[发明专利]用于道路构造和表面处理的方法和组合物

说明书

背景技术

A.发明领域

本申请要求2010年5月7日提交的临时专利申请系列号61/332,479和2010年9月2日提交的系列号61/379,570的优先权，这两个临时专利申请的内容据此通过引用并入。本发明通常涉及通过对环境无害的实践来改进二级公路的强度和寿命的方法和组合物。

B.相关技术的描述

二级公路(下文，“砾石道路”、“土路”或“未铺砌的道路”)的工程和构造已经永久地遭受两个相关的问题折磨：由于水的道路劣化，和由于交通的表面内聚力和道路压实的损失。特定地，在现有技术中充分证明了水对路面的有害影响。在冷天气中，渗透入道路基料层的水分冷冻并撕裂裂缝进入道路基材中，这严重地破坏路面的负荷能力和寿命。同样地，在较温和的天气中，当水渗入道路基料层时，水导致软化和侵蚀，这造成是昂贵和复发问题的坑洼。且如果坑洼不被立即修补，它们充满水并进一步加重路面的劣化。

水对二级公路—例如乡村道路、交流道、农场和林区道路或山区道路—的影响是尤其显著的，因为表面处理材料的品质低于例如地沥青铺砌的道路，且因此提供降低的对抗自然环境的表面保护。另外，因为毛细管作用，水还从道路的基料或亚基料的侧面和底部渗入道路基料中。相比于需要大型机械来浇注混凝土或铺设和弄平基于沥青的表面的密封的或“铺砌的”道路，二级未铺砌的道路的建造是相对容易和成本低的。但未铺砌的道路需要多得多的频繁维护，特别地在湿润周期之后或当面临增加的交通量时，且通常易于发生与铺砌道路不相关的其他问题。

例如，许多二级公路—土或砾石种类—利用常常与从地方资源挖出的砾石结合的原土壤，以产生道路的亚基料和基料层。不幸地，原土壤和砾石不一定具有合适的品质，导致具有减弱的物理和机械性质的道路基料。当二级公路由差的道路基料材料构造，不严格采用常规维护，和道路暴露于重湿气和/或交通量时，道路的侵蚀—由于对道路表面、亚基料和基料材料的损坏—被加速。

道路表面中的缺陷通常被分成两类：表面劣化和表面变形。虽然表面劣化主要与表面处理材料的品质和它们响应于天气或交通应力的方式相关，但是表面变形常常具有组合的原因，包括对道路表面本身的两种应力和其他因素，例如亚基料和基料容量和稳定性。表面劣化由“粉尘”来例示，“粉尘”是细的粘合剂材料从道路表面损失的结果。粉尘是二级公路的相当大的问题，因为这些细的材料的损失导致其他类型的道路病情，例如道路填充材料的内聚力和压实的损失，和降低的维持道路装填物中的必需湿气的能力。

表面变形包括车辙、起皱、凹陷和坑洼。车辙是行车轨迹中由高含水量、亚表土或基料中不足的强度、不足的面层厚度或重交通负荷造成的纵向凹陷。起皱或“道路搓板现象”是由于缺乏表面内聚力造成的穿过道路表面的一系列脊和凹陷。凹陷是由沉降、过度含水量和/或不适当的排水造成的在周围道路表面下方一英寸或多英寸的局部低的区域。坑洼是道路表面中由过度含水量、不良排水、差的亚基料或基料、差等级的聚集体或这些因素的组合造成的一英寸或多英寸深的小的凹陷或空隙。

因而，通常与二级公路相关联的问题—表面劣化和变形两者—由以下造成：1)水和高含水量对道路表面和基料的有害影响，包括沉降和侵蚀，2)表面内聚力的缺乏和由此引起的由粉尘造成的道路压实的损失，和3)施加在具有差的或不足的土壤、亚基料或基料的道路上的重交通负荷。工业已经设想加入各种化学添加剂以赋予道路材料防水性，具有不同程度的成功和环境影响。然而，防水化学品不是粘合剂，且负荷能力、稳定性和抗冻性并未因它们施加到土壤或道路基料而被改进。在许多情况中，还可以通过应用从空气吸出水分以改进细聚集体内聚力的化学添加剂(本领域中通常称为“粉尘抑制剂”或“粉尘阻止剂”)来减少砾石道路上的粉尘。且“土壤稳定剂”，是被设计为充当粘合剂并聚结以在土壤或聚集体颗粒之间形成键的化学品，已经显示出有希望大大改进道路的负荷能力和交通量。但现有的土壤稳定剂和粉尘阻止剂在冷的气候中难以应用和使用，往往具有长的固化时间、短的寿命周期，且不能提供对抗水渍的必要保护；尤其是由毛细管作用导致的过度含水量。