CN1246531C - 使铺砌表面增强与防水的方法 - Google Patents

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Abstract

在一种用于使铺砌表面增强与防水的方法中，将一层液化沥青(12)施用于铺砌表面(10)上。将增强毡(14)施用于液化沥青之上。增强毡是由熔点高于约320(160℃)的选自矿物纤维如玻璃纤维、聚合物纤维或其混合物的纤维制备的无纺毡。液化沥青渗入并浸渍增强毡以形成防水层。将一层铺砌材料(20)施用到增强毡之上。

Description

使铺砌表面增强与防水的方法
发明的技术领域与工业可行性
本发明一般性地涉及使如道路、停车场等铺砌表面增强与防水的方法，更特别涉及一种包括使用增强毡的方法。
发明背景
铺砌表面，例如道路、停车场等，一般是用沥青铺砌材料作为上表层铺筑而成的。经过一段时间，铺砌表面通常会因为交通、温度的周期变化以及其它环境原因而损坏。铺砌表面中会出现裂缝，并且裂缝会延伸并导致更大的损坏。水会通过流入裂缝中而渗入铺砌表面，造成进一步破坏。
破坏的铺砌表面通常用一个施用于破坏部分或整个铺砌表面上的新的铺砌材料表面层进行修补。当一个有裂缝的铺砌表面被重新铺砌表面后，在很多情况下，新的表面层直接在旧表面中的裂缝上裂开。这称为“反射开裂.”一种解决这个问题的方法是加厚新的表面层，但是这种方法不是非常有效。
因此，多种增强材料与方法已被尝试用于防止或修复铺砌表面中的裂缝和其它损坏。有一种商品(例如可从BP Amoco购得的Petromat)是一种用聚丙烯纤维构成的增强毡。这种聚丙烯薄毡被施用于沥青的粘结层上，然后一个铺砌材料表面层再施用于这个薄毡之上。铺砌材料在施用于薄毡上之前，先要受热。但是，当这种聚丙烯薄毡在与热的铺砌材料接触时，易熔融和/或收缩，这降低了其提供增强与防水性的能力。并且，如果粘结层在太高温度下施用，聚丙烯薄毡同样可能收缩或熔融。
另一种商品是由附加于无纺毡上的玻璃纤维粗纱组成的。这种产品和其它层压制品一样都相对比较难于生产，并且生产成本较高。层压制品也可能会出现层之间的分离，这会产生导致铺砌表面开裂的滑动面。并且，纤维素薄毡的强度不如纤维薄毡。
有许多专利描述了增强材料以及增强铺砌表面的方法。例如，授予Ellis的美国专利No.2,115,667公开了用一种由玻璃织物制成的增强剂增强沥青路面的方法。织造增强材料的多孔性通常比无纺材料差。这就阻止了沥青渗入增强材料以制备出坚固的铺砌表面的能力。而且，织造材料的生产成本通常也比无纺材料要高。
授予Shah等的美国专利No.4,637,946公开了一种包含玻璃纤维薄毡的路面修复膜，在这种玻璃纤维薄毡中浸渍有由沥青、嵌段共聚物和矿物填料组成的共混物。浸渍的薄毡不能有效地吸收沥青以产生与路面的强粘结。弱粘结的薄毡可能会从沥青层脱层，从而使道路表面开裂。
从以上可以看出，需要提供一种使铺砌表面增强与防水的改善的方法，包括一种用于修复铺砌表面中的缺陷(如裂缝)的方法。
发明概述
以上目标和其它未具体列举的目标可以通过一种根据本发明的使铺砌表面增强与防水的方法得以实现。首先，将一层液化沥青施用于铺砌表面上。然后，将增强毡施用在液化沥青之上。增强毡包含一种无纺毡，这种无纺毡由熔点高于约320°F(160℃)的纤维制成。此纤维选自矿物纤维如玻璃纤维、聚合物纤维和其混合物。液化沥青渗入并浸渍增强毡以形成防水层。接着，将一层铺砌材料施用于增强毡之上。
在本方法的另一个具体实施方案中，将一层液化沥青施用于铺砌表面上。然后将增强毡施用于液化沥青之上。增强毡包含一种无纺毡，无纺毡由选自矿物纤维和矿物纤维与聚合物纤维的混合物的纤维制成。液化沥青渗入并浸渍增强毡以形成防水层。接着，将一层铺砌材料施用于增强毡之上。
本方法的另一个具体的实施方案是关于修复铺砌表面中的裂缝。通过将增强毡固定到在裂缝一侧的铺砌表面上且增强毡不固定到在裂缝对侧的铺砌表面而将增强毡施用到裂缝上。在修复方法的优选的具体实施方案中，增强毡包含一种无纺毡，这种无纺毡由选自矿物纤维如玻璃纤维、聚合物纤维或其混合物的纤维制备。然后，将一层铺砌材料施用于增强毡之上。
本发明的多种目标与优点对于本领域专业人员在按照附图阅读时将很明显地从下面对优选的具体实施方案的详细描述中看出。
附图的简要说明
图1是根据本发明的方法加以增强与防水的铺砌表面的截面图。
图2是具有根据本发明的方法加以修复的裂缝的铺砌表面的截面图。
本发明的详细描述与优选的具体实施方案
本发明涉及一种使铺砌表面，如道路、停车场或其它类型的铺砌表面增强与防水的改进的方法。本方法可用于新铺砌表面的铺筑、原有铺砌表面的更新中以及用于修复原有铺砌表面中的裂缝、路面凹坑或其它缺陷。
现在参考附图，图1表示按照本发明的方法加以增强与防水的一种铺砌表面(10)。本方法的第一步是将一层液化沥青(12)施用于铺砌表面(10)上。液化沥青(12)可以是任一种在施用时是一种流体，而当施用后能固化的含沥青的材料。例如，液化沥青可以为熔融沥青(例如加热到高于约250°F(121℃)的温度下的沥青)、沥青乳液(用乳化剂分散在水中的沥青)或沥青稀释物(用溶剂稀释以形成沥青流体的沥青)。
此层液化沥青(12)可以适于渗入与浸渍增强毡(14)(以下描述)的任意用量施用。优选，液化沥青的施用比例范围是：约0.1加仑/平方码(0.32升/平方米)至约0.5加仑/平方码(1.58升/平方米)，最佳的比例要依照增强毡的重量而定。液化沥青可以通过任一种合适的方法，例如通过将其喷涂为层或通过将其浇注并涂布为层等加以施用。
本方法的第二步是，将增强毡(14)施用于液化沥青(12)上而液化沥青依然处于流体状态。增强毡具有足够的多孔性以使液化沥青渗入并浸渍增强毡。在所示的具体实施方案中，此层液化沥青(12)包括在增强毡(14)下面的底层部分(16)和使增强毡饱和的上层部分(18)。然而，液化沥青也可能在施用后全部位于增强毡的内部。优选，增强毡对液化沥青的吸收容量可以至少为约0.1加仑/平方码(0.32升/平方米)。
施用足够量的液化沥青(12)并且增强毡(14)吸收足够量的液化沥青，以与铺砌表面(10)和与铺砌材料层(20)(以下描述)形成强粘结，并从而形成防止水从上面渗入铺砌表面的防水层。优选增强毡用液化沥青基本上完全地饱和，使得液化沥青从增强毡(14)的底部(22)渗入顶部(24)。
增强毡(14)是由选自矿物纤维如玻璃纤维、聚合物纤维或其混合物的纤维制成的无纺纤维薄毡。无纺纤维薄毡通常比织造薄毡具有更高的多孔性并且生产成本也较低。优选在其施用于液化沥青上以前，增强毡未浸渍有任何材料，例如沥青、聚合物或填料。浸渍过的薄毡不能有效地吸收液化沥青以产生与铺砌表面和铺砌材料层的强粘结。还优选，增强毡不与其它材料层层压在一起。非层压的薄毡避免了可能的分离与层压制品的附加费用。
用于制备增强毡的合适的矿物纤维包括可热软化的矿物材料如玻璃、岩石、矿渣或玄武岩的纤维。优选矿物纤维为玻璃纤维。任何合适的工艺过程都可用于制备玻璃纤维。其中一个工艺过程称为旋转法，在这个工艺过程中将熔融的玻璃放入周围有小孔的旋转的旋转器里，其中玻璃流出小孔形成下落纤维流，纤维被收集到传送带上。另一个成纤工艺过程是连续过程，其中玻璃纤维用机械方式从装有熔融玻璃的加料器或料碗的布有小孔的底壁拉出。几乎在形成的同时，玻璃纤维开始接触到涂布器，在这里将胶料施用到纤维。然后，将上胶的玻璃纤维切割成特定的长度并装箱。用这些工艺过程制得的玻璃纤维可以从俄亥俄州托莱多市(Toledo，Ohio)的Owens Corning公司购得。在一个具体的实施方案中，增强毡就是可以从Owens Corning公司购得的OCMat 9003玻璃薄毡。这种薄毡含有的玻璃纤维是直径为16微米的型号为9501的E-玻璃。这种薄毡含18％粘合剂，此粘合剂由脲醛树脂和苯乙烯-丁二烯胶乳组成。其它种类的玻璃薄毡也可使用。
适于制备增强毡的聚合物纤维可以由纤维状或可纤维化的材料成型，这些材料由天然有机聚合物、合成有机聚合物或无机物质制备。天然有机聚合物包括再生的或衍生的有机聚合物。合成聚合物包括但不仅仅限于聚酯如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰胺(如尼龙)、聚丙烯、聚亚苯基如聚苯硫醚(PPS)、聚烯烃、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、丙烯酸类树脂、乙烯基聚合物，以及这些聚合物的衍生物与混合物。优选聚合物纤维的熔点高于约320°F(160℃)，使得增强毡在接触热的铺砌材料时不会熔融或收缩。本领域专业人员可想到的是，可改变增强毡中聚合物纤维的含量以得到想要的性能，如这种含量可以包括约1wt％至约99wt％聚合物纤维。优选聚合物纤维包括至少约5wt％聚酯纤维、至少约5wt％尼龙纤维或至少约5wt％聚酯纤维与尼龙纤维的混合物。尼龙纤维由于具有高熔点(509°F(265℃))而优选用在增强毡中。尼龙或PET纤维的纤度(denier)范围为约1.5分特(dtex)至约12分特，优选具有的切断长度范围为约0.25英寸(0.64厘米)至约2英寸(5.08厘米)。
在本发明优选的具体实施方案中，聚合物纤维是回收的纤维、纤维废料或其混合物。使用回收纤维或纤维废料是经济的并且有利于环境。回收聚合物纤维可以是任一种适于制备具有期望性能的增强毡的回收纤维。在一个具体的实施方案中，回收聚合物纤维是回收地毯纤维。据估计，仅在美国每年就有最多30亿磅(13.6亿千克)地毯被废弃。地毯纤维可由适于纺织应用的任何成纤聚合物制成，这些聚合物包括但不仅仅限于聚酰胺例如尼龙(如尼龙6，尼龙6，6和尼龙6，12)、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸亚丙基酯、聚对苯二甲酸乙二酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和丙烯酸类树脂。有用的聚酰胺纤维的非限制性例子包括如可从E.I.duPont de Nemours公司和达拉维尔(Del.)的Wilmington公司购买的尼龙纤维、聚己二酰己二胺、聚酰胺-酰亚胺和芳族聚酰胺。
聚合物纤维废料可以是任一种适于制备具有期望性能的增强毡的纤维废料。纤维废料可以是任意消费者的或工业的纤维废料。在一个具体的实施方案中，纤维废料是地毯纤维废料如切割边角料、线轴边角料、修边时产生的纤维或不符合生产规格的纤维。
在一个优选的具体实施方案中，用于制备增强毡的纤维是玻璃纤维和聚合物纤维(每种纤维的熔点优选都要高于约320°F(160℃))的混合物。聚合物纤维的加入增加了增强毡的柔韧性、弹性、易加工性，而玻璃纤维的加入增加了增强毡的拉伸强度且降低了伸长率。玻璃纤维与聚合物纤维的组合制备出易于加工的结实柔韧的薄毡。
例如，依照本发明，优选的增强毡由70wt％玻璃纤维和30wt％PET纤维的混合物制备。在一个优选的具体实施方案中，玻璃纤维是直径为16微米的型号为9501的E-玻璃，PET纤维的纤度为约1.5分特至约12分特，切断长度为约0.25英寸(0.64厘米)至约2英寸(5.08厘米)。每平方码重4盎司的这样的一种薄毡具有如下物理性能：
  性能   测试方法   单位             典型数值
  MD   CD
  抓样拉伸强度   ASTM D4632   N(lb)   300(67)   190(44)
  抓样拉伸伸长率   ASTM D4632   ％   2.3   1.8
  梯形撕裂强度   ASTM D4532   N(lb)   24(5.4)   24(5.4)
  缪伦式(Mullen)织物顶破强度   ASTM D3786   kPa(psi)   485(70)
  熔点   ASTM D276   ℃(°F)   ＞230(＞450)
  沥青吸收量   Tex-616-J   l/m2(gal/yd2)   0.66(0.21)
  收缩率   Tex-616-J   ％   0
  单位面积质量   ASTM D5261   g/m2(oz/yd2)   136(4.0)
本发明所述增强毡可以用任一种适于制备无纺纤维薄毡的方法制备。优选通过湿法成网工艺制备增强毡。在这个工艺过程中，提供一种用于纤维分散于其中的水基淤浆。这种水基淤浆可能含有表面活性剂、粘度改进剂、消泡剂或其它化学试剂。然后将短切纤维引入淤浆中并搅拌使得纤维分散开。再将含有纤维的淤浆沉积在一个移动的筛网上，将大部分水去除后形成一个网状物。然后涂布粘合剂，并将得到的薄毡干燥以去除剩余的水并使粘合剂固化。得到的无纺毡由基本上分散的单个纤维的组装体组成。无纺毡也可能用干法成网工艺制备。在这个工艺过程中，将纤维切断并用空气吹到一个传送带上，然后涂布粘合剂以形成薄毡。
在另一个优选的具体实施方案中，增强毡由玻璃纤维制成。玻璃纤维薄毡是热稳定性的，与热的铺砌材料接触时不熔融和/或收缩。玻璃纤维薄毡与常用的聚丙烯薄毡相比具有更高的拉伸强度与机械强度。优选，玻璃纤维薄毡的密度范围为约0.5至约10磅/100平方英尺(约0.02kg/m2至约0.42kg/m2)，更优选为约1至约5磅/100平方英尺(约0.04kg/m2至约0.21kg/m2)。在一个特殊的具体实施方案中，增强毡是适于用作卷材铺顶产品的玻璃纤维薄毡，只是在施用前没有用沥青饱和。例如，增强毡可以包成连续卷，卷的宽度范围是约10英尺(3.05米)至约20英尺(6.1米)。通过将增强毡从卷形物开卷到液化沥青上，而将增强毡施用到液化沥青上。
在增强毡施用以后的某个时刻，液化沥青进行固化(至少部分固化)。通常，液化沥青在以下描述的铺砌材料的施用之前进行固化。例如，熔融的沥青通过冷却进行固化；沥青乳液通过蒸发水份而进行固化；或沥青稀释物通过溶剂的蒸发而进行固化。增强毡的表面多孔性有助于水份或溶剂的蒸发。
本方法的第三步是把一层铺砌材料(20)施用在增强毡(14)上。铺砌材料20可以是任一种适于提供铺砌表面表层的材料，如沥青铺砌材料(沥青(26)与集料(28)的混合物)或混凝土铺砌材料。铺砌材料通常是在加热条件下施用，然后进行冷却。
当铺砌表面的增强完成时，液化沥青(12)(现已至少部分固化)对增强毡的渗入使得在增强毡(14)、沥青(12)、铺砌表面(10)和铺砌材料(20)的料层之间形成强粘结。这产生了非常抗破坏的一个坚固的单块铺砌表面结构。具有高拉伸强度与机械强度的增强毡为铺砌表面提供了机械增强。另外，沥青对增强毡的渗入形成防水层或防水膜，其防止水从上方渗入铺砌表面而导致破坏。
在本发明的一个具体实施方案中，此方法包括通过在经预处理的未铺砌表面上施用液化沥青，把增强毡施用在液化沥青和经预处理的未铺砌表面上，并将铺砌材料施用在增强毡上来铺砌未铺砌表面。
如上所述，本发明所述方法可以应用于新铺砌表面的铺筑，原有铺砌表面的更新中或用于修复原有铺砌表面中的裂缝、路面凹坑或其它缺陷。当修复一个铺砌表面中的缺陷时，本方法的第一步是把一层液化沥青施用在有缺陷的铺砌表面上。当铺砌表面中的缺陷是裂缝时，液化沥青可以施用到未经预处理的裂缝上或裂缝可用合适的裂缝填充物如满足ASTM D-3405或D-1190的要求的裂缝填充物或其它种合适的材料填充。当铺砌表面中的缺陷是路面凹坑时，通常情况下路面凹坑最初用常用于填充路面凹坑的材料(如沥青铺砌材料)进行填充。然后将液化沥青施用于填充的路面凹坑上。严重损坏或粗糙的铺砌表面在施用液化沥青前要进行打磨或调水平处理。然后将增强毡施用在液化沥青和缺陷上。最后，将铺砌材料层施用在增强毡和缺陷上。修复完成时，增强毡将缺陷周围的铺砌表面保持在一起，薄毡和沥青防水膜防止水从上方渗入缺陷而引起进一步损坏。
在另一个具体实施方案中，本发明涉及一种优选的修复铺砌表面中的裂缝的方法。图2表示有根据本方法修复的裂缝(32)的铺砌表面(30)。铺砌表面(30)包括在裂缝的一侧(图2中的左侧)的第一表面部分(34)和在裂缝的对侧(图2中的右侧)的第二表面部分(36)。在例举的具体实施方案中，第一表面部分临近裂缝的第一纵向侧面，第二表面部分临近裂缝的第二纵向侧面。
在本修复方法中，将增强毡(38)施用于裂缝(30)之上。优选增强毡(38)是用矿物纤维、聚合物纤维或矿物纤维与聚合物纤维的混合物制成的无纺毡。然而，其它种类的增强毡也可以在本发明的具体实施方案中使用。与本发明的第一个具体实施方案不同，在这种修复方法中，优选将增强毡在施用前用沥青饱和。将增强毡(38)固定于在裂缝一侧的铺砌表面的第一表面部分(34)，但并不固定于在裂缝的对侧的铺砌表面的第二表面部分(36)。然后，将一层铺砌材料(20)施用到增强毡上。把增强毡只固定于在裂缝的一侧的铺砌表面，由于保留了增强毡(38)与铺砌表面的第二表面部分(36)之间的滑动面而减少了反射开裂的发生。滑动面允许在裂缝周围的铺砌表面经过一段时间有一些运动，而这样的运动并不会被反射到新施用的铺砌材料层上而在铺砌材料中产生裂缝。
增强毡可以用任一种合适的方法固定于在裂缝的一侧的铺砌表面。在一个具体实施方案中(如图2所示)，将粘合剂(40)涂布到邻近裂缝(32)的铺砌表面的第一表面部分(34)，并将增强毡(38)粘结到粘合剂上。任一种合适的粘合剂都可使用，如熔融沥青或聚合物粘合剂。在另一具体实施方案中(未示出)，将粘合剂涂布到增强毡上，然后将有粘合剂的增强毡施用到铺砌表面上。在另一个具体实施方案中(未示出)，通过给增强毡涂布压敏胶并相对于铺砌表面挤压增强毡而将增强毡固定到铺砌表面上。在进一步的具体实施方案中(未示出)，通过将自活化胶涂布到增强毡上并按活化粘合剂的方式将增强毡施用到铺砌表面上，从而将增强毡固定到铺砌表面。例如，自活化胶可以是当一层加热的铺砌材料施用到增强毡上时活化的热活化胶。另外，增强毡也可以包含其它种已知的粘结到裂缝的单一侧的材料。
本发明的原理与操作方式都已在其优选的具体实施方案中进行了描述。然而，应注意的是，本发明可以不同于具体例举和描述的方式，不偏离其范围而实施。例如，尽管本发明方法已就增强一个新的或更新的铺砌表面和修复铺砌表面中的裂缝加以例举，然而本方法也可以用于修复铺砌表面中的其它缺陷如路面凹坑。虽然附图给出了一种特定类型与尺寸的增强毡，然而，其它类型与尺寸的薄毡也可以使用。附图也给出了特定类型与数量的液化沥青和铺砌材料，但是可认识到的是，其它类型与数量也可用在本发明中。

Claims (10)

1.一种使铺砌表面增强与防水的方法，其包括如下步骤：
将一层液化沥青(12)施用在表面(10)上；
通过将非层压增强毡(14)施用到液化沥青上而形成防水层，此增强毡包含由熔点高于320°F，即160℃的矿物纤维和聚合物纤维组成的混合物制备的无纺毡，其中增强毡在施用于液化沥青上之前未经浸渍，且其中液化沥青渗入并浸渍增强毡以形成防水层；和
将一层铺砌材料(20)施用到增强毡上。
2.如权利要求1的方法，其中液化沥青(12)从增强毡(14)的底部(22)渗入顶部(24)。
3.如权利要求1的方法，其中聚合物纤维选自回收纤维、纤维废料和其混合物。
4.如权利要求1的方法，其中纤维包括至少5wt％的尼龙纤维。
5.如权利要求1的方法，其中此方法包括通过把液化沥青(12)施用在一个经过预处理的未铺砌表面上，将增强毡(14)施用到液化沥青和经预处理的未铺砌表面之上，并将铺砌材料(20)施用到增强毡之上而铺砌未铺砌表面。
6.如权利要求1的方法，其中矿物纤维是玻璃纤维。
7.一种修复铺砌表面中的裂缝的方法，其包括如下步骤：
通过将增强毡(38)固定到在裂缝一侧的铺砌表面(30)的第一表面部分(34)且增强毡不固定到在裂缝对侧的铺砌表面(30)的第二表面部分(36)上而将非层压增强毡(38)施用于裂缝(32)上，此增强毡包含由熔点高于320°F，即160℃的矿物纤维和聚合物纤维组成的混合物制备的无纺毡；和
将一层铺砌材料(20)施用到增强毡上。
8.如权利要求7的方法，其中增强毡(38)用如下方法固定到铺砌表面(30)：将粘合剂(40)涂布到邻近裂缝(32)的铺砌表面并将增强毡粘结到粘合剂上。
9.如权利要求7的方法，其中增强毡(38)用压敏胶或热活化胶固定到铺砌表面(30)。
10.如权利要求7的方法，其中增强毡(38)包括选自回收纤维、纤维废料和其混合物的聚合物纤维。
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