本上所有集料都与粘结剂粘合，而不需要压实所铺设的表面。
本发明的其它方面、以及隶属这些方面的优点和新特征，部分将在下面的说明书中提出，部分对于本领域技术人员而言由于阅读以下内容而是明显的，或者可以从实施本发明中获悉。通过在所附权利要求中特别指出的手段和组合可以实现并达到本发明的目标和优点。
本发明包括：
1.一种选择粘结剂用于石屑封层工艺的方法，包括：提供至少一种粘结剂；测定所述至少一种粘结剂的粘附指数；和测定所述粘附指数后并基于所述至少一种粘结剂的所述粘附指数，选择粘结剂用于所述石屑封层工艺。
2.项1的方法，其中，当从所述粘结剂与集料接触后达到最高温度时所述粘结剂粘度(厘泊)的log10值的100倍乘以25℃下所述粘结剂的渗透值(丝米)的倒数进行计算时，所述选择的粘结剂的粘附指数不大于约3.75。
3.项1的方法，其中，当从所述粘结剂与集料接触后达到最高温度时所述粘结剂粘度(厘泊)的log10值的100倍乘以25℃下所述粘结剂的渗透值(丝米)的倒数进行计算时，所述选择的粘结剂的粘附指数不大于约3.5。
4.项2的方法，还包括：在选择所述粘结剂用于所述石屑封层的工艺之前，进行清扫测试以检验所述至少一种粘结剂的粘附性。
5.项2的方法，还包括：将所述选择的粘结剂施用到表面上；和施用所述粘结剂后将集料施用到所述表面上，以形成石屑封层的表面。
6.项5的方法，其中，所述集料在至少约80℃的温度下与所述粘结剂接触。
7.项5的方法，其中，所述集料在至少约95℃的温度下与所述粘结剂接触。
8.项5的方法，其中，所述集料在至少约110℃的温度下与所述粘结剂接触。
9.项5的方法，其中，使用单台设备将所述粘结剂和所述集料施用到所述表面上。
10.项9的方法，其中，所述施用粘结剂和集料是基本连续的同步工艺。
11.项10的方法，其中，当所述选择的粘结剂的粘附指数基本上保持不大于约3.75时，形成至少约1500平方米的石屑封层的表面。
12.项10的方法，其中，当所述选择的粘结剂的粘附指数基本上保持不大于约3.75时，形成至少约3000平方米的石屑封层的表面。
13.项10的方法，其中，当所述选择的粘结剂的粘附指数基本上保持不大于约3.75时，形成至少约6000平方米的石屑封层的表面。
14.项5的方法，其中，不用碾压机压实所述石屑封层的表面。
15.项5的方法，其中，当施用所述粘结剂时的约5秒内将所述集料分布在所述表面上。
16.项5的方法，其中，当施用所述粘结剂时的约1秒内将所述集料分布在所述表面上。
17.项5的方法，其中，所述选择的粘结剂包含沥青和聚合物。
18.铺设表面的方法，包括：将沥青粘结剂施用到所述表面上；和当铺设所述表面时，将集料以下述方式分布在所述沥青粘结剂上，使得当从所述粘结剂与所述集料接触后达到最高温度时所述粘结剂粘度(厘泊)的log10值的100倍乘以25℃下所述粘结剂的渗透值(丝米)的倒数进行计算时所述粘结剂的粘附指数基本上保持不大于约3.75。
19.项18的方法，其中，不用碾压机压实所述铺设的表面。
20.项18的方法，其中，当所述粘结剂的粘附指数基本上保持不大于约3.5时，将所述集料分布在所述沥青粘结剂上。
21.项18的方法，其中，当所述粘结剂的粘附指数基本上保持不大于约3.25时，将所述集料分布在所述沥青粘结剂上。
22.项18的方法，其中，至少约80％的所述集料与所述粘结剂粘合。
23.项18的方法，其中，至少约90％的所述集料与所述粘结剂粘合。
24.项18的方法，其中，在至少约80℃的温度下，所述集料与所述粘结剂接触。
25.项18的方法，其中，在至少约95℃的温度下，所述集料与所述粘结剂接触。
26.项18的方法，其中，在至少约110℃的温度下，所述集料与所述粘结剂接触。
27.项18的方法，其中，所述表面至少约为1500平方米。
28.项18的方法，其中，所述表面至少约为3000平方米。
29.项18的方法，其中，所述表面至少约为6000平方米。
30.项18的方法，其中，对于整个铺设工艺，所述粘结剂的粘附指数不大于约3.75。
31.项5的方法的产物。
32.项18的方法的产物。
33.铺设表面的方法，包括：将沥青粘结剂施用到所述表面上；和当铺设所述表面时，将集料以下述方式分布在所述沥青粘结剂上，使得当从所述粘结剂与所述集料接触后达到最高温度时所述粘结剂粘度(厘泊)的log10值的100倍乘以25℃下所述粘结剂的渗透值(丝米)的倒数进行计算时，所述粘结剂的粘附指数基本上保持不大于约3.75，其中，所述集料在至少约80℃的温度下与所述粘结剂接触，所述表面至少约为6000平方米，并且当施用所述粘结剂时的约5秒内，将所述集料分布在所述表面上。
34.项33的方法，其中，当所述粘结剂的粘附指数基本上保持不大于约3.5时，将所述集料分布在所述沥青粘结剂上。
35.项33的方法，其中，当所述粘结剂的粘附指数基本上保持不大于约3.25时，将所述集料分布在所述沥青粘结剂上。
附图简述
图1是表示沥青粘结剂粘度的对数和集料的清扫测试(Sweep Test)物料损失之间的关系图；
图2是表示沥青粘结剂粘度的对数和集料的清扫测试物料损失之间的关系图；
图3是表示四种不同沥青样品(从很软到很硬，每种处于不同的可能(potential)集料施用温度)的粘度和在这些特定温度下的集料清扫测试物料损失的关系图；
图4是表示多种不同沥青粘结剂的粘附指数与施用到相应粘结剂的集料的清扫测试物料损失之间的关系图；和
图5是表示热沥青当其被施用在表面上后冷却时随着时间的热损失图。
具体实施方式
本发明方法涉及选择适于石屑封层工艺的粘结剂。该方法包括确定至少一种粘结剂在一个温度下的粘附指数，优选确定多种粘结剂在多个温度下的粘附指数。
粘附指数(AI)定义为粘结剂在与集料接触后达到最高温度下的流变性质乘以该粘结剂在比较接近其在所施用表面上使用时(in-service)温度的温度下的流变性质。测量的粘结剂的流变性质应该随着该粘结剂变得更硬而有所增加。如果所选择的流变性质随着该粘结剂变得更硬而降低，则计算粘结剂的粘附指数时应该使用该流变性质的倒数。可以采用所测量的流变性质的对数，以达到更线性的关系。所述粘附指数是没有单位的数，提供一种预测该粘结剂粘附性质的指标。
优选，使用粘度和渗透值测量来计算粘结剂的粘附指数。最优选，粘结剂的粘附指数是该粘结剂在与集料接触后达到最高温度下的粘度(厘泊(cPs))的log10值乘以粘结剂渗透值(丝米(dmm))的倒数，并且所得数值乘以100。更特别地，最优选根据以下等式计算粘结剂的粘附指数：
AI＝log10(在集料接触后粘结剂的最高温度下的粘度(cPs))×(1/25℃下的渗透值(dmm))x100
使用粘结剂渗透值的倒数，以使得该流变性质随着所测试的粘结剂的硬度增加而增加。
一般而言，施用热粘结剂，并且一旦其施用到表面上则其温度降低，并且由于集料施用，所以其温度继续降低。然而，如果使用热集料，则粘结剂的温度可能会在集料施用后增加几秒钟。
粘结剂的粘附指数随着其温度而变化。为了确定粘结剂在不同温度下的粘附指数，在不同温度下测量其粘度。也测量比较接近其使用时温度的沥青粘结剂的渗透。可以在粘结剂的软化点以下且在粘结剂的玻璃转变温度以上的任何温度下测量渗透值，认为这些温度接近使用时温度。该温度一般为约-30和50℃之间。优选，在约15-35℃的温度下测量渗透值。更优选，在约25-30℃的温度下进行测量。最优选，根据ASTM D5测量沥青的渗透。
本发明范围内预期和包括可以测量其它流变性质(即，剪切模量、熔融指数、韧性、动态剪切模量)，以确定粘结剂的粘附指数。
计算了测试的粘结剂的粘附指数后，基于其粘附指数选择粘结剂用于石屑封层工艺。当根据本发明最优选的方法计算以粘附施用其上的约80％的集料时，所选择的粘结剂应具有不超过约3.75的粘附指数。当如上定义进行测量时，优选所选择的粘结剂具有不超过约3.5的粘附指数。当如上定义进行测量时，最优选所选择的粘结剂具有不超过约3.25的粘附指数。很多情况下，所选择的粘结剂包含加入沥青中的聚合物、改性剂和/或油。理想的粘结剂要具有低的粘附指数，同时具有足够高的模量以承受交通下的高温。
将所选择的粘结剂施用到表面上，然后将集料施用到该粘结剂上。优选使用单个车辆(single vehicle)施用粘结剂和集料，这可以更精确控制施用沥青和集料之间的时间。优选以连续工艺施用它们。优选在粘结剂的10秒内施用集料。更优选在粘结剂的5秒内施用集料。最优选在粘结剂的1秒内施用集料。这缩短了粘结剂进行冷却的时间，因此保持粘结剂的粘附指数值较低。优选当粘结剂具有至少约80℃的温度时施用集料。更优选当粘结剂具有至少约95℃的温度时施用集料。最优选当粘结剂具有至少约110℃的温度时施用集料。或者，可以施用较冷的粘结剂，然后施用热集料，以至于将粘结剂的温度升高到至少约80℃，优选至少约95℃，最优选至少约110℃。
然而，单独设备本身不能保证可接受的粘附指数。表1表示根据本发明最优选方法计算的三种不同的市售购得的热施用的石屑封层粘结剂在不同施用温度下的粘附指数。该表所示的两个例子代表使用多台设备的典型施用时间，即，施用粘结剂后约15或30秒再施用集料。当使用多台设备，由于设备后勤和安全关系，不大常见的是施用粘结剂后10秒内再施用集料，如表1中最后例子那样。使用150℃的贮存温度。20℃的直接温度损失用于最初的喷洒，然后是之后传递到基底的标准焓损失。
表1
Figure G2009101523180D00071
表2表示利用同步工艺(synchronous process)通过单台设备施用的三种石屑封层粘结剂样品的粘附指数。
表2
Figure G2009101523180D00072
虽然表2中所示的粘附指数值比表1中所示的大部分值更合意，但所有同步工艺的粘附指数值都不符合本发明的标准。在集料施用时较高的粘结剂温度对粘结剂的粘附指数有积极影响，但其不足以使不合意的粘结剂成为可接受的。单独增加粘结剂温度不是改善粘结剂/集料粘附性的解决办法。表1和2说明，粘结剂配方和施用条件对于提供具有合意粘附指数的粘结剂都起到重要作用。如表1和2所示，AC-15P提供最好的粘附指数数值。同时，这些表中的数据表明，AC15-5TR永远不会符合本发明的粘附指数标准。通过使用本发明方法以配制合意的粘结剂并确定可接受的集料施用时间，可以产生很好的石屑封层的道路。
优选，在本发明的石屑封层工艺中不必压实集料和粘结剂，因为不用压实步骤即有合意的粘附性。希望在石屑封层所选表面之前在实验装置中测试所选择的粘结剂与集料的粘附性。
优选使用清扫测试来测量热施用的含沥青的粘结剂和集料之间的结合力。随着结合强度增加，清扫测试的物料损失将降低。可以认为，本发明的重要性在于由清扫测试确定的粘附破坏率(adhesive failure rate)。在该测试中，石屑封层样本受到物理性磨损。更特别地，将恒定力施加在石屑封层的表面上，以努力移去集料。该清扫测试在粘结剂的软化点以下并且玻璃转变温度以上进行。该温度通常为约-30℃～50℃。优选该清扫测试在约15-35℃的温度下进行。更优选在约25-30℃的温度下进行。最优选该清扫测试在测量渗透的温度下或接近测量渗透的温度下进行。
单独的粘度并不必然地是粘附或清扫测试物料损失的适当预报者，如图1-3所示。图1表示特定粘结剂在不同可能的集料施用温度下粘度和清扫测试物料损失之间的关系。图2表示不同的粘结剂同样的关系，但表现出粘度和清扫测试物料损失之间没有相关性。图1表示随着粘度增加，结合力减弱，由较高的清扫测试物料损失而显示，但对于图2中所测试的粘结剂则不存在该关系。因此，图1和2表明，在集料施用时刻沥青的粘度不能单独地用作粘附性的清楚指示者。
图3表示四种沥青样品(从很软到很硬，每种在不同温度下)与图1和2中所绘制的相同的关系。虽然这四种粘结剂中的三种在施用集料时的不同温度下的沥青粘度和清扫测试物料损失之间表现出一致的关系，但在所述不同的粘结剂之间，粘度和清扫测试物料损失之间没有可预测的关系。这再次表明，在集料施用时刻沥青的粘度不是粘附性质的清楚指示者。
相反，粘结剂的粘附指数表现出与用粘结剂石屑封层的表面的清扫测试物料损失的强相关性。从图4可见，对于四种来源的沥青(从很软到很硬，分别在不同温度下)，根据本发明最优选的方法计算粘附指数。该数据表明，粘结剂的粘附指数在预测清扫测试物料损失中的精确度高，在图4的图形中通过R2为0.96得以说明。图4表现出多种不同类型的沥青的粘附指数和清扫测试物料损失之间的直接联系。
在石屑封层工艺中，热沥青粘结剂以很高速率冷却，施用后最初10秒内发生大部分热损失，从图5中可见。这是为什么粘结剂的粘附指数受到施用粘结剂时和施用集料时之间时间期间(time period)的明显影响。不过，如以上所讨论的，粘结剂温度单独不足以使不合意的粘结剂成为可接受的。
根据本发明最优选的方法计算时，当粘结剂的粘附指数保持不大于约3.75时，应该铺设至少约1500平方米。根据本发明最优选的方法计算时，当粘结剂的粘附指数保持不大于约3.75时，优选铺设至少约3000平方米。根据本发明最优选的方法计算时，当粘结剂的粘附指数保持不大于约3.75时，更优选铺设至少约6000平方米。最优选对于整个铺设工艺而言所述粘结剂的粘附指数保持不大于约3.75。当按照本发明工艺进行时，基本上所有集料应该与粘结剂粘合。优选至少约80％的集料与粘结剂粘合。最优选至少约90％的集料与粘结剂粘合。
使用本发明的选择粘结剂的方法，使用非必要的高沥青嵌入水平、预涂覆的集料、抗剥离剂和/或压实对于确保集料粘附不是必须的。而且，本发明提供一种监控和调节现场工艺质量的方式。不过，即使当使用高嵌入水平、预涂覆的集料、抗剥离剂或压实，也可以使用本发明的方法。
从上述内容可以看到，本发明非常适合达到以上提出的所有目的和目标，以及本发明显而易见的和固有的其它优点。
由于在不超出本发明范围情况下本发明可包括很多可能的实施方式，因此可以理解文中提出的或附图所示的所有内容均为解释目的，而非限制性的。文中讨论的实施例绝非意图限制本发明的范围。
虽然显示并讨论了具体的实施方式，但显然可以进行各种不同改进，并且本发明并非限于文中描述的各部件和步骤的具体形式或排列，除了这样的限制包含在以下权利要求的范围内。而且，可以理解某些特征和亚组合是有用的，可以不必参考其它特征和亚组合进行使用。这是预期的并且在权利要求范围内。

Claims (16)

1.铺设表面的方法，包括：
将沥青粘结剂施用到所述表面上；和
当铺设所述表面时，将集料以下述方式分布在所述沥青粘结剂上，使得当从所述粘结剂与所述集料接触后达到最高温度时所述粘结剂以厘泊为单位的粘度的log10值的100倍乘以25℃下所述粘结剂的以丝米为单位的渗透值的倒数进行计算时，所得到的所述粘结剂的粘附指数保持不大于3.75。
2.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，不用碾压机压实所述铺设的表面。
3.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，当所述粘结剂的粘附指数保持不大于3.5时，将所述集料分布在所述沥青粘结剂上。
4.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，当所述粘结剂的粘附指数保持不大于3.25时，将所述集料分布在所述沥青粘结剂上。
5.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，至少80％的所述集料与所述粘结剂粘合。
6.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，至少90％的所述集料与所述粘结剂粘合。
7.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，在至少80℃的温度下，所述集料与所述粘结剂接触。
8.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，在至少95℃的温度下，所述集料与所述粘结剂接触。
9.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，在至少110℃的温度下，所述集料与所述粘结剂接触。
10.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，所述表面至少为1500平方米。
11.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，所述表面至少为3000平方米。
12.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，所述表面至少为6000平方米。
13.如权利要求1所述的铺设表面的方法，其中，对于整个铺设工艺，所述粘结剂的粘附指数不大于3.75。
14.铺设表面的方法，包括：
将沥青粘结剂施用到所述表面上；和
当铺设所述表面时，将集料以下述方式分布在所述沥青粘结剂上，使得当从所述粘结剂与所述集料接触后达到最高温度时所述粘结剂以厘泊为单位的粘度的log10值的100倍乘以25℃下所述粘结剂的以丝米为单位的渗透值的倒数进行计算时，所得到的所述粘结剂的粘附指数保持不大于3.75，
其中，所述集料在至少80℃的温度下与所述粘结剂接触，所述表面至少为6000平方米，并且当施用所述粘结剂时的5秒内，将所述集料分布在所述表面上。
15.如权利要求14所述的铺设表面的方法，其中，当所述粘结剂的粘附指数保持不大于3.5时，将所述集料分布在所述沥青粘结剂上。
16.如权利要求14所述的铺设表面的方法，其中，当所述粘结剂的粘附指数保持不大于3.25时，将所述集料分布在所述沥青粘结剂上。
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