CN102037183A - 抗压痕涂层和涂敷抗压痕涂层的方法 - Google Patents

抗压痕涂层和涂敷抗压痕涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明指导一种抗压痕涂层和将抗压痕涂层铺设在现有表面上的方法，用于提高对强烈铅直和水平应变以及强烈剪切应力的抗性。所述方法包括：将抗压痕涂层的粘结材料层铺设在现有表面上，以便为现有表面提供基本上不透水的防潮衬层，所述粘结材料层包含抗压痕涂层总体粘结材料的大约11％以下。在铺设粘结材料层之后，将集料混合物层铺设在粘结材料层上，从而提供抗压痕涂层的抗磨表面，并为抗压痕涂层提供支撑和结构以抵抗压痕形成，所述集料混合物层包含沥青溶体。

Description

抗压痕涂层和涂敷抗压痕涂层的方法
技术领域
本发明涉及涂覆到现有表面上的表面涂层，更具体地说，但不作为限制，涉及现有表面上的抗压痕涂层以及将抗压痕涂层涂覆到现有表面上的方法，以提高针对因交通产生的强烈剪切力导致的铺面材料横向移动所产生的压痕的抗性。此外，本发明的抗压痕涂层提高了对于现有表面中的裂缝和不规则特征导致的强烈铅直和水平应变的抗性。
背景技术
希望将新表面或者新铺面料置于用于构造道路、停车位、机场跑道、机场滑行道等的现有铺面料上，而长期不让现有裂缝重新出现在新铺面料中。现有铺面料中的裂缝是一种疲劳形式，可能导致新铺面料提前失效。裂缝允许水分(即，水)进入现有(即，下层)铺面料中，并产生结构支撑问题。此外，裂缝还会产生驾乘质量问题，这个问题可能要求研磨光滑，耗费时间的裂缝填充操作来密封铺面料，或者大量成本来铺设一层或多层额外的铺面料层来解决。
通常，铺面料在其预期使用寿命中发生裂缝。在铺面层置于现有的裂缝铺面料上的时候，会发生反射式裂缝。现有裂缝在一定时间区间之后传递到新铺面料中。新铺面料中的这些裂缝可能由若干机制形成，其中之一是热应力。当铺面料因温度变化而试图从铺面料顶部向铺面料底部弯曲时，如果铺面料中的沥青因老化而硬化到无法释放应力，则铺面料形成裂缝。热裂缝通常以横穿行进方向的裂缝形式出现。
重型卡车也导致铺面料中出现裂缝。用在重型卡车中的卡车子午线轮胎在子午线轮胎的外边缘处向铺面料的表面施加拉伸力。该拉伸力可以在子午线轮胎外边缘接触铺面料的地方产生纵向裂缝。构造问题也促使产生纵向裂缝。铺面料混合物可能因铺面设备的机械问题而发生分离。分离在材料布置过程中发生并沿着铺面设备的方向运行。
一般而言，新铺面料的厚度越小，则裂缝可见于新铺面料之前的时间越短。对于本领域技术人员而言，一般原则是每英寸新铺面料能延迟反射裂缝大约一年(即，现有铺面料中的裂缝引发新铺面料中的裂缝，其中铺面料中的裂缝将以1英寸每年的速度生长)。对付“1英寸每年”的裂缝传播速度的普遍接受的经验是将6”到10”的铺面混合物布置在现有发生裂缝的混凝土或铺面料上，从而在几年内防止出现裂缝。对于上述问题，这是一种徒劳的方案，原因是铺设如此大量的铺面混合物成本高昂并且耗费时间。夹层型材料是应对反射裂缝的方法。有几种不同的方法和材料用于构造夹层。构造夹层的一种方法是大量铺设液体粘结材料，随后铺设集料。这种技术曾经被认为受到液体粘结材料量的限制，所述液体粘结材料可以铺设且不会让液体粘结材料流到既定区域之外。曾经还认为仅可以使用较大的集料尺寸从而允许大量铺设液体粘结材料。
另一种形式的夹层可能涉及将织物或网格材料布置在液体粘结材料层中。网格或织物对于光滑布置带来困难，特别是在铺面料不是直线的时候。网格和织物并适合作为正常交通表面。因此，在开始正常交通之前，必须利用适当的表面材料覆盖网格和织物。此外，网格和织物构造起来极其昂贵并且相对缓慢。
替代形式的夹层可以表现为沥青-集料混合物形式。这种技术采用处于铺面混合物中的通常具有高弹性特性的含量较高的沥青。曾经认为沥青含量较高的铺面料会导致液体粘结材料在制造或布置过程中从混合物流走的问题。曾经认为沥青含量较高的夹层混合物可能对于来自交通的变形敏感，并且可能提供较低的纹理，降低机动车公众的安全性，和/或产生压痕(rutting)。因此，尽快利用适当的表面材料覆盖它。在所有情况下，夹层材料或处理之后跟随至少一个额外的铺面材料层。这种类型的适当表面涂层示例在1991年12月3日授予Bense等的美国专利5,069,578(Bense等人的专利)中显示。Bense等人的专利提供了一种比当时本领域技术人员所知的沥青含量更高的相对较薄的铺面料。Bense等人的专利中公开的铺面料的一个问题是铺面料容易在不到大约1年的时间发生裂缝。曾经认为Bense等人的专利针对多大量的沥青可以用在铺面料中并且仍然能保持铺面料稳定性以及抗压痕提供了上限。引起铺面料压痕的一个因素被认为由带有粘结材料的集料颗粒过度饱和所导致。由此引出了一个问题，即过饱和在哪个点出现。
集料材料(热拌沥青)在应用于铺面应用场合时具有变化的空隙百分比。当集料材料连同沥青材料用于铺面应用场合时，沥青材料填充集料材料中存在的一定百分比的空隙。在过去，认为需要留下集料材料空隙的大约5％不填充，以保持铺面料的必要结构并抵抗压痕形成。
因此，需要一种方法，这种方法能有效形成具备裂缝和压痕抗性的表面涂层，其中裂缝和压痕抗性得到增强，从而在表面开裂之前扩展表面涂层的寿命，同时仍然保持表面涂层的稳定性，以满足交通运行安全。
发明内容
本发明提供一种抗压痕涂层和将抗压痕涂层铺设在现有表面上的方法，用于提高对强烈铅直和水平应变以及强烈剪切应力的抗性。根据本发明，用于铺设抗压痕涂层一种实施方式的示例方法包括：将抗压痕涂层的粘结材料层铺设在现有表面上，以便为现有表面提供基本上不透水的防潮衬层，所述粘结材料层包含抗压痕涂层总体粘结材料的大约11％以下。在铺设粘结材料层之后，将集料混合物层铺设在粘结材料层上，从而提供抗压痕涂层的抗磨表面，并为抗压痕涂层提供支撑和结构以抵抗压痕形成，所述集料混合物层包含沥青溶体。
具体实施方式
本发明涉及铺设在现有表面上的抗压痕涂层或夹层，诸如铺面层。现有表面的示例包括道路、街道、洲际公路、停车位、机场跑道、机场滑行道等等。现有表面可以采用本领域中用于上述类型的表面的任何材料构造，诸如铺面料结合Portland混凝土水泥等。一般来说，现有表面存在裂缝。抗压痕涂层对现有表面中的裂缝偏转产生的强烈铅直和水平应变以及导致压痕的强烈交通剪切应力产生阻力。更具体地说，抗压痕涂层有能力保持稳定，同时延缓裂缝从现有表面扩展并形成压痕。
抗压痕涂层包括粘结材料层和集料混合物层。粘结材料层设置在现有表面上而集料混合物层设置在粘结材料层上。抗压痕涂层是沥青涂层混合物，其中带有或不带有填料的集料混合物连同粘结材料，在压实后，使得抗压痕涂层中气隙含量较少。气隙含量较少指的是小于抗压痕涂层的10％。
粘结材料层粘结到现有表面并且为现有表面提供基本上不透水的防潮衬层，以防止水分(即，水)进入现有表面中存在的裂缝中。粘结材料层还延缓现有表面中存在的裂缝松散以及进一步加剧。
粘结材料包含柏油(或沥青)以及其他适合用在沥青粘结材料中的添加剂，诸如沙子、聚合物、交联剂、硫化剂、催化剂、补充剂、熔剂等。用于制造粘结材料的添加剂根据抗压痕涂层给定应用场合所用粘结材料的期望属性进行选择。
粘结材料还可以表现为下列形式：聚合物改性的沥青乳胶体(PMAE)、热沥青膏、石油溶剂稀释沥青等。在液体沥青乳胶体用作粘结材料时，沥青乳胶体可以配方成具有较低粘度。沥青乳胶体的粘度较低由此有助于沥青穿透抗压痕涂层的集料混合物的能力。此外，沥青乳胶体可以设置有由弹性体类型的聚合物，以增加其抵抗反射裂缝的柔韧性。适当的弹性体在1980年12月30日授予Maldonado等人的美国专利No.4,242,246中描述，该专利文件通过引用而全文包含在本说明书中。
集料混合物层为抗压痕涂层提供支撑和结构，以抵抗压痕形成。此外，集料混合物层提供保持足够多纹理的抗磨表面，用于交通安全并抵抗压痕形成。
集料混合物层中的集料混合物包含集料颗粒、沥青溶体以及可选的粉状物料。集料颗粒可确定尺寸和形状，从而提供充分的结构和支撑，由此抵抗在抗压痕涂层上形成压痕。集料颗粒的示例包括碎石片、砾石、循环沥青铺面料(RAP)以及它们的组合。虽然文中描述了集料颗粒的一些示例，但是应该理解和明白，根据本发明使用的集料颗粒可以是本领域已知用于沥青铺面应用场合中所用的任何适当材料。
粉状物料添加到集料混合中，以提供更为致密的分级集料，并降低集料混合物以及抗压痕涂层中存在的气隙含量。此外，粉状物料与沥青溶体混合，并为集料颗粒上的粘性层提供糊状稠度。增加粉状物料还降低了沥青溶体因加热时的流体性质而从集料颗粒流动的倾向。粉状物料可以是本领域已知用于沥青铺面应用场合中的任何适当材料。示例包括但不限于，石粉和细沙。粉状物料可以以足以减少气隙并为集料颗粒的粘性层提供必要稠度的含量存在于集料混合物中。
沥青溶体可以是本领域已知的任何类型的柏油材料。柏油材料的示例包括石油基沥青、沥青膏(AC)、硬沥青、煤焦油、沥青、真空焦油(VTB)、残油、性能等级(PG)沥青、焊剂、石油产品、非石油基产品，以及它们的组合物。
包含在集料混合物中的沥青溶体可以涂布一部分集料颗粒或者基本上涂布全部集料颗粒，以形成热拌沥青混合料(HMA)。集料混合物在集料混合物的温度超过110℃(230°F)时被认为是HMA。在本发明的替代实施方式中，集料混合物以“暖热”混合物的形式提供。集料混合物在其温度处于环境温度到大约100℃(212°F)的区间内时被认为是“暖热”混合物。在本发明另一种实施方式中，集料混合物以“冷”混合物形式提供。集料混合物在其温度大约为环境温度时被认为是“冷”混合物。应该理解并明白，环境温度可以是生产和/或使用集料混合物的任何地方的环境空气温度。还应该理解并明白，包含在集料混合物中的沥青溶体可以与文中所述粘结材料层中的粘结材料的任何实施方式相同。还应该进一步理解并明白，包含在集料混合物中的沥青溶体以及粘结材料层中的粘结材料合起来表示抗压痕涂层中的总体粘结材料。
粘结材料可以以足以允许抗压痕涂层承受运动以及运动循环(即，弯曲)而不产生裂缝或不允许抗压痕涂层中形成压痕的含量存在于粘结材料层中。在本发明的一种实施方式中，包含在粘结材料层中的粘结材料小于抗压痕涂层中总体粘结材料的大约11％。
沥青溶体以足以将集料颗粒粘结在一起同时不破坏集料混合物层提供的抗形成压痕的结构和支撑的含量存在于集料混合物中。在本发明的一种实施方式中，沥青溶体以大于抗压痕涂层的总体粘结材料的大约89％的含量存在于集料混合物中。
在使用中，抗压痕涂层涂覆在现有表面上，以提高对强烈铅直和水平应变、强烈剪切应力和压痕的抗性。抗压痕涂层的粘结材料层以足以允许抗压痕涂层承受运动和运动循环(即，弯曲)而不产生裂缝和/或压痕的含量铺设在现有表面上。在本发明一种实施方式中，粘结材料层的粘结材料以小于大约0.40加仑每平方码(1.81升每平方米)的含量范围铺设在现有表面上。在本发明另一种实施方式中，粘结材料层的粘结材料以小于大约0.30加仑每平方码(1.38升每平方米)的含量范围铺设在现有表面上。在本发明进一步的实施方式中，粘结材料层的粘结材料以小于大约0.16加仑每平方码(0.72升每平方米)的含量范围铺设在现有表面上。铺设在现有表面上的粘结材料层的粘结材料含量在文中被称为粘结材料比率。
然后，集料混合物层的集料混合物以足以提供厚度基本上均匀的抗压痕涂层的含量添加进去，从而进一步提供具有裂缝反射和抗压痕属性的抗压痕涂层。在本发明的一种实施方式中，集料混合物层的集料混合物以足以提供厚度在小于大约4英寸(10.16cm)范围内的抗压痕涂层的含量提供。在本发明另一种实施方式中，集料混合物层的集料混合物以足以提供厚度(或深度)在小于大约2英寸(5.08cm)范围内的抗压痕涂层的含量提供。在本发明进一步的实施方式中，集料混合物层的集料混合物以足以提供厚度(或深度)在小于大约1.5英寸(3.81cm)范围内的抗压痕涂层的含量提供。在本发明另一种实施方式中，集料混合物层的集料混合物以足以提供厚度(或深度)在小于大约1英寸(2.54cm)范围内的抗压痕涂层的含量提供。
集料混合物层的集料混合物在指定的时间区间内设置在粘结材料层上，以使粘结材料层的粘结材料不会在涂覆抗压痕涂层的地方脱离现有表面(或从其流动)。在本发明的一种实施方式中，集料混合物层的集料混合物在小于大约30秒的时间区间内铺设在粘结材料层上。在本发明另一种实施方式中，集料混合物层的集料混合物在小于大约20秒的时间区间内铺设在粘结材料层上。在本发明进一步的实施方式中，集料混合物层的集料混合物在小于大约15秒的时间区间内铺设在粘结材料层上。在本发明另外一种实施方式，集料混合物层的集料混合物在小于大约5秒的时间区间内铺设在粘结材料层上。
在本发明一种实施方式中，文中所述沥青溶体(即，柏油材料)以足以提供具有裂缝反射和抗压痕属性的抗压痕涂层的含量存在于集料混合物层的集料混合物中。
文中所述粘结材料将集料混合物层的集料混合物中的空隙填充到抗压痕涂层抵抗压痕形成并在至少大约两年内抵抗现有表面中裂缝扩展的程度。
以粘结材料填充的抗压痕涂层中的空隙量通过测量以粘结材料浸渍的抗压痕涂层的深度(或高度)百分比来确定。在本发明一种实施方式中，以粘结材料浸渍的抗压痕涂层的深度百分比处于大于大约40％的范围内。在本发明另一种实施方式中，以粘结材料浸渍的抗压痕涂层的深度百分比处于大于大约60％的范围内。
在集料混合物层涂覆在粘结材料层之后，集料混合物层可以抵靠粘结材料层压实。抵靠粘结材料层压实集料混合物层，提供了厚度基本上均匀的集料混合物层和粘结材料层。此外，压实集料混合物层和粘结材料层，通过迫使粘结材料层的粘结材料进入集料混合物层中现存的空隙而减少了集料混合物层中的空隙空间。此外，抵靠粘结材料层压实集料混合物层，有利于集料混合物层粘结到粘结材料层。最后，压实集料混合物层提供了更为光滑的抗磨表面，这种抗磨表面对于公共交通而言更安静且更安全，并且更抗压痕形成。
本发明抗压痕涂层的若干实施方式接受测试以确定其抗压痕性。抗压痕涂层每种实施方式的抗压痕性利用Hamburg Wheel-tracking Test(HWT)进行测量。更具体地说，每种抗压痕涂层的抗压痕性利用德克萨斯交通部(TxDOT)的HWT法进行测量。TxDOT的HWT法最终使用宽度为100mm(4英寸)和高度为60mm(23/8英寸)的柱状芯体进行测试。该芯体加热到50℃(122°F)用于HWT。可以将抗压痕涂层任一实施方式置于任何现有表面上来构造该芯体，因此该芯体将由主要以现有表面构成的一部分高度和主要以本发明的抗压痕涂层构成的一部分高度构成。
除了确定抗压痕涂层的抗压痕性之外，还可以确定抗压痕涂层的粘结强度(lbf)粘结强度测试设备用于确定抗压痕涂层的各实施方式的粘结强度。粘结强度测试用于确定铺面材料的两个料层之间的粘结强度。粘结强度可以作为铺面材料彼此粘结效果的指标。较低的粘结强度值可以作为料层发生滑移或者可能从现有表面脱层的指标。粘结强度还可以作为比较不同粘结层材料(或结合层材料)或者结合层材料涂覆率的方法。粘结强度测试可以根据ASTM标准D 6925[Preparation and Determination of the Relative Density of Hot Mix Asphalt(HMA)Specimens by Means of the Superpave Gyratory Compactor(SGC)]、D 979(Sampling Bituminous Paving Mixtures)和D 5361(Sampling compacted Bituminous Mixtures for Laboratory Testing)，这些标准通过引用而全文明确包含在本说明书中。
在粘结强度测试中，操作所述芯体以使主要以现有表面构成的那一部分高度处于至少大约50mm(2英寸)的范围内，以便能抓持该芯体。芯体加热到40℃(104°F)，用于粘结强度测试。抗压痕涂层的粘结强度可以是任何粘结强度，以使抗压痕涂层根据本发明的任何实施方式设置。在本发明的一种实施方式中，抗压痕涂层的粘结强度可以处于从大约185lbf到大约325lbf的范围内。
HWT和粘结强度测试在粘结材料比率为0.1加仑每平方码、0.2加仑每平方码和0.3加仑每平方码的芯体上进行。对于每一种粘结材料比率而言，提供集料混合物从而为抗压痕涂层提供从大约1.25英寸到大约2.75英寸的深度。对于每一种粘结材料比率，利用HWT到达12.5mm压痕深度的平均遍数和平均粘结强度得以确定并在下表1中列示。
表1
Figure BPA00001250792200081
注：粘结材料层中总体粘结材料的百分比建立在沥青在热混合层和乳胶体中占热层重量的6％，并且乳胶体占剩下的65％的基础上。
应该理解并明白，文中所述抗压痕涂层的任何实施方式可以实施于上述将抗压痕涂层涂覆到现有表面的方法中。还应该理解并明白，文中所述抗压痕涂层的任何实施方式可以利用本领域普通技术人员知晓的标准表面涂布设备进行混合、运输、涂覆和压实，诸如美国专利5,069,578和法国专利2,550,248中所述的设备，这两份专利通过引用而包含在本说明书中。
从以上描述中，清楚地看到本发明良好地适配成实现所述目标并取得文中所述优势以及本发明固有的优势。虽然为了进行公开而描述了本发明的当前优选实施方式，但是应该理解可以进行众多改变，这些改变本身容易对本领域技术人员带来启示并且可以在文中公开并要求保护的本发明的精神内实现。

Claims (23)

1.一种在现有表面上铺设抗压痕涂层的方法，用于提高对强烈铅直和水平应变以及强烈剪切应力的抗性，所述方法包括步骤：
将抗压痕涂层的粘结材料层铺设在现有表面上，以促使所述抗压痕涂层粘结到所述现有表面，所述粘结材料层包含抗压痕涂层总体粘结材料的大约11％以下；
将包含沥青溶体的集料混合物层铺设在粘结材料层上，从而提供抗压痕涂层的抗磨表面，并为抗压痕涂层提供支撑和结构以抵抗压痕形成，其中所述集料混合物层的集料混合物在小于大约30秒的时间区间内铺设在所述粘结材料层上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述集料混合物层的集料混合物在小于大约20秒的时间区间内铺设在所述粘结材料层上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述集料混合物层的集料混合物在小于大约15秒的时间区间内铺设在所述粘结材料层上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述集料混合物层的集料混合物在小于大约5秒的时间区间内铺设在所述粘结材料层上。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
抵靠所述粘结材料层压实所述集料混合物层，抵靠所述粘结材料层压实所述集料混合物层的步骤提供厚度基本上均匀的集料混合物层和粘结材料层，减少了所述集料混合物层中的空隙空间，并促使所述集料混合物层粘结到所述粘结材料层。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述集料混合物包括粉状物料，以便与所述沥青溶体混合，从而产生膏状层，以促使所述集料混合物粘结。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述粉状物料从石粉和细沙中选取。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘结材料层的粘结材料以小于大约1.81升每平方米的用量范围铺设在所述现有表面上。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘结材料层的粘结材料以小于大约1.38升每平方米的用量范围铺设在所述现有表面上。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘结材料层的粘结材料以小于大约0.72升每平方米的用量范围铺设在所述现有表面上。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗压痕涂层以指定的粘结强度粘结到所述现有表面。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述粘结强度处于从大约185lbf到大约325lbf的区间内。
13.一种铺设在现有表面上以针对强烈铅直和水平应变以及强烈剪切应力提供抗性的抗压痕涂层，所述涂层具有用于交通的抗磨表面，所述涂层包括：
铺设在现有表面上以促使所述抗压痕涂层粘结到所述现有表面的粘结材料层，所述粘结材料层包含所述抗压痕涂层总体粘结材料的大约11％以下；
和包含沥青溶体的集料混合物层，所述集料混合物层铺设在所述粘结材料上，以提供所述抗磨表面并为所述抗压痕涂层提供支撑和结构以抵抗压痕形成，其中所述集料混合物层的集料混合物在小于大约30秒的时间区间内铺设在所述粘结材料层上。
14.如权利要求13所述的涂层，其特征在于，所述集料混合物包括粉状物料。
15.如权利要求14所述的涂层，其特征在于，所述粉状物料从石粉和细沙中选取。
16.如权利要求13所述的涂层，其特征在于，所述粘结材料层的粘结材料以小于大约1.81升每平方米的用量范围铺设在所述现有表面上。
17.如权利要求13所述的涂层，其特征在于，所述粘结材料层的粘结材料以小于大约1.38升每平方米的用量范围铺设在所述现有表面上。
18.如权利要求13所述的涂层，其特征在于，所述粘结材料层的粘结材料以小于大约0.72升每平方米的用量范围铺设在所述现有表面上。
19.如权利要求13所述的涂层，其特征在于，所述抗压痕涂层以指定的粘结强度粘结到所述现有表面。
20.如权利要求19所述的涂层，其特征在于，所述粘结强度处于从大约185lbf到大约325lbf的区间内。
21.如权利要求13所述的涂层，其特征在于，所述集料混合物层的集料混合物在小于大约20秒的时间区间内铺设在所述粘结材料层上。
22.如权利要求13所述的涂层，其特征在于，所述集料混合物层的集料混合物在小于大约15秒的时间区间内铺设在所述粘结材料层上。
23.如权利要求13所述的图层，其特征在于，所述集料混合物层的集料混合物在小于大约5秒的时间区间内铺设在所述粘结材料层上。
CN2009801150982A 2008-04-28 2009-04-01 抗压痕涂层和涂敷抗压痕涂层的方法 Pending CN102037183A (zh)

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