CN114207217A - 包括渗透性路面组合物的渗透性路面系统和相关方法 - Google Patents

包括渗透性路面组合物的渗透性路面系统和相关方法 Download PDF

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Abstract

提供了包括渗透性路面组合物的渗透性路面系统(100)和相关方法。渗透性路面系统包括渗透性路面组合物的第一层(102)，该第一层(102)包括一定量的第一渗透性路面材料(104)和与其一起并入的一定量的固化的碳纤维复合材料(CCFCM)(106)，第一层限定第一表面(108)；和第二渗透性路面材料(112)的第二层(110)，其沉积在渗透性路面组合物的第一层的基本上整个第一表面(108)上并覆盖渗透性路面组合物的第一层的第一表面(108)，其中第一层(102)与第二层(110)接合以至少增强渗透性路面系统。

Description

包括渗透性路面组合物的渗透性路面系统和相关方法
技术领域
本公开内容一般地涉及增强的渗透性路面系统。更具体地，本公开内容涉及包括渗透性路面组合物的渗透性路面系统和用于增强的机械性能和耐久性的相关方法。
背景技术
坚固且不易侵蚀的基层和路基土壤支撑有利于渗透性路面的结构性能。在非增强的(non-reinforced)渗透性路面(例如，用多孔沥青、透水性混凝土等制成的路面)中，破损(distress)(或缺陷)可能是由于缺乏足够的不易侵蚀基层或路基层(下层)造成的。这种破损包括例如多孔沥青的永久变形(或车辙)、开裂、断层(或板坯摇摆)、拐角处断裂等。破损的修复可能成本高昂且费时费力；尤其是源于基层或路基层的破损。
因此，需要在耐磨层(wearing course)(上层)下方建造坚固耐用的基层(一个或多个)或路基层(一个或多个)，以延迟渗透性路面的劣化速度并延长其使用寿命。
发明内容
本公开内容的实例实施涉及一种渗透性路面系统，其包括渗透性路面组合物和相关方法。实例实施提供了与包括非增强的材料和/或其他传统的路面材料的其他渗透性路面系统相比，在耐久性、磨损、放置期间的可加工性和可变性方面具有改进特性的渗透性路面系统。
在一个实例实施中，本公开内容提供了一种渗透性路面系统，其包括：渗透性路面组合物的第一层，该第一层包括一定量的第一渗透性路面材料和与其一起并入的一定量的固化的碳纤维复合材料(CCFCM)，第一层限定第一表面；和第二渗透性路面材料的第二层，该第二层沉积在渗透性路面组合物的第一层的基本上整个第一表面上并且覆盖渗透性路面组合物的第一层，其中第一层与第二层接合以至少增强渗透性路面系统。
在另一个实例实施中，本公开内容还提供了一种制造渗透性路面系统的方法，其包括：沉积渗透性路面组合物的第一层，该第一层包括一定量的第一渗透性路面材料和与其一起并入的一定量的固化的碳纤维复合材料(CCFCM)，第一层限定第一表面；和将第二渗透性路面材料的第二层沉积在渗透性路面组合物的第一层的基本上整个第一表面上并覆盖渗透性路面组合物的第一层，其中第一层与第二层接合以至少增强渗透性路面系统。
因此将理解，提供以上概述仅用于总结一些实例实施的目的，以便提供对本公开内容的一些方面的基本理解。因此，将理解，上述实例实施仅仅是一些实施的实例并且不应被解释为以任何方式缩小本公开内容的范围或精神。应当理解，本公开内容的范围包括许多潜在的实施，除了这里概述的那些之外，下面将进一步描述其中的一些。此外，通过结合附图进行的以下详细描述，本文公开的实施的其他方面和优点将变得显而易见，附图通过实例的方式示出了所描述的实施的原理。
附图说明
已经如此概括地描述了本公开内容的实例实施，现在将参考附图，这些附图不一定按比例绘制，并且其中：
图1图解了根据本公开内容的一些实例实施的渗透性路面系统；
图2图解了根据本公开内容的一些实例实施的固化的碳纤维复合材料(CCFCM)的成分的粒度分布的示意图；
图3图解了根据本公开内容的一些实例实施的CCCFM的四种不同粒度成分：C-组合、L-大、S-小和M-中；
图4图解了根据本公开内容的一些实例实施的经沥青处理的渗透性基底(ATPB)组合物测试样品的骨料等级的示意图；
图5图解了根据本公开内容的一些实例实施的ATPB组合物测试样品的渗透速率结果的示意图；
图6图解了根据本公开内容的一些实例实施的ATPB组合物测试样品的排水(draindown)效果结果的示意图；和
图7图解了根据本公开内容的一些实例实施的制造渗透性路面系统的方法的方法流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开内容的一些实施，其中显示了本公开内容的一些但不是全部的实施。实际上，本公开内容的各种实施可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为限于这里阐述的实施；相反，提供这些实例实施是为了使本公开内容透彻和完整，并将本公开内容的范围充分传达给本领域技术人员。例如，除非另有说明，将某物称为第一、第二等不应被解释为暗示特定顺序。此外，可能被描述为在其他物之上(除非另有说明)的某物可能会反而在其他物之下，反之亦然；同样，被描述为在其他物左侧的某物可能会反而在右侧，反之亦然。相同的附图标记始终指代相同的元素。
本公开内容的实例实施一般地涉及一种包括渗透性路面组合物的渗透性路面系统和相关方法。如图1中所图解，例如，渗透性路面系统，一般指定为100，包括渗透性路面组合物的第一层(例如基层)102，该第一层包括一定量的第一渗透性路面材料104和与其一起并入的一定量的固化的碳纤维复合材料(CCFCM)106。第一层限定第一表面108。渗透性路面系统还包括第二渗透性路面材料112的第二层(例如，磨损层)110，其沉积在渗透性路面组合物的第一层的基本上整个第一表面上并覆盖渗透性路面组合物的第一层(即，使得第一层不可见)。因此，第一层与第二层接合以至少增强渗透性路面系统。图1进一步图解了渗透性路面系统100沉积在表面114上，该表面例如是泥土、草、砾石、粘土、石头、沙子、另一个类似的表面或其任何组合。
在一些实例实施中，渗透性路面材料104、112是任何类型的传统渗透性路面材料，比如透水性混凝土或多孔沥青。然而，在一些进一步的实例实施中，渗透性路面材料是另一种类型的混凝土和沥青，或另一种类似的渗透性路面材料，比如粘土、砾石、其任何组合等。如本文所描述的，术语“透水性(pervious)”、“渗透性(permeable)”、“多孔的(porous)”等在与术语“路面材料”或“路面”相关时是同义词。
在一些实例实施中，渗透性路面系统中使用的渗透性路面材料的类型取决于渗透性路面应用。在某些情况下，例如，在大雪或大雨常见的应用中，多孔沥青材料或透水性混凝土材料被用作渗透性路面材料。典型的多孔沥青材料和透水性混凝土材料包括相互连接的空隙，这些空隙允许暂时储存多余的雪或雨(雨水)，以减少雨水径流并消除对蓄水池、洼地和其他雨水管理设备的需要。不管在渗透性路面系统100中使用的渗透性路面材料104、112的类型如何，都希望将第二渗透性路面材料112的第二层110沉积在渗透性路面组合物的第一层102的整个或基本整个第一表面108上，使得第二层覆盖第一层并且第一层不可见。第一层被第二层覆盖使得第一层不可见导致第一层与第二层接合以至少增强渗透性路面系统。
如本文所使用，“增强(strengthen)”是指与其他非增强的渗透性路面系统相比，由第一层102和第二层110之间的接合导致渗透性路面系统的物理特性和功能性能改善。例如，渗透性路面系统的增强包括由于在第一层中并入了CCFCM 106与第一渗透性路面材料而基本上防止第二层因交通而受到任何压缩。在另一个实例中，渗透性路面系统的增强包括基本上防止由于第一层的第一表面108被第二层覆盖而导致的CCFCM从第一层的任何挤出。渗透性路面组合物的第一层102的厚度与第二渗透性路面材料112的第二层110的厚度的比率根据渗透性路面系统的应用而变化。例如，在交通繁忙但车辆重量较轻的情况下，渗透性路面组合物的第一层的厚度与第二渗透性路面材料的第二层的厚度的比率将与其中交通稀疏但车辆重量较重的情况不同。因此，渗透性路面组合物的第一层的厚度与第二渗透性路面材料的第二层的厚度的比率可在诸如例如1:1、1:2、1:3、1:4、2:1、3:1、4:1等的比率内变化。
在一些实例实施中，第一渗透性路面材料104和第二渗透性路面材料112是相同的或基本上相同的材料，或不同的材料。取决于应用，第一渗透性路面材料或第二渗透性路面材料是透水性混凝土、多孔沥青(例如，经沥青处理的渗透性基底(ATPB))，或另一种类似的渗透性路面材料，比如粘土、砾石、其任何组合等。例如，在预期交通繁忙和/或环境温度高的情况下，由于与多孔沥青相比，透水性混凝土的抗剥落性和降低的保温性，如果不是第一渗透性路面材料和第二渗透性路面材料二者都使用透水性混凝土，则期望至少使用透水性混凝土作为第一渗透性路面材料。在另一个实例中，在期望薄的第一层和第二层的情况下，如果不是第一渗透性路面材料和第二渗透性路面材料二者都使用多孔沥青，则期望使用多孔沥青作为至少第一渗透性路面材料。这是因为与通常以约六英寸的厚度铺设的透水性混凝土相比，通常以约三英寸的厚度铺设多孔沥青。
如本文所描述的，由第一层102与第二层110之间的接合增强渗透性路面系统部分是由于将一定量的CCFCM 106与第一渗透性路面材料104合并。CCFCM与第一渗透性路面材料的合并被认为是本文所使用的“增强的”渗透性路面材料。当与例如传统的沥青或混凝土系统或非增强的沥青或混凝土系统相比时，第一层与第二层接合以至少增强渗透性路面系统导致渗透性路面系统展现改善的物理性质、改善的化学组成、改善的功能性能等(即，“改善的特性”)。
更具体地，改善的特性包括，例如，增加的或保持不变的劈裂抗拉强度、改善的或保持不变的弹性模量、改善的或保持不变的耐磨性、增加的延展性、改善的或保持不变的抗疲劳开裂性、改善的或保持不变的低温开裂性、和/或改善的或保持不变的抗车辙性能。可选地，或除了上述那些以外，改善的特性可进一步包括，例如，保持不变的或降低的孔隙率(porosity)、增加的或保持不变的过滤速率、和/或增加的或保持不变的抗压强度。
改善的特性还可包括毒性的降低，使得本文公开的渗透性路面系统对水生和/或半水生生物基本上无毒并有助于减轻雨水污染物。这种实例改进的特性允许渗透性路面系统用于多种应用，比如运输应用(例如自行车道、步行道路、人行道、停车场、车道等)，以及通常使用渗透性路面组合物的任何其他应用。
如本文所描述的，在一个实例实施中，第一层102包括渗透性路面组合物，其包括至少一定量的第一渗透性路面材料104和与其一起并入的一定量的CCCFM 106。例如，在交通密集的应用中，第一层(基层)的第一渗透性路面材料包括透水性混凝土，而第二层110(耐磨层)的第二渗透性路面材料112包括透水性混凝土、多孔沥青或另一种类似的渗透性路面材料。在这种情况或其他类似情况下，第一层的透水性混凝土被制备为包括水泥、水、掺料和粗骨料的混合物。在一些实例实施中，透水性混凝土混合物中几乎不包括细骨料或基本上不包括细骨料。一种实例透水性混凝土混合物包括I/II型普通波特兰水泥混凝土(PCC)和与其一起并入的饱和的表面干燥(SSD)粉碎玄武岩粗骨料，并具有约1/4英寸至约3/4英寸的标称最大尺寸，约2.00至约4.00的比重和约2.5至约4.0％的吸水率。
在一些透水性混凝土混合物中，一定百分比的水泥被二次胶凝材料如飞灰、矿渣、硅粉等代替，以提高透水性混凝土的抗压强度、粘结强度和耐磨性。在一种情况下，按质量计约15％的水泥被F型飞灰代替，尽管该百分比在按质量计约10％至约40％的水泥之间变化。飞灰的添加有利于提高透水性混凝土的抗压强度和透水性，并降低成本，因为需要使用透水率较低的混凝土。水胶比(water to cementitious ratio)(w/cm)可达到例如约0.15至约0.30w/cm。然而，水胶比可根据透水性混凝土混合物进行修改。
在一些方面，流变改性化学掺料用于延迟透水性混凝土混合物的凝固，提供更多的可加工时间。例如，在一种情况下，使用大约583.0ml的掺料。此外，在另一个实例中，透水性混凝土混合物是按照混合物设计程序设计的。在此实例中，混合物设计程序遵循ACI522-R-10中可用的混合物设计程序，使用约27％的目标孔隙率(即约27％的空隙)。在某些情况下，该混合物设计程序中指出的这种孔隙率提供了抗压强度和渗透性之间的最佳权衡。
因此，下面表1中提供了第一层的渗透性路面组合物，比如图1中第一层102的渗透性路面组合物的示例性范围，其中清楚地列出了第一渗透性路面材料和CCFCM的量的比例范围。在一个示例性方面中，添加到第一渗透性路面材料中的CCCFM的剂量或量为按渗透性路面组合物的体积计约0.0至约6.0％的CCFCM，但是该剂量是可变的。
表1
Figure BDA0003353834160000051
在另一个实例中，在低交通量的应用中，与之相反，第一层(基层)102的第一渗透路面材料包括多孔沥青，而第二层110(耐磨层)的第二渗透路面材料112包括透水性混凝土、多孔沥青、另一种渗透性路面材料，或其任何组合。在这种情况或其他类似情况下，第一层的多孔沥青使用与传统沥青相同的方法制备为混合物，但在多孔沥青混合物中不包含或基本上不包含细骨料。多孔沥青混合物包含粘合剂和骨料，将其与一定量的CCFCM合并以产生渗透性沥青的路面组合物。
骨料包括例如颗粒或成分，例如石头、沙子、砾石等，而粘合剂包括例如原油掺混物、非石油掺混物等。在一些方面，多孔沥青混合物由约95％的骨料和5％的粘合剂制备，其中按沥青粘合剂的总重量计并入约3％、约6％或约9％的CCFCM。这些值对应于按沥青渗透性路面组合物的总重量计0.15％的CCFCM、约0.30％的CCFCM或约0.45％的CCFCM。取决于渗透性路面系统的使用应用，还考虑了粘合剂与CCFCM剂量的其他百分比。
在一些实例实施中，将一定量的CCFCM(例如，图1中的106)与一定量的第一渗透性路面材料合并以产生第一层(例如，图1中的102)的渗透性路面组合物。与一定量的第一渗透性路面材料一起并入的CCFCM的量取决于第一渗透性路面材料的量(反之亦然)，以及第一渗透性路面材料和CCFCM的各种特性。例如，在交通密集的应用中，相对于渗透性路面组合物的重量百分比可以添加更多的CCCFM以增加渗透性路面组合物的负载能力，同时仅适度增加刚度。
在一些情况下，CCFCM的一种或多种组分包括聚丙烯腈(PAN)型碳纤维或类似纤维和粘合聚合物或基质材料，比如热塑性树脂，例如环氧树脂。在其他一些情况下，CCCFM的一种或多种成分中的一些是回收的或再利用的材料(例如，嵌入基质材料中的废合成纤维、废碳纤维复合材料(CFC)等)，其包括不合需要的大粒度部分。因此，CCFCM的一种或多种组分需要进一步加工和/或精制以将CCCFM的组分分离成不同的粒度部分。在一些实例实施中，CCCFM以任何方式被加工和/或精制。如本文所公开的，加工和/或精制方法有利地包括保持CCFCM的废料组分的特性的低能量方法。相比之下，已知的回收或再利用方法可以以不太环保、低效和/或昂贵的方式(例如，化学溶剂或燃烧处理方法)加工和/或精制废料组分。
最初，当CCFCM的一种或多种成分包含废纤维材料时，期望的是通过减小尺寸、去除固化的树脂等以不昂贵且在环保上更有选的方式——即不是化学和/或热过程——分离这些组成的成分。因此，CCCFM的成分通过机械解构，比如切碎、锤击、研磨、筛分等分离。在一些实例实施中，CCFCM的成分通过首先切碎分离，并且然后使用机械精制机构(例如，锤磨机)通过例如25.4mm的筛网分离出最粗的颗粒进行精制。
在另一个实例中，相对于渗透性路面组合物的重量/体积(weight by volume)百分比，CCFCM的成分被进一步分离成的不同粒度部分，以实现适当分级的CCFCM类别以并入一定量的第一渗透性路面材料中。在某些方面，这种适当分级的CCCFM类别能够有利地保持所需的渗透速率，同时保持或具有改进的可加工性和机械性能。
在一种情况下，通过进一步机械筛选，将CCFCM的成分被区分为四种不同的粒度部分，但也考虑了更少或更多的分组。图2图解了四种不同的粒度部分的这种情况，其包括：(C)组合：小于约3.35mm的颗粒，(L)大的：小于约3.35mm且大于约2.00mm的颗粒，(M)中等：小于约2.00mm且大于约0.841mm的颗粒，和(S)小的：小于约0.841mm的颗粒(保留在盘上)。在另一种情况下，图3说明了四种不同的粒度部分。如图3中可见，C和L中含有粗的且片状的CCCFM颗粒，而S和M中主要含有纤维形式的颗粒。然而，根据加工方法、路面设计和/或所需特性，也可以使用分级等级和形状的其他组合。
因此，如本文所公开的渗透性路面系统和相关方法在减少纤维材料特别是CFC的废物流方面提供了二次用途。传统上与化学和热处理相关的用于隔离纤维材料废物流成分的费用已被证明是令人望而却步的。如本文所描述的，低能量密集型再利用策略有利地回收废纤维材料，同时允许废纤维材料保留其大部分原始特性并容易地分散到包括路面材料的许多其他材料中。
实施例
实施例1
设计了一项实验来确定在基层(第一层)中使用沥青处理的骨料的好处。值得注意的是，经沥青处理的渗透性基层(ATPB)(例如，图1中的第一渗透性路面材料104)的生产与热拌沥青(HMA)的生产没有区别。然而，ATPB使用较大的骨料通过互锁提供刚度和强度，并使用少量沥青粘合剂(约3％)来稳定。由于ATPB的强度比未结合的骨料大大约三倍，因此降低了基层所需的层厚度。尽管ATPB的成本高于未结合的骨料，但通过减少挖掘需求以及降低维修和修复成本，提高了整体成本效益。
除了增加的结构完整性之外，ATPB还具有高排水的优势。当HMA长时间暴露于湿气时，骨料和粘合剂之间的结合强度会减弱。结果会发生粘合剂剥离，这会以剥落(raveling)或坑洼的形式进一步损坏路面。虽然ATPB使用密集分级骨料等级，但使用开放分级骨料结构(例如，ATPB)允许水在基层下方自由流动并减少磨损层(即，第二层110)暴露于水分的时间。
在该实验中，CCFCM(例如，图1中的CCFCM 106)用作ATPB的增强剂。多余的CCFCM接收自喷气机和飞机的生产线，并通过机械加工缩小为纤维状材料。CCFCM的其他潜在回收方法是通过使用化学溶剂或燃烧来实现的；然而，这些方法需要大量的能量并且会降低CCFCM的质量。在该实验中，评估了CCFCM对ATPB的体积特性和渗透速率的影响。
骨料和沥青粘合剂是从商业来源收集的，例如华盛顿莱克伍德的MilesResources。从两个储备(stockpile)：约11/4英寸(”)至约1/2”和约3/4”至约#4收集骨料。混合物中使用的标称最大骨料尺寸约为1英寸；不过，也可以使用其他骨料尺寸。尽管有较大尺寸的储备，包括尺寸约为11/4”的骨料，但在加工骨料期间，11/4”筛上几乎没有骨料残留。
将获得的骨料干燥并过筛以准备骨料配料。在图4中显示了用于ATPB的骨料等级。图4中所示的上限和下限分别表示11/4”切片和3/4”切片储备的等级。ATPB所需的骨料等级类似于多孔HMA所需的等级。两种等级的设计标称最大骨料尺寸(NMAS)均为1/2”，并且对于ATPB和多孔热拌沥青(PHMA)而言，较细骨料的通过百分比(3/8”和#4筛)相似。相反，本研究使用获得的工作拌合公式(job mix formula)和1”NMAS。
获得性能等级(PG)为70-22ER的粘合剂。聚合物改性的使用导致粘合剂混合物变得更硬，以及更高的弹性回复(ER)特性。粘合剂的混合和压实温度范围通过旋转粘度(RV)测试确定，并且分别在约328华氏度(°F)和约339°F之间，和约307°F和约315°F之间。将配料后的骨料、粘合剂和混合设备在混合温度下放入烘箱中约两小时后进行混合。将松散的混合物冷却过夜，第二天在压实之前在压实温度下与压实设备一起重新加热约两小时。在压实完成后，将ATPB测试样品在旋转模具中保持过夜。
测试样品完全冷却后卸载。使用了75次旋转的超级路面旋转压实机。混合物的目标空隙率(air void)约为30％，而设计值约为27％，并且沥青粘合剂含量(AC)约为干骨料重量的3.0％。渗透速率的最小阈值是大约每小时150英寸并且排放质量小于质量的大约0.3％。
CCFCM被并入ATPB以评估ATPB的体积和渗透特性是否受到影响。相对于ATPB组合物的重量/体积百分比，将CCFCM的成分分成三种不同的粒度部分。具体而言，将板切碎，并且然后锤磨通过25.4毫米(mm)筛网，并且然后经由机械筛分进行处理以将颗粒分离成不同的粒度部分。本研究中使用了约1厘米(cm)的粒度部分，但是也可以根据应用使用其他粒度部分。在表2中说明了本研究中使用的CCFCM颗粒的尺寸特性。
表2
Figure BDA0003353834160000071
Figure BDA0003353834160000081
通过编码的图像分析程序测量CCFCM颗粒的尺寸。纵横比是纵向尺寸与直径的比值，并且范围从1到60，平均值为3.75。每ATPB组合物总重量的CCFCM的剂量分别为约0.05％和约0.10％，以及每吨约一(1)磅和每吨约两(2)磅。然而，每ATPB组合物总重量的CCFCM剂量在ATPB组合物总重量的约0.01％和约0.25％之间变化。
一旦如本文所述制备了ATPB组合物测试样品，对ATPB组合物测试样品的测试包括理论最大比重(Gmm)、空隙率、耐磨性、孔隙率、渗透速率和排水效果。此外，在每100转后，对ATPB组合物测试样品进行耐磨性测试，以测量旋转钢桶中的质量损失，直到达到300转。
特别地，基于ATPB组合物测试样品的空隙率(air void)和孔隙率(porosity)进行体积分析。虽然空隙率表示ATPB组合物中的总的空的空间，但孔隙率是相互连接以允许水进入的有效空隙。体积特性与混合物的渗透性能有关。使用最大理论比重Gmm与散装混合物比重(Gmb)之间的比率计算空隙。Gmm假设混合物中没有空隙，并使用未压实的松散混合物进行测试，而Gmb使用压实的旋转样品进行测试。Gmb的计算需要饱和的表面干燥(SSD)条件下的样品质量，但无法在开放分级混合物中实现，因为一旦样品离开水浴，大部分水就会逸出。相反，使用ASTM D3203/D3203M中的转换因数将密度(质量/体积)转换为Gmb。
基于ATPB组合物测试样品的渗透速率评估ATPB组合物测试样品的性能。与未结合的材料相比，ATPB基层为磨损层提供了更高的强度和支撑，同时提供了雨水的快速排水。渗透速率测试遵循ASTM C1701/C1701M，旨在用于现场测试。进行了一种改进的方法，其中水入口的直径为6英寸以适应旋转的ATPB组合物测试样品，而不是标准中提到的12英寸。获取从接触水到从ATPB组合物测试样品的顶面完全排出所用的时间。使用一升水，同时将水位保持在约0.4至约0.6英寸之间以控制水位差(head of water)。目标渗透速率至少为每小时150英寸。
由于沥青粘合剂在升高的温度下处于液态，因此粘合剂将行进到混合物的较低高度。这种现象称为排水效应，并且是一个设计问题，尤其是在具有高空隙率的开放等级混合物中，比如ATPB。例如，排水效应发生在储存、从工厂到现场的运输以及放置和压实之间的延迟期间。在实验室的测试期间使用钢网篮，其中将松散的ATPB组合物测试样品置于篮中并在约140℃和约130℃的烘箱中放置一小时。在烘箱中的时间段内，篮中的一些材料掉落，并测量相对于原始质量损失的质量百分比。根据规格(specification)，在烘箱中放置一小时后，排放量少于约0.3％(ASTM D6390-11，2017)。
体积分析包括评估ATPB组合物测试样品的空隙率和孔隙率。表3提供了用于空隙率计算的Gmm结果。根据工作拌合公式(JMF)，设计Gmm为2.564。如表3中可见，计算值显示出与目标值相似的结果。
表3
Mix ID G<sub>mm</sub>
ATPB 2.589
ATPB05 2.555
ATPB10 2.541
根据JMF，虽然所需的空隙率为约30％，但设计值为约27％，并且空隙率和孔隙率均约为27％(约15％至约35％的空隙率)。每种混合物测试三个样品，并报告平均值和误差线。使用CCFCM后，观察到空隙率降低了约2％。
目标渗透速率被确定为大约每小时150英寸，这很容易实现，如图5中所图解。具体来说，图5显示了ATPB组合物测试样品导致每小时约200英寸至每小时约3,000英寸的渗透速率；并且具体是每小时约1,200英寸，超过了目标渗透速率。
对粘合剂行进到ATPB组合物测试样品的较低高度并导致ATPB组合物测试样品的沥青含量不均匀的可能性测试排水效果。测试在大约140℃和130℃下进行，并且在烘箱中放置1小时后，排水不超过大约0.3％。图6显示了两种温度下ATPB组合物测试样品的排水结果。在较高温度下的测试期间，不含CCFCM添加剂的ATPB导致约0.13％的质量损失。然而，将CCFCM与ATPB合并会降低排水效果，而更高剂量的CCFCM会增加减少的程度。随后，在大约130℃下的测试导致所有三个样品的较小的质量损失。CCFCM在此温度下也能有效减少质量损失。
本研究的目的是评估有和没有CCFCM增强剂的ATPB组合物测试样品的体积、渗透性能和排水效果。体积分析，包括空隙率和孔隙率，结果在要求的设计值范围内，并且不显著地受CCFCM与ATPB合并的影响。在满足要求且CCFCM没有显著影响水力性能的情况下，渗透速率显示出类似的趋势。然而，随着CCFCM的并入，排水效果显著改善。虽然没有与其一起并入的CCFCM的ATPB的质量损失在约0.3％的阈值内，但是CCFCM的并入减少了排出量，并且更高剂量的CCFCM导致质量损失减少。可以得出结论，使用CCCFM作为ATPB的增强剂不会影响基层(第一层)的排水常数，但是由于排水阻力增加可以改善整个渗透性路面系统的质量。此外，与非增强的渗透性路面系统相比，其他机械特性，比如抗压强度增加或保持在约5兆帕压力单位(MPa)至约30MPa，而劈裂抗拉强度增加或保持在约0.5MPa至约5MPa。
现在参考图7，图解了一种制造渗透性路面系统的方法，一般用200表示。该方法包括第一步202：沉积渗透性路面组合物的第一层，该第一层包括一定量的第一渗透性路面材料和与其一起并入的一定量的固化的碳纤维复合材料(CCFCM)，第一层限定第一表面。该方法包括第二步204：将第二渗透性路面材料的第二层110沉积在渗透性路面组合物的第一层的基本上整个第一表面上并覆盖渗透性路面组合物的第一层的第一表面(即，使得第一层不可见)。
进一步，本公开内容包括根据下述条款的实例：
条款1.一种渗透性路面系统，其包括：渗透性路面组合物的第一层，所述第一层包括一定量的第一渗透性路面材料和与其一起并入的一定量的固化的碳纤维复合材料(CCFCM)，所述第一层限定第一表面；和第二渗透性路面材料的第二层，所述第二层沉积在所述渗透性路面组合物的第一层的基本上整个第一表面上并覆盖所述渗透性路面组合物的第一层；其中所述第一层与所述第二层接合以至少增强所述渗透性路面系统。
条款2.根据条款1所述的渗透性路面系统，其中所述第一渗透性路面材料和所述第二渗透性路面材料是相同的或基本上相同的材料，或者是不同的材料。
条款3.根据条款2所述的渗透性路面系统，其中所述第一渗透性路面材料或所述第二渗透性路面材料是透水性混凝土或多孔沥青。
条款4.根据条款1-3中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述渗透性路面组合物的第一层的厚度与所述第二渗透性路面材料的第二层的厚度的比率为约1:1。
条款5.根据条款1-4中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述CCFCM的剂量在渗透性路面组合物的总混合物重量的约0.01％和约0.25％之间。
条款6.根据条款1-5中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述CCFCM包括与粘合聚合物一起并入的碳纤维。
条款7.根据条款1-6中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述CCFCM的成分通过机械解构分离。
条款8.根据条款7所述的渗透性路面系统，其中所述CCFCM的成分通过机械精制机构分离。
条款9.根据条款8所述的渗透性路面系统，其中所述机械精制机构包括锤磨机。
条款10.根据条款7或8所述的渗透性路面系统，其中相对于所述组合物的重量/体积百分比所述CCFCM的成分进一步分离成不同的粒度部分。
条款11.根据条款10所述的渗透性路面系统，其中所述粒度部分中的一种包括约1.0cm的颗粒。
条款12.根据条款1-11中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述渗透性路面组合物包括约15％至约35％的空隙的孔隙率。
条款13.根据条款1-12中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述第一层与所述第二层接合以至少增强所述渗透性路面系统使所述渗透性路面系统展现改善的特性，包括保持不变的或降低的孔隙率、增加的或保持不变的渗透速率、增加的或保持不变的劈裂抗拉强度、增加的或保持不变的抗压强度、改善的或保持不变的弹性模量、改善的或保持不变的耐磨性、增加的延展性、改善的或保持不变的抗疲劳开裂性、改善的或保持不变的低温开裂性、或改善的或保持不变的抗车辙性能，及其任何组合。
条款14.根据条款13所述的渗透性路面系统，其中所述增加的渗透速率包括每小时约200英寸至每小时约3,000英寸的渗透速率。
条款15.根据条款13或14所述的渗透性路面系统，其中所述增加的或保持不变的抗压强度为约5MPa至约30MPa。
条款16.根据条款13-15中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述增加的或保持不变的劈裂抗拉强度为约0.5MPa至约5MPa。
条款17.根据条款1-16中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述渗透性路面系统用于运输应用中。
条款18.一种制造渗透性路面系统的方法，其包括：沉积渗透性路面组合物的第一层，所述第一层包括一定量的第一渗透性路面材料和与其一起并入的一定量的固化的碳纤维复合材料(CCFCM)，所述第一层限定第一表面；和将第二渗透性路面材料的第二层沉积在所述渗透性路面组合物的第一层的基本上整个第一表面上并覆盖所述渗透性路面组合物的第一层的第一表面；其中所述第一层与所述第二层接合以至少增强渗透性路面系统。
条款19.根据条款18所述的方法，其中沉积所述渗透性路面组合物的第一层和所述第二渗透性路面材料的第二层包括沉积所述渗透性路面组合物的第一层和所述第二渗透性路面材料的第二层，其中所述第一渗透性路面材料和所述第二渗透性路面材料是相同的或基本上相同的渗透性路面材料，或是不同的渗透性路面材料。
条款20.根据条款18或19所述的方法，其中沉积所述渗透性路面组合物的第一层和所述第二渗透性路面材料的第二层包括以约1:1的所述渗透性路面组合物的第一层的厚度与所述第二渗透性路面材料的第二层的厚度的比率沉积所述渗透性路面组合物的第一层和所述第二渗透性路面材料的第二层。
受益于前述描述和相关附图中呈现的教导，本公开内容所属领域的技术人员将想到这里阐述的本公开内容的许多修改和其他实施。因此，应当理解，本公开内容不限于所公开的具体实施，并且修改和其他实施旨在包括在所附权利要求的范围内。此外，虽然前述描述和相关附图在要素和/或功能的某些示例性组合的上下文中描述了实例实施，但是应当理解，在不背离所附权利要求的情况下，要素和/或功能的不同组合可以由替代实施提供。在这点上，例如，还可以设想与上面明确描述的那些要素和/或功能的不同组合，如可以在所附权利要求中的一些中阐述的。尽管此处使用了特定术语，但它们仅用于一般和描述性意义，而不是出于限制的目的。

Claims (20)

1.一种渗透性路面系统，其包括：
渗透性路面组合物的第一层，所述第一层包括一定量的第一渗透性路面材料和与其一起并入的一定量的固化的碳纤维复合材料(CCFCM)，所述第一层限定第一表面；和
第二渗透性路面材料的第二层，所述第二层沉积在所述渗透性路面组合物的基本上整个第一表面上并覆盖所述渗透性路面组合物的第一层；
其中所述第一层与所述第二层接合以至少增强所述渗透性路面系统。
2.根据权利要求1所述的渗透性路面系统，其中所述第一渗透性路面材料和所述第二渗透性路面材料是相同的或基本上相同的材料，或者是不同的材料。
3.根据权利要求2所述的渗透性路面系统，其中所述第一渗透性路面材料或所述第二渗透性路面材料是透水性混凝土或多孔沥青。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述渗透性路面组合物的第一层的厚度与所述第二渗透性路面材料的第二层的厚度的比率为约1:1。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述CCFCM的剂量在所述渗透性路面组合物的总混合物重量的约0.01％和约0.25％之间。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述CCFCM包括与粘合聚合物一起并入的碳纤维。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述CCFCM的成分通过机械解构分离。
8.根据权利要求7所述的渗透性路面系统，其中所述CCFCM的成分通过机械精制机构分离。
9.根据权利要求8所述的渗透性路面系统，其中所述机械精制机构包括锤磨机。
10.根据权利要求7或8所述的渗透性路面系统，其中相对于所述组合物的重量/体积百分比所述CCFCM的成分进一步分离成不同的粒度部分。
11.根据权利要求10所述的渗透性路面系统，其中所述粒度部分中的一种包括约1.0cm的颗粒。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述渗透性路面组合物包括约15％至约35％的空隙的孔隙率。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述第一层与所述第二层接合以至少增强所述渗透性路面系统使所述渗透性路面系统展现改善的特性，包括保持不变的或降低的孔隙率、增加的或保持不变的渗透速率、增加的或保持不变的劈裂抗拉强度、增加的或保持不变的抗压强度、改善的或保持不变的弹性模量、改善的或保持不变的耐磨性、增加的延展性、改善的或保持不变的抗疲劳开裂性、改善的或保持不变的低温开裂性、或改善的或保持不变的抗车辙性能，及其任何组合。
14.根据权利要求13所述的渗透性路面系统，其中所述增加的渗透速率包括每小时约200英寸至每小时约3,000英寸的渗透速率。
15.根据权利要求13或14所述的渗透性路面系统，其中所述增加的或保持不变的抗压强度为约5MPa至约30MPa。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述增加的或保持不变的劈裂抗拉强度为约0.5MPa至约5MPa。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的渗透性路面系统，其中所述渗透性路面系统用于运输应用中。
18.一种制造渗透性路面系统的方法，其包括：
沉积渗透性路面组合物的第一层，所述第一层包括一定量的第一渗透性路面材料和与其一起并入的一定量的固化的碳纤维复合材料(CCFCM)，所述第一层限定第一表面；和
将第二渗透性路面材料的第二层沉积在所述渗透性路面组合物的第一层的基本上整个第一表面上并覆盖所述渗透性路面组合物的第一层的第一表面；
其中所述第一层与所述第二层接合以至少增强所述渗透性路面系统。
19.根据权利要求18所述的方法，其中沉积所述渗透性路面组合物的第一层和所述第二渗透性路面材料的第二层包括沉积所述渗透性路面组合物的第一层和所述第二渗透性路面材料的第二层，其中所述第一渗透性路面材料和第二渗透性路面材料是相同的或基本上相同的渗透性路面材料，或是不同的渗透性路面材料。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中沉积所述渗透性路面组合物的第一层和所述第二渗透性路面材料的第二层包括以约1:1的所述渗透性路面组合物的第一层的厚度与所述第二渗透性路面材料的第二层的厚度的比率沉积所述渗透性路面组合物的第一层和所述第二渗透性路面材料的第二层。
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