CN1121995C - 用于含沥青骨料的增强纤维材料，生产方法与应用 - Google Patents

Abstract

用于路面铺料的含沥青骨料的增强纤维材料，其由平均直径大于5微米，平均长度大于6毫米的玻璃长丝制成，有利地该玻璃长丝是由玻璃丝或切割丝的片段构成。该方法包括一个选择步骤，任选地一个所选择丝的混合步骤，以及一个破碎步骤，其中混合的丝切成长度大于或等于6毫米的长丝。有利地，纤维材料呈薄片状。

Description

用于含沥青骨料的增强纤维材料，生产方法与应用

本发明涉及用于路面铺料的含沥青骨料(conglomérat)的增强纤维材料以及生产所述材料的方法。

正如人们所知道的，路面铺料所使用的含沥青骨料在原则上是惰性材料与沥青的混合物，它们还称之沥青骨料或团粒料。

例如，在“排水”或“防滑”类型涂沥青骨料的情况下，惰性材料是玄武岩碎石、沙和石灰石填充物(“填料”)的混合物。

属于所述惰性材料的沥青是一种为具有高粘度的改性高分子量烃的混合物。

用于路面铺料的涂沥青骨料已成为用来改善其外施应力强度、耐各种大气和气候条件，例如像渗透性或排水能力为目的的各种研究课题。其目的是增加汽车司机的安全性，也是为了降低维修成本。

人们曾试验，通过在这些不同的涂沥青骨料中加入纤维提高它们的质量。

这些纤维只要能够形成一类穿透沥青的微观增强物，就有可能具有至少改善骨料抗龟裂和裂纹延伸的能力。

更特别地使用一般纤维素纤维或植物纤维、羊毛纤维、岩石纤维或玻璃棉以及这些纤维的混合物。

这些试验因各种原因没有给出令人满意的结果，即使它们带来某些好处。

例如，植物纤维或纤维素纤维是天然材料，但当它们吸收水时，它们就会降解，因此造成骨料颗粒之间失去粘着性。

实际上，这种现象表现在老化过程中，因随时间推移逐渐地吸收水而使骨料的机械强度损失很大。

玻璃棉纤维的直径基本上是从约1微米以下至约3微米，而长度变化很大。石绒纤维具有相同的尺寸，它们是用基本沉积岩经熔融得到的，其特点是非常脆。

总体上，它们不会因水份的存在而受到任何损伤，但是，它们的尺寸，特别是在破碎的情况下，可能对人和环境构成危险。

事实上，随着沥青受到破坏，这些纤维，特别是它们的碎片，部分地散布在空气中，因此可能与人接触，甚至被吸进去，于是可引起各种不同的刺激作用。

这些纤维的另一个缺陷是它们不易于均匀地散布在含沥青骨料之中，而更确切地说，它们趋于基本上停留在这些骨料的表层。

最后，这种现有技术的另一个缺陷是添加了这些纤维所需要的总成本。事实上，它们的成本是每千克纤维约为几千里拉。

如果人们考虑使用的量是每吨含沥青骨料为几千克纤维，并且仅一个立方涂沥青骨料的重量是约3吨，那么应理解到，生产作为高速公路路面铺料的铺料因使用了这些纤维而带来很大的费用。

简言之，使用随时间推移而强度稳定可靠的，与骨料可合理混合的，对安全没有危险的，成本也相对低的纤维，仍不能解决用于路面铺料中含沥青骨料的增强技术问题。

本发明的技术目的是构思一种增强的纤维材料，以及一种能解决所述技术问题，还能基本上克服上述缺陷的生产方法。

这种技术目的大部分可借助一种在路面铺料中使用的含沥青骨料的增强纤维材料达到，其特征在于可主要由直径大于或等于5微米，长度大于或等于6毫米的玻璃长丝达到。

根据有利的特征：

·该材料呈薄片状。

·所述的长丝是“E”类玻璃长丝，它主要由低碱含量(teneur enalcalins)的硼硅酸钙和硼硅酸铝组成。

·该材料含有一种不同直径玻璃长丝的混合物。

·该材料含有两种重量基本相等的不同直径的玻璃长丝。

·所述的玻璃长丝来自切割的玻璃丝。

·所述玻璃长丝的最小直径大于或等于5微米，而最大直径小于或等于24微米。

·所述长丝的平均直径是10-15微米。

·所述长丝的所述最小长度原则上是大于或等于6毫米，最大长度小于或等于20毫米。

·所述长丝(2)的平均长度是10-12毫米。

本发明还有一个目的是在路面铺料中使用的含沥青骨料的增强纤维材料的生产方法，其特征在于它包括：选择步骤，其中选择由直径大于或等于最小直径5微米，并且小于或等于最大直径24微米长丝构成的玻璃丝，以及破碎步骤，其中所述的丝切成大部分长度大于或等于6毫米的长丝。

根据有利的特征：

·在所述的破碎步骤中，切割的玻璃长丝(filament)聚结呈薄片状。

·在所述的选择步骤中，所述的玻璃丝(fil)选自生产的废物和碎料(边角料)。

·在所述的选择步骤中，选择“E”类质量的玻璃丝。

·在所述的选择步骤中，选择“Textile”玻璃丝，和“Roving”玻璃丝。

·所述丝是按基本相等的重量配料的。

·选择不同直径的丝，以便达到平均直径为10-15微米。

·在破碎步骤中，所述的丝切成平均长度为10-12毫米的长丝。

·用旋转刀片切割机进行破碎步骤。

本发明还有一个目的是如上述生产的纤维材料的应用，根据这种应用，所述的纤维材料作为增强材料加入到路面铺料的含沥青骨料中。

最后，本发明还有一个目的是含有沥青和惰性材料混合物类型的用于路面铺料的含沥青骨料，其特征在于它含有本发明增强纤维材料。

我们现在描述作为非限制性实例的一种在附图中说明的本发明优选实施方式，其中唯一的附图通过流程图表明如何进行生产本发明纤维材料的创造性方法。

参看附图，路面铺料中使用的含沥青骨料的增强纤维总体上由标记1表示。

用玻璃长丝2以新方法制得增强纤维，该玻璃长丝基本上呈玻璃丝3片段状，特别地呈切割或破碎的丝片段状，它们由直径大于5微米(千分之一毫米)和长度大于6毫米的长丝构成。

根据这个实例，该玻璃长丝2是任何“E”类玻璃。人们知道“E”类玻璃具有极佳的强度质量和高弹性模量，以及高熔点。

简要地，该玻璃可以定义为硼硅酸钙和硼硅酸铝，其特征在于它的碱含量非常低。

更详细地，玻璃长丝2所使用的“E”玻璃的精确组成如下：

-硅(SiO₂)                  ：52-56重量％；

-碳酸钙(CaO)               ：16-25重量％

-氧化铝(Al₂O₃)           ：12-16重量％

-三氧化二硼(B₂O₃)        ：5-10重量％

-其它各种成分(MgO、Na₂O、K₂O、Fe₂O₃、TiO₂、ZrO₂、SrO、SO₃、CrO、FeO)：补充到100。

关于尺寸，玻璃长丝2的直径基本上是不变的，在所述最小直径大于或等于5微米，而最大直径是小于或等于24微米之间。

此外，优选地选择玻璃长丝的直径和分布，以便它们的平均直径是10-12微米。

根据本发明其他的有利方面，纤维1是不同直径长丝2的混合物。

特别地，纤维1是两种不同直径，因此具有不同韧性的玻璃3片段的以等重量混合的混合物：

·50％由直径小于10微米“E”玻璃制成的称为“Textile”丝3a(“Textile”丝3a是相对细的，以便在纺织品中使用它时可达到最大的韧性)，以及

·50％由直径大于14微米“E”玻璃制成的称为“Roving”丝3b(“Roving”丝3b是大截面的，以便使用它制造管状绕组时可达到高强度)。

在用单根玻璃丝3片段制造的长丝2的情况下，所述的平均直径是优选直径。

正如下面明确指出的，为了避免玻璃长丝容易逸出，选择的直径大于5微米。平均直径10-12微米对于获得两种结果是有利的：很好地兼顾韧性与强度；以及在骨料中良好的分布。

事实上，当增强纤维加入路面铺料时，如果纤维太细，它们易于漂浮，或如果纤维太粗，相反地易于沉在底部。

如所述平均直径的尺寸作为这些尺寸可在所述极端之间达到极佳的平衡。

在用不同直径的“Textile”玻璃丝3a和“Roving”玻璃丝3b以等份数得到的长丝2混合物所确定的增强纤维1的优选情况下，以有创造性的方法保证了达到玻璃长丝2在沥青和含沥青骨料总水平上的快速分布。

关于长度，玻璃长丝2基本上最小长度大于或等于6毫米，而最大长度小于或等于20毫米。

玻璃长丝2的平均长度优选地是10-12毫米。

这个平均长度是特别有利的。

事实上，试验上已证明，长度太短增加了玻璃长丝的逸出性，并且导致含沥青骨料的低粘着性。换句话说，降低了由于纤维存在时的增强或粘合剂作用。

另一方面，纤维过长或者会引起玻璃长丝的可能断裂，或者明显难以让纤维混合或分散在含沥青骨料内。

相反地，含有所述平均长度或长度是在所指出的最小值与最大值之间的任何情况下的玻璃长丝的增强纤维1(或材料)，都得到在粘着性、分散程度方面整体上极佳的结果。

上面指出的尺寸还有一个有利方面是，它们能够使玻璃长丝聚结或混杂成薄片，这些薄片在沥青混合物中表明有良好的分散性。

应明确指出，在有可能精确选择玻璃长丝直径时，对于一定长度，总是有一些量的非预见尺寸的玻璃丝段。

本发明还包括制造上述增强纤维的新方法。

根据该新方法，构思创新的方式从已生产的玻璃丝制成强化纤维材料，优选地从生产的废料或回丝制成增强纤维材料，而这时这些废料不归结于玻璃丝的基本质量特征。

有利地，增强材料1还可使用多种具有不同直径和结实程度的玻璃丝的混合物制造，这些丝即从其质量和尺寸方面是可控制的，并且没有任何外来物品。

特别地，使用所述的“Textile”丝3a和所述的“Roving”丝3b的混合物是有利的。

在该图中所示方法的第一个步骤确切地是分别为“Textile”丝3a和“Roving”丝3b的选择步骤4a、4b。

然后，该方法下面步骤是将所选择的丝混合的步骤5，它们放在该图上所示的输送带5a上，或将它们输送到接下的转化步骤。在丝3a和3b的情况下，可按等百分数简单地进行混合。在使用其他类型丝的情况下，应该选择并计量它们的量，以便在混合步骤时这些线的平均直径是10-15微米，或者接近它们的最佳值。

在任何情况下，有利的是只选择和混合“E”质量玻璃丝3，这些丝的直径大于最小直径5微米，而小于最大直径24微米。

这些线，甚至长度更长，然后也减小成至少大部分大于最小长度6毫米，而小于最大长度20毫米的片段或长丝2。

在破碎步骤6中进行这种操作，其中线3a和3b在旋转刀片切割机6a中切割(图中示出了几个刀片)，或者在任何其他适当的设备中切割。

优选地，为了得到平均长度为10-12毫米的线段或长丝2，进行破碎。

这些丝破碎的结果是切割的长丝2聚结或混杂成薄片状。

在破碎步骤6中可以结合进行其他各个步骤。

例如，初步破碎这些线，这样它们以密实料方式回收，或这样它们的长度特别长，以便有利于下面的破碎步骤。

通过校正孔筛进行筛选步骤也是恰当的，这样能够达到切下部分的均匀性。

在破碎步骤6之后，如在方框7中图示表明的，实际上制造出纤维材料1，在方框7中，标记2表明了如此制造的长丝。材料1可以储存在储仓中或采用任何其他适当方式存储。

在储存之前，恰当的是进行除铁作用的补充步骤，为的是除去可能在上述生产步骤中引入的，特别是在破碎过程中引入的铁颗粒。

最后，该图表明包装步骤8，在该步骤过程中，增强纤维1例如放入热熔性的包8a中。

还设想如方框9表明的，借助压力机或其他设备将该包装打成大尺寸的包9a。

在破碎之后或储存之前即可以进行包装。

如已经明确指出的，作为增强材料使用纤维1，考虑将其放入路面铺料的含沥青骨料中。

这些骨料基本上是惰性材料与沥青的混合物。

例如，在“排水”或“防滑”类含沥青骨料的情况下，这些惰性材料是玄武岩碎石、沙与填料的混合物，而沥青是高粘度的改性类沥青。

详细地，“防滑”骨料的最佳组成如下：

-惰性材料：77％玄武岩碎石，14％沙、9％石灰石填料。

-高粘度改性沥青：只占上述惰性材料的5.5重量％。

在这种骨料中，纤维1加入的量是以惰性材料总重量计为2-5重量％。

本发明具有重要优点。

事实上，首先，得到的纤维，考虑到其尺寸、强度和韧性，并且如果是如玻璃之类的中性材料，则它不危及健康，不可能被吸入，并且可以作为非危险废料加以除去。

其次，该纤维在骨料内形成了固定的加强物或三维网，其作用是增加了沥青所占有的空间，显著改善了龟裂和断裂强度，以及在动力学负载下的剪切力被吸收。

这些特性不随时间改变，并且该玻璃显现出对水的存在不敏感。

该方法还能够生产这些纤维，其成本低于在我们引言中列举的已知纤维的成本，特别是因为可以由生产的废料或回丝得到原料。

可靠性、机械效率和降低的成本在总体上作为结果是有可能减少路面铺料的修补频率，减小有效层的厚度，或增加铺路表面积而不增加总成本。

可借助用所述平均直径和平均长度确定的最佳尺寸，以及在沥青中达到平衡，本发明增强纤维还保证纤维在骨料内均匀分布。

此外，在由不同直径的长丝混合物构成纤维的优选情况下，在所指出的范围内做到迅速混合并使纤维分散开：各种玻璃长丝自动快速地分布在骨料所有水平上。

然后，选择的平均长度给出极佳的结果，该结果在于涉及粘着能力和整体性：纤维处在骨料极大部分之中，还不使长丝断掉。

另外，由纤维形成的基本均匀的网阻止骨料中的沥青流到卡车箱底，因此避免了这种沥青的损失，还避免改变骨料的最佳组成。

在优选实施方式中的上述发明可有许多修改和变通方案，它们完全属于本发明概念范围内。

另外，可以用技术上相当的要素代替所有细节。

Claims (16)

1、在路面铺料中使用的含沥青骨料的增强纤维材料，其特征在于它主要地是由直径5-24微米，长度6-20毫米的玻璃长丝(2)得到的，其特征还在于它含有以薄片状(1)排列的不同直径玻璃长丝(2)的混合物。

2、根据权利要求1所述的增强纤维材料，根据该材料，所述的丝(2)是“E”类玻璃长丝，它主要由低碱含量的硼硅酸钙和硼硅酸铝组成。

3、根据权利要求1或2所述的增强纤维材料，该材料含有两种重量基本相等的不同直径的玻璃长丝(2)。

4、根据上述权利要求中一个或多个权利要求所述的增强纤维材料，其中所述的玻璃长丝(2)来自切割的玻璃丝(3)。

5、根据权利要求1所述的增强纤维材料，其中所述玻璃长丝(2)的平均直径是10-15微米。

6、根据权利要求1所述的增强纤维材料，其中所述玻璃长丝(2)的平均长度是10-12毫米。

7、在路面铺料中使用的含沥青骨料的增强纤维材料的生产方法，其特征在于它包括：选择步骤(4)，其中选择由直径大于或等于最小直径5微米，并且小于或等于最大直径24微米长丝(2)构成的玻璃丝(3)；并且形成不同直径玻璃长丝(2)的混合物；以及破碎步骤(6)，其中所述的丝切成大部分为长度大于或等于6毫米的长丝(2)，其中切割的长丝(2)聚集呈薄片状(1)。

8、根据权利要求7所述的方法，根据该方法，在所述的选择步骤(4)中，所述的玻璃丝(3)选自生产的废物和碎料。

9、根据权利要求7或8所述的方法，根据该方法，在所述的选择步骤中，选择“E”类质量的玻璃丝(3)。

10、根据权利要求7或8所述的方法，根据该方法，在所述的选择步骤中，选择“Textile”玻璃丝(3a)，和“Roving”玻璃丝(3b)。

11、根据权利要求10所述的方法，根据该方法，所述的丝(3a，3b)是按重量基本相等配料的。

12、根据权利要求7或8所述的方法，根据该方法，选择不同直径的丝(3)，以便达到平均直径为10-15微米。

13、根据权利要求7或8所述的方法，根据该方法，在破碎步骤(6)中，所述的丝(3)切成平均长度为10-12毫米的长丝(2)。

14、根据权利要求7或8所述的方法，根据该方法，其中用旋转刀片切割机(6a)实施破碎步骤(6)。

15、根据权利要求1-6中一个或多个权利要求所述的，或根据权利要求7-14中一个或多个权利要求所述方法生产的纤维材料的应用，其特征在于所述的纤维材料(1)作为增强材料加入到路面铺料的含沥青骨料中。

16、含有沥青和惰性材料混合物类型的路面铺料的含沥青骨料，其特征在于它含有根据权利要求1-6中一个或多个权利要求所述的，或根据权利要求7-14中一个或多个权利要求所述方法生产的纤维材料(1)。

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