基于其粘附指數選擇粘結劑用于石屑封層工藝的方法

專利名稱：基于其粘附指數選擇粘結劑用于石屑封層工藝的方法
技術領域：
本發明涉及一種鋪路的方法。更特別地，該方法包括基于其粘附指敢 (Adhesive Index)選擇用于石屑封層(chipsealing process)的含瀝青的粘結劑的方法。
背景技術：
熱施用的石屑封層(chipseals)通常用于鋪設或升級路面。然而，常規石 屑封層的 一個缺點在于，隨著時間流逝會發生滲透性集料損失。在克服過多集料損失的嘗試中，已經對集料預涂覆瀝青以增加其在石 屑封層工藝中的粘附性。很多瀝青涂料會完全覆蓋集料材料。預涂覆的一 個缺點在于，如果加入太多瀝青，則集料會粘在一起并形成塊。預涂覆集 料的另一缺點是，由于所需的額外材料而使其昂貴，并且因為處理預涂覆 的集料從而是高成本的。還嘗試了增加集料嵌入粘結劑中的方法。這樣的 一種方法包括施辨i:厚的瀝青層以改善粘附性。這種方法的一個缺點在于這造成額外費用。還將抗剝落劑加入瀝青中，以有助于集料粘附到瀝青上。然而，即使 當使用這些試劑時，集料損失仍然是成問題的。使用抗剝落劑的另一缺點 在于它們是高成本的。一般而言，為了確保最大粘附性，壓實(compact)或碾壓石屑封層的表 面。壓實的一個缺點在于，其是鋪路工藝中的額外步驟，增加了石屑封層 工藝的時間和成本。此外，這需要額外的設備。再者，即使采用預涂覆的 集料、抗剝落劑、較高嵌入的集料以及壓實，仍發生過多的集料損失。為了克服這些缺點，希望一種提供更好集料粘附性的石屑封層道路禱200910152318方法。該方法應提供一種選擇具有良好粘附性的粘結劑用于石屑封層工藝 的方式。發明內容本發明的一個目的是提供一種更好的選擇粘結劑的方法，使得粘結劑 合意地粘附于集料，并且當鋪設表面時沒有損失過多的集料。上述以及其它目的是通過選擇粘結劑用于石屑封層工藝的本發明方法 實現的。該方法包括測量至少一種粘結劑的粘附指數并為石屑封層工藝選 擇具有合意的粘附指數的粘結劑。當從粘結劑與集料接觸后達到最高溫度時粘結劑粘度的logw值的100倍乘以25。C下粘結劑的滲透值(penetration) 的倒數進行計算時，所選擇的粘結劑應具有不大于約3.75的粘附指數。優 選，將所選擇的粘結劑施用到表面上，然后施用集料，如粘結劑的粘附指 數所定義，以形成石屑封層的表面。優選，基本上所有集料都與粘結劑粘 合，而不需要壓實所鋪設的表面。本發明的其它方面、以及隸屬這些方面的優點和新特征，部分將在下 面的說明書中提出，部分對于本領域技術人員而言由于閱讀以下內容而是 明顯的，或者可以從實施本發明中獲悉。通過在所附權利要求中特別指出 的手段和組合可以實現并達到本發明的目標和優點。本發明包括1. 一種選擇粘結劑用于石屑封層工藝的方法，包括提供至少一種粘 結劑；測定所述至少一種粘結劑的粘附指數；和測定所述粘附指數后并基 于所述至少一種粘結劑的所述粘附指數，選擇粘結劑用于所述石屑封層工藝2. 項1的方法，其中，當從所述粘結劑與集料接觸后達到最高溫度時 所述粘結劑粘度(厘泊)的logw值的100倍乘以25。C下所述粘結劑的滲透值 (絲米)的倒數進行計算時，所述選擇的粘結劑的粘附指數不大于約3.75。3. 項l的方法，其中，當從所述粘結劑與集料接觸后達到最高溫度時 所述粘結劑粘度(厘泊)的logu)值的100倍乘以25。C下所述粘結劑的滲透值 (絲米)的倒數進行計算時，所述選擇的粘結劑的粘附指數不大于約3.5。4. 項2的方法，還包括在選擇所述粘結劑用于所述石屑封層的工藝 之前，進行清掃測試以檢驗所述至少 一種粘結劑的粘附性。5. 項2的方法，還包括將所述選擇的粘結劑施用到表面上；和施用 所述粘結劑后將集料施用到所述表面上，以形成石屑封層的表面。6. 項5的方法，其中，所述集料在至少約80。C的溫度下與所述粘結劑接觸。7. 項5的方法，其中，所述集料在至少約95。C的溫度下與所述粘結劑接觸。8. 項5的方法，其中，所述集料在至少約ll(TC的溫度下與所述粘結劑接觸。9. 項5的方法，其中，使用單臺設備將所述粘結劑和所述集料施用到 所述表面上。10. 項9的方法，其中，所述施用粘結劑和集料是基本連續的同步工藝11. 項10的方法，其中，當所述選擇的粘結劑的粘附指數基本上保持 不大于約3.75時，形成至少約1500平方米的石屑封層的表面。12. 項10的方法，其中，當所述選擇的粘結劑的粘附指數基本上保持 不大于約3.75時，形成至少約3000平方米的石屑封層的表面。13. 項10的方法，其中，當所述選擇的粘結劑的粘附指數基本上保持 不大于約3.75時，形成至少約6000平方米的石屑封層的表面。14. 項5的方法，其中，不用碾壓機壓實所述石屑封層的表面。15. 項5的方法，其中，當施用所述粘結劑時的約5秒內將所述集料 分布在所述表面上。16. 項5的方法，其中，當施用所述粘結劑時的約1秒內將所述集料 分布在所述表面上。17. 項5的方法，其中，所述選擇的粘結劑包含瀝青和聚合物。18. 鋪設表面的方法，包括將瀝青粘結劑施用到所述表面上；和當 鋪設所述表面時，將集料以下述方式分布在所述瀝青粘結劑上，使得當從 所述粘結劑與所述集料接觸后達到最高溫度時所述粘結劑粘度(厘泊)的 logu)值的IOO倍乘以25。C下所述粘結劑的滲透值(絲米)的倒數進行計算時， 所述粘結劑的粘附指數基本上保持不大于約3.75。19. 項18的方法，其中，不用碾壓機壓實所述鋪設的表面。20. 項18的方法，其中，當所述粘結劑的粘附指數基本上保持不大于約3.5時，將所述集料分布在所述瀝青粘結劑上。21. 項18的方法，其中，當所述粘結劑的粘附指數基本上保持不大于 約3.25時，將所述集料分布在所述瀝青粘結劑上。22. 項18的方法，其中，至少約80%的所述集料與所述粘結劑粘合。至少約90%的所述集料與所述粘結劑粘合。 在至少約80。C的溫度下，所述集料與所述粘其中 其中，所述表面至少約為1500平方米。 所述表面至少約為3000平方米。 所述表面至少約為6000平方米。 對于整個鋪設工藝，所述粘結劑的粘附指數23. 項18的方法，24. 項18的方法， 結劑接觸。25. 項18的方法，其中，在至少約95。C的溫度下，所述集料與所速粘 結劑接觸。26. 項18的方法，其中，在至少約110。C的溫度下，所述集料與所述 粘結劑接觸。27. 項18的方法，其中28. 項18的方法，其中29. 項18的方法，其中30. 項18的方法，其中 不大于約3.75。31. 項5的方法的產物。32. 項18的方法的產物。33. 鋪設表面的方法，包括將瀝青粘結劑施用到所述表面上；和當 鋪設所述表面時，將集料以下述方式分布在所述瀝青粘結劑上，使得當從 所述粘結劑與所述集料接觸后達到最高溫度時所述粘結劑粘度(厘泊)的 logu)值的100倍乘以25。C下所述粘結劑的滲透值(絲米)的倒數進行計算時， 所述粘結劑的粘附指數基本上保持不大于約3.75，其中，所述集料在至少 約80。C的溫度下與所述粘結劑接觸，所述表面至少約為6000平方米，并且 當施用所述粘結劑時的約5秒內，將所述集料分布在所述表面上。34. 項33的方法，其中，當所述粘結劑的粘附指數基本上保持不大于 約3.5時，將所述集料分布在所述瀝青粘結劑上。35. 項33的方法，其中，當所述粘結劑的粘附指數基本上保持不大于 約3.25時，將所述集料分布在所述瀝青粘結劑上。附圖簡述

圖1是表示瀝青粘結劑粘度的對數和集料的清掃測試(Sweep Test)物料 損失之間的關系圖；圖2是表示瀝青粘結劑粘度的對數和集料的清掃測試物料損失之間的 關系圖；圖3是表示四種不同瀝青樣品(從很軟到很硬，每種處于不同的可能 (potential)集料施用溫度)的粘度和在這些特定溫度下的集料清掃測試物料 損失的關系圖；圖4是表示多種不同瀝青粘結劑的粘附指數與施用到相應粘結劑的集 料的清掃測試物料損失之間的關系圖；和圖5是表示熱瀝青當其被施用在表面上后冷卻時隨著時間的熱損失圖。
具體實施方式
本發明方法涉及選擇適于石屑封層工藝的粘結劑。該方法包括確定至 少一種粘結劑在一個溫度下的粘附指數，優選確定多種粘結劑在多個溫度 下的粘附指數。粘附指數(AI)定義為粘結劑在與集料接觸后達到最高溫度下的流變性 質乘以該粘結劑在比較接近其在所施用表面上使用時(in-service)溫度的溫 度下的流變性質。測量的粘結劑的流變性質應該隨著該粘結劑變得更硬而 有所增加。如果所選擇的流變性質隨著該粘結劑變得更硬而降低，則計算 粘結劑的粘附指數時應該使用該流變性質的倒數。可以采用所測量的流變 性質的對數，以達到更線性的關系。所述粘附指數是沒有單位的數，提供 一種預測該粘結劑粘附性質的指標。優選，使用粘度和滲透值測量來計算粘結劑的粘附指數。最優選，粘 結劑的粘附指數是該粘結劑在與集料接觸后達到最高溫度下的粘度(厘泊 (cPs))的1og,。值乘以粘結劑滲透值(絲米(dmm))的倒數，并且所得數值乘以 100。更特別地，最優選根據以下等式計算粘結劑的粘附指數AI= logl。(在集料接觸后粘結劑的最高溫度下的粘度(cPs))x(l /25。C下 的滲透值(dmm))x 100使用粘結劑滲透值的倒數，以使得該流變性質隨著所測試的粘結劑的 石更度i曾力口而^曾力口。一般而言，施用熱粘結劑，并且一旦其施用到表面上則其溫度降低，并且由于集料施用，所以其溫度繼續降低。然而，如果使用熱集料，則粘 結劑的溫度可能會在集料施用后增加幾秒鐘。粘結劑的粘附指數隨著其溫度而變化。為了確定粘結劑在不同溫度下 的粘附指數，在不同溫度下測量其粘度。也測量比較接近其使用時溫度的 瀝青粘結劑的滲透。可以在粘結劑的軟化點以下且在粘結劑的玻璃轉變溫 度以上的任何溫度下測量滲透值，認為這些溫度接近使用時溫度。該溫度一般為約-30和50。C之間。優選，在約15-35。C的溫度下測量滲透值。更優 選，在約25-30。C的溫度下進行測量。最優選，根據ASTM D5測量瀝青的 滲透。本發明范圍內預期和包括可以測量其它流變性質(即，剪切模量、熔融 指數、韌性、動態剪切模量)，以確定粘結劑的粘附指數。計算了測試的粘結劑的粘附指數后，基于其粘附指數選擇粘結劑用于 石屑封層工藝。當根據本發明最優選的方法計算以粘附施用其上的約80% 的集料時，所選擇的粘結劑應具有不超過約3.75的粘附指數。當如上定義 進行測量時，優選所選擇的粘結劑具有不超過約3.5的粘附指數。當如上定 義進行測量時，最優選所選擇的粘結劑具有不超過約3.25的粘附指數。很 多情況下，所選#^的粘結劑包含加入瀝青中的聚合物、改性劑和/或油 理 想的粘結劑要具有低的粘附指數，同時具有足夠高的模量以承受交通下的古、、曰 向/皿。將所選擇的粘結劑施用到表面上，然后將集料施用到該粘結劑上。優 選使用單個車輛(single vehicle)施用粘結劑和集料，這可以更精確控制施用 瀝青和集料之間的時間。優選以連續工藝施用它們。優選在粘結劑的10秒 內施用集料。更優選在粘結劑的5秒內施用集料。最優選在粘結劑的1秒 內施用集料。這縮短了粘結劑進行冷卻的時間，因此保持粘結劑的粘附指 數值較低。優選當粘結劑具有至少約80。C的溫度時施用集料。更優選當粘 結劑具有至少約95 °C的溫度時施用集料。最優選當粘結劑具有至少約110°C 的溫度時施用集料。或者，可以施用較冷的粘結劑，然后施用熱集料，以 至于將粘結劑的溫度升高到至少約80°C，優選至少約95。C，最優選至少約 110。C。然而，單獨設備本身不能保證可接受的粘附指數。表1表示根據本發 明最優選方法計算的三種不同的市售購得的熱施用的石屑封層粘結劑在不同施用溫度下的粘附指數。該表所示的兩個例子代表使用多臺設備的典型施用時間，即，施用粘結劑后約15或30秒再施用集料。當使用多臺設備, 由于設備后勤和安全關系，不太常見的是施用粘結劑后10秒內再施用集料， 如表l中最后例子那樣。使用15(TC的貯存溫度。2(TC的直接溫度損失用于 最初的噴灑，然后是之后傳遞到基底的標準焓損失。表1粘附指數 (根據本發明最優選的方法計算)集料施用時間AC溫度AC-15PAC-15XPAC15-5TR30秒60 °C3.95.07.815秒75 °C3.54.67.010秒95 °C2.93.85.9表2表示利用同步工藝(synchronous process)通過單臺設備施用的^種石屑封層粘結劑樣品的粘附指數。表2同步工藝 1秒施用(根據本發明J粘附指數 良優選的方法計算)AC溫度AC匿15PAC畫15XPAC15曙5TR130°C2.12.84.5雖然表2中所示的粘附指數值比表1中所示的大部分值更合意，但所 有同步工藝的粘附指數值都不符合本發明的標準。在集料施用時較高的粘 結劑溫度對粘結劑的粘附指數有積極影響，但其不足以使不合意的粘結劑 成為可接受的。單獨增加粘結劑溫度不是改善粘結劑/集料粘附性的解決辦 法。表1和2說明，粘結劑配方和施用條件對于提供具有合意粘附指數的 粘結劑都起到重要作用。如表1和2所示，AC-15P提供最好的粘附指數數 值。同時，這些表中的數據表明，AC15-5TR永遠不會符合本發明的粘附指 數標準。通過使用本發明方法以配制合意的粘結劑并確定可接受的集料施 用時間，可以產生很好的石屑封層的道路。優選，在本發明的石屑封層工藝中不必壓實集料和粘結劑，因為不用壓實步驟即有合意的粘附性。希望在石屑封層所選表面之前在實驗裝置中 觀J試所選擇的粘結劑與集料的粘附性。優選使用清掃測試來測量熱施用的含瀝青的粘結劑和集料之間的結合 力。隨著結合強度增加，清掃測試的物料損失將降低。可以認為，本發明的重要性在于由清掃測試確定的粘附破壞率(adhesive failure rate)。在該測試 中，石屑封層樣本受到物理性磨損。更特別地，將恒定力施加在石屑封層 的表面上，以努力移去集料。該清掃測試在粘結劑的軟化點以下并且玻璃 轉變溫度以上進行。該溫度通常為約-30。C ~ 50°C。優選該清掃測試在約 15-35。C的溫度下進行。更優選在約25-30。C的溫度下進行。最優選該清掃測 試在測量滲透的溫度下或接近測量滲透的溫度下進行。單獨的粘度并不必然地是粘附或清掃測試物料損失的適當預報者，如 圖1-3所示。圖l表示特定粘結劑在不同可能的集料施用溫度下粘度和清掃 測試物料損失之間的關系。圖2表示不同的粘結劑同樣的關系，但表現出 粘度和清掃測試物料損失之間沒有相關性。圖1表示隨著粘度增加，結合 力減弱，由較高的清掃測試物料損失而顯示，但對于圖2中所測試的粘結 劑則不存在該關系。因此，圖l和2表明，在集料施用時刻瀝青的粘度不 能單獨地用作粘附性的清楚指示者。圖3表示四種瀝青樣品(從很軟到很硬，每種在不同溫度下)與圖l和2 中所繪制的相同的關系。雖然這四種粘結劑中的三種在施用集料時的不同 溫度下的瀝青粘度和清掃測試物料損失之間表現出 一致的關系，但在所述 不同的粘結劑之間，粘度和清掃測試物料損失之間沒有可預測的關系。這 再次表明，在集料施用時刻瀝青的粘度不是粘附性質的清楚指示者。相反，粘結劑的粘附指數表現出與用粘結劑石屑封層的表面的清掃測 試物料損失的強相關性。從圖4可見，對于四種來源的瀝青(從很軟到很硬， 分別在不同溫度下)，根據本發明最優選的方法計算粘附指數。該數據表明， 粘結劑的粘附指數在預測清掃測試物料損失中的精確度高，在圖4的圖形 中通過112為0.96得以說明。圖4表現出多種不同類型的瀝青的粘附指數和 清掃測試物料損失之間的直接聯系。在石屑封層工藝中，熱瀝青粘結劑以很高速率冷卻，施用后最初10秒 內發生大部分熱損失，從圖5中可見。這是為什么粘結劑的粘附指數受到 施用粘結劑時和施用集料時之間時間期間(time period)的明顯影響。不過，如以上所討論的，粘結劑溫度單獨不足以使不合意的粘結劑成為可接受的。 根據本發明最優選的方法計算時，當粘結劑的粘附指數保持不大于約3.75時，應該鋪設至少約1500平方米。根據本發明最優選的方法計算時， 當粘結劑的粘附指數保持不大于約3.75時，優選鋪設至少約3000平方米。 根據本發明最優選的方法計算時，當粘結劑的粘附指數保持不大于約3.75 時，更優選鋪設至少約6000平方米。最優選對于整個鋪設工藝而言所述粘 結劑的粘附指數保持不大于約3.75。當按照本發明工藝進行時，基本上所 有集料應該與粘結劑粘合。優選至少約80%的集料與粘結劑粘合。最優逸 至少約90%的集料與粘結劑粘合。使用本發明的選擇粘結劑的方法，使用非必要的高瀝青嵌入水平、預 涂覆的集料、抗剝離劑和/或壓實對于確保集料粘附不是必須的。而且，本 發明提供一種監控和調節現場工藝質量的方式。不過，即使當使用高嵌入 水平、預涂覆的集料、抗剝離劑或壓實，也可以使用本發明的方法。從上述內容可以看到，本發明非常適合達到以上提出的所有目的和目 標，以及本發明顯而易見的和固有的其它優點。由于在不超出本發明范圍情況下本發明可包括很多可能的實施方式， 因此可以理解文中提出的或附圖所示的所有內容均為解釋目的，而非限制 性的。文中討論的實施例絕非意圖限制本發明的范圍。雖然顯示并討論了具體的實施方式，但顯然可以進行各種不同改進， 并且本發明并非限于文中描述的各部件和步驟的具體形式或排列，除了這 樣的限制包含在以下權利要求的范圍內。而且，可以理解某些特征和亞組 合是有用的，可以不必參考其它特征和亞組合進行使用。這是預期的并且 在權利要求范圍內。
權利要求
1.鋪設表面的方法，包括將瀝青粘結劑施用到所述表面上；和當鋪設所述表面時，將集料以下述方式分布在所述瀝青粘結劑上，使得當從所述粘結劑與所述集料接觸后達到最高溫度時所述粘結劑以厘泊為單位的粘度的log10值的100倍乘以25℃下所述粘結劑的以絲米為單位的滲透值的倒數進行計算時，所述粘結劑的粘附指數基本上保持不大于3.75。
2. 權利要求l的方法，其中，不用碾壓機壓實所述鋪設的表面。
3. 權利要求l的方法，其中，當所述粘結劑的粘附指數基本上保持不 大于3.5時，將所述集料分布在所述瀝青粘結劑上。 -
4. 權利要求l的方法，其中，當所述粘結劑的粘附指數基本上保持不 大于3.25時，將所述集料分布在所述瀝青粘結劑上。
5. 權利要求1的方法，其中，至少80%的所述集料與所述粘結劑粘合。
6. 權利要求1的方法，其中，至少卯％的所述集料與所述粘結劑粘合。
7. 權利要求l的方法，其中，在至少8(TC的溫度下，所述集料與所述 粘結劑接觸。
8. 權利要求l的方法，其中，在至少95。C的溫度下，所述集料與所述 粘結劑接觸。
9. 權利要求1的方法，其中，在至少ll(TC的溫度下，所述集料與所 述粘結劑接觸。
10. 權利要求l的方法，其中，所述表面至少為1500平方米。
11. 權利要求l的方法，其中，所述表面至少為3000平方米。
12. 權利要求l的方法，其中，所述表面至少為6000平方米。
13. 權利要求1的方法，其中，對于整個鋪設工藝，所述粘結劑的粘 附指數不大于3.75。
14. 權利要求1的方法的產物。
15. 鋪設表面的方法，包括 將瀝青粘結劑施用到所述表面上；和當鋪設所述表面時，將集料以下述方式分布在所述瀝青粘結劑上，使 得當從所述粘結劑與所述集料接觸后達到最高溫度時所述粘結劑以厘泊為單位的粘度的log1Q值的100倍乘以25 °C下所述粘結劑的以絲米為單位的滲 透值的倒數進行計算時，所述粘結劑的粘附指數基本上保持不大于3.75，其中，所述集料在至少80。C的溫度下與所述粘結劑接觸，所述表面至 少為6000平方米，并且當施用所述粘結劑時的5秒內，將所述集料分布在 所述表面上。
16. 權利要求15的方法，其中，當所述粘結劑的粘附指數基本上保持 不大于3.5時，將所述集料分布在所述瀝青粘結劑上。
17. 權利要求15的方法，其中，當所述粘結劑的粘附指數基本上保持 不大于3.25時，將所述集料分布在所述瀝青粘結劑上。
全文摘要
本發明提供一種選擇用于石屑封層工藝的粘結劑的方法。該方法包括測定至少一種粘結劑的粘附指數，并選擇具有合意粘附指數的粘結劑用于石屑封層的工藝。當根據本發明最優選的方法計算時，所選擇的粘結劑應該具有不大于約3.75的粘附指數。優選，將所選擇的粘結劑施用到表面上，然后在由該粘合劑的粘附指數定義的時間參數內施用集料，以形成石屑封層的表面。優選，基本上所有集料都與該粘結劑粘合，不需要壓實所鋪設的表面。
文檔編號E01C7/35GK101597879SQ200910152318
公開日2009年12月9日 申請日期2005年8月25日 優先權日2004年8月25日
發明者詹姆斯·巴納特 申請人:西姆材料公司