專利名稱：表面裝飾有天然有色石礫的瀝青屋面產(chǎn)品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是申請日為1996年5月31日的第08/656,645號美國專利申請的部分繼續(xù)申請。
總的來說，本發(fā)明涉及一種屋面產(chǎn)品如屋面板、層壓屋面板和屋面卷材。確切地說，本發(fā)明涉及一種具有含天然有色石礫的保護及裝飾表面層的屋面產(chǎn)品且本發(fā)明可用于生產(chǎn)住宅屋面或商用屋面所用的瀝青屋面板、層壓屋面板或屋面卷材。
一種常見的屋面產(chǎn)品的制造方法涉及生產(chǎn)一連續(xù)的屋面材料帶并隨后將此材料帶剪切成單塊屋面板或剪切成適于形成屋面卷材的條段。在生產(chǎn)屋面材料的過程中，通常使基板如玻璃纖維墊經(jīng)過裝有熔融瀝青的涂料器。瀝青浸透了基板并在基板上形成了黏性涂層。隨后，使被涂敷的基板經(jīng)過一個或多個將表面石礫散布到基板局部上的石礫散布器的下方。通常，布料斗以可通過手動調節(jié)布料斗的方式控制的速率散布石礫。
在制造有色屋面板時經(jīng)常使用兩種石礫。較便宜的石礫通常被鋪設到屋面板的搭接部分上，其中所述搭接部分通常在屋面上被相鄰屋面板的搭疊部分所覆蓋，而較貴的有色石礫通常被鋪設到常外露于屋面上的屋面板的接頭部分上。為了在接頭部分或外露部分處形成外表美觀的彩色圖案，通常使用具有不同顏色的有色石礫。底色通常是由具有第一種顏色的有色石礫形成的，而被稱為“混合料滴”的突出部分是由具有不同于第一種顏色的第二種顏色的有色石礫形成的。
為控制并保證石礫顏色和性能的一致性，通常通過將陶瓷涂層或顏料涂覆到礦料礫上的方式生產(chǎn)有色石礫。這種方法允許由不同來源的不同種類的礦物統(tǒng)一地制成單色石礫。不幸的是，與天然有色石礫的成本相比，著色工藝明顯提高了人工著色石礫的成本。這增加了用石礫制成的屋面產(chǎn)品的直接制造成本。人工著色的石礫還可能遇到象褪色、色偏移、剝落和涂層損傷這樣的問題。因而，人們希望能夠在屋面產(chǎn)品的外露部分上至少作為部分人工著色石礫的替代品地使用天然有色石礫。
現(xiàn)在已經(jīng)研究出了一種屋面產(chǎn)品，其中礫石的表面層包括天然有色石礫。天然有色石礫呈現(xiàn)各種引人注目的顏色。它們避免了與人工著色石礫有關的問題如褪色、色偏移、剝落和涂層損傷。在本發(fā)明的第一實施例中，天然有色石礫在屋面產(chǎn)品的外露部分上與人工著色的石礫混合在一起。表面裝飾有含天然有色石礫的混合料的屋面產(chǎn)品可以形成比只用人工著色的礦石礫裝飾表面的屋面產(chǎn)品更自然的外觀。與人工著色的石礫相比，天然有色石礫明顯節(jié)約了成本，并且天然有色石礫可用于現(xiàn)有的生產(chǎn)設備。但是，不可能足夠量地獲得天然有色石礫中的某些顏色來形成最理想的屋面產(chǎn)品的彩色圖案。因此，為了獲得更美麗的外觀、節(jié)約成本并保證適用石礫的供應以及以下未說明的其它好處，最好使天然有色石礫以占混合物料重量約2％-98％的量與人工著色石礫混合起來。另外，從顏色和整體外觀的角度出發(fā)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，人工著色礦石礫與天然有色石礫的混合有利于形成某些令人賞心悅目的彩色圖案。
在本發(fā)明的第二實施例中，外露部分的表面層包括至少三個不同種類的石礫的混合物，而其中的兩種石礫是具有不大于約30％的半透明度的天然有色石礫。
在第三實施例中，天然有色石礫具有粒徑比傳統(tǒng)的人工著色屋面石礫的粒徑小的優(yōu)選粒徑分布。接頭部分的至少重量百分比約為2％的石礫是天然有色石礫，接頭部分石礫的粒徑約為0.3mm-1.2mm。具有上述優(yōu)選的粒徑分布范圍的石礫明顯地消除了屋面產(chǎn)品的色彩有淺有深的問題。粒徑更小的石礫還要求用更輕的石礫來覆蓋屋面產(chǎn)品的表面，從而降低石礫的成本和屋面產(chǎn)品的成本。由于減輕了石礫的重量，所以允許在屋面產(chǎn)品上采用更多的瀝青，這樣就使屋面產(chǎn)品更能經(jīng)得起風吹雨打。
在本發(fā)明的第四實施例中，外露部分的表面層包括從頁巖、粉砂巖、石灰石和白云石中選出的天然有色石礫，并且所述石礫的粒徑約為0.3mm-2.0mm。


圖1是將石礫鋪設到瀝青屋面產(chǎn)品的表面上的本發(fā)明設備的示意透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明制成的、在剪切之后但在將其分成單塊屋面板之前的連續(xù)屋面材料帶的示意平面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明制成的屋面板的示意透視圖。
圖4是沿圖3的4-4線的屋面板的放大的示意剖視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明制成的層壓屋面板的兩部分的示意透視圖。
圖6是通過連接圖5所示的兩塊屋面板部而形成的層壓屋面板的示意透視圖。
圖7是包括彩色的混合料滴石礫的層壓屋面板的示意透視圖。
現(xiàn)在參見圖1，作為屋面產(chǎn)品的加強織物地設置基板10。該基板是一種已知用于屋面產(chǎn)品的傳統(tǒng)類型的編織物，例如一匹織造織物或纖維材料的非織網(wǎng)狀物，如無紡織物或玻璃纖維氈、合成有機纖維如聚酯纖維、天然有機纖維如纖維素纖維、碎布纖維、礦質纖維、玻璃纖維和合成纖維的混合物等?；遄詈檬遣ＡЮw維墊。
基板經(jīng)過裝有液態(tài)粘結劑如最好是熔融瀝青的地瀝青混合物的涂料器12。熱的液態(tài)瀝青浸透了基板并在基板的正反兩面上形成一個黏性涂層。如果需要，瀝青可含有填充料如碳酸鈣(石灰石)、硅土、巖石纖維、飛灰、云母或已知用于瀝青屋面產(chǎn)品的其它填料。
在本發(fā)明的另一個實施例中，聚合物改性型瀝青的外層(未示出)被黏附到涂覆瀝青的基板上。所形成的瀝青屋面產(chǎn)品比較重且更具柔韌性。
接著，使覆有黏性涂層的基板經(jīng)過一個石礫配送器(最好是一個石礫混料器14)的下方，以便施加彩色的混合料滴石礫。石礫作為附著物被施加在基板接頭部分的上表面上。石礫黏附在涂層上且通常部分地嵌入所述涂層中?；炝掀骶哂性S多個穿過其中的布料口16。布料斗18位于混料器的上方，以便將混合料滴石礫送入布料口中。布料斗與裝有石礫的儲料斗20相連?？梢愿鶕?jù)所制造的屋面板產(chǎn)品的種類改變布料斗、儲料斗和布料口的數(shù)目?？梢酝ㄟ^混料器來調節(jié)混合料滴石礫的布料速率、布料時刻以及沉積物的大小和形狀。設有混料差速器22來協(xié)調混料器的工作和基板的移動速率。
隨后，使基板經(jīng)過斜坡布料斗24的下方，以便將底色石礫和搭接部分石礫施加到基板的上表面上。斜坡布料斗具有一個將底色石礫堆放到基板上的中心料室26。除了那些已經(jīng)覆蓋有彩色的混合料滴石礫的部位外，底色石礫黏附于在屋面產(chǎn)品的接頭部分處的瀝青涂層上。于是，底色石礫形成了基板接頭部分的底色。斜坡布料斗還具有一對將搭接部分石礫堆放到基板的搭接部分上的側料室28。通過與儲料斗(未示出)相連的布料斗將石礫送入不同的料室。
混合石礫或單種石礫可被用作彩色的混合料滴石礫、底色石礫和搭接部分石礫。通常在將石礫送往儲料斗之前混合石礫，但是也可以在將石礫施加在基板上的過程中混合石礫?？梢愿鶕?jù)所構造的專用屋面板產(chǎn)品選擇石礫的種類以及混合物。以下將具體描述施加到基板上的各種石礫。
不是所有的覆蓋在帶涂層基板上的石礫都黏附于涂層上，特別是那些施加在已覆蓋有彩色的混合料滴石礫的基板部位上的底色石礫。在鋪放完石礫后，使基板環(huán)繞滾筒30翻轉并抖落沒有黏附住的石礫。
當翻轉基板時，將反面撒粉材料(dusting material)如砂?；蛟颇甘┘拥交宓南卤砻嫔?。反面撒粉材料是從一個反面撒粉器32中送出的。接著，使涂有瀝青且表面裝飾有石礫的基板經(jīng)過一系列標準工序如冷卻、稱重。隨后，剪切基板以便形成本發(fā)明的瀝青屋面產(chǎn)品。可以將基板剪切成單塊的屋面板或是將其剪切成制造層壓屋面板用的各板層或是將其剪切成適當長度的屋面卷材。隨后包裝和運輸所述產(chǎn)品。
圖2示出了通過在剪切步驟后但在將帶材切分成各屋面板之前的工藝制成的屋面材料帶34。各帶材被分成兩道瀝青屋面板36。在圖3中更具體地示出了從帶材分出的屋面板36。該屋面板具有包括三個接頭40的一個接頭部分38。由切口42限定接頭。但應該認識到接頭部分不必一定具有切口。當屋面板被裝到屋面上時，接頭部分通常是外露的。將礫石的表面層黏附于在接頭部分處的涂層上。底色石礫44形成了接頭部分的底色且混合料滴石礫46的附著提供了接頭部分上的色彩突出區(qū)。某些種類的天然有色石礫和/或人工著色礦石礫可被優(yōu)選為底色石礫或混合料滴石礫。
屋面板還具有一個搭接部分48。當將數(shù)排屋面板安裝到屋面上時，各排中的屋面板的搭接部分位于相鄰排屋面板的接頭部分的下方。于是，在將屋面板裝到屋面上時，除了通過切口而外露的小條搭接部分外，屋面板的搭接部分通常是被蓋住的。搭接部分石礫50的表面層黏附于在搭接部分處的涂層上。
如上所述且如圖4所示的那樣，屋面板是由多層材料制成的。屋面板包括由玻璃纖維墊制成的且用作屋面板加強織物的基板10。該基板被浸漬和涂覆以粘結劑如瀝青。瀝青涂層52在基板的上表面上形成。石礫的表面層44黏附于上表面的涂層上。反面瀝青涂層54在基板的下表面上形成。在反面涂層上黏附有反面撒粉材料如砂粒的表面層56。
盡管已經(jīng)參考優(yōu)選工藝描述了瀝青屋面產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，但應該理解的是，可以通過任何傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法來制造上述產(chǎn)品。盡管所示的工藝采用了一條被分成兩道屋面板的屋面材料帶，但是上述帶材也可以是單道屋面板，或者通常被分成三道或四道的屋面板?？梢愿鶕?jù)工藝且通過本領域普通技術人員公知的方式對生產(chǎn)設備進行改進。
圖5和圖6示出了一塊按照本發(fā)明的優(yōu)選的層壓瀝青屋面板58。層壓屋面板是由兩部分構成的，其中一個是表層60，另一個是底層62。表層包括一個具有搭接部分石礫66的表面層的搭接部分64。表層還包括一個具有呈鋸齒圖案的四個不規(guī)則形接頭70的接頭部分68。接頭是由切口72形成的。接頭部分具有一個底色礫石74的表面層。底層62適于定位于表層的接頭部分的下方。通過粘結劑或其它方式將底層固定在接頭部分的下表面上。底層具有一個底色石礫76的表面層。當如圖6所示那樣地將底層62和表層60粘固在一起時，可通過表層的切口看到底層的外露部分78。接頭部分的底色石礫74通常具有不同于底層的底色石礫76的顏色。當所形成的層壓屋面板被裝在屋面上時，它具有非常引人注目的彩色圖案和立體外觀。
圖7示出了另一個具有布置于接頭部分上的混合料滴石礫82的層壓瀝青屋面板80。表層具有一個底色石礫84的表面層，而底層具有一個底色石礫86的表面層。
根據(jù)本發(fā)明，用于裝飾屋面產(chǎn)品表面的石礫包括天然有色石礫。“天然有色石礫”一詞是指在自然狀態(tài)下著色的巖石礫或礦石礫，而不是指那些人工著色的石礫。確切地說，天然有色石礫沒有為了上色而被涂上顏料或涂覆以如陶瓷材料的涂層。但是，天然有色石礫可覆有一個涂層以便為石礫提供有益的其它性能。例如，可以將添加劑如疏水性添加劑或結合改進劑涂覆到天然石礫上?！坝猩币辉~是指包括黑、白色和各種色彩明暗度在內的所有顏色。天然有色石礫是根據(jù)本領域公知的任何方式通過將天然巖石和/或礦石壓碎成所需大小的石礫而獲得的。也可以篩選石礫以便調節(jié)石礫的尺寸。
有利的是，本發(fā)明所用的天然有色石礫很美觀且具有保護性能，從而它們非常適用于屋面產(chǎn)品的外露部分。天然有色石礫具有很多的自然顏色。石礫最好在色調協(xié)調的基礎上色彩均勻。石礫良好的色彩性能允許獲得傳統(tǒng)的以及改進的屋面美學。石礫可被用作外露的接頭部分的底色或被用作混合料滴石礫以便產(chǎn)生對比色的明亮部分。
天然有色石礫本身可被用作屋面產(chǎn)品外露的接頭部分的表面層。但在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，天然有色石礫與人工著色石礫混合使用。在本文中，“混合”一詞僅指在屋面產(chǎn)品的外露部分上出現(xiàn)了兩種石礫；而石礫無需緊密地混合或攙雜在一起。因而，這樣的混合物包括具有一種在產(chǎn)品外露表面的第一部分上的石礫、另一種在外露表面的第二部分上的石礫以及其中兩種石礫混雜的混合石礫的屋面產(chǎn)品。例如，這樣的混合石礫將包括這樣一種屋面產(chǎn)品，其中該屋面產(chǎn)品的混合料滴部分是由人工著色石礫構成的，而底色部分是由天然有色石礫構成的。
石礫混合物按重量百分比計包括大約2％-98％的、優(yōu)選的是大約10％-98％的、最好是大約20％-98％的、更好是大約35％-98％且最佳是大約50％-98％、但最優(yōu)選地是大約70％-98％的天然有色石礫；大約2％-98％的、優(yōu)選地是約2％-90％的、最好是約2％-80％的、更好是約2％-65％且最佳是約2％-50％、但最優(yōu)選地是約2％-30％的人工著色石礫。
人工著色的礦石礫是通過壓碎并篩選礦石和/或天然巖石并接著對石礫涂以顏料或涂覆涂層以便使石礫具有均勻的顏色而獲得的。優(yōu)選的人工著色礦石礫是涂覆以彩色陶瓷的礦石礫，目前可以通過幾個不同的供應商獲得這樣的石礫。適用的石礫包括可從明尼蘇達州圣保羅市的明尼蘇達采礦加工公司購得的3M牌屋面石礫和從新澤西州邦德布魯克市的ISP礦產(chǎn)股份有限公司購得的ISP牌屋面石礫。其它適當?shù)氖[可以從伯德和H.B.里德處獲得。
如上所述，石礫的混合物有利地包括大約2％-98％的天然有色石礫。表面覆有天然有色石礫的屋面產(chǎn)品可形成更自然的外觀并具有比其表面由百分之百純人工著色礦石礫覆蓋的屋面產(chǎn)品更豐富、更真實的色彩。用戶可能優(yōu)先考慮這種含有天然有色石礫的屋面產(chǎn)品，這是因為它們更無害，更自然而且沒有過多的人工痕跡?？梢愿鶕?jù)國家特殊區(qū)域的巖石種類和/或巖石顏色選擇天然有色石礫，從而屋面產(chǎn)品將具有區(qū)域性的魅力。另外，與人工著色石礫相比，天然有色石礫明顯節(jié)約了成本且它們可被用于現(xiàn)有的生產(chǎn)設備。
優(yōu)選的石礫混合物也具有至少約2％的且優(yōu)選為至少約10％的人工著色石礫。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，無法足量地獲得天然有色石礫的某些顏色來產(chǎn)生商用屋面產(chǎn)品最理想的彩色圖案。例如，自然界中無法大量地找到藍色巖石且大多數(shù)白色天然巖石不具有優(yōu)良屋面石礫所需的不透明度。因此，為了獲得美麗的外表并節(jié)約成本且保證合適石礫的供應，采用混有至少約2％(重量百分比)的人工著色石礫的混合物，這是有利的。另外，采用最少量的人工著色石礫有助于確保屋面產(chǎn)品的外觀至少同用百分之百純人工著色石礫制成的屋面產(chǎn)品一樣地好。如上所述的那樣，在許多情況下，采用天然有色石礫和人工著色石礫的混合物使得屋面產(chǎn)品具有令人喜愛的更自然的外觀。
從顏色和整體外觀的角度出發(fā)，還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不可能用百分之百純天然的有色石礫獲得屋面產(chǎn)品的某些彩色圖案。與此相反，必須將至少最少量的人工著色石礫與天然有色石礫混合在一起，這樣才能獲得所需的彩色圖案。在某些情況下，將一到四種不同的天然有色石礫與一到四種不同的人工著色石礫混在一起以便獲得所需的外觀。在本文中，不同類型的石礫是指顏色和/或種類不同的石礫?？梢愿鶕?jù)特殊的彩色圖案采用不同類型和顏色的石礫。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，石礫是至少三個不同種類的天然有色石礫的混合物。
表1列出了用于形成不同屋面板顏色的天然有色石礫和人工著色礦石礫的優(yōu)選混合物。這些石礫的混合物在屋面板上可形成比百分之百純人工著色礦石礫更自然的外觀。
表1屋面板顏色 天然有色石礫 覆陶瓷的有色石礫灰中帶紅40％-65％(最好53％)的5％-15％(最好深灰色輝綠巖； 6％)的紅色30％-50％(最好41％)的淺灰色輝綠巖淺灰和白色 5％-10％(最好5％)的深30％-55％(最好灰色輝綠巖； 45％)的白色40％-65％(最好50％)的淺灰色輝綠巖綠白色 50％-70％(最好59％)的30％-50％(最好綠色綠巖 41％)的白色綠黑色 30％-50％(最好36％)的50％-70％(最好深灰色輝綠巖 64％)的綠色表2列出了用于形成不同屋面板顏色的天然有色石礫和人工著色石礫的其它優(yōu)選混合物。
表2屋面板顏色天然有色石礫 覆陶瓷的有色石礫中灰色 60％-80％(最好70％)的10％-30％(最好深灰色輝綠巖；20％)的深灰色5％-15％(最好10％)的淺灰色輝綠巖灰棕色30％-50％(最好36％)的深 20-35％(最好29％)灰色輝綠巖； 的灰褐色；15-30％(最5％-20％(最好14％)好21％)的深棕色的淺灰色輝綠巖深棕色45％-60％(最好53％)的 40％-55％(最好棕色流紋巖47％)的深黑及淺黑色紅棕色30％-50％(最好40％)的 50％-70％(最好是60％)棕色流紋巖的米色、淺棕色和紅色棕中帶紅 25％-45％(最好35％)的 55％-75％(最好65％)棕色流紋巖的灰褐色、米色和深灰色棕黑色50％-65％(最好56％)的 35％-50％(最好44％)棕色流紋巖的紅棕色、米色和深灰色棕色 40％-60％(最好50％)的 40％-60％(最好50％)棕色流紋巖的紅棕色、米色和深灰色在上述混合物中，覆有陶瓷的有色礦石礫可以是標準3M色彩中的3M牌屋面石礫。天然有色石礫的顏色是由亨特比色計測出其亨特L、a*、b*色度而定義的。亨特色度系統(tǒng)在本領域中是眾所周知的?？梢栽赗.S.亨特所著的文章“光電色差計”(見《美國光學協(xié)會期刊》，第48期，985-95頁，1958)中找到完整的技術說明。表3給出了某些典型屋面板的亨特色度。
表3屋面板顏色 La*b*深灰色15-30-1.5-11-5淺灰色45-55-1.5-01-2中灰色25-40-1.5-22-10棕色 20-30 0-6 4-7
深棕色18-302-4 2-5綠色 35-500-6 3-7深綠色20-30-5-10-5淺褐色35-455-1015-20紅色 15-3215-20 10-18黑色 15-35-0.5-1 0-1表4給出了某些天然有色石礫的亨特色度。
表4石礫顏色巖石類型 L a*b*綠色 綠巖25-35 -12-02-8紅色 板石巖，頁巖20-40 4-183-15米色石灰石，流紋巖35-60 5-1515-25棕色 流紋巖 20-35 3-125-10灰色 輝綠巖 25-55 -2.5-2 3-5白色石灰石，白云石50-70 -2-0 0-5黑色輝綠巖，玄武巖15-30 0-5-2-2在本發(fā)明的另一個實施例中，用于裝飾屋面產(chǎn)品表面的石礫具有比傳統(tǒng)屋面石礫小的優(yōu)選粒徑分布范圍。如下所述，石礫可以是百分之百的天然有色石礫，或者是天然有色石礫和一定量的人工著色礦石礫的混合物。外露接頭部分的石礫的粒徑最好約為0.3mm-1.2mm。石礫的粒徑分布范圍最好如表5所示的那樣，這是由根據(jù)ASTM法D-451的美國篩分系列測定的。
表5篩號 篩孔大小 石礫的重量百分比 石礫的優(yōu)選Wt％留在16目篩上1.19mm 10-2014.00留在20目篩上0.84mm 40-5550.00留在30目篩上0.59mm 20-3528.00留在40目篩上0.42mm 3-136.00漏過40目篩 …… 0-2 1.00
與傳統(tǒng)的屋面石礫相比，具有優(yōu)選的粒徑分布范圍的石礫帶來了一些好處。當傳統(tǒng)的屋面石礫經(jīng)過處理以便施加到屋面產(chǎn)品上時，大顆石礫和小顆石礫會彼此分開。結果，石礫在屋面產(chǎn)品的表面上被分成大顆石礫區(qū)和小顆石礫區(qū)。這造成了屋面產(chǎn)品的不同區(qū)域因石礫尺寸不同而具有不同的色彩明暗度的所謂“明暗”問題。從美學的角度出發(fā)，通常不希望在屋面產(chǎn)品上出現(xiàn)這種明暗不一的現(xiàn)象。由于采用了具有上述粒徑分布的石礫，所以平均石礫尺寸更接近最小石礫的尺寸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這即使是當石礫在加工過程中經(jīng)過了分離時也減輕了屋面產(chǎn)品上的明暗問題。
另一個優(yōu)點是小尺寸的石礫需要較輕的砂礫覆蓋屋面產(chǎn)品的表面，結果降低了石礫和屋面產(chǎn)品的成本。由于根據(jù)適用建筑規(guī)章而以標準重量出售屋面產(chǎn)品，所以減輕石礫的重量就可以在屋面產(chǎn)品上采用更多的瀝青。增加的瀝青可望改善屋面產(chǎn)品的耐風雨性能。
屋面產(chǎn)品常遇到的一種問題是屋面石礫會在例如使用一摞屋面板之前從其上的瀝青中脫離出來。有利的是，本發(fā)明的較小尺寸的屋面石礫可能不易于從屋面產(chǎn)品的瀝青中松脫出來。
本發(fā)明的屋面產(chǎn)品可以用百分之百的天然有色石礫以及天然有色石礫和人工著色石礫的混合物制成。但是，無論是單獨使用天然有色石礫還是混合使用天然有色石礫，天然有色石礫的某些性能明顯有利于形成屋面產(chǎn)品的良好性能。例如，巖石的化學成分是很重要的?；瘜W成分控制著巖石的顏色和礦物學組成并影響著巖石的耐風雨性能、石礫的形狀和巖石抗紫外線的能力。屋面石礫的一個基本作用就是保護屋面產(chǎn)品的瀝青不受陽光中紫外線的影響。透過天然石礫的紫外線的數(shù)量是由半透明百分率表示的。根據(jù)ASTM法D1866，本發(fā)明屋面產(chǎn)品所用的天然石礫最好具有不大于約30％的半透明度。富鐵、鎂和/或鈣的巖石更能抵抗紫外線。另外，天然石礫的粒徑也可能對半透明度有顯著影響?？偟膩碚f，石礫的尺寸越小，則石礫越不透明。因而，當石礫顆粒較小時，化學成分就顯得不那么重要了。
巖石硬度是用于形成良好的屋面石礫另一個的重要性能。巖石的硬度是由其組成礦物決定的。富含硅酸鹽的巖石通常比較硬。一種優(yōu)選的巖石是二氧化硅含量大約為47％-71％(重量百分比)的細粒隱晶質火成巖。術語“隱晶的”是指不易用裸眼看清楚的晶粒。另一種優(yōu)選的巖石是二氧化硅含量大約為41％-50％(重量百分比)的中粒到粗粒顯晶火成巖，如輝綠巖、輝長巖和超基性巖。較硬的巖石更不易在加工和處理過程中碎裂。在加工過程中，天然石礫的碎裂量最好不超過大約3％。硬的巖石還更能夠抵抗風雨的侵襲。天然石礫最好具有大于約3且優(yōu)選大于約5的平均莫氏硬度。天然石礫還必須是不易碎的，這樣它們才不易于在原料處理過程中如裝運和經(jīng)過設備處理的傳送過程中碎裂。
具有優(yōu)選的化學成分、粒徑和硬度的巖石的例子如下(1)平均粒徑小于約0.3mm的火成巖，如玄武巖、安山巖、英安巖和流紋巖；(2)平均粒徑大于0.3mm的火成巖，如輝綠巖、輝長巖和超基性巖；(3)平均粒徑小于約2.0mm的變質巖，如閃巖、綠巖、泥板巖、板石巖、角頁巖、千枚巖和片麻巖；(4)含有機雜質和粘土礦物的沉積巖，如頁巖、泥砂巖、石灰石和白云石。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，由于組成礦物經(jīng)過高度的二次化學蝕變處理如綠泥石化作用、絹云母化或糟化作用，所以石礫具有不大于約30％的半透明度。其它優(yōu)選的天然石礫包括約含有0-40％的鈉長石或Ab、大約60％-100％的鈣長石或An的粗粒斜長石。這些巖石更不易受紫外線的影響且顏色更暗，因而它們也是更理想的。天然石礫也可以含有粗粒鉀長石礦物碎片。
天然石礫的大小是另一個重要性能。石礫的大小影響了巖石的外觀，較大的巖石礫使屋面產(chǎn)品顯得更有紋理。在本發(fā)明的一個實施例中，石礫可經(jīng)過篩選以便獲得根據(jù)ASTM法的D-451所述的10號-12號尺寸等級。這些尺寸使石礫的紋理與屋面產(chǎn)品的覆蓋區(qū)均衡。在細粒巖石中，石礫可以是由許多細粒和礦物構成的。在粗粒巖石中，當石礫被壓碎時，石礫可能變成單個礦粒。這可能導致增大的變化性。優(yōu)選的細粒巖石是具有小于約0.3mm的平均粒徑的火成巖如玄武巖、安山巖、英安巖和流紋巖，或是平均粒徑小于約2.0mm的變質巖如板石巖、千枚巖，泥板巖、片麻巖和綠巖，或是沉積巖如頁巖、泥砂巖、石灰石和白云石。優(yōu)選的粗粒巖石是平均粒徑約為0.3mm-8.0mm的火成巖如輝綠巖和輝長巖，或是平均粒徑大于2.0mm的變質巖如閃巖、綠巖和片麻巖。
據(jù)調查研究表明，天然石礫的尺寸也影響著石礫的顏色。石礫越小，則基石的顏色越淡。結果，可以通過將巖石磨成不同的顆粒大小來調節(jié)石礫的顏色?？梢酝ㄟ^將較小的石礫和較大的石礫鋪放在屋面產(chǎn)品的不同部位上而使屋面產(chǎn)品具有淺色部分和深色部分。
天然巖石的另一個重要性能是決定石礫形狀的裂痕或解理。理想的解理呈斜方片狀。在一個方向上的解理形成了扁平狀或片狀。在兩個方向上的解理形成了細長的矩形塊或立方體。對于粗粒巖石來說，解理是由礦物學決定的。對于變質巖來說，解理取決于結構。優(yōu)選的石礫是具有基部解理或斜方解理的主要礦石，或優(yōu)選地是由具有至少約80％的底面解理或斜方解理的礦石構成。底面解理是指解理的一個主方向并且它是在變質巖如板石巖、千枚巖或片麻巖中發(fā)現(xiàn)的。斜方解理具有由解理的彼此成某一角度的兩個主方向形成的塊狀或立方體狀結構。可以選擇石礫的形狀，以便改善其它性能特征如減輕明暗問題。圓石礫和方石礫有利于減輕明暗。石礫的形狀也將影響它們如何堆積在屋面產(chǎn)品的表面上。
天然石礫的密度是另一個重要的性能。石礫的密度影響著裝運重量、屋面板重量和用于屋面板的石礫數(shù)量。如果石礫質地比較疏松，則可以在屋面產(chǎn)品中使用更多的瀝青以便改善屋面產(chǎn)品的抗風雨性能。可以找到許多種不同的具有高密度和低密度的巖石。富鎂鐵質的和/或含少量二氧化硅的巖石通常具有較高的密度。天然石礫的平均密度最好大于約2.5g/cm3。
天然石礫的另一個重要性能是其抗風雨性能。優(yōu)先選擇經(jīng)得起風吹雨打的巖石，從而石礫仍保持其保護性能且不會在整個屋面產(chǎn)品的使用期內(屋面板可用20年到40年)變色。石礫必須不會因解凍過程而破裂或解體。富含石英的巖石通常非常能抵抗風雨侵襲，而富含鐵或鎂的巖石易于受天氣的影響。石礫大小和解理也影響抗風雨性能。優(yōu)選的巖石通常是富含二氧化硅的硬質細粒巖石。優(yōu)選巖石包括輝綠巖、玄武巖、中間火山巖、泥板巖、板石巖、綠巖和變玄武巖。經(jīng)過化學蝕變(如經(jīng)過綠泥石化作用、絹云母化、糟化作用或蛇紋石化)的火成巖和變質巖據(jù)信很能抵抗風雨。由于對組成硅酸鹽礦物的高度二次化學風化處理，所以優(yōu)選的天然石礫經(jīng)得起風吹雨打。
天然巖石的再一個重要性能就是其對入射光和熱的反射比或吸收率/傳導率。優(yōu)選的屋面石礫具有抑制輻射的功能，這是因為它們反射光線而不吸收熱和傳導熱。
屋面產(chǎn)品所用的各種天然石礫最好顏色均勻，從而形成了協(xié)調的漂亮外觀并且確切地說是消除了明暗問題。另外，屋面產(chǎn)品所用的各種天然石礫的成分最好比較統(tǒng)一。
天然石礫必須能夠黏附到瀝青涂層上。它們應該是疏水的，因為吸收濕氣會減弱石礫和瀝青之間的粘結。人工著色的石礫通常需要涂覆硅酮和/或石油以獲得與瀝青的良好粘結性。天然石礫通常不需要這些材料來獲得良好的粘結性，從而可以降低成本并使石礫對環(huán)境更無害。天然石礫不應該與瀝青發(fā)生化學反應，否則會引起石礫或瀝青的顯著變化或使這些材料間的粘結松脫。
在過去，不可能用百分之百的人工著色石礫獲得屋面產(chǎn)品如屋面板的某些彩色圖案。本發(fā)明優(yōu)選的天然有色石礫的混合物將提供這樣的彩色圖案。例如，亮黑色屋面板可用約為20％-35％(最好約為29％)的深灰色輝綠巖礫和約65％-80％(最好約71％)的黑亮煤渣顆粒制成。墨綠色屋面板可用約30％-50％(最好約36％)的深灰色輝綠巖礫和大約50％-70％(最好約64％)的天然綠色綠巖礫制成。
某些天然有色石礫在各石礫中具有不同的顏色明暗度。這提供了采用更少量的不同種類石礫來獲得屋面產(chǎn)品的不同優(yōu)選顏色混合方案的可能性。另外，單種巖石的不同顏色可產(chǎn)生混合料滴的效果，而不必采用不同的巖石。例如，可用一種灰色深淺不同的巖石來獲得混色外觀。其它巖石如流紋巖表現(xiàn)出若干不同的顏色如棕色和灰色。
調查研究表明，屋面石礫所需的各種顏色可以通過采用含某些礦物成分的天然石礫來獲得。盡管，比較難于在自然界中發(fā)現(xiàn)其不透明度足以適用作屋面石礫的白色巖石，但是在一個優(yōu)選實施例中，由于其含有包括至少約為90％(重量百分比)的富鈣石灰石或白云石的礦物成分，所以石礫成天然白色。同樣，在自然界中很難找到適用的紅色巖石。但是，適用的石礫可以是天然紅色的，這是因為它含有約40％-50％的鉀長石。優(yōu)選的紅色巖石是某些含有流紋巖的火成巖、某些變質巖如板石巖和沉積巖如頁巖和泥砂巖。
在另一個優(yōu)選實施例中，石礫成天然深色(如黑色、深綠色、深灰色或深棕色)，這是由于它至少含有約40％(重量百分比)的鐵鎂硅酸鹽礦物成分造成的。一個優(yōu)選的深色巖石是玄武巖。石礫也可以成天然黑色，這是因為它至少含有約80％(重量百分比)的礦群(mineral group)閃巖。優(yōu)選的巖石包括高級變質巖、變質板石巖和變質玄武巖。石礫也可以成天然綠色，這是氯化蝕變處理鐵鎂礦石礫的結果。玄武巖通常變質成綠巖。
與人工著色的礦石礫相比，天然有色石礫在石礫溫度方面也占有優(yōu)勢。在其制造過程中，加熱人工著色石礫以便固化其涂層。石礫在隨后的裝運和儲藏過程中仍然是熱的。如果不允許在使用前充分冷卻石礫，則當它們被鋪設在屋面產(chǎn)品上時，熱石礫過深地沉入瀝青中以致需要更多的石礫來充分地覆蓋上述產(chǎn)品。另外，石礫的溫度也可能不均勻，從而一部分石礫比其它石礫更深地沉入瀝青中，這造成屋面產(chǎn)品不統(tǒng)一的外表。與此相比，天然有色石礫是冷交貨的，因此不需要在將其施加在屋面產(chǎn)品上之前冷卻這些石礫，從而它們不會過深地沉入瀝青中。結果，需要較少量的石礫來形成屋面產(chǎn)品的良好覆蓋層，從而降低了成本。另外，石礫的外觀表面看去更統(tǒng)一。
已經(jīng)在優(yōu)選實施例中描述了本發(fā)明的原理和工作方式，但是應該注意的是，可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下通過除了具體所述和所示的方式以外的其它方式實施本發(fā)明。
權利要求
1．一種屋面產(chǎn)品，它包括一個基板、一個在基板上的粘合劑涂層和一個黏附于涂層上的石礫表面層，該屋面產(chǎn)品包括一個在屋面上通常外露的部分，其特征在于，該外露部分的表面層按重量百分比計地含有約2％-98％的天然有色石礫和約2％-98％的人工著色石礫。
2．如權利要求1所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述粘合劑包括地瀝青混合物。
3．如權利要求2所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述的天然有色石礫具有不大于約30％的半透明度。
4．如權利要求3所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫的莫氏硬度大于約5。
5．如權利要求4所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，外露部分的表面層包括按重量百分比計約為2％-50％的天然有色石礫和約為50％-98％的人工著色石礫。
6．如權利要求5所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括平均粒徑小于約0.3mm的火成巖。
7．如權利要求6所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括按重量百分比計約占47％-71％的二氧化硅成分。
8．如權利要求7所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫是從包括玄武巖、安山巖、英安巖和流紋巖的組中選出的。
9．如權利要求8所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括按重量百分比計至少約為40％的鐵鎂礦石。
10．如權利要求8所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括按重量百分比計約為40％-50％的鉀長石。
11．如權利要求8所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括經(jīng)過綠泥石化作用、絹云母化、糟化作用或蛇紋石化的化學蝕變處理的礦石。
12．如權利要求5所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括平均粒徑約為0.3mm-8.0mm的火成巖。
13．如權利要求12所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括按重量百分比計約占41％-50％的二氧化硅成分。
14．如權利要求13所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫是從包括輝綠巖、輝長巖和超基性巖的組中選出的。
15．如權利要求14所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括按重量百分比計至少約為40％的鐵鎂礦石。
16．如權利要求14所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括按重量百分比計約為40％-50％的鉀長石。
17．如權利要求14所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括經(jīng)過綠泥石化作用、絹云母化、糟化作用或蛇紋石化的化學蝕變處理的礦石。
18．如權利要求14所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括具有按重量百分比計低于40％的鈉長石和按重量百分比計高于60％的鈣長石的斜長石。
19．如權利要求5所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括平均粒徑小于約2.0mm的變質巖。
20．如權利要求19所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫是從包括板石巖、千枚巖、泥板巖、片麻巖、角頁巖和綠巖的組中選出的。
21．如權利要求20所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括按重量百分比計至少約為40％的鐵鎂礦石。
22．如權利要求20所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括按重量百分比計約為40％-50％的鉀長石。
23．如權利要求20所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括經(jīng)過綠泥石化作用、絹云母化、糟化作用或蛇紋石化的化學蝕變處理的礦石。
24．一種屋面產(chǎn)品，它包括一條基板、一個在基板上的粘合劑涂層和一個黏附于涂層上的石礫表面層，該屋面產(chǎn)品包括一個在屋面上通常外露的部分，其特征在于，該外露部分的表面層包括從頁巖、泥砂巖、石灰石和白云石中選出的天然有色石礫，所述石礫的粒徑約為0.3mm-2.0mm。
25．如權利要求24所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫包括按重量百分比計高于約90％的石灰石或白云石。
26．如權利要求3所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述天然有色石礫的粒徑約為0.3mm-1.2mm。
27．如權利要求26所述的屋面產(chǎn)品，其特征在于，所述石礫的粒徑分布在重量百分比的基礎上是這樣的，10％-20％是用16目篩獲得的，40％-50％是用20目篩獲得的，20％-35％是用30目篩獲得的，3％-13％是用40目篩獲得的，而0-2％漏過40目篩。
全文摘要
一種屋面產(chǎn)品包括一個基板(10)、一個在基板上的粘合劑混合物涂層(52)和一個黏附于涂層(52)上的石礫表面層(44),該屋面產(chǎn)品包括一個通常在屋面上外露的接頭部分(38),其中接頭部分(38)的表面層只包括天然有色石礫或天然有色石礫與人工著色石礫的混合物。在另一個實施例中,接頭部分(68)的表面層包括至少三個不同種類的石礫的混合物,其中至少一種石礫是天然有色石礫。石礫的粒徑最好約為0.3mm—2.0mm。
文檔編號E04D5/00GK1220713SQ97195148
公開日1999年6月23日 申請日期1997年5月30日 優(yōu)先權日1996年5月31日
發(fā)明者簡·E·謝爾霍恩, 卡拉·A·米勒, 凱倫·L·科迪亞諾, 丹尼爾·N·萊弗爾 申請人:歐文斯－科爾寧格公司