КОМПОЗИТ ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ АСФАЛЬТОВОГО ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
COMPOSITE MATERIAL TO REINFORCE ASPHALT ROAD CARPET AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к материалам армирования для ремонтов дорожного покрытия.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известны различные способы и композиты для армирования асфальтовых дорог и поверхностных слоев. Некоторые из них описывают стекловолоконные сетки, пропитанные смолами. Для ремонта старого дорожного покрытия асфальтовую подгрунтовку, как правило, наносят со стекловолоконными сетками в соответствии со строительными нормативами. Подгрунтовку наносят в виде жидкости (например, в виде эмульсии или в виде горячего вяжущего асфальтоцемента посредством распыления),которая впоследствии превращается из жидкости в твердое вещество. Подгрунтовку наносят на установленную сетку с клейким покрытием на обратной стороне сетки, которая используется как вспомогательное средство для крепления нового асфальтового дорожного покрытия, к существующей поверхности дорожного покрытия. Для того чтобы установить стекловолоконные сетки без клейкого покрытия на обратной стороне сетки, подгрунтовку сначала наносят на существующее дорожное покрытие. Перед тем как подгрунтовка полностью затвердеет, сетку укладывают на подгрунтовку. По мере дальнейшего отверждения подгрунтовки она фиксирует сетку на лежащем в основании дорожном покрытии. Подгрунтовка частично растворяется и объединяется с пропиточной смолой в сетке, когда горячий асфальтобетон укладывают поверх сетки. Подгрунтовки обладают несколькими крайне желательными свойствами для использования с подобными армированиями. В частности, они являются полностью совместимыми с асфальтобетоном или асфальтоцементом, используемыми в качестве поверхностных слоев, а их жидкая природа заставляет их затекать в и сглаживать неровные поверхности дорожного покрытия.
С другой стороны, подгрунтовки представляют некоторые трудности. Подгрунтовки высокочувствительны к окружающим условиям, особенно температуре и влажности. Данные условия могут оказывать влияние на температуру отверждения эмульсионных подгрунтовок, а в суровых условиях они могут предотвращать отверждение. В менее суровых обстоятельствах асфальтоукладочное оборудование поверхностного слоя должно ожидать, пока подгрунтовка затвердеет, вызывая ненужные задержки. Например, подгрунтовки являются в нормальных условиях эмульсиями асфальта в воде, зачастую стабилизированными поверхностно-активным веществом. Для проявления их возможностей эмульсия должна быть расслоена и вода удалена, для того чтобы уложить пленку асфальта. Процессом удаления воды является, главным образом, испарение, управляемое временем, температурой и влажностью окружающей среды. Часто условия окружающей среды являются неблагоприятными, это приводит к неэффективной клейкости или неприемлемой задержке.
JP 05-315732 описывает асфальтовую пленку, которую можно применять вместо распыляемой эмульсионной подгрунтовки. Асфальтовую пленку укладывают на слой основания, и нагретый асфальтовый материал укладывают поверх пленки. Пленку формируют путем прикрепления асфальтовой эмульсии к обеим сторонам сеткообразного тела и ее затвердения. Нижний слой основания, включающий гравий, песок, и т.д. и верхний слой основания из щебня помещают на подстилающий слой и уплотняют. Пленку помещают на верхний слой основания, а разогретый асфальтовый материал укладывают на пленку. Дополнительные слои пленки и асфальтового материала повторно укладывают на асфальтовый слой. Пленку размягчают и плавят в одну массу путем нагревания асфальтового материала.
Соответственно, остается желательным улучшить промежуточный слой между слоями дорожного покрытия.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно изобретению, композит для армирования асфальтового дорожного покрытия включает открытую сетку, имеющую, по меньшей мере, два набора параллельных прядей, каждый набор прядей имеет зазоры между смежными прядями, и наборы ориентированы под значительным углом друг к другу, при этом покрытие располагают над сеткой, не закрывая зазоры между прядями, покрытие активируют при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия, с образованием связи, совместимой с асфальтовым покрытием, покрытие не является клейким при нормальных температуре и давлении, и при этом покрытие включает приблизительно 50% или более смолистого неасфальтового компонента и приблизительно 50% или менее асфальтового компонента.
Согласно вариантам осуществления изобретения предусматривается способ армирования дорожного покрытия, в котором второй слой дорожного покрытия помещен поверх первого слоя дорожного покрытия. Предусматривается открытая сетка, включающая, по меньшей мере, два набора существенно параллельных прядей, при этом каждый набор прядей имеет зазоры между смежными прядями, и наборы ориентированы под значительным углом друг к другу. Покрытие располагают над сеткой, не закрывая зазоры между прядями. Покрытие активируют при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия, чтобы способствовать проявлению пластического течения и образованию связи, совместимой с асфальтовым покрытием. Покрытие не является клейким при нормальных температуре и давлении. Покрытие включает приблизительно 50% или более смолистого неасфальтового компонента и приблизительно 50% или менее асфальтового компонента. Сетку непрерывно разворачивают над первым слоем дорожного покрытия, одновременно поддерживая соответствующие пряди сетки в существенно параллельной ориентации. Покрытие активируют наложением второго слоя дорожного покрытия поверх первого слоя дорожного покрытия. Второй слой дорожного покрытия проходит через зазоры в сетке таким образом, что зазоры обеспечивают важный и существенный прямой контакт между первым и вторым слоями дорожного покрытия. Активация вызывает пластическое течение указанного покрытия с улучшением межслоевой связи между указанными первым и вторым слоями дорожного покрытия.
Предложен также способ изготовления армирования для асфальтового дорожного покрытия, включающий использование открытой сетки, включающей, по меньшей мере, два набора параллельных прядей непрерывных нитевых волокон. Сетка имеет зазоры между смежными прядями, и два набора существенно перпендикулярны друг другу. Пряди сетки пропитывают связующей смолой. На пропитанную смолой сетку накладывают покрытие. Покрытие включает термопластичную смолу, которая проявляет пластическое течение при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия.
Способ уменьшения трещинообразования в дорожном покрытии включает наложение асфальтового связующего слоя, имеющего толщину, по меньшей мере, 0,75 дюйма (19 мм), на существующую поверхность дороги. Сетку накладывают на асфальтовый связующий слой. Сетка имеет, по меньшей мере, два набора существенно параллельных прядей, при этом каждый набор прядей имеет зазоры между смежными прядями, и наборы ориентированы под значительным углом друг к другу. Покрытие располагают над сеткой, не закрывая зазоры между прядями. Покрытие активируется при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия, с образованием связи, совместимой с асфальтовым дорожным покрытием. Покрытие включает термопластичную смолу, которая пластически течет при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия, но не проявляет клейкости при нормальных температуре и давлении. Покрытие включает неасфальтовый материал или материал, содержащий большую или преобладающую часть смолистого неасфальтового компонента и приблизительно 50% или менее асфальтового компонента. Асфальтовый поверхностный слой наносят на сетку, слой асфальтового связующего и указанную существующую поверхность дороги. Асфальтовый поверхностный слой имеет толщину приблизительно 1,5 дюйма (40 мм). Термопластичная смола пластически течет с улучшением межслоевой связи между указанным слоем асфальтового связующего и асфальтового поверхностного слоя. Прочность на сдвиг шайбы размером четыре дюйма, включающей сетку, асфальтовый связующий слой и асфальтовый поверхностный слой, составляет, по меньшей мере, 1 кН.
Согласно варианту осуществления, композит включает первую и вторую нетканые полимерные подложки. Слой армирующих волокон прокладывают между неткаными полимерными подложками. Клей соединяет слой армирующих волокон с неткаными подложками. Клей активируется при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия, с образованием связи, совместимой с асфальтовым дорожным покрытием, при этом указанный клей включает 50-99% латексной ПВХ эмульсии.
Согласно варианту осуществления изобретения, способ образования армирующего композита включает стадии: покрытия слоя армирующих волокон клеем, содержащим 50-99 мас.% латексной ПВХ эмульсии; и наслаивания слоя армирующих волокон на первую и вторую нетканые полимерные подложки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления данного изобретения, а также другую информацию, имеющую отношение к раскрытию изобретения, где:
На фиг.1 изображен вид сбоку частичного поперечного сечения, заново уложенного участка дорожного покрытия согласно одному примеру;
На фиг.2 изображено подробное поперечное сечение одного из вариантов осуществления клейкой пленки, изображенной на фиг.1;
На фиг.3 изображено поперечное сечение первой клейкой пленки - армирующего композитного материала, включающего клейкую пленку, изображенную на фиг.2.
На фиг.4 изображено поперечное сечение варианта клейкой пленки - армирующего композитного материала, показанного на фиг.3.
На фиг.5 изображено поперечное сечение другого варианта клейкой пленки - армирующего композитного материала, показанного на фиг.3.
На фиг.6 изображен вид сбоку частичного поперечного сечения отремонтированного участка асфальтового дорожного покрытия, включающего клейкую пленку - армирующий композитный материал, показанные на любой из фиг.3-5.
На фиг.7 изображено поперечное сечение пряди армирующего материала, применяемого в одном варианте осуществления клейкой пленки - армирующих композитных материалов по фиг.3-5.
На фиг.8 изображено поперечное сечение пряди, изображенной на фиг.7, после пропитывания пряди смолой.
На фиг.9 изображен вид сверху армирующей сетки, включающей пряди, изображенные на фиг.8.
На фиг.10 изображена увеличенная деталь пересечения в сетке, изображенной на фиг.9.
На фиг.11 изображена характеристика сдвига для материала, изображенного на фиг.2.
На фиг.12 изображен вид поперечного сечения другого варианта осуществления армирования.
На фиг.13 изображен вид поперечного сечения разновидности варианта осуществления, изображенного на фиг.12.
На фиг.14 изображена схема прибора для получения продукта, изображенного на фиг.12.
На фиг.15 изображено поперечное сечение участка дорожного покрытия, отремонтированного с армированием по фиг.12 или 13.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное описание примерных вариантов осуществления предназначено для прочтения совместно с прилагаемым графическим материалом, который должен рассматриваться как часть целого написанного описания. В описании соответствующие выражения, такие как «нижний», «верхний», «горизонтальный», «вертикальный», «сверху», «снизу», «вверх», «вниз», «верх» и «низ» а также их производные (т.е. «горизонтально», «внизу», «вверху» и т.д.) следует истолковывать как относящиеся к ориентации, как затем описано, или как показано на графическом материале при обсуждении. Эти относительные выражения используются для удобства описания и не требуют, чтобы прибор был сконструирован или работал в конкретной ориентации. Выражения касательно соединений, сцепления и подобного, такие как «соединенный», «взаимосоединенный» относятся к взаимосвязям, где структуры закреплены или прикреплены одна к другой как непосредственно, так и опосредовано через промежуточные структуры, а также подвижным или жестким соединениям или взаимосвязям, если специально не описано другое.
Ниже примеры описывают самоклеящуюся клейкую пленку для асфальтового дорожного покрытия, процессы для изготовления пленки, и способы формирования дорожного покрытия, в которой второй слой дорожного покрытия размещают сверху первого слоя дорожного покрытия. Далее приведены определения следующих выражений, используемых в данном описании:
Внешняя среда: условия внешней окружающей среды, такие как давление, температура и относительная влажность.
Прядь: скрученная или нескрученная связка или сборка непрерывных элементарных нитей, применяемая как единица, включающая волокнистые ленты, носки, кордные нити, нить и подобное. Иногда единичное волокно или элементарную нить также называется прядью.
Смолистый: из или относящийся к твердому веществу, или псевдотвердому веществу органический материал, обычно с высоким молекулярным весом, который проявляет тенденцию к течению, когда подвержен напряжению или температуре. В его термопластичной форме он обычно имеет диапазон размягчения или расплава. Большинство смол являются полимерами.
Слова «дорожные покрытия», «дороги», «дорожные полотна» и «поверхности» применяются в данном описании широком смысле, и включают аэропорты, тротуары, подъездные дороги, автостоянки и все другие подобные вымощенные поверхности.
На фиг.1 изображен пример участка дорожного покрытия 150. Во время эксплуатации и ремонта дорожного покрытия 150 асфальтовый связывающий слой 135 накладывают сверху существующего старого дорожного покрытия 130, которым может быть бетон, асфальт или их смесь. Старое дорожное покрытие 130 типично текстурируют, или размалывают, абразивным валиком (не показан), который обеспечивает хорошую поверхность сцепления для связывающего слоя 135. Изготовленная заранее смолистая или пропитанная смолой пленка 100 помещается на связывающий слой 135 и усиливает сцепление с поверхностным слоем 140. Это обеспечивает межслоевое сцепление в структуре многослойного дорожного покрытия, которое является желательным для уменьшения распространения напряжения, которое приложено к поверхностному слою, например, автомобильным потоком.
Клейкая пленка 100 имеет первую и вторую главные поверхности. Материал клейкой пленки 100 на ее первой и второй главных поверхностях является материалом, который является неасфальтовой смолой, или имеет композицию, включающую приблизительно 50% или более смолы и приблизительно 50% или менее асфальтового материала. Предпочтительно, материал на поверхности клейкой пленки состоит из не более 25% асфальтового материала, и более предпочтительно материал на поверхности клейкой пленки состоит из не более чем 20% асфальтового материала. В некоторых вариантах осуществления, клейкая пленка 100 включает подложку носителя со смолистым, неасфальтовым материалом, нанесенный на ее первую и вторую главные поверхности, или материал, включающий приблизительно 50% или более смолистого, неасфальтового материала и приблизительно 50% или менее асфальтового материала, нанесенный на ее первую и вторую главные поверхности. В других вариантах осуществления вся клейкая пленка 100 состоит в целом из или состоит из смолистого, неасфальтового материала; или вся клейкая пленка 100 состоит в целом из или состоит из материала, который включает значительную часть или большую часть смолистого, неасфальтового материала и ненулевую меньшую часть асфальтового материала.
В некоторых вариантах осуществления клейкая пленка 100 является подходящей для применения в качестве заменителя для асфальтовой эмульсии, которую применяют как связывающее средство между слоями дорожного покрытия 135 и 140. Клейкая пленка 100 усиливает межслоевое сцепление при строительстве асфальтовой дороги.
В связи с тем, что клейкая пленка 100 является изготовленным заранее продуктом, она позволяет монтажнику контролировать скорость внесения и толщину клейкого слоя. Операции распыления и отверждения (которые выполняют in situ, если применяли асфальтовую эмульсию) могут быть исключены, в случае если применяется клейкая пленка 100. Клейкая пленка 100 ускоряет дорожное строительство путем исключения данных стадий на месте работы. Клейкая пленка 100 может обеспечивать толщину и характеристики сдвига и усталости, которые являются равными, или лучше чем полученные с асфальтовой эмульсией.
На фиг.2 изображен первый пример клейкой пленки, которой может быть композитная пленка 100. В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг.1 и 2, тонкая полимерная пленка 110 уложена поверх слоя основания 135, и функционирует в качестве носителя для равномерно распространенной смолы 120 (или материала, включающего приблизительно 50% или более полимерной смолы и приблизительно 50% или менее асфальтового материала) композитной клейкой пленки 100. Смола 120 (или композиция смолы и асфальтового материала) тщательно покрывает обе стороны пленки носителя 110 посредством процесса покрытия для формирования клейкой композитной пленки 100. Покрытие с гладкой, неклейкой природой поверхности обеспечивает удобство в обращении на строительной площадке.
Иллюстративный процесс создания композитной клейкой пленки 100 является следующим. Первая стадия включает укладывание тонкой смолистой или пропитанной смолой полимерной пленки в качестве пленки носителя 110. Затем тонкую пленку 110 покрывают полимерной смолой 120 (или композицией смолы и асфальтового материала), например, погружением пленки в смолу или композицию смолы и асфальтового материала. Затем покрытую пленку 100 высушивают. Клей 122 (такой, как чувствительный к давлению клей) может быть нанесен на обратную сторону (нижняя сторона после установки) покрытой пленки. Затем клей 122 высушивают. Клей 122 удерживает пленку на месте, пока наносят располагающийся выше поверхностный слой 140.
Полимерная смола 120 (или композиция смолы и асфальтового материала) может иметь коэффициент теплового расширения (СТЕ), схожий с таковым для асфальта 140. Предпочтительно полимерная смола (или композиция смолы и асфальтового материала) имеет стабильность большую, чем у асфальта 140 и 135, с более высокой жесткостью в широком температурном диапазоне. Композитная клейкая пленка 100 является более вязкоупругой, чем пленка на основе асфальта. После высушивания композитная пленка 100 имеет гладкую неклейкую поверхность. В работе, когда горячую смесь асфальтовой смеси поверхностного слоя 140 наносят на клейкую композитную пленку 100, полимерную смолу 120 (или покрывающую композицию смолы и асфальтового материала) активируют для обеспечения силы сцепления, и соединение между слоями дорожного покрытия 135, 140 усиливают посредством клейкой композитной пленки 100.
В случае, когда в дорожном строительстве применяли асфальтовую распыляемую эмульсию, монтажник должен был попытаться сделать покрытие из асфальтовой эмульсии соответственно тонким и равномерным для оптимальных эксплуатационных качеств. Применение клейкой пленки 100, как описано в данном описании, обеспечивает заранее определенную толщину. Равномерность покрытия 120 можно контролировать. Толщина покрытия 120 может быть оптимизирована к толщине, эквивалентной оптимальной скорости внесения клейкого покрытия асфальтовой эмульсии.
Клейкая пленка 100 исключает стадии in situ распыления и отверждения асфальтовой эмульсии. Можно уменьшить как время, так и стоимость трудозатрат для строительных объектов дорожного покрытия. Дополнительно, по причине того, что исключают стадию in situ отверждения, время, необходимое для завершения данной области дорожного покрытия, является более предсказуемым, чем в случае, когда применяют распыляемую эмульсию. Путем исключения невозможности прогнозирования времени установки, может быть возможным исключение времени простоя из графика установки, повышая эффективность и дополнительно уменьшая продолжительность стройки. Дополнительно, по причине того, что толщину пленки можно оптимизировать и контролировать, можно уменьшить потери клейкой пленки. Возможность применять изготовленную заранее, массово-произведенную композитную клейкую пленку открывает путь для возможного снижения затрат материала.
В некоторых вариантах осуществления добавление клея 122 на обратную сторону клейкой пленки 100 делает установку на строительной площадке более надежной. Предпочтительно, для легкого монтажа, применяют чувствительный к давлению клей 122.
В некоторых вариантах осуществления пленка носителя 110 может включать полиэтиленовую пленку. Носитель может иметь толщину от приблизительно 0,5 мил до приблизительно 10 мил и более предпочтительно могут применяться носители от приблизительно 0,5 мил до приблизительно 2 мил. Например, пленка 110 может быть полиэтиленовой пленкой с низкой плотностью приблизительно 0,5 мил (0,01 мм), хотя могут применяться другие материалы и толщины, такие как пленка сополимера полиэтилен-полипропилена приблизительно 2-мил (0,05 мм) толщиной. Полиэтилен является недорогим материалом. Несмотря на то, что полиэтилен может давать усадку при температуре сушки некоторых смолистых материалов покрытия, предпочитаемые смолы защищают пленку 110, так что пленка удерживает свою форму в течение процесса сушки. Другие полимерные пленки, которые являются совместимыми с асфальтом, могут применяться для слоя носителя 110 (например, ПВХ (поливинилхлорид), нейлон (полиамид), акриловые смолы, полиэтилен высокой плотности и определенные полипропилены, которые придают желаемую жесткость, совместимость и устойчивость к коррозии). В других вариантах осуществления слой носителя может включать многослойный лист, сделанный из двух или более данных материалов, или одного из данных материалов в сочетании с различными совместимыми материалами.
Пленка 110 может быть перфорированной. Перфорация повышает скорость пропитывания смолой 120 пленки 110. Сеть смолы 120 (или покрытия композиции смолы и асфальтового материала) может быть сформирована на обеих сторонах пленки 110. Тепло от горячего расплавленного асфальта поверхностного слоя 140 переносится через нижнюю сторону пленки 110 в нижний (связующий) асфальтобетонный слой 135.
В некоторых вариантах осуществления неасфальтовое, смолянистое покрытие 120 (или покрытие композиции смолы и асфальтового материала), нанесенное на пленку 110, делает клейкую пленку 100 более совместимой с окружающими асфальтовыми слоями 135, 140. Это достигается путем тщательного подгонки химической композиции покрытия 120 так, чтобы имелось пластическое течение смолы при температурах, давлениях или и того и другого дорожного покрытия. Предпочтительно композиция покрытия 120 имеет температуру стеклования более чем 68-77°F (20-25°C) и предпочтительно испытывает пластическое течение при температурах свыше приблизительно 120-140°F (50-60°C). При достижении температур асфальтового дорожного покрытия, например, приблизительно 265-320°F (130-160°С), пластическое течение покрытия 120 возможно при очень низких давлениях. Фактически давление дорожного покрытия из-за уплотнения конструкции и веса поверхностного слоя 140 может вызывать некоторое пластическое течение для, по меньшей мере, локализованной конфирмации к поверхностям, которые находятся в непосредственной близости. Типичные температуры поверхностного слоя 140 начинаются при приблизительно 250-320°F (121-160°C) во время установки, и приводят к температурам приблизительно 140-150°F (60-66°C) в межслойной клейкой пленке 100. Этого достаточно для того, чтобы нагреть клейкую пленку 100 и покрытие 120 на пленке 110. Это нагревание заставляет покрытие 120 течь и пленку 110 смягчаться и быть «выровненной» для того, чтобы способствовать лучшему механическому сцеплению клейкой пленки 100 со связывающим слоем 135 и поверхностным слоем 140 дорожного покрытия 150.
Химическая природа покрытия 120 может также позволить некоторую степень физического и/или химического связывания из-за притяжения Ван-дер-Ваальса к любому открытому заполнителю, асфальту или подобному. Как физические, так и химические процессы улучшают адгезию сдвига между поверхностным слоем и связывающим слоем, улучшая сопротивление сдвигу. В общем, чем толще покрытие 120, тем лучше параметры сдвига, вплоть до максимального значения, которое является специфичным для каждого материала покрытия.
В другом предпочтительном варианте осуществления предоставляется способ уменьшения изгибающего момента в слоях асфальтового дорожного покрытия. Способ включает нанесение асфальтового связывающего слоя 135, предпочтительно имеющего толщину приблизительно 0,75 дюймов (19 мм) или более, на поверхность существующей дороги 130, с последующим нанесением композитной клейкой пленки 100 на асфальтовый связывающий слой 135. Пленка 100 может включать слой носителя 110 полиэтилена, этиленвинилацетат (EVA) или другой пригодный полимер. Смолистое неасфальтовое покрытие (или покрытие композиции смолы и асфальтового материала) или пленка 120 размещена поверх пленки носителя 110 в композитном слое 100. Покрытие или пленку 120 (далее собирательно называемое как «поверхностный слой») активируют (термопластмасса) при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия, для формирования связи, совместимой с асфальтовым дорожным покрытием 135, 140. Поверхностный слой 120 может включать термопластичную смолу, которая пластично течет при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия, но которая не является клейкой при окружающей температуре или давлении. Способ далее включает нанесение асфальтового поверхностного слоя 140, имеющего толщину приблизительно 1,5 дюймов (40 мм) или более, поверх композитной клейкой пленки 100, асфальтового связывающего слоя 135 и существующую поверхностью дороги 130. Давление и нагрев поверхностного слоя 140 заставляет термопластичную смолу 120 пластично течь для улучшения межслоевой связи между асфальтовым связывающим слоем 135 и асфальтовым поверхностным слоем 140. Межслоевая связь может быть клеевой связью, связью плавления или химической (и/или связью Ван-дер-Ваальса) связью, или их сочетанием.
В некоторых вариантах осуществления поверхностный слой 120 является акриловым покрытием. В некоторых вариантах осуществления поверхностный слой 120 может включать покрытие поливинилхлоридной (ПВХ) латексной эмульсии, включающее приблизительно 1-8 мас.% воскового антиадгезива и приблизительно 0-10 мас.% добавок, выбранных из группы, которая состоит из: растворимого полимера, аммиака, загустителя, сажи, пеногасителя и пластификатора. Одной предпочитаемой ПВХ латексной эмульсией является Vycar 460×63 латекс (виниловая эмульсия) доступная от Noveon, Inc., Кливленд, штат Огайо, которая обеспечивает большую степень пластического течения при температурах дорожного покрытия более чем приблизительно 120-140°F (49-60°C) на поверхности покрытия. Также может быть характерный уровень химической адгезии ПВХ латексного полимера к асфальту.
В некоторых вариантах осуществления покрытие включает 40-60% Vycar 460×63 латекса, а в некоторых вариантах осуществления, покрытие включает, по меньшей мере, приблизительно 40% Vycar 460×63 латекса и до приблизительно 20% асфальтового материала. В некоторых вариантах осуществления покрытие включает 45-50% Vycar 460×63 латекса, а в некоторых вариантах осуществления покрытие включает, по меньшей мере, приблизительно 45% Vycar 460×63 латекса и до приблизительно 5% асфальтового материала.
Сам по себе Vycar 460×63 как известно довольно жесткий, особенно в холодную погоду. Это может вызвать проблемы монтажа, когда покрытую пленку 100 наносят вокруг изгибов на дороге. Vycar 460×63 является также менее устойчивым к жидкой воде, чем другие смолистые испытываемые образцы. Так как его уровень твердых веществ является довольно низким, может быть труднее достигнуть желаемого уровня схватывания, и сразу после абсорбирования может быть более трудно в достаточной мере высушить изделие.
Соответственно в некоторых вариантах осуществления покрытие 120, включающее Vycar 460×63, составляют таким образом, чтобы сделать покрытие мягче и увеличить его уровень твердых веществ.
Полимер в покрытии 120 может также быть выполнен из более мягких мономеров. Проблема гидрофобности может быть исправлена путем включения восковой добавки, такой как Hydrocer 145, при уровне приблизительно 3-5 мас.% сухого покрытия. Данный восковой антиадгезив также имеет тенденцию слегка размягчать покрытие. Уровень твердых веществ покрытия может быть улучшен до приблизительно 50-60 мас.%, идеально приблизительно 55 мас.% или более. В дополнение к данным улучшениям к ПВХ латексу может быть введен растворимый полимер, такой как Carboset 514W, в количествах приблизительно 5-9 мас.% сухого покрытия, для предоставления большего времени работы и повторной смачиваемости покрытию на прижимных роликах. Могут быть использованы другие водорастворимые полимеры, например Michemprime полимер.
Для того чтобы активировать растворимый полимер может быть добавлен аммиак до рН приблизительно 8 или 9. Аммиак также может применяться для активации любых растворимых в щелочах загустителей, применяемых в композиции. Такие загустители могут включать те, что обычно доступны, и предпочтительно применяются, если не может быть получен плановый показатель схватывания. ASE-60 или 6038А от Rohm and Haas, Филадельфия, штат Пенсильвания, могут быть полезны для данного применения.
Красители, такие как сажа, в количестве приблизительно 1 мас.% и пеногасители на уровне приблизительно 0,05 мас.%, такие как NXZ или DEFO, полезны для данного применения.
Наконец, для получения желаемой мягкости в покрытии может применяться пластификатор. ADMEX 314 удовлетворяет требованиям, так как он является нелетучим полимерным пластификатором и не будет причинять опасности здоровью или окружающей среде, а уровни приблизительно 2-5 мас.% создают значительную разницу в мягкости покрытия.
Много альтернативных типов смол могут применяться для поверхностных слоев 120 при условии, если они пластично текут при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия. Основными примерами являются ПВХ, нейлон, акриловая смола, полиэтилен высокой плотности и определенные полиэтилены, и полипропилены, и этиленвинилацетат (EVA), который дает желаемую жесткость, совместимость и устойчивость к коррозии. Они могут быть нанесены с применением термоклея, эмульсии, растворителя, систем термовулканизации или вулканизации излучением. В некоторых вариантах осуществления клейкая пленка 100 включает многослойную пленку. Например, слой носителя 110 может быть многослойной пленкой с покрытием поверхностного слоя 120, нанесенного на него. В других вариантах осуществления вся клейкая пленка 100 является соэкструдированной, и поверхностные слои 120 являются пленками смолы, которые соэкструдированы со слоем носителя 110. Материал поверхностного слоя 120 может быть таким же, как материал слоя носителя 110, может включать такую же главную составляющую, как слой носителя 110, или может иметь отличную главную составляющую, чем слой носителя 110.
Когда любые из данных альтернативных материалов смолы применяются для поверхностного слоя 120, антиблокирующая добавка (например, воск, синтетический полимер, легкое посыпание порошком талька) может быть включена в поверхностные слои 120 для предотвращения самослипания клейкой пленки 100 при хранении в форме спирального рулона, и оттягивании от сетки 10 во время последующего разворачивания. Добавка, понижающая трение, также может быть включена в поверхностные слои 120 на одну или обе стороны слоя носителя 110.
Вышеупомянутые композиции являются в значительной мере совместимыми со слоями асфальтовой поверхности 140 и связующего материала 135. Они допускают сильное сцепление с встроенной в асфальтобетон клейкой пленкой 100. Прочная адгезия между слоями дорожного покрытия эффективно понижает распространение напряжений к поверхностному слою, вызываемых транспортным потоком. Такое решение может предотвратить сдвиг, растрескивание и отслаивание, известные как преждевременные напряжения, вызванные или ускоренные недостатком связывания контактных поверхностей.
Коэффициент теплового расширения поверхностного слоя 120 приблизительно равняется таковому асфальтовой смеси. Поверхностный слой 120 может быть избежит нежелательного разъединения на контактной поверхности пленки 100 из-за дискретного теплового режима в композитном асфальтобетоне. Улучшенная межфазная характеристика обуславливает расширенный срок службы наложенного поверхностного асфальтового слоя 140 против выступающих напряжений дороги.
Выше описан пример, в котором пленка носителя 110 включает первый материал (например, полимер, такой как полиэтилен), и пленка 110 покрыта вторым материалом 120 (например, Vycar 460×63 с добавками, как описано выше). Однако рассматриваются другие варианты осуществления, в которых пленка 110 состоит главным образом из (или состоит из) неасфальтового материала смолы, который описан выше для применения в качестве покрывающего материала 120 (например, Vycar 460×63 с добавками). В таких вариантах осуществления отдельным слоем покрывающего материала 120 можно пренебречь. Таким образом, слой клейкой пленки может быть композитной пленкой 100 или гомогенной смолистой пленкой. Выбор использовать ли композит либо гомогенную пленку, и выбор материала для пленки носителя 110 может зависеть от стоимости материала, простоты производства и коммерческой доступности каждого материала, что может быть легко выполнено специалистом в данной области техники в любое время.
После пропитывания и покрывания смолистым покрытием или соэкструдирования смолистой пленкой 120 пленка 100 является, предпочтительно, полужесткой, и может быть легко намотана на сердечник для легкой транспортировки в виде изготовленного заранее непрерывного компонента на место монтажа, где она может быть легко непрерывно разворачиваться для быстрого, экономичного и простого включения в дорожное полотно. Например, пленка 100 может быть помещена в рулоны 15 футов (4,5 метра) шириной, содержащие единый кусок 100 метров длиной или длиннее. Альтернативно, связывающий слой 135 может быть покрыт несколькими более узкими лентами пленки 100, обычно, каждая приблизительно пять футов (1,5 метра) шириной. Следовательно, является практичным применение данной пленки 100 ко всем или главным образом ко всем поверхностям связывающего слоя 135, что является экономически эффективно из-за уменьшения труда.
На месте дорожного покрытия пленку 100 разворачивают с клеем 122, направленным вниз, и укладывают на лежащее внизу дорожное покрытие 135, которое находиться предпочтительно приблизительно при 40-140°F (4,4-60°С) при нанесении пленки 100.
Клейкую пленку 100 разворачивают и приклеивают к подстилающему слою или асфальтовому связывающему слою 135, который в толщину составляет предпочтительно приблизительно 0,75 дюймов (19 мм) или более. В некоторых вариантах осуществления перед тем, как любое покрытие или асфальтовый поверхностный слой 140 разместят поверх пленки 100, пленку 100 можно сделать достаточно стабильной, например, посредством клея 122 (например, чувствительный к давлению клей), нанесенного во время производства пленки 100 так, чтобы пленка 100 была устойчива к воздействию ходящих по ней рабочих, передвигающихся по ней строительных транспортных средств и, особенно, движению по ней укладывающих дорожное покрытие машин.
Пленка 100, будучи полужесткой, стремится лежать плоско. Она имеет небольшую или совсем не имеет тенденции к сворачиванию обратно, после того как была развернута. Это происходит благодаря правильному выбору связующего материала и/или смолы поверхностного слоя.
В некоторых вариантах осуществления, как изображено на фиг.1-2, повторно покрытое дорожное покрытие включает дорожное покрытие 130, которое должно быть повторно покрыто, слой основания 135, клейкую композитную пленку 100 и поверхностный слой 140 без отдельного армирующего слоя.
В других вариантах осуществления клейкую пленку 100 наносят поверх связывающего слоя 135, отдельный армирующий слой наносят поверх клейкой пленки 100, а поверхностный слой 140 наносят поверх армирующего слоя. Например, армирующий слой может быть коммерчески доступным GlasGrid продуктом (например, 8550, 8501, 8502, 8511 или 8512 сеткой) от Saint Gobain Technical Fabrics.
В других вариантах осуществления, показанных на фиг.3-6, клейкую пленку 100 включают в единый композитный армирующий промежуточный слой 200, 300, или 400. Унитарный композитный материал 200, 300 или 400 включает слой клейкой пленки 100 и армирующий слой 10.
В некоторых вариантах осуществления композитный армирующий промежуточный слой является композитом 200 (фиг.3), который включает слой композитной или смолистой клейкой пленки 100 сверху армирующего слоя 10. Слой клейкой пленки 100 скреплен с армирующим слоем 10 при помощи клея 12, который может быть термоклеем. Термоклей может быть устойчивым или чувствительным к давлению. Нижняя поверхность армирующего материала 10 (отвернутая от слоя клейкой пленки 100) содержит клей 11, например чувствительный к давлению клей, который удерживает композитный материал 200 на месте, пока наносят поверхностный слой. В конфигурации на фиг.3 слой термоклея 12 связывает слой клейкой пленки 100 с нижележащим армирующим слоем 10 так, что слою клейкой пленки 100 не требуется его собственный клеящий слой 122. Также поверхностный слой 140 контактирует с верхом слоя пленки 100 и не нуждается в клеящем слое 122 на верхней поверхности пленки 100. Клеящий слой 122 может быть исключен из клейкой пленки 100 для использования в композитном материале 200 по фиг.3.
В некоторых вариантах осуществления композитный армирующий промежуточный слой является композитом 300 (фиг.4), который включает армирующий слой 10 поверх слоя композитной или смолистой клейкой пленки 100. Слой клейкой пленки 100 сцеплен с армирующим слоем 10 посредством клея 12, который может быть термоклеем. Чтобы гарантировать, что композитный материал 300 останется на месте, пока наносят поверхностный слой 140, клейкая пленка 100 в композитном материале 300 включает клей 122 на ее нижней поверхности (которая контактирует с выравнивающим слоем 135), как показано на фиг.2.
В некоторых вариантах осуществления композитный армирующий промежуточный слой является композитом 400 (фиг.5), который включает армирующий слой 10, проложенный между парой слоев композитной или смолистой клейкой пленки 100. Следует понимать, что в каждом из описаний ниже клейкая пленка 100 может быть либо композитом, который имеет слой носителя 110 и поверхностным слоем 120, либо гомогенной пленкой материала, пригодного для применения в покрытии поверхностного слоя 120, при этом гомогенная пленка в нем не имеет отдельного слоя носителя 110. В композите 400 слои клейкой пленки 100 связаны с армирующим слоем 10 клеем 12, который может быть термоклеем. Чтобы гарантировать, что композитный материал 400 останется на месте, пока наносят поверхностный слой 140, нижняя клейкая пленка 100 (которая контактирует с выравнивающим слоем 135) в композитном материале 400 включает клей 122 на ее нижней поверхности, как показано на фиг.2. Слой верхней клейкой пленки 100 (который контактирует с поверхностным слоем 140) не нуждается в клее 122 на своей поверхности. Клей 122 может быть исключен из слоя верхней клейкой пленки 100.
Армирующим слоем 10 может быть любой из множества армирующих материалов. В некоторых вариантах осуществления открытая сетка (показанная на фиг.9 и 10), содержащая, по меньшей мере, два набора в основном параллельных прядей 21 (показанных в поперечном участке на фиг.7 и 8), выполнена в качестве армирующего слоя 10. Каждый набор прядей 21 включает зазоры 19 (фиг.9) между смежными прядями 21, и наборы ориентированы под значительным углом друг к другу (например, факультативно приблизительно 90 градусов). В некоторых вариантах осуществления, армирующим слоем может быть GlasGrid продукт (например, 8550, 8501, 8502, 8511 или 8512 сетка) от Saint Gobain Technical Fabrics.
В некоторых вариантах осуществления сетка 10 предпочтительно включает проложенное уточное основовязальное полотно, в котором пряди 21 ориентированы под углом приблизительно 90° один к другому, как показано на фиг.9. Зазоры предпочтительно имеют размеры приблизительно 0,5 дюймов × 0,5 дюймов (12 мм × 12 мм) или более, хотя зазоры могут достигать приблизительно 1 дюйм × 1 дюйм. Несмотря на то, что зазоры 19 могут быть квадратными, размеры «а» и «b» могут быть отличными, как в случае прямоугольника.
В некоторых вариантах осуществления неасфальтовое покрытие 22 располагают поверх сетки 10 без закрытия зазоров между прядями 21, как лучше всего видно на фиг.8. Покрытие 22 активируют при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия для формирования связи, совместимой с асфальтовым дорожным покрытием. Покрытие 22 является неклейким при окружающей температуре и давлении, так что с ним легко можно управляться на стройплощадке. В некоторых вариантах осуществления покрытие 22 на прядях 21 является тем же материалом что и покрытие 120, которое наносят на полимерную пленку 110 в композитной клейкой пленке 100.
Большие зазоры сетки 19, показанные на фиг.9, позволяют асфальтовой смеси 135 и/или 140 полностью инкапсулировать каждую прядь 21 нити 20 или ровинг и допускают полный или значительный контакт между клейким слоем 100 и как связующим материалом, так и поверхностными слоями 135 и 140. Клейкий слой 100 главным образом связывает слои 135 и 140 через зазоры 19 сетки 10, чтобы позволить значительный перенос напряжений с дорожного покрытия 135, 140 на стекло или подобные волокна армирующего слоя 10. Окончательный композитный сеточный материал имеет высокую модульность и высокое отношение прочности к затратам, его коэффициент расширения приблизительно равен таковому материалов дорожного строительства, и он противостоит коррозии, вызванной материалами, которые применяются в дорожном строительстве и находятся в окружающей среде дороги, такими как дорожная соль.
2
2
2
2
Сетка 10 может быть сформирована из прядей или нитей 21 непрерывных элементарных нитей стекловолокна, хотя можно использовать другие высокомодульные волокна, такие как полиамидные волокна поли(р-фенилен терефталамида), известные как Kevlar. Предпочитают ECR или Е стеклоровинги с 2000 текс, хотя можно применять веса, изменяющиеся от приблизительно 300 до приблизительно 5000 текс. Предпочитаемые нити стекловолокна имеют прочность пряди приблизительно 560 фунтов/дюйм. (100 кН/м) или более в случае, когда измерены в соответствии с ASTM D6637 с удлинением при разрыве 5% или менее. Данные пряди предпочтительно имеют масса/единица площади менее чем приблизительно 22 унций/ярд (740 г/м), и более предпочтительно приблизительно 11 унций/ярд (370 г/м).
Данные пряди, которые предпочтительно слабо скручены (т.е. приблизительно один оборот на каждый дюйм или менее), формируют в сетки с прямоугольными или квадратными зазорами 19, предпочтительно изменяющиеся в размере от 3/4 дюйма до 1 дюйма на сторону (размеры «а», «b» или оба на фиг.9), хотя можно применять зазоры сетки 19 в пределах от 1/8 дюйма до 6 дюймов на сторону («а», «b» или обе).
Сетки 10 предпочтительно сшиты ниткой 25, показанной на фиг.10, или иначе прочно соединены в пересечениях поперечных и продольных прядей. Данное соединение удерживает сетку 10 в ее сетке делений, предотвращает пряди 21 от чрезмерного расширения до и во время пропитывания неасфальтовым покрытием 22 и сохраняет зазоры 19, которые позволяют покрытию связываться с нижележащим слоем и таким образом повышать прочность ремонта окончательного композитного дорожного полотна 100.
Фиксированные соединения на пересечениях сетки 10 также вносят вклад в прочность сетки 10, так как они допускают частичный перенос сил параллельных к одному набору прядей 21 на другой набор параллельных прядей 21. В то же время данная конструкция открытой сетки делает возможным использовать меньше стекла на квадратный ярд и является, следовательно, более экономичным продуктом, чем, например, закрытое тканое изделие. Мы предпочитаем применять сетку 10 приблизительно 8 унций на квадратный ярд, хотя можно применять 4-24 унции на квадратный ярд.
В то время, как мы предпочитаем сшивание пересечения сетки вместе на основовязальном оборудовании для провязывания уточных нитей, применяя 70-150 денье полиэстеровую нить 25, или равноценную им, можно использовать и другие способы формирования сеток с фиксировано соединенными пересечениями. Например, нетканая сетка, сделанная с термореактивным или термопластичным клеем, может обеспечить подходящую прочность.
После формирования сетки 10 и перед ее присоединением к клейкой пленке 100 наносят смолу, предпочтительно термопластичную смолу 22. Другими словами сетку 10 «предварительно пропитывают» смолой 22.
Вязкость смолистого покрытия 22 выбирают так, чтобы оно проникало в пряди 21 сетки 10. Несмотря на то, что смолистое покрытие 22 может не окружать каждую элементарную нить 20 в стекловолоконной пряди 21, смолистое покрытие 22 является в целом равномерно распространенным внутри пряди 21, как показано на фиг.8. Данное пропитывание придает предпочтительную полужесткую природу пряди 21, и смягчает и защищает пряди 21 и стекловолокна 20 от коррозии водой, солью, маслом и другими элементами в окружающей среде дорожного полотна. Пропитывание также уменьшает абразию между первичными стеклянными нитями 21 или элементарными нитями 20 и разрезание одной первичной стеклянной нити 21 или элементарной нити 20 другой. Пропитывание также уменьшает тенденцию стекловолокон разрезать друг друга после того, как сетка была уложена, но до того, как было нанесено покрытие 140.
Сетка должна предпочтительно иметь минимальную прочность приблизительно 25 кН на метр (кН/м) в направлении каждого набора параллельных прядей, более предпочтительно приблизительно 50 кН/м, и наиболее предпочтительно приблизительно 100 кН/м или более с предпочтительно менее чем приблизительно 10%, и более предпочтительно менее чем 5% удлинением при разрыве.
Пока сушится или затвердевает предпочитаемое смолистое покрытие 22 на сетке 10, пряди 21 могут быть до некоторой степени разглажены, но зазоры 19 сохраняются. Например, в предпочитаемом варианте осуществления, применяя 2000 текс ровинги, может быть сформирована прямоугольная сетка 10 с зазорами 19 приблизительно 3/4 дюйма на один дюйм (а=b=0,75 дюйма), а ровинги разглажены до приблизительно 1/16 дюйма (1,6 мм) до 1/8 дюйма (3,2 мм) поперек. Толщина ровингов после покрытия и сушки может быть приблизительно 1/32 дюйма (0,8 мм) или менее. Предпочитаемая сетка элементарных нитей стекловолокна является непокрытым GlasGrid продуктом (например, 8550, 8501, 8502, 8511 или 8512 сетка) доступным от Saint-Gobain Technical Fabrics.
Можно применять многие смолы для пропитывания сетки 10 при условии их пластического течения при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия. Основными примерами являются ПВХ, нейлон, акриловая смола, полиэтилен высокой плотности и конкретные полиэтилены и полипропилены, которые дают желаемую жесткость, совместимость и устойчивость к коррозии. Они могут быть нанесены с помощью термоклея, эмульсии, растворителя, систем термовулканизации или вулканизации излучением, например, покрытия, содержащего ПВХ эмульсию, такую как Vycar 460х63. ПВХ эмульсия также может включать приблизительно 1-8 мас.% воскового антиадгезива и приблизительно 0-10 мас.% одной или более других добавок, выбранных из группы, состоящей из растворимого полимера, аммиака, загустителя, сажи, пеногасителя и пластификатора. Любой материал, пригодный для применения в качестве покрытия 120 (такой как, любой из материалов, описанных выше) композитной полимерной пленки 100, может быть применен в качестве покрытие 22 для сетки 10. В некоторых вариантах осуществления, покрытия 120 и 22 являются одним материалом. В других вариантах осуществления покрытия 120 и 22 являются различными материалами, где каждое покрытие 120, 22 является совместимым с асфальтом и способным активироваться нагревом и/или давлением.
Покрытия 120 и 22 являются способными активироваться давлением, нагревом или другими средствами. Смола, способная активироваться давлением, формирует связь, когда поверхность, покрытая ею, приводится в контакт со второй необработанной поверхностью и применяют давление. Смола, способная активироваться нагревом, формирует связь, когда поверхность, покрытая ею, приводится в контакт со второй необработанной поверхностью, и применяют нагрев. При сравнении с другими клеями, которые являются клеящими при температурах (например, приблизительно 72°F) и давлениях (например, приблизительно 1 атмосферы) окружающей среды, покрытия 120 и 22 являются предпочтительно не клейкими при температурах или давлении окружающей среды и становятся такими только при приблизительно давлении или температуре дорожного покрытия.
В большинстве случаев применения покрытия 120 и 22 не проявляют пластичного течения или клейкости, пока температура покрытия не достигнет приблизительно 120-140°F (49-60°С) или не нанесут слой дорожного покрытия приблизительно 1-1,5 дюймов (25-38 мм) или более в толщину, или оба случая сразу. Точка плавления Е-стекловолокна составляет приблизительно 1800-1832°F (приблизительно 1000°С), что обеспечивает стабильность, когда подвергают избыточному нагреву операции дорожного покрытия.
Желательно, чтобы сопротивление сдвигу между поверхностным слоем 140 и связывающим слоем 135 было настолько высоким, насколько возможно, и чтобы сопротивление сдвигу было значительным на протяжении всего чрезвычайно широкого диапазона температур, которым сетка 10 будет подвержена. Композит клейкой пленки-сетки 200, 300 или 400 можно монтировать на подстилающие слои дорожного покрытия при окружающих температурах вплоть до приблизительно 40°F, а асфальтобетоны можно наносить при температурах приблизительно 250-320°F (121-160°C), как правило, приблизительно 300°F (149°C), повышая температуру покрытия 22 до приблизительно 150°F (66°С). Мы, следовательно, предпочитаем, чтобы покрытия 120 и 22 имели точку плавления или температуру стеклования, Tg, приблизительно 66-77°F (20-25°C) или выше, и чтобы они предпочтительно пластично текли при температуре свыше приблизительно 120-140°F (50-60°C) при типичных давлениях, оказываемых дорожным покрытием.
Как только достигают температур приблизительно 265-300°F (130-150°С), становится возможным пластическое течение даже при очень низких давлениях, таких как при нанесении очень тонких асфальтовых слоев. Это позволило бы пластически течь покрытию 120 и 22 для улучшения сопротивления сдвигу между поверхностным и связывающим слоями 140 и 135 в и вокруг сетки 10.
Вязкость покрытий 120 и 22 должна быть достаточно текучей, чтобы затекать на сетку, но предпочтительно являться достаточно вязкой, чтобы не вытекать из или через сетку во время нанесения или хранения, а оставаться на сетке.
Пример 1
Покрытие 22, описанное в таблице 1, ниже, готовили и наносили на непокрытый продукт GlasGrid (8501 или 8511 сетку) от Saint Gobain Technical Fabrics:
Предпочитаемые системы смол, применимые для покрытий 120 и 22, включают таковые, которые являются жидкостью или могут быть превращены в жидкость для пропитывания некоторых или всех промежутков между нитями 20. Система смолы должна активироваться при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия для формирования связи, совместимой с асфальтовым дорожным покрытием. Такие системы могут включать термореактивные смолы, такие как эпоксидная смола стадии В, силикон или фенолоальдегидная смола; или термопласты, такие как нейлон, полиэтилен, полипропилен, полиуретан или поливинилхлорид. Пластизоли, включающие смеси смолы и растворителя, или очищенная смола, с или без добавок, являются пригодными альтернативами. Предпочитаемые ингредиенты и диапазоны для желательной системы поливинилхлорид латексной эмульсии приводятся в таблице 1.
Таблица 1
Диапазоны предпочитаемых ПВХ покрытий
Общее описание
Коммерческое название
мас.%
мас.%
Широкий диапазон сухой массы
Узкий диапазон сухой массы
основной ПВХ-акриловый латекс
Vycar 460×63
40-60
45-50
изнутри пластифицированный ПВХ латекс
Vycar 578
0-20
7-14
стирол-акриловый латекс
Rhoplex AC-1035
5-25
15-20
этилен-акриловая кислота латекс
Michemprime 4983-40R
5-25
12-18
Пеногаситель на органических маслах/кремнеземе
DeeFo 97-3
0-1
0,1-0,3
дисперсия углеродной сажи
Helzarin black
0-5
0,5-2
EBS антиблокирующая восковая дисперсия
Hydrocer 145
0-5
1-3
полимер акрилового раствора
Carboset 514
0-10
1,5-3,5
неионогенное поверхностно-активное средство
Sryfynol 104 PA
0-1
0,05-0,15
неионогенное поверхностно-активное средство
Sryfynol 104 PG 50
0-1
0,05-0,15
фторированное поверхностно-активное средство
Zonyl FSO
0-1
0,05-0,15
насыщенный водный раствор аммиака
28% аммиак
0-1 WET%
0-0,1 WET%
полиакриловая кислота загуститель
ASE-6038A
0-5
0,25-1/0
DeeFo 97-3 может быть заменен на Foam Blast или Dow Corning 1430
силиконовые пеногасители
Helzarin black может быть заменен на Octojet black 104
ASE-6038A может быть заменен на ASE-60
После пропитывания и покрытия смолистым неасфальтовым покрытием 22 (фиг.8) композит клейкая пленка - сетка 200, 300 или 400 (фиг.3-5) является предпочтительно полужестким и может быть легко свернут на сердечнике для легкого перемещения в виде изготовленного заранее непрерывного компонента на место монтажа, где он может быть легко непрерывно развернут для быстрого, экономичного и простого внедрения в дорожное полотно. Например, он может быть выполнен в виде рулонов 5 футов (1,5 метра) шириной, которые содержат единый кусок 100 ярдов или длиннее. Процедура монтажа для композита клейкая пленка-сетка 200, 300 или 400 может быть такой же, как описано выше со ссылкой на отдельную клейкую пленку 100. Следовательно, является целесообразным применение данного композита клейкая пленка - сетка 200, 300 или 400 на всю или практически всю поверхность дорожного покрытия. Он также может применяться для укрепления локализованных трещин 231 (фиг.6), как, например, температурные швы.
Сетки 10, хотя полужесткие, стремятся к полеганию. Они имеют небольшую или совсем не имеют тенденцию сворачиваться обратно, после того как были развернуты. Это, как полагают, из-за правильного выбора связующего материала и/или смолы покрытия и применения армирующих прядей множественных элементарных нитей, предпочтительно стеклянных, в сетке 10.
Большие зазоры сетки 19, показанные на фиг.9, позволяют асфальтовой смеси полностью инкапсулировать каждую прядь 20 нити 21 или ровинг и допускают полный или значительный контакт между композитом 200, 300, 400 и связующим материалом и поверхностными слоями 135 и 140. Поверхностный слой 140 предпочтительно размещают в толщине приблизительно 1,5 дюймов (40 мм) или более. Полученный композит 200, 300, 400 имеет высокую модульность и высокое отношения прочности к затратам, его коэффициент расширения приблизительно равен таковому материалов дорожного строительства, и он противостоит коррозии, вызываемой материалами, которые применяются в дорожном строительстве и находятся в окружающей среде дороги, такие как дорожная соль.
Из вышеупомянутого можно понять, что самоклеящаяся клейкая пленка может применяться в армировании для асфальтового дорожного покрытия, либо сама по себе, либо в сочетании с открытой сеткой и смолистым покрытием, которое активируют при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия, чтобы сформировать связь, совместимую с асфальтовым дорожным покрытием.
Пример 2
Получение пленки покрытой полимерной смолой
2
Получили тонкую полиэтиленовую (РЕ) и полипропиленовую (РР) смешанную пленку 12,7 микрометров толщиной. Пленку перфорировали зазорами 0,5 миллиметров диаметром с интервалом каждые 25,4 миллиметра для облегчения переноса тепла от горячих асфальтобетонных смесей нанесения поверхностного слоя к нижнему асфальтовому слою и для того, чтобы дать пленке приклеиться к слоям асфальтового дорожного покрытия. Пленку погружали в объем полимеризованного (винил хлорид) ПВХ акрилового сополимера в эмульсии при 21°С и покрытую пленку сушили в течение 2 минут в конвекционной печи при 100°С, пока не было достигнуто остаточное соотношение 123 грамма на метр покрытия на пленке.
Пленка является предпочтительно синтетическим материалом для того, чтобы нести полимерную смолу с сильным склеиванием с асфальтовой системой. Иллюстративными, но не ограничивающими, тонкими пленками, которые могут применяться, являются следующие:
Полиэтилен
Полипропилен
Полиэтилен и полипропилен сополимер
Полиэфир
Поливинилхлорид
Стекловолокнистая арматурная сетка
Термопластичный полиолефин
Этиленвинилацетат
Некоторые из предпочтительных полимеров, которые могут применяться при получении неасфальтовых смол, включают акриловый сополимер, например, акриловый сополимер и поливинилхлорид акриловый сополимер.
2
Таблица 2 приводит данные механического тестирования для различных пленок из различных материалов подложки, на которые покрытие ПВХ акрилового сополимера нанесли в соотношении 123 грамма на м. Протестированные материалы подложки включали смешанную пленку РЕ и РР (Пример 1); пленку полиэфира (Пример 2); пленку термопластичного полиолефина (Пример 3) и арматурную сетку стекловолокна (Пример 4).
Таблица 2
Данные механического тестирования
Образцы
Материалы подложки (толщина по микрометру)
Прочность на разрыв* (Н/мм<sup>2</sup>)
Сдвиг при разрыве** (N/mm<sup>2</sup>)
1
РЕ (80%)/РР (20%) (12,7)
1,91
1,24
2
Полиэфир (12,2)
9,44
1,03
3
Полиолефин (25,4)
5,14
1,54
4
Стекловолокнистая арматурная сетка (254)
13,83
0,92
* Тестирование прочности проведено по ASTM D638-02a протоколу при 60% влажности при 21°С.
** Механическое связывание пленок в системе дорожного покрытия определяли при помощи измерения сопротивления сдвигу на битумных цилиндрических образцах четырех дюймов (100 миллиметров) в диаметре, которые готовили, применяя аппарат Маршалла согласно ASTM D6926-04. Каждую пленку помещали в образец, включая два асфальтовых слоя, и сдвигали при постоянной скорости смещения 1 миллиметр в минуту.
Чувствительный к давлению клей 11 может быть нанесен на нижнюю сторону сетки 10 во время изготовления сетки 10 или композитного продукта 200 для облегчения монтажа, где сетка 10 является нижним слоем композита 200 после монтажа. Клей 11 может быть отличного типа от термоклея 12, который применяют для прикрепления предварительно покрытой пленки 100 на сетке 10. При наличии чувствительный к давлению клей 11 активируется при прикладывании давления к поверхности покрытой полимерной смолой пленки 100 композита 200. Если применяется чувствительный к давлению клей 11, требуется значительное усилие, чтобы размотать пленку; могут быть использованы трактор или другие механические средства. Клей 11 является предпочтительно синтетическим материалом и может быть нанесен на предварительно покрытую пленку любым удобным способом, таким как применение системы латекса, системы растворителя или системы термоклея. В предпочитаемой системе латекса клей 11 диспергируют в воде, отпечатывают на пленку, применяя вал глубокой печати, и высушивают. В системе растворителя, клей растворяют в соответствующем растворителе, отпечатывают на пленку, а затем выпаривают растворитель. В системе термоклея, клей может быть расплавлен в емкости, нанесен на вал и дозирован на вале с помощью вплотную контролируемого края ножа для создания однородной пленки жидкого клея на вале. Сетку 10 затем приводят в соприкосновение с валом, и клей переносят на нижнюю сторону сетки 10. Данные способы нанесения являются лишь иллюстративными, а другие способы могут быть без труда выбраны специалистами в данной области техники для нанесения клея, используя систему латекса, растворителя или термоклея.
Пример 3
Фиг.11 является графиком данных из серий испытаний, проведенных на композициях для применения в покрытии 120 и/или покрытии 22. Данные использовали для определения процентного соотношения асфальтовой эмульсии, которое можно смешать с неасфальтовым смолистым материалом, применяемом в покрытии 120, без существенного снижения параметров сдвига относительно параметров сдвига несмолистого покрытия.
Асфальтовую эмульсию смешивали с полимерной смолой, описанной в таблице 1, с относительными количествами, основанными на процентном соотношении сухого веса. Смешанную смолу получали, применяя 6 различных соотношений смола/асфальт; полимера к асфальту (100% смола, 75:25, 50:50, 25:75, 10:90, 0:100).
Непокрытую ткань сетки из Е-стекла, называемую «суровье», вручную погружали в смолу или смесь смола/асфальт и тщательно пропитывали и высушивали. Покрытую вручную ткань уложили между парой асфальтовых шайб (цилиндрические образцы четырехдюймового диаметра). Каждую шайбу конструировали из асфальтовых смесей при 146°С при помощи 75-ударного стандартного компактора Маршалла согласно ASTM D6926-04. Параметры сдвига исследовали посредством метода прямого сдвига.
Как показано на фиг.11, сопротивление сдвигу изменялось от 1 кН для чистого асфальтового покрытия до 3,68 кН для 100% неасфальтовой смолы. Исходя из кривой, проходящей через экспериментальные точки, при приблизительно 30% смолы сопротивление сдвигу приблизительно в два раза больше по сравнению с асфальтовой эмульсией. При приблизительно 50% смолы сопротивление сдвигу составляет приблизительно в 2,4 раза больше такового асфальтовой эмульсии. При приблизительно 75% смолы сопротивление сдвигу составляет приблизительно в 3,5 раза больше, чем асфальтовой эмульсии. С приблизительно 80% смолы сопротивление сдвигу составляет приблизительно 3,5 кН и является приблизительно таким же высоким, как и сопротивление сдвигу (приблизительно 3,7 кН) 100% полимерной смолы. Таким образом, смеси из приблизительно 75% до приблизительно 80% смолы обеспечивают приблизительно полную прочность 100% покрытия смолы, наряду с тем обеспечивая большую экономию.
Таким образом, если должно быть использовано смешанное покрытие, материл, который применяется для поверхностного слоя 120 клейкой пленки 100, предпочтительно включает 50% или более неасфальтовой полимерной смолы в смеси с асфальтовой эмульсией.
Фиг.12-14 показывают другой вариант осуществления. Фиг.12 показывает продукт 500, который включает первый и второй нетканые полимерные подложки 501, слой армирующих волокон 510 размещенный между неткаными полимерными подложками 501 и клей 512, присоединяющий слой армирующих волокон к нетканым подложкам. Арматурную сетку или холст 510 смешивают с подложками 501 и изготавливают в виде рулонов различной ширины и/или длины.
2
2
В некоторых вариантах осуществления подложки 501 могут включать полотна полиэфирного нетканого материала. Полиэфирные нетканые подложки обладают номинальным весом 17,0 г/м или 0,5 унция/ярд каждая. Толщина каждой составляет 0,14 мм или 0,0056 дюйма. Данные полиэфирные нетканые материалы коммерчески доступны от Shalag Shamir Non-wovens из Upper Galilee, Израиль. В других вариантах осуществления подложками 501 может быть полиэтиленовое нетканое полотно, хотя могут быть использованы другие материалы, такие как полиэтилен-полипропиленовый сополимер. Другие полимеры, которые являются совместимыми с асфальтом, могут быть использованы для подложек 501 (например, ПВХ, нейлон (полиамид), акриловые смолы, полиэтилен высокой плотности и определенные полипропилены, которые придают желаемую жесткость, совместимость и устойчивость к коррозии.). В других вариантах осуществления подложки 501 могут включать многослойный лист, сделанный из двух или более данных материалов, или одного из данных материалов в сочетании с различными совместимыми материалами.
Слой армирующих волокон 510 включает стекловолоконную арматурную сетку или холст, включая, по меньшей мере, первый набор нитей, ориентированных преимущественно в направлении обработки. Нити могут включать ECR или нити из Е-стекла. В других вариантах осуществления можно применять другие высокомодульные волокна, такие как полиамидные волокна поли(р-фенилен терефталамида), известные как «KEVLAR».
Клей 512 способен, будучи активированным при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия, формировать связь, совместимую с асфальтовым дорожным покрытием. Предпочтительно клей 512 включает 50-99 мас.% ПВХ латексную эмульсию. В некоторых вариантах осуществления клей 512 является ПВХ латексной эмульсией, описанной выше в таблице 1.
Обратимся теперь к фиг.12, в некоторых вариантах осуществления продукт включает арматурную сетку или холст 510 из армирующих нитей покрытых поверхностным волокнистым слоем (например, стекловолокно) и две полиэфирных нетканых подложки 501. Стекловолоконную сетку или холст 510 формируют при помощи «турбинной технологии». Турбинная технология включает в себя применение вращающейся головы турбины, оснащенной поперечными нитями и использующую обработанный спиральный механизм для управления поперечными пространствами нитей. Стекловолоконный холст 510 затем пропитывают и покрывают связующим материалом. Для связующего материала многие смолы могут быть использованы при условии, если они пластически текут при температуре, давлении или и том и другом дорожного покрытия. В некоторых вариантах осуществления связующим материалом является ПВХ латексная эмульсия, описанная выше в таблице 1. В других вариантах осуществления связующим материалом может быть акриловая смола, ПВХ, нейлон, полиэтилен высокой плотности и определенные полиэтилены и полипропилены, которые придают желаемую жесткость, совместимость и устойчивость к коррозии. Связующий материал можно наносить с использованием термоклея, эмульсии, растворителя, системы термоотверждения или вулканизации излучением. Сразу после покрытия нитей связующим материалом, холст 510, ламинируют двумя полиэфирными подложками 501, применяя клей 512.
В некоторых вариантах осуществления как клей 512, так и связующий материал являются одной и той же ПВХ латексной эмульсией, описанной выше в таблице 1, и для пропитки нитей связующим материалом/клеем и покрытия нитей клеем 512 на стадиях ламинирования применяют стадию однократного нанесения. В других вариантах осуществления клей 512 может быть нанесен отдельно от стадия пропитывания нитей 510 связующим материалом. Например, отдельная стадия нанесения клея могла бы быть применена, если бы связующий материал и клей 512 являлись отличными друг от друга материалами.
После покрытия арматурной сетки или холста 510 продукт 500 затем отверждают (например, в сушильном отделении машины) и сворачивают в готовые рулоны. В результате получают трижды наслоенный продукт 500 со стекловолоконным холстом 510, проложенным между верхним и нижним слоями 501 полиэфирной нетканой подложки.
Фиг.14 показывает один пример прибора для получения продукта по фиг.12. Верхняя и нижняя подложки 501, которые могут быть полиэфирным нетканым материалом, подают с рулонов 552. Направление подложек 501 может контролироваться подающими роликами 558. Стекловолоконный холст 510 подается при помощи другого ролика 558 и проходит через емкость, содержащую покрытие 512, которое покрывает холст 510. Покрытый холст 510 появляется из камеры покрытия и перенаправляется одним или более роликами 560, 561. Верхний нетканый слой 501 и покрытый холст 510 затем проходят под первым ламинирующим роликом 554, в то время как поддерживается напряжение на растяжение между вторым ламинирующим роликом 556 и роликом 561, для соединения холста с верхним нетканым слоем 501. Верхний нетканый слой 501 с холстом 510, наслоенным к нему, затем подают мимо другого ламинирующего ролика 556, который соединяет нижнюю нетканую подложку 501 с нижней стороной холста 510 для формирования продукта 500. Многослойный продукт 500 затем подают в сушильную печь (не показано).
В других вариантах осуществления (например, фиг.13), стекловолоконный холст включает первый набор нитей 510m, тянущийся в направлении обработки, и второй набор нитей 510с, направленный главным образом в поперечном направлении. В некоторых вариантах осуществления холст 510с, 510m включает три нити на дюйм (приблизительно одну нить на сантиметр) как в направлении обработки, так и в поперечном направлении. Продукт, имеющий три нити на дюйм, пригоден для применения в дорожных покрытиях в зонах с низким транспортным потоком. Большее количество нитей на дюйм может применяться для обеспечения большего армирования, для зон со средним транспортным потоком.
Продукт 600 (фиг.13) может быть сделан с использованием той же машины, что и продукт 500 (фиг.12) с некоторыми модификациями процесса. Нити поперечного направления 510с укладывают поверх волокон направления обработки 510m и являются главным образом перпендикулярными направлению обработки. Верхний слой 501t полиэфира подают сверху, но проводят с холстом 510m, 510с через покрывающий резервуар и ролики для нанесения покрытия (не показано). Это сделано для поддержания промежутков нити в законченном продукте 600 (с холстом 510с между верхним слоем 501t и холстом 510m). Нижний слой 501b полиэфира наносят тем же способом, как описано выше, непосредственно сразу, как только холст покинет ролики для нанесения покрытия, связующий материал/клей 512 наносят на холст.
Фиг.15 показывает конфигурацию дорожного покрытия 550 с использованием продукта 500 (фиг.12) или 600 (фиг.13). Во время поддержки и ремонта дорожного покрытия 550 асфальтовый связывающий слой 235 укладывают поверх существующего старого дорожного покрытия 230, которое имеет трещину 231. Старое дорожное покрытие 230 типично текстурируют или размалывают при помощи абразивного вала (не показано), который обеспечивает хорошую поверхность схватывания для связующего слоя 235. (Альтернативно продукты 500 и 600 могут быть уложены поверх новой поверхности дорожного покрытия из асфальта/портландцемента).
2
2
Битумную подгрунтовку наносят, например, в виде горячего аэрозоля или эмульсии. Доза нанесения может быть от приблизительно 0,1 галлона/ярд до приблизительно 0,3 галлона/ярд. После того как битум распылен, продукт 500 или 600 раскатывают в битум механическими или ручными средствами. Битум формирует связь между продуктом 500, 600 и связующим слоем 235, а также абсорбируется в продукт 500 или 600 с формированием водонепроницаемой мембраны. Затем асфальтобетонное покрытие 240 наносят в одну из разнообразия толщин.