專利名稱：可滲透流體的復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合用作鋪筑材料、磚、瓦片、雨水入口格柵等(但不限于此)的、重量輕的可滲透流體的復(fù)合材料。具體地說，本發(fā)明涉及用來制備具有高斷裂強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度特性的可滲透流體的復(fù)合材料的可固化組合物。本發(fā)明中所述的可滲透流體的材料允許流體自由流過構(gòu)造物，而對復(fù)合材料—可滲透流體的材料的結(jié)構(gòu)完整性沒有影響，并且當(dāng)流體通過構(gòu)造物時(shí)從流體中過濾出微粒污染物。本發(fā)明還涉及制造所述可滲透流體的復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
目前，道路、車道、通道和庭院的表面覆蓋著大量鋪地磚等形式的材料。典型地，這種鋪筑材料和鋪地磚由例如源自似水泥材料的組合物組成，其包括混合砂、抗紫外線的天然氧化物、任選的天然石頭和將復(fù)合材料粘合到一塊的干的水泥?？蛇x地，所述組合物可以由粘土與上述材料中的一些或全部混合制成，并且燒制到高溫以產(chǎn)生瓦片或鋪筑材料。
這種混凝土和燒制的粘土材料的一個(gè)重要的缺點(diǎn)是不能滲透流體，特別是水。典型地將鋪地磚或鋪筑材料覆蓋的區(qū)域布置成在排流點(diǎn)收集地表水并且使之流向雨水出口和河口水路，攜帶所有從不透地面收集的污染物質(zhì)和污染物。在排放時(shí)，污染物污染那些河口水路，使它們不適合用作城市水源并且不能維持正常的海洋生物。
此外，具有雨水集水系統(tǒng)的不透路面阻止了雨水返回至地下蓄水層-雨水的天然收集點(diǎn)，導(dǎo)致地下蓄水層水位下降并且增加了地下水的鹽度。這使地下蓄水層不適合作為城市水源。
另外，當(dāng)發(fā)生雨水或清水的排水不足時(shí)，水集中或者淤積在地面上。這種積水經(jīng)常導(dǎo)致危險(xiǎn)的情形，包括車輛在柏油路面材料和道路上打滑以及從在例如公共建筑入口、汽車停車場等滑的路面上的事故中發(fā)生的各種人身傷害。
此外，傳統(tǒng)的混凝土基和燒制粘土鋪筑材料由于成分中各元素的特性而表現(xiàn)出脆性斷裂，并且經(jīng)常在車輛使用下可能發(fā)生的更重負(fù)荷下突然斷裂。
當(dāng)在城市環(huán)境中用來代替相似的不透復(fù)合材料時(shí)，本發(fā)明從雨水廢水中過濾出污染物，因此減少了河口水路的污染，并且通過流過鋪筑材料允許雨水返回至傳統(tǒng)的地下蓄水層，從而減緩了重要城市水源的耗盡和鹽化。
發(fā)明目的因此，本發(fā)明的目的是提供一種硬的、可彎曲的承載復(fù)合材料，其允許水自由地從中滲透并因而克服或者減輕了現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或者多個(gè)問題，從而提供了一種有用的替代產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種用來制備可滲透流體的復(fù)合材料的可固化組合物，其包括粒狀材料；及粘合劑(binding agent)，其包括25-40重量％的基于甲基丙烯酸酯的丙烯酸類聚合物；0-20重量％的纖維；10-35重量％的異氰酸酯均聚物和相應(yīng)的異氰酸酯聚合劑，其用來與所述丙烯酸類聚合物形成交聯(lián)聚合物。
優(yōu)選地，所述可固化的組合物包含20-50重量％的低分子量粘性溶劑。
粒狀材料可以獨(dú)立地選自各種石頭或水泥骨料。優(yōu)選粒狀材料是玄武巖。
基于甲基丙烯酸酯的適當(dāng)丙烯酸類聚合物可以選自丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯共聚物。優(yōu)選使用甲基丙烯酸甲酯共聚物并且以粘合劑的20％-50％存在。更優(yōu)選地甲基丙烯酸酯共聚物以粘合劑的25-40％并且再更優(yōu)選30％存在。
在本發(fā)明組合物中使用纖維。適當(dāng)?shù)睦w維可以選自例如玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維或碳纖維的纖維，或者來自包括但不局限于絲、黃麻、大麻纖維、劍麻的天然纖維。適當(dāng)?shù)?，纖維是玻璃纖維。適當(dāng)?shù)牟ＡЮw維長度為.05mm-6mm纖維長度。更適當(dāng)?shù)?，玻璃纖維長度為3mm。適當(dāng)?shù)?，粘合劑中存?-25％的纖維。更適當(dāng)?shù)?，粘合劑包含約9％的玻璃纖維。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚如果選擇玻璃以外的纖維，在不同于公開的玻璃纖維重量和公開的玻璃纖維長度的用量下，可以在組合物內(nèi)達(dá)到所需的纖維密度。例如，當(dāng)與芳族聚酰胺纖維比較時(shí)，玻璃纖維比芳族聚酰胺纖維具有更高的比重，所以在比芳族聚酰胺纖維更重的玻璃纖維下會獲得固化粘合材料內(nèi)所需的纖維密度。
異氰酸酯和相應(yīng)異氰酸酯聚合劑的均聚物可以選自六亞甲基二異氰酸酯均聚物(均HDI):六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、亞甲基二苯基二異氰酸酯均聚物:亞甲基二苯基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯均聚物:甲苯二異氰酸酯、聚合的亞甲基二苯基二異氰酸酯均聚物:聚合的亞甲基二苯基二異氰酸酯、萘二異氰酸酯均聚物:萘二異氰酸酯、異氰酸甲酯均聚物:異氰酸甲酯。優(yōu)選地，異氰酸酯均聚物和相應(yīng)異氰酸酯聚合劑是HDI均:HDI并且其用量為10-50重量％。優(yōu)選地，異氰酸酯均聚物和相應(yīng)異氰酸酯聚合劑以粘合劑的20-40％并且更優(yōu)選約25％存在。
優(yōu)選地，所述聚合劑是HDI并且以粘合劑的約0.02-0.005％存在。
低分子量的粘性溶劑可以選自C1-C6酯，包括醋酸叔丁酯、醋酸正丁酯；烴溶劑，包括苯、甲苯、二甲苯及其異構(gòu)體形式、乙苯、環(huán)己烷、枯烯、萘、蒽、二苯基、環(huán)萜烯、三二苯基，或者C1-C6酮。優(yōu)選地，粘性溶劑是醋酸丁酯并且以0-60％，優(yōu)選20％-50％的量存在。更優(yōu)選地，醋酸丁酯以粘合劑的約37％存在。例如溫度和濕度的變化影響混合物的粘度，并且根據(jù)主要的環(huán)境調(diào)整低分子量溶劑的量。
適當(dāng)?shù)?，?yīng)該調(diào)整粘合劑的粘度，使得粘合混合物是足夠粘的，從而當(dāng)用粘合材料涂覆微粒物質(zhì)時(shí)可以粘附到粒狀材料的表面上。
存在低分子量溶劑還便于在固化的復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生最大的空隙區(qū)。當(dāng)復(fù)合材料固化時(shí)，粘性溶劑閃蒸出，從而降低了固化的復(fù)合材料內(nèi)粘合材料的體積并且使復(fù)合材料內(nèi)空隙區(qū)最大化。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了可滲透流體的復(fù)合材料的制造方法，其包括步驟1.壓縮第一方面的可固化組合物；及2.在粘合混合物中存在的交聯(lián)聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度上10℃的溫度下固化所述組合物并且隨后降低所述溫度。
優(yōu)選地，所述方法包括用粘度調(diào)節(jié)粘合劑預(yù)涂覆粒狀材料的步驟。
更優(yōu)選地，所述方法還包括用粘合劑涂覆固化的預(yù)涂覆粒狀材料的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了由所述第二個(gè)方面的方法制備的制品。
優(yōu)選地，所述制品選自鋪地磚、瓦片、磚、地板或墻面材料、擋水墻(retaining wall)和入口井蓋(格柵)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述制品是鋪地磚等。在可選的實(shí)施方案中，所述制品是在排放到河口水路前過濾雨水集水管的入口井蓋。


為了更容易理解本發(fā)明并且付諸實(shí)踐，將參考附圖，通過實(shí)施例的方式，說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案和現(xiàn)有技術(shù)，附圖中圖1是俯視可滲透流體的復(fù)合材料的示意圖，顯示了由聚合物包住的纖維粘合材料粘合的粒狀材料，以及在粒狀材料之間產(chǎn)生的空隙。
圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的地內(nèi)雨水入口井蓋的透視圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例實(shí)施例1粘合劑組成除非另有說明，本文中所有百分?jǐn)?shù)均是以重量百分?jǐn)?shù)表達(dá)的百分?jǐn)?shù)。
第1部分向醋酸正丁酯(33.75％)中添加羥基官能團(tuán)值(hydroxil functionalvalue)約150KOH/g(33.75％)的甲基丙烯酸共聚物。然后，將該混合物加入部分2的混合成分中。
第2部分在單獨(dú)的容器中，結(jié)合下面的物質(zhì)醋酸正丁酯(9％)、1，6-六亞甲基二異氰酸酯均聚物(HDI均聚合物)(約13.5％)、六亞甲基二異氰酸酯(0.005％)。
第3部分將3mm纖維尺寸的玻璃纖維(10％)混合入第1部分和第2部分的混合物中。
在所述粘合劑中，各種化學(xué)品都可以取代。例如，使用基于甲基丙烯酸酯的丙烯酸類聚合物作為交聯(lián)劑。因?yàn)檫@種丙烯酸類聚合物是硬的并且是致密分支的，從而提供了傳統(tǒng)的聚氨酯不能獲得的非常長的并且耐用的材料，所以它們是合適的。另外，與聚碳酸酯和聚酯不同，這些聚合物具有所需的UV穩(wěn)定性質(zhì)?；诩谆┧狨サ倪m當(dāng)?shù)谋┧犷惥酆衔锟梢赃x自分支的甲基丙烯酸酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯共聚物。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將很清楚，雖然優(yōu)選的實(shí)施方案描述了羥基官能團(tuán)值(hydroxil functional value)為150KOH/g的甲基丙烯酸酯共聚物，對于反應(yīng)的二異氰酸酯可以調(diào)整羥值(hydroxil value)，使得羥值越大，反應(yīng)中需要的二異氰酸酯的量越大。因此，可以使用羥值從15-250KOH/g的甲基丙烯酸酯共聚物。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用這種纖維增強(qiáng)的共聚物，所得粘合劑是特別堅(jiān)韌的，表現(xiàn)出非常高的拉伸強(qiáng)度和肖氏耐沖擊性質(zhì)。
在容器中合并第1部分的混合物和第2部分的混合物，并且徹底混合合并的混合物。一旦徹底混合了混合物，添加纖維。
實(shí)施例2粒狀材料在可滲透流體的復(fù)合材料中可以使用大量粒狀材料或骨料，包括各種巖石類型和陶瓷。合適的巖石類型包括酸性火成花崗巖類型并且可以選自花崗巖、石英二長石、花崗閃長巖、花斑巖、流紋巖和流紋英安巖。
中性火成巖類型也是合適的并且可以選自閃長巖、斑巖和粗面巖。堿性火成巖類型可以選自玄武巖類，包括玄武巖、粗玄巖和?；x橄巖。此外，變質(zhì)巖類型也是合適的并且可以選自角頁巖、石英巖、片巖、千枚巖、片麻巖和綠巖。還可以合適地使用例如河礫石的沉積巖類型。再更合適地，粒狀材料是玄武巖。
粒狀材料可以具有規(guī)則或不規(guī)則形狀，優(yōu)選所述材料是拉長的從而使粘合劑可以涂覆的表面積增加并且粒狀材料之間接觸的表面積增加。除了前面列出的合適地用作粒狀材料的材料外，合適的粒狀材料還可以包括破碎陶器和/或陶瓷(包括但不局限于二氧化硅和碳化鈦、鋁的硅酸鹽和氧化物以及玻璃)的碎片或碎塊。還可以使用人造的固體材料，例如燒制的粘土或者固化的似水泥的化合物。粒狀材料的尺寸在1mm到50mm的范圍內(nèi)，并且可以調(diào)整以適合復(fù)合材料的使用目的。例如，1mm-5mm的細(xì)骨料粒狀材料適用于形成例如用于人赤腳行走區(qū)域的防滑水池基底和防滑鋪面材料。從10-20mm范圍內(nèi)的中等尺寸的粗骨料材料最適用于雨水過濾應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用，例如隔音板、柏油路面材料、公路和橋梁表面、人行道和諸如醫(yī)院和學(xué)校等需要防滑表面的入口。粗于20mm的材料在自排水擋水墻以及一些雨水和污水過濾應(yīng)用中具有有價(jià)值的應(yīng)用。
復(fù)合材料的可滲透程度由粒狀材料的尺寸和形狀決定。平均尺寸14mm的圓形介質(zhì)比拉長形狀的5mm-10mm介質(zhì)骨料具有更大的滲透性。典型地，不規(guī)則形狀的10mm-15mm的粒狀材料在50mm厚度下具有每平方米復(fù)合材料每秒鐘30升的滲透性。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚粒狀材料的尺寸、形狀和壓縮強(qiáng)度將決定可滲透流體的復(fù)合材料的強(qiáng)度、孔隙度、過濾和吸音性質(zhì)。
實(shí)施例3可滲透流體的復(fù)合材料的制造方法通過下面的方法分別使用實(shí)施例1和2的粘合劑和粒狀材料制備可滲透流體的復(fù)合材料。
洗滌所選擇的粒狀材料從粒狀材料的表面上除去所有外來物質(zhì)。所述優(yōu)選的洗滌步驟涉及將材料浸入水中并且振動(dòng)或者攪拌材料以分離出不想要的外來物質(zhì)。在從粒狀材料的表面上除去了所有外來物質(zhì)后，通過排水從粒狀材料表面中除去過量水。然后，在回轉(zhuǎn)型干燥機(jī)中干燥粒狀材料直至它的含濕量小于0.014％。冷卻干燥的粒狀材料至低于30攝氏度。
然后，通過將材料放入具有粘度調(diào)整至約130cps的測量量的粘合劑的轉(zhuǎn)鼓中，預(yù)涂覆冷卻的干粒狀材料。通過向粘合材料中添加具有良好揮發(fā)性的適當(dāng)?shù)牡头肿恿咳軇?，舉例來說如醋酸叔丁酯和醋酸正丁酯的C1-C6酯來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。粒狀材料和預(yù)涂覆粘結(jié)劑發(fā)生混合直至均勻涂覆了粒狀材料表面。這種預(yù)涂覆步驟在粒狀材料和粘合材料之間建立了均勻的力學(xué)結(jié)合。因?yàn)榱畈牧贤ǔＪ嵌嗫椎模⑶乙驗(yàn)樵诠袒陂g粘合材料收縮很大，所以應(yīng)該實(shí)現(xiàn)在粒狀材料和粘合材料之間建立均勻的力學(xué)結(jié)合作為初步的步驟。有利地，這種預(yù)涂覆還密封了粒狀材料的表面并且保證濕氣不會再吸入粒狀材料中。在預(yù)涂覆后，并且直至預(yù)涂層干燥，定期振蕩粒狀材料以防止預(yù)涂覆的顆粒彼此粘結(jié)。當(dāng)粒徑為10mm-15mm時(shí)，預(yù)涂覆過程粘度150cps的粘合劑對于粒狀材料的大致用量是200m1對11kg粒狀材料的比例。
當(dāng)充分干燥時(shí)，在一邊放置復(fù)合材料最少48小時(shí)以使預(yù)涂覆粘合材料固化。
此后，使復(fù)合材料再次與沒有通過添加其它低分子量溶劑調(diào)整粘度的粘合劑混合，當(dāng)粒徑為10mm-15mm時(shí)所用粘合劑與粒狀材料的大致比例為440ml粘合劑比11kg粒狀材料。
盡管本實(shí)施方案描述了粘合劑與10-15mm粒徑的微粒的比例約為440ml∶11kg，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚該比例將根據(jù)使用的粒狀材料的表面積而變化。例如，粘合劑與粒狀材料(2mm粒徑)的比例約為480ml∶11kg。
將未固化的復(fù)合材料轉(zhuǎn)移到容納的空間，例如定確定形狀的模具或區(qū)域中，并且振動(dòng)直至它均勻地分布在整個(gè)容納空間中。該振動(dòng)過程促進(jìn)了粘合材料在整個(gè)預(yù)成形塊內(nèi)的粒狀材料周圍的流動(dòng)。由于包含了致密纖維，允許粘結(jié)劑(binder)在粒狀材料周圍容易流動(dòng)，但是在微粒之間的連接處聚集。有利地，這樣允許在粒狀材料之間的接觸點(diǎn)處積聚纖維并隨后在粒狀材料間接觸點(diǎn)處形成最大的可能連接區(qū)域。
當(dāng)用于鋪筑材料和瓦片(tiles)時(shí)，隨后在兩個(gè)階段中壓縮所述復(fù)合材料。第一個(gè)階段是在塊體的邊緣上向下均勻地施用壓力，直至在容納空間的邊緣處實(shí)現(xiàn)最大的材料間接觸表面積而不壓碎粒狀材料或者從粒狀材料之間擠出粘合劑。
通過在材料塊的全部表面積上施用均勻的壓力來實(shí)施壓縮的第二階段。施用壓縮直至在整塊復(fù)合材料間實(shí)現(xiàn)最大的接觸，而且也不壓碎粒狀材料或者從材料間的接觸點(diǎn)處擠出粘合劑。
因?yàn)榻K產(chǎn)品具有6個(gè)無支撐的側(cè)面并且在將其放入使用位置前有時(shí)在突發(fā)條件下處理，所以可以理解鋪筑材料和瓦片的制造過程需要兩個(gè)壓縮階段。
但是，當(dāng)原位傾倒復(fù)合材料用于道路、通道、擋水墻等，其中支撐至少一個(gè)面(例如底面)并且不從制造點(diǎn)重新放置產(chǎn)品時(shí)，在整個(gè)頂面區(qū)域上進(jìn)行一個(gè)(唯一)壓縮階段。
典型地，在施加一些向下的壓力時(shí)，通過在表面上拖動(dòng)振動(dòng)板的同時(shí)振動(dòng)/壓縮來實(shí)施所述壓縮階段。
當(dāng)用于鋪筑材料和鋪面磚時(shí)，通過在幾分鐘內(nèi)，優(yōu)選在10至30分鐘之間將爐中的溫度緩慢地升高至約80℃來‘固化’復(fù)合材料。該溫度范圍高于本實(shí)施例中交聯(lián)聚合物70℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，對于已經(jīng)形成的實(shí)際交聯(lián)聚合物，以及對聚合物中纖維和溶劑包含物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響，該固化溫度是特定的。然后，在從爐中取出前將溫度冷卻至比玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，例如70℃低10℃。一旦從爐中取出后，在干的條件下將復(fù)合材料冷卻至約30℃以下。通過用風(fēng)扇在材料塊的表面吹風(fēng)來實(shí)現(xiàn)冷卻。與傳統(tǒng)的混凝土和燒制粘土材料不同，本發(fā)明的可滲透流體的復(fù)合材料在固化期間不會收縮并且保持所需的尺寸和重量。
在原位傾倒復(fù)合材料的地方，通過來自懸在傾倒材料上方的加熱源的熱量，升高材料的溫度至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上來固化材料。
盡管不愿受任何特定理論的束縛，本發(fā)明人認(rèn)為所形成的固化的可滲透流體的復(fù)合材料的出人意料的高強(qiáng)度歸因于如下處理1.在預(yù)涂覆過程期間粒狀材料和粘合劑之間形成的力學(xué)結(jié)合，2.粘合材料通過在粘合混合物內(nèi)包含致密的纖維而增強(qiáng)，3.壓縮階段期間在微粒物質(zhì)之間形成最大接觸面，4.通過振動(dòng)階段及壓縮階段，固化粘結(jié)劑在粒狀材料間的連接區(qū)域處最可能積聚。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以，理解可以改變上面的組成以適應(yīng)各種加工條件，例如可能影響混合物內(nèi)溶解性的溫度和濕度。
有利地，可滲透流體的復(fù)合材料在重量上比傳統(tǒng)的復(fù)合材料輕很多。例如，一平方米50mm厚的混凝土鋪筑材料重約115kg，而一平方米50mm厚可滲透流體的復(fù)合材料重約66kg。更輕的重量是由于可滲透塊內(nèi)的空隙區(qū)。這種重量輕的材料的優(yōu)點(diǎn)是容易運(yùn)輸和可加工性，并且如果在地面上方使用，例如用于擋水墻、隔音阻擋層等，僅需要更少的結(jié)構(gòu)支撐。
實(shí)施例4實(shí)施的試驗(yàn)結(jié)果流體可滲透性與傳統(tǒng)的混凝土或者其它復(fù)合材料相比，可滲透流體的復(fù)合材料具有獨(dú)特和有利的物理性質(zhì)。重要地是，本發(fā)明提供了高度多孔的且可滲透流體的復(fù)合材料，其允許水自由流過復(fù)合材料。典型地，通過由l0mm-15mm粒狀材料骨料構(gòu)成的1平方米的50mm厚的區(qū)域，水的流速為每秒鐘30升。
在使用可滲透流體的復(fù)合材料的應(yīng)用實(shí)施例中，制備出三種鋪筑材料并且測量其孔隙度。沿著鋪筑材料邊緣使用鋁防水片密封鋪筑材料。防水片在鋪筑材料上表面上方延伸50mm。然后，使水涌上鋪筑材料的上表面上直至在370×370mm的暴露表面上達(dá)到每秒1.6升的最大流速。如由鋪筑材料表面上缺乏‘坑洼’或水池所證明，鋪筑材料的孔隙度大于所述流速。
可滲透流體的復(fù)合材料允許通過鋪筑材料的排水量大于在700mm/hr或者700l/m2/hr降雨下獲得的排水量。該孔隙度遠(yuǎn)超過在標(biāo)準(zhǔn)AS3500.3.2-1998中給出的任何5分鐘持續(xù)降雨強(qiáng)度。
韌性、拉伸應(yīng)力和輕重量性質(zhì)可滲透流體的復(fù)合材料在壓縮或者拉伸環(huán)境中而不需要增強(qiáng)下表現(xiàn)出韌性斷裂。混凝土和燒制粘土產(chǎn)品在沒有鋼增強(qiáng)下表現(xiàn)出脆性斷裂。也就是說，在斷裂點(diǎn)處，它立即斷裂并且徹底損壞。鋼增強(qiáng)的混凝土仍表現(xiàn)出脆性斷裂，但是增強(qiáng)鋼給結(jié)構(gòu)賦予韌性。相反，斷裂點(diǎn)處固化的復(fù)合材料不會立即斷裂和失效，而是它開始失效但仍保持其許多性質(zhì)。失效是破裂而不是脆性斷裂。典型地，由10mm-15mm粒狀材料骨料構(gòu)成的350mm×100mm×100mm的部件(section)，并且其每端支撐25mm，在失效前顯示出6050N的最大負(fù)荷。
還有利地，可滲透流體的復(fù)合材料在外部纖維結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)高的拉伸應(yīng)力，即與傳統(tǒng)的混凝土或燒制粘土不同，結(jié)構(gòu)是柔性的并且具有很大的抗彎強(qiáng)度。抗彎強(qiáng)度因使結(jié)構(gòu)能夠承載更高的負(fù)荷而是可取的。典型地，由10mm-15mm粒狀材料骨料構(gòu)成的350mm×100mm×100mm的部件(section)，并且其每端支撐25mm，在0.98mm的破裂值、1740mpa的彈性模量和1.83mpa的破裂模量下顯示出撓曲。
可滲透流體的復(fù)合材料是輕重量的，其重量低于現(xiàn)有的類似復(fù)合材料。典型的混凝土鋪筑材料等在50mm厚度下每平方米重約110kg，而由比重為2.8的介質(zhì)構(gòu)成的可滲透流體的復(fù)合材料在50mm厚度下每平方米重約66kg。
本發(fā)明人預(yù)期到可滲透流體的復(fù)合材料以鋪筑材料等形式具有廣泛的應(yīng)用，在上述可取的性質(zhì)下也可以想到其它的應(yīng)用。
雨水集水管井蓋有利地，可滲透流體的復(fù)合材料具有高的結(jié)構(gòu)完整性并因此可以支撐和未支撐地用于許多工程應(yīng)用，例如道路、擋水墻和雨水入口格柵和坑(pit)。
在可選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了當(dāng)水從鋪筑區(qū)流入雨水集水系統(tǒng)時(shí)，從雨水徑流中過濾污染物的措施。
目前，雨水集水坑與鋪筑區(qū)(例如道路和停車場)共存。在降雨期間水積在鋪筑的路面上并且流向鋪筑區(qū)的最低點(diǎn)。需要在匯聚前從鋪筑區(qū)收集徑流水(runoffwater)以避免溢流(flooding)。在鋪筑區(qū)上的各點(diǎn)處收集徑流水并且通過地下管道系統(tǒng)導(dǎo)向?qū)⑺欧诺剿分械呐潘趨^(qū)。徑流水從鋪筑區(qū)通過雨水集水坑轉(zhuǎn)移到地下管道系統(tǒng)。典型地，有在鋪筑區(qū)表面層以下通常是混凝土的并且穿過徑流水流安裝的箱形結(jié)構(gòu)。流向鋪筑區(qū)低處的徑流水滴入集水箱。
集水箱具有兩種入口，地下入口和側(cè)面入口。地下入口與路面平齊并且由強(qiáng)度足以支撐車輛重量并且開口對于所需集水足夠大的金屬格柵保護(hù)。但是，已經(jīng)表明這些金屬格柵對于行人和腳踏車是不安全的。另外，它們沒有污染過濾裝置，即現(xiàn)有的金屬入口格柵當(dāng)雨水進(jìn)入集水坑時(shí)不從其中過濾污染物。
側(cè)面入口開口是豎直開口，通常建造在排水溝的排水口并且是不覆蓋的。對于側(cè)面入口開口，沒有保護(hù)性的格柵或污染物過濾。當(dāng)雨水徑流穿過鋪筑的地面時(shí)，粗的污染物、例如香煙頭、塑料袋、紙和落葉收集并沉積在集水坑內(nèi)。
本發(fā)明人預(yù)期所述可滲透流體的復(fù)合材料，通過在集水箱入口點(diǎn)處提供雨水井蓋，可以用來在雨水進(jìn)入集水系統(tǒng)前從中過濾污染物。圖1顯示了典型的雨水井蓋實(shí)施方案。井蓋10包括由鋼架14容納的可滲透流體的復(fù)合材料12。尺寸可以根據(jù)雨水集水坑入口的類型、尺寸和形狀，例如開口是地下還是Lintel(側(cè)面入口)類型，例如還可以根據(jù)集水坑橫向的交通類型以及集水坑的集水要求而變化。
有利地，按照這種方式使用可滲透流體的復(fù)合材料允許通過地面收集雨水并且排出。粗的污染物，例如塑料袋和瓶子、落葉、香煙頭等留在地面上，并且一些微型污染物，例如烴、重金屬和一氧化碳固體被捕獲在可滲透流體的復(fù)合材料內(nèi)。因此，在進(jìn)入排水口之前預(yù)先過濾進(jìn)入排水系統(tǒng)的水，這對環(huán)境是明顯有利的。
隔音(sound reduction)應(yīng)用本發(fā)明人進(jìn)一步預(yù)期可滲透流體的復(fù)合材料可以用作有效的隔音材料。當(dāng)聲能通過可滲透流體的復(fù)合材料時(shí)，一些將從不規(guī)則復(fù)合物表面的面上偏轉(zhuǎn)，并且一些將進(jìn)入空隙并且可以在復(fù)合材料內(nèi)吸收。典型地，50mm厚的10mm-15mm不規(guī)則形狀粒狀材料的復(fù)合材料提供了明顯的隔音作用，例如25db-40db。
隔音復(fù)合材料的有效性取決于介質(zhì)的尺寸和形狀、以及可滲透材料塊內(nèi)的空隙百分?jǐn)?shù)。不規(guī)則介質(zhì)形狀和材料塊內(nèi)更大百分?jǐn)?shù)的空隙增加了降低聲音的有效性。預(yù)期所述復(fù)合材料可用于大的商業(yè)房屋，例如室內(nèi)游泳池裝置、禮堂、路旁隔音板中以及高密度的商業(yè)和住宅財(cái)產(chǎn)的分隔墻中。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚本發(fā)明不局限于本文詳細(xì)說明的實(shí)施方案，并且可以考慮與本發(fā)明廣義的精神和范圍一致的大量其它實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明中所述的可滲透流體的材料，其允許流體自由流過構(gòu)造物而對所述復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)完整性沒有影響。
2.本發(fā)明中所述的可滲透流體的材料，當(dāng)流體通過所述復(fù)合材料時(shí)其從流體中過濾一些顆粒雜質(zhì)。
3.所述可滲透流體的復(fù)合材料是重量輕的，其比現(xiàn)有的類似復(fù)合材料重量輕。典型地，混凝土鋪筑材料、瓦片等在50mm厚度下每平方米重約110kg，而所述可滲透流體的復(fù)合材料當(dāng)由比重＜2.8的介質(zhì)構(gòu)成時(shí)在50mm厚度下每平方米重66kg。
4.本發(fā)明中所述的可滲透流體的復(fù)合材料在外纖維結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)拉伸應(yīng)力。
5.本發(fā)明中所述的可滲透流體的復(fù)合材料在壓縮或者拉伸環(huán)境中在不需要增強(qiáng)的情況下表現(xiàn)出韌性斷裂，而混凝土在拉伸中通過脆性斷裂爆裂。
6.基本上如參照附圖在本文中所述的可滲透流體的材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用來制備可滲透流體的復(fù)合材料的可固化組合物，其包括粒狀材料和粘合劑，所述粘合劑包括25－40重量％丙烯酸類聚合物、0.5－20重量％纖維、10－35重量％用來與所述丙烯酸類聚合物形成交聯(lián)聚合物的異氰酸酯均聚物和相應(yīng)的異氰酸酯聚合劑、以及20－50重量％醋酸正丁酯。所述具有高斷裂強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度的復(fù)合材料適用于制造鋪筑材料、磚、瓦片和雨水入口格柵。
文檔編號E01C9/00GK1961039SQ200580017343
公開日2007年5月9日 申請日期2005年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者約翰·阿瑟·卡明斯 申請人:約翰·阿瑟·卡明斯