(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）５％歪で1500lb/in未満の剛度を有する低剛度ジオテキスタイルと、
ｂ）低剛度ジオテキスタイルの上に配置した粘弾性材料と、
ｃ）粘弾性材料の上に配置した５％歪で4000lb/in以上の剛度を有する高剛度ジオテキスタイルを含む道路補修用応力吸収複合材料。
【請求項２】
低剛度ジオテキスタイルが不織布ジオテキスタイルである請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
低剛度ジオテキスタイルが織布ジオテキスタイルである請求項１に記載の複合材料。
【請求項４】
高剛度ジオテキスタイルが不織布ジオテキスタイルである請求項１に記載の複合材料。
【請求項５】
高剛度ジオテキスタイルが織布ジオテキスタイルである請求項１に記載の複合材料。
【請求項６】
3/16〜3/8インチの範囲の厚さをもつ請求項１に記載の複合材料。
【請求項７】
粘弾性材料がゴムアスファルト膜である請求項１に記載の複合材料。
【請求項８】
ゴムアスファルト膜が、膜の20〜30重量％の範囲の加硫ゴムと、膜の55〜75重量％の範囲のアスファルトと、５〜15％の範囲の充填剤のブレンドである請求項７に記載の複合材料。
【請求項９】
充填剤が消石灰又は炭酸カルシウムである請求項８に記載の複合材料。
【請求項１０】
ゴムアスファルト膜が0.125〜0.375インチの範囲の厚さをもつ請求項７に記載の複合材料。
【請求項１１】
破損してひび割れた道路表面から新規に設けるアスファルトコンクリートのオーバーレイへの伝播ひび割れを遅らせる方法であって、
ａ）低剛度ジオテキスタイルが道路表面に隣接するように請求項１に記載の複合材料を道路表面の上に配置する段階と、
ｂ）複合材料の上にアスファルトコンクリートオーバーレイを設ける段階を含む前記方法。
【請求項１２】
道路表面、低剛度ジオテキスタイル又はその両者にタックコートを塗布することにより道路表面に複合材料を付着する請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
複合材料の高剛度ジオテキスタイルにタックコートを塗布することにより複合材料にアスファルトコンクリートオーバーレイを付着する請求項11に記載の方法。
【請求項１４】
ａ）破損してひび割れた道路表面と、
ｂ）低剛度ジオテキスタイルが道路表面に隣接するように道路表面の上に配置した請求項１に記載の複合材料と、
ｃ）複合材料の上に配置したアスファルトコンクリートオーバーレイを含む補修済み道路。
【請求項１５】
複合材料がタックコートにより道路表面に付着されている請求項14に記載の補修済み道路。
【請求項１６】
アスファルトコンクリートオーバーレイがタックコートにより複合材料に接着されている請求項14に記載の補修済み道路。
【請求項１７】
破損してひび割れた道路表面から新規に設けるアスファルトコンクリートのオーバーレイへの伝播ひび割れを遅らせる方法であって、
ａ）道路表面の上に低剛度ジオテキスタイルを配置する段階と、
ｂ）低剛度ジオテキスタイルの上に粘弾性材料を設ける段階と、
ｃ）粘弾性材料の上に高剛度ジオテキスタイルを配置する段階と、
ｄ）高剛度ジオテキスタイルの上にアスファルトコンクリートを設ける段階を含む前記方法。
【請求項１８】
道路表面、低剛度ジオテキスタイル又はその両者にタックコートを塗布することにより低剛度ジオテキスタイルを道路表面に付着する請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
高剛度ジオテキスタイルにタックコートを塗布することにより高剛度ジオテキスタイルにアスファルトコンクリートオーバーレイを付着する請求項17に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、道路補修用応力吸収複合材料及び破損してひび割れた道路表面を補修するための応力吸収複合材料の使用方法に関する。より特定的には、本発明は舗装オーバーレイの伝播ひび割れ（reflective crackings）を遅らせるのに有用な応力吸収複合材料に関する。
発明の背景
道路表面にオーバーレイを設けることにより、破損してひび割れた道路表面を補修することはよく知られている。しかし、ひび割れた道路のこの補修方法は、オーバーレイに伝播ひび割れが生じ得ることをはじめ、多数の欠点がある。
補修しようとする道路のひび割れ又は目地の上にオーバーレイを設けると、オーバーレイにかかる種々の応力により、オーバーレイが物理的に引裂かれ得る。その結果、舗装のひび割れ又は目地はオーバーレイに伝播し、舗装のひび割れ又は目地の上のオーバーレイにもひび割れが生じる。図１はオーバーレイの伝播ひび割れを示す。
伝播ひび割れはほぼ全種のオーバーレイで生じているが、剛性舗装の上にアスファルトコンクリートオーバーレイを配置する場合に特に多く見られる。アスファルトコンクリートオーバーレイを剛性舗装の上に配置する場合、下部の舗装のひび割れ又は目地が移動すると、オーバーレイに応力がかかり、オーバーレイにかかる応力がオーバーレイの引張強さを越えると、オーバーレイの物理的引裂きを生じ得る。
下部の舗装の移動は、季節の温度変化、毎日の温度変化及び交通荷重などの数種の因子によって生じ得る。例えば、冬季は低温であるため、オーバーレイの下部の舗装は収縮する。一般に、舗装が収縮すると、舗装のひび割れは広がり、舗装に結合したオーバーレイにかかる応力はひび割れ地点で生じる移動に比例する。他方、オーバーレイも低温に応答して収縮する。ひび割れの真上のオーバーレイが収縮すると、オーバーレイに更に応力がかかる。
季節の温度変化に加え、毎日の温度変化もオーバーレイに応力をかける。毎日の温度変化によりオーバーレイに生じる応力は、温度変動がさほど激しくないので季節の温度変化により生じる応力ほど大きくはないが、毎日の温度変化のほうが頻繁に起こる。
オーバーレイの別の応力源は交通荷重であり、伝播ひび割れを早めることになる。
本発明は、オーバーレイを舗装に設ける前にひび割れた舗装の上に配置する応力吸収複合材料を提供する。応力吸収複合材料は、オーバーレイに通常かかる応力の一部を吸収及び散逸させることができる。応力吸収複合材料はオーバーレイにかかる応力を低下させるのに役立つので、本発明の応力吸収複合材料を使用して補修した道路は長持ちし、オーバーレイの伝播ひび割れが遅れる。
発明の要約
本発明は低剛度ジオテキスタイルと、低剛度ジオテキスタイルの上に配置した粘弾性材料と、粘弾性材料の上に配置した高剛度ジオテキスタイルを含む道路補修用応力吸収複合材料を提供する。
本発明は更に、破損してひび割れた道路表面から新規に設けるアスファルトコンクリートのオーバーレイへの伝播ひび割れを遅らせる方法も提供する。該方法は、低剛度ジオテキスタイルと、低剛度ジオテキスタイルの上に配置した粘弾性材料と、粘弾性材料の上に配置した高剛度ジオテキスタイルを含む応力吸収複合材料を、低剛度ジオテキスタイルが道路表面に隣接するように道路表面上に配置する段階と、複合材料の上にアスファルトコンクリートオーバーレイを設ける段階を含む。本発明の好適態様では、タックコートを用いて応力吸収複合材料を道路とオーバーレイに付着する。
本発明は、破損してひび割れた道路表面と、低剛度ジオテキスタイルが道路表面に隣接するように道路表面の上に配置した応力吸収複合材料と、複合材料の上に配置したアスファルトコンクリートオーバーレイを含む補修済み道路も提供する。
【図面の簡単な説明】
図１はオーバーレイの伝播ひび割れを示す。
図２は本発明の応力吸収複合材料を示す。
図３は本発明の応力吸収複合材料を使用して補修した道路を示す。
図４は実施例１の比較試験の結果をグラフで示す。
好適態様の詳細な説明
本発明は道路補修用応力吸収複合材料を提供する。複合材料は低剛度ジオテキスタイルと、粘弾性材料と、高剛度ジオテキスタイルの３つの構成要素をもつ。
本明細書中で使用する「ジオテキスタイル」なる用語は、基礎、土壌、岩石、土又は他の任意の地質工学関連材料と併用される透湿性繊維を意味する。本明細書で使用する「ジオテキスタイル」なる用語は、織布及び不織布を含む「繊維」と互換可能であるとみなすことができる。織布は、糸、繊維、ロービング又はフィラメント等の２組以上の要素の一方が繊維軸に平行になるように、２組を通常は直角に相互に交差させて交錯させることにより製造される平坦な繊維構造である。不織布は、機械的、化学的、熱的又は溶剤手段及びその組み合わせにより繊維を結合するか、絡みあわせるか、又はその両者により製造される平坦でほぼランダムな繊維構造である。
低剛度ジオテキスタイルは、ゴムアスファルトを含有し、タックコートを用いて下部の舗装と結合し、下部の舗装との結合を破壊せずに下部の舗装の水平移動を許容できるように十分大きい歪を下部の舗装のひび割れに許容する任意の低剛度ジオテキスタイルから選択することができる。本明細書で使用する「ひび割れ」なる用語は、非限定的な例としてポットホール等の丸いひび割れ、直線状ひび割れ又は他の形状をもつ他の欠陥などの舗装の欠陥を意味する。応力吸収複合材料で補修しようとするポットホール及び他の道路欠陥に応力吸収複合材料を設ける前に場合によっては充填剤を充填する必要があることに留意すべきである。
低剛度ジオテキスタイルは織布でも不織布でもよい。好ましくは、低剛度ジオテキスタイルは５％歪で1500lb/in未満の剛度をもつ。（ジオテキスタイルの剛度は一般にジオテキスタイルの弾性率とジオテキスタイルの厚さの積として定義される。）ASTM  D4595はジオテキスタイルの弾性率の測定プロトコルを規定している。好適低剛度ジオテキスタイルの非限定的な例としては、不織ポリプロピレン、ポリエステル又は他の型のジオテキスタイルが挙げられる。種々の組成及び剛度のジオテキスタイルが当業者に公知である。好適低剛度ジオテキスタイルの非限定的な例としては、Amoco  Geotextiles  ＆  Fibers  Company,Atlanta  GAの市販品Amoco  4545、4504又は4506、Polyfelt,Americas,Atlanta,GAの市販品Polyfelt  TS  420又はTS  500、Exxon  Corporation,Summerville,SCの市販品Exxon  GTF  125  EX及びExxon  GTF  200が挙げられる。
一般に、ジオテキスタイルは１平方ヤード当たりの重量又は製造業者の提案するジオテキスタイルの用途及び機械的性質に基づいて販売されている。例えば、4oz/yd2不織ジオテキスタイルは恐らく低剛度低弾性率材料であると言えよう。
粘弾性材料は低剛度ジオテキスタイルと高剛度ジオテキスタイルの間に撓み結合を提供し、応力吸収膜中間層（SAMIとしても知られる）として機能し、２種のジオテキスタイル間及びオーバーレイと下部のひび割れた舗装の間の水平移動を許容する。粘弾性材料の機能は、下部の舗装に移動によって生じる歪エネルギーを吸収することである。好適粘弾性材料はゴムアスファルト膜である。
ゴムアスファルト膜はゴムとアスファルトから製造される。種々のゴムとアスファルトの組成が当業者に公知である。ゴムは加硫したものが好適であり、古タイヤが良好なゴム源である。アスファルトに関する有用な参考書は、参考資料として本明細書の一部とする1967年11月、Asphalt  Institute,College,Park,Maryland刊Introduction  to  Asphalt、第６版である。ゴムとアスファルトは一般に約300゜F〜約400゜Fの温度で混合する。ゴムは一般に膜の約20〜約30重量％の範囲で膜に存在し、アスファルトは55％〜約75％の範囲の量で膜に存在する。膜の約５〜約15重量％の範囲の充填剤をゴムアスファルト膜に配合させてもよい。充填剤は通常は不活性固体であり、温度変化に付随する粘性及び弾性の変動を最小限にすることをはじめ、主にゴムとアスファルトの組成に改善された粘弾性を提供するためにゴムとアスファルトに添加する。好適ゴムアスファルト膜はゴム約30％、アスファルト約58％及び充填剤約12％を含み得る。別の好適ゴムアスファルト膜はゴム約25％、アスファルト約75％及び充填剤約５％を含む。好適充填剤の非限定的な例としては消石灰及び炭酸カルシウムが挙げられる。ゴムアスファルトに所望の粘弾性を与える他の充填剤も使用できると考えられる。このような充填剤の例としてはポリマー材料が挙げられる。好ましくは、ゴムアスファルト膜は約2100lb/in3未満の初期剪断移動弾性率をもつ。
ゴムアスファルト膜の初期剪断移動弾性率は次のプロトコルに従って測定することができる。ゴムアスファルト膜の試料を作成し、毎日の温度変動中の舗装移動速度として一般に認められている0.0016in/分の速度で20゜Fで剪断する。剪断強さ対水平移動のプロットを描き、曲線の初期部分の傾き即ち剪断応力／移動を計算し、初期剪断移動弾性率として定義する。
ゴムとアスファルトを混合後、混合物を典型的には約250゜F〜約300゜Fの範囲に冷却してからゴムアスファルト混合物を低剛度ジオテキスタイルに塗布する。好ましくは、低剛度ジオテキスタイルの上のゴムアスファルト層は約0.125〜約0.375inの範囲の厚さをもつ。
ゴムアスファルト膜と独立して又はそれに加えて他の粘弾性材料を使用することも考えられる。例えば、このような粘弾性材料はゴムアスファルト膜に関して上述した特徴をもつポリマーを含み得る。
高剛度ジオテキスタイルも織布でも不織布でもよく、合成でも天然でもよい。好適高剛度ジオテキスタイルとしては織布開放格子ポリプロピレン又はポリエステルジオテキスタイルが挙げられる。典型的には、高剛度ジオテキスタイルは５％歪で＞4000lb/inの剛度をもつ。高剛度ジオテキスタイルは更に、アスファルトコンクリートオーバーレイを上回る剛度即ち強度をもつべきである。適切な高剛度ジオテキスタイルは、ゴムアスファルトを含有でき、タックコートを用いてオーバーレイに完全に結合でき、オーバーレイに高い剛度と補強を提供できることが望ましい。応力値が高くても、高剛度ジオテキスタイルは殆ど歪を生じず、従って、オーバーレイにひび割れを伝播させないことが望ましい。好適高剛度ジオテキスタイルの非限定的な例としてはPolyfelt,Americas,Atlanta,GAの市販品Polyfelt  Bidim  Rock  TT  200/50、Huesker  Incorporated,Charlotte,NCの市販品Huesker  200/100、及びExxon  Corporation,Summerville,SCの市販品Exxon  GTF  1000  Ｔが挙げられる。
応力吸収複合材料は低剛度ジオテキスタイルと、粘弾性材料と、高剛度ジオテキスタイルから製造される。粘弾性材料は低剛度ジオテキスタイルと高剛度ジオテキスタイルの間に配置され、これらのジオテキスタイルを相互に結合するように機能する。粘弾性材料を低剛度ジオテキスタイルの上に配置した後、粘弾性材料の上に高剛度ジオテキスタイルを配置する。図２は低剛度ジオテキスタイルと、粘弾性材料と、高剛度ジオテキスタイルから作成した本発明の応力吸収複合材料を示す。一般に、複合材料は約3/16〜約3/8inの範囲の厚さをもつ。
応力吸収複合材料は破損してひび割れた道路表面を補修するために使用することができる。道路表面の舗装と新規に設けるオーバーレイの間に応力吸収複合材料を使用すると、伝播ひび割れを遅らせるのに役立つ。本発明の１態様では、タックコートを道路表面に塗布し、好ましくは複合材料が道路表面のひび割れを完全に覆うように応力吸収複合材料を道路表面上に配置する。タックコートは複合材料を舗装に付着するように機能する。複合材料は低剛度ジオテキスタイルが道路表面に隣接するように舗装に付着するのが望ましい。次に、タックコートを高剛度ジオテキスタイルの表面に塗布した後、複合材料をオーバーレイで覆う。オーバーレイはこのような目的に当該技術分野で使用される任意の材料であり得るが、コンクリートアスファルトオーバーレイが好適である。低剛度ジオテキスタイルの表面にタックコートを塗布してもよいことも認められる。あるいは、低剛度ジオテキスタイルと高剛度ジオテキスタイルの両方にタックコートを塗布してもよい。換言するならば、応力吸収複合材料は予め製造しておくことができる。配置は、ひび割れた舗装にタックコートを塗布し、ひび割れの上に複合材料を配置することからなる。複合材料とオーバーレイの間にタックコートを設けることは必須ではない。
応力吸収複合材料の一部が補修すべき道路表面のひび割れ又は他の欠陥を越えて延びるように、応力吸収複合材料を欠陥の上に配置してもよい。例えば、幅２インチのひび割れを補修する場合には、幅12インチをもつ応力吸収複合材料を使用することができる。しかし、道路表面全体を覆うように応力吸収複合材料を配置することが望ましいと思われる。例えば、舗装全体を覆うロールとして応力吸収複合材料を配置できる。
タックコートを使用して応力吸収複合材料を古い道路表面とオーバーレイに付着する。一般に、タックコートは液体アスファルトの非常に低密度の利用であり、古い表面とその上の応力吸収複合材料又はオーバーレイの間の結合を確保するために既存の舗装表面に塗布する。タックコートは当業者に周知である。一般には、タックコートは非常に薄い層として塗布し、応力吸収組成物又は舗装オーバーレイを配置しようとする表面全体を均質に覆う。適切なタックコートの非限定的な例としては、乳化アスファルト及びカットバックアスファルトを含む液体アスファルトが挙げられる。
本発明の別の態様では、複合材料の各構成要素を道路表面に逐次設け、補修現場で複合材料を形成してもよい。例えば、タックコートを用いて低剛度ジオテキスタイルを道路に付着する。タックコートは低剛度ジオテキスタイル又は古い道路表面のいずれかにに塗布してもよいし、その両者に塗布してもよい。次に、所望の厚さの粘弾性材料を低剛度ジオテキスタイルの上に設ける。次に高剛度ジオテキスタイルを粘弾性材料に設ける。図３は本発明の応力吸収複合材料を使用して補修した道路の１例を示す。
以下、実施例により本発明の特定態様を説明するが、以下の実施例は請求の範囲を含めた明細書を制限するものではない。
実施例
４種の異なる系を構成し、種々の応力吸収複合材料の破損率を測定するために試験した。全系は、幅約1/4インチのひび割れ又は目地の入ったポートランドセメントコンクリートのひび割れた下層スラブと、約2.5インチのアスファルトコンクリートオーバーレイを含むものとした。第１の系ではひび割れた下層スラブとオーバーレイの間に応力吸収複合材料を配置しなかった。この系は対照として使用した。第２の系では、ひび割れた下層スラブとオーバーレイの間にPro−guard（商標）とよばれる市販の応力吸収複合材料を使用した。Pro−guard（商標）はPillips  Fibers  Corporation,Greenville,S.C.の市販品である。Pro−guard（商標）は２つのジオテキスタイル層の間にアスファルトマスチックをサンドイッチしたものである。Pro−guard（商標）の引張強さは機械方向が300lb/in、ｘ機械方向が165lb/inであり、これは試験速度を12インチ／分とし、１インチの初期グリップ間距離を使用した以外はASTM  Ｄ−882に従って測定することができる。第３の系では、ひび割れた下層スラブとオーバーレイの間に本発明に従って作成した長さ48インチの応力吸収複合材料を配置した（ISAC  48インチ）。長さ48インチの応力吸収複合材料を下層スラブのひび割れの両側に48インチに広げた。第４の態様では、ひび割れた下層スラブとオーバーレイの間に本発明に従って作成した応力吸収複合材料を配置した（ISAC  全長）。この態様では、応力吸収複合材料を下層スラブの全長に広げた。
第３及び第４の態様では、応力吸収複合材料は低剛度ジオテキスタイルとしてAmoco  4545と、高剛度ジオテキスタイルとしてPolyfelt  Bidim  Rock  TT  200/500と、膜全体の約30重量％のゴム、膜全体の約58重量％のアスファルト及び約12％の消石灰充填剤を含むゴムアスファルト膜から構成した。ゴムアスファルト膜の全厚は約3/8インチとした。次に、オーバーレイが破損するまで即ち伝播ひび割れが生じるまで系に種々の反復目地移動を試みた。その結果、本発明の48インチ及び全長応力吸収複合材料の両者は対照及びPro−guard（商標）と呼ばれる市販の応力吸収複合材料よりも遥かに優れた性能を示した。更に、全長応力吸収複合材料は48インチ応力吸収複合材料よりも優れた性能を示した。図４は上記試験の結果をグラフで示す。
【図１】
0003640968.tif 000002
【図２】
0003640968.tif 000003
【図３】
0003640968.tif 000004
【図４】
0003640968.tif 000005