专利名称：表面装饰有天然有色石砾的沥青屋面产品的制作方法
技术领域：
本发明是申请日为1996年5月31日的第08/656,645号美国专利申请的部分继续申请。
总的来说，本发明涉及一种屋面产品如屋面板、层压屋面板和屋面卷材。确切地说，本发明涉及一种具有含天然有色石砾的保护及装饰表面层的屋面产品且本发明可用于生产住宅屋面或商用屋面所用的沥青屋面板、层压屋面板或屋面卷材。
一种常见的屋面产品的制造方法涉及生产一连续的屋面材料带并随后将此材料带剪切成单块屋面板或剪切成适于形成屋面卷材的条段。在生产屋面材料的过程中，通常使基板如玻璃纤维垫经过装有熔融沥青的涂料器。沥青浸透了基板并在基板上形成了黏性涂层。随后，使被涂敷的基板经过一个或多个将表面石砾散布到基板局部上的石砾散布器的下方。通常，布料斗以可通过手动调节布料斗的方式控制的速率散布石砾。
在制造有色屋面板时经常使用两种石砾。较便宜的石砾通常被铺设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邻屋面板的搭叠部分所覆盖，而较贵的有色石砾通常被铺设到常外露于屋面上的屋面板的接头部分上。为了在接头部分或外露部分处形成外表美观的彩色图案，通常使用具有不同颜色的有色石砾。底色通常是由具有第一种颜色的有色石砾形成的，而被称为“混合料滴”的突出部分是由具有不同于第一种颜色的第二种颜色的有色石砾形成的。
为控制并保证石砾颜色和性能的一致性，通常通过将陶瓷涂层或颜料涂覆到矿料砾上的方式生产有色石砾。这种方法允许由不同来源的不同种类的矿物统一地制成单色石砾。不幸的是，与天然有色石砾的成本相比，着色工艺明显提高了人工着色石砾的成本。这增加了用石砾制成的屋面产品的直接制造成本。人工着色的石砾还可能遇到象褪色、色偏移、剥落和涂层损伤这样的问题。因而，人们希望能够在屋面产品的外露部分上至少作为部分人工着色石砾的替代品地使用天然有色石砾。
现在已经研究出了一种屋面产品，其中砾石的表面层包括天然有色石砾。天然有色石砾呈现各种引人注目的颜色。它们避免了与人工着色石砾有关的问题如褪色、色偏移、剥落和涂层损伤。在本发明的第一实施例中，天然有色石砾在屋面产品的外露部分上与人工着色的石砾混合在一起。表面装饰有含天然有色石砾的混合料的屋面产品可以形成比只用人工着色的矿石砾装饰表面的屋面产品更自然的外观。与人工着色的石砾相比，天然有色石砾明显节约了成本，并且天然有色石砾可用于现有的生产设备。但是，不可能足够量地获得天然有色石砾中的某些颜色来形成最理想的屋面产品的彩色图案。因此，为了获得更美丽的外观、节约成本并保证适用石砾的供应以及以下未说明的其它好处，最好使天然有色石砾以占混合物料重量约2％-98％的量与人工着色石砾混合起来。另外，从颜色和整体外观的角度出发，已经发现，人工着色矿石砾与天然有色石砾的混合有利于形成某些令人赏心悦目的彩色图案。
在本发明的第二实施例中，外露部分的表面层包括至少三个不同种类的石砾的混合物，而其中的两种石砾是具有不大于约30％的半透明度的天然有色石砾。
在第三实施例中，天然有色石砾具有粒径比传统的人工着色屋面石砾的粒径小的优选粒径分布。接头部分的至少重量百分比约为2％的石砾是天然有色石砾，接头部分石砾的粒径约为0.3mm-1.2mm。具有上述优选的粒径分布范围的石砾明显地消除了屋面产品的色彩有浅有深的问题。粒径更小的石砾还要求用更轻的石砾来覆盖屋面产品的表面，从而降低石砾的成本和屋面产品的成本。由于减轻了石砾的重量，所以允许在屋面产品上采用更多的沥青，这样就使屋面产品更能经得起风吹雨打。
在本发明的第四实施例中，外露部分的表面层包括从页岩、粉砂岩、石灰石和白云石中选出的天然有色石砾，并且所述石砾的粒径约为0.3mm-2.0mm。
图1是将石砾铺设到沥青屋面产品的表面上的本发明设备的示意透视图。
图2是根据本发明制成的、在剪切之后但在将其分成单块屋面板之前的连续屋面材料带的示意平面图。
图3是根据本发明制成的屋面板的示意透视图。
图4是沿图3的4-4线的屋面板的放大的示意剖视图。
图5是根据本发明制成的层压屋面板的两部分的示意透视图。
图6是通过连接图5所示的两块屋面板部而形成的层压屋面板的示意透视图。
图7是包括彩色的混合料滴石砾的层压屋面板的示意透视图。
现在参见图1，作为屋面产品的加强织物地设置基板10。该基板是一种已知用于屋面产品的传统类型的编织物，例如一匹织造织物或纤维材料的非织网状物，如无纺织物或玻璃纤维毡、合成有机纤维如聚酯纤维、天然有机纤维如纤维素纤维、碎布纤维、矿质纤维、玻璃纤维和合成纤维的混合物等。基板最好是玻璃纤维垫。
基板经过装有液态粘结剂如最好是熔融沥青的地沥青混合物的涂料器12。热的液态沥青浸透了基板并在基板的正反两面上形成一个黏性涂层。如果需要，沥青可含有填充料如碳酸钙(石灰石)、硅土、岩石纤维、飞灰、云母或已知用于沥青屋面产品的其它填料。
在本发明的另一个实施例中，聚合物改性型沥青的外层(未示出)被黏附到涂覆沥青的基板上。所形成的沥青屋面产品比较重且更具柔韧性。
接着，使覆有黏性涂层的基板经过一个石砾配送器(最好是一个石砾混料器14)的下方，以便施加彩色的混合料滴石砾。石砾作为附着物被施加在基板接头部分的上表面上。石砾黏附在涂层上且通常部分地嵌入所述涂层中。混料器具有许多个穿过其中的布料口16。布料斗18位于混料器的上方，以便将混合料滴石砾送入布料口中。布料斗与装有石砾的储料斗20相连。可以根据所制造的屋面板产品的种类改变布料斗、储料斗和布料口的数目。可以通过混料器来调节混合料滴石砾的布料速率、布料时刻以及沉积物的大小和形状。设有混料差速器22来协调混料器的工作和基板的移动速率。
随后，使基板经过斜坡布料斗24的下方，以便将底色石砾和搭接部分石砾施加到基板的上表面上。斜坡布料斗具有一个将底色石砾堆放到基板上的中心料室26。除了那些已经覆盖有彩色的混合料滴石砾的部位外，底色石砾黏附于在屋面产品的接头部分处的沥青涂层上。于是，底色石砾形成了基板接头部分的底色。斜坡布料斗还具有一对将搭接部分石砾堆放到基板的搭接部分上的侧料室28。通过与储料斗(未示出)相连的布料斗将石砾送入不同的料室。
混合石砾或单种石砾可被用作彩色的混合料滴石砾、底色石砾和搭接部分石砾。通常在将石砾送往储料斗之前混合石砾，但是也可以在将石砾施加在基板上的过程中混合石砾。可以根据所构造的专用屋面板产品选择石砾的种类以及混合物。以下将具体描述施加到基板上的各种石砾。
不是所有的覆盖在带涂层基板上的石砾都黏附于涂层上，特别是那些施加在已覆盖有彩色的混合料滴石砾的基板部位上的底色石砾。在铺放完石砾后，使基板环绕滚筒30翻转并抖落没有黏附住的石砾。
当翻转基板时，将反面撒粉材料(dusting material)如砂粒或云母施加到基板的下表面上。反面撒粉材料是从一个反面撒粉器32中送出的。接着，使涂有沥青且表面装饰有石砾的基板经过一系列标准工序如冷却、称重。随后，剪切基板以便形成本发明的沥青屋面产品。可以将基板剪切成单块的屋面板或是将其剪切成制造层压屋面板用的各板层或是将其剪切成适当长度的屋面卷材。随后包装和运输所述产品。
图2示出了通过在剪切步骤后但在将带材切分成各屋面板之前的工艺制成的屋面材料带34。各带材被分成两道沥青屋面板36。在图3中更具体地示出了从带材分出的屋面板36。该屋面板具有包括三个接头40的一个接头部分38。由切口42限定接头。但应该认识到接头部分不必一定具有切口。当屋面板被装到屋面上时，接头部分通常是外露的。将砾石的表面层黏附于在接头部分处的涂层上。底色石砾44形成了接头部分的底色且混合料滴石砾46的附着提供了接头部分上的色彩突出区。某些种类的天然有色石砾和/或人工着色矿石砾可被优选为底色石砾或混合料滴石砾。
屋面板还具有一个搭接部分48。当将数排屋面板安装到屋面上时，各排中的屋面板的搭接部分位于相邻排屋面板的接头部分的下方。于是，在将屋面板装到屋面上时，除了通过切口而外露的小条搭接部分外，屋面板的搭接部分通常是被盖住的。搭接部分石砾50的表面层黏附于在搭接部分处的涂层上。
如上所述且如图4所示的那样，屋面板是由多层材料制成的。屋面板包括由玻璃纤维垫制成的且用作屋面板加强织物的基板10。该基板被浸渍和涂覆以粘结剂如沥青。沥青涂层52在基板的上表面上形成。石砾的表面层44黏附于上表面的涂层上。反面沥青涂层54在基板的下表面上形成。在反面涂层上黏附有反面撒粉材料如砂粒的表面层56。
尽管已经参考优选工艺描述了沥青屋面产品的生产过程，但应该理解的是，可以通过任何传统的生产方法来制造上述产品。尽管所示的工艺采用了一条被分成两道屋面板的屋面材料带，但是上述带材也可以是单道屋面板，或者通常被分成三道或四道的屋面板。可以根据工艺且通过本领域普通技术人员公知的方式对生产设备进行改进。
图5和图6示出了一块按照本发明的优选的层压沥青屋面板58。层压屋面板是由两部分构成的，其中一个是表层60，另一个是底层62。表层包括一个具有搭接部分石砾66的表面层的搭接部分64。表层还包括一个具有呈锯齿图案的四个不规则形接头70的接头部分68。接头是由切口72形成的。接头部分具有一个底色砾石74的表面层。底层62适于定位于表层的接头部分的下方。通过粘结剂或其它方式将底层固定在接头部分的下表面上。底层具有一个底色石砾76的表面层。当如图6所示那样地将底层62和表层60粘固在一起时，可通过表层的切口看到底层的外露部分78。接头部分的底色石砾74通常具有不同于底层的底色石砾76的颜色。当所形成的层压屋面板被装在屋面上时，它具有非常引人注目的彩色图案和立体外观。
图7示出了另一个具有布置于接头部分上的混合料滴石砾82的层压沥青屋面板80。表层具有一个底色石砾84的表面层，而底层具有一个底色石砾86的表面层。
根据本发明，用于装饰屋面产品表面的石砾包括天然有色石砾。“天然有色石砾”一词是指在自然状态下着色的岩石砾或矿石砾，而不是指那些人工着色的石砾。确切地说，天然有色石砾没有为了上色而被涂上颜料或涂覆以如陶瓷材料的涂层。但是，天然有色石砾可覆有一个涂层以便为石砾提供有益的其它性能。例如，可以将添加剂如疏水性添加剂或结合改进剂涂覆到天然石砾上。“有色”一词是指包括黑、白色和各种色彩明暗度在内的所有颜色。天然有色石砾是根据本领域公知的任何方式通过将天然岩石和/或矿石压碎成所需大小的石砾而获得的。也可以筛选石砾以便调节石砾的尺寸。
有利的是，本发明所用的天然有色石砾很美观且具有保护性能，从而它们非常适用于屋面产品的外露部分。天然有色石砾具有很多的自然颜色。石砾最好在色调协调的基础上色彩均匀。石砾良好的色彩性能允许获得传统的以及改进的屋面美学。石砾可被用作外露的接头部分的底色或被用作混合料滴石砾以便产生对比色的明亮部分。
天然有色石砾本身可被用作屋面产品外露的接头部分的表面层。但在本发明的一个优选实施例中，天然有色石砾与人工着色石砾混合使用。在本文中，“混合”一词仅指在屋面产品的外露部分上出现了两种石砾；而石砾无需紧密地混合或搀杂在一起。因而，这样的混合物包括具有一种在产品外露表面的第一部分上的石砾、另一种在外露表面的第二部分上的石砾以及其中两种石砾混杂的混合石砾的屋面产品。例如，这样的混合石砾将包括这样一种屋面产品，其中该屋面产品的混合料滴部分是由人工着色石砾构成的，而底色部分是由天然有色石砾构成的。
石砾混合物按重量百分比计包括大约2％-98％的、优选的是大约10％-98％的、最好是大约20％-98％的、更好是大约35％-98％且最佳是大约50％-98％、但最优选地是大约70％-98％的天然有色石砾；大约2％-98％的、优选地是约2％-90％的、最好是约2％-80％的、更好是约2％-65％且最佳是约2％-50％、但最优选地是约2％-30％的人工着色石砾。
人工着色的矿石砾是通过压碎并筛选矿石和/或天然岩石并接着对石砾涂以颜料或涂覆涂层以便使石砾具有均匀的颜色而获得的。优选的人工着色矿石砾是涂覆以彩色陶瓷的矿石砾，目前可以通过几个不同的供应商获得这样的石砾。适用的石砾包括可从明尼苏达州圣保罗市的明尼苏达采矿加工公司购得的3M牌屋面石砾和从新泽西州邦德布鲁克市的ISP矿产股份有限公司购得的ISP牌屋面石砾。其它适当的石砾可以从伯德和H.B.里德处获得。
如上所述，石砾的混合物有利地包括大约2％-98％的天然有色石砾。表面覆有天然有色石砾的屋面产品可形成更自然的外观并具有比其表面由百分之百纯人工着色矿石砾覆盖的屋面产品更丰富、更真实的色彩。用户可能优先考虑这种含有天然有色石砾的屋面产品，这是因为它们更无害，更自然而且没有过多的人工痕迹。可以根据国家特殊区域的岩石种类和/或岩石颜色选择天然有色石砾，从而屋面产品将具有区域性的魅力。另外，与人工着色石砾相比，天然有色石砾明显节约了成本且它们可被用于现有的生产设备。
优选的石砾混合物也具有至少约2％的且优选为至少约10％的人工着色石砾。已经发现，无法足量地获得天然有色石砾的某些颜色来产生商用屋面产品最理想的彩色图案。例如，自然界中无法大量地找到蓝色岩石且大多数白色天然岩石不具有优良屋面石砾所需的不透明度。因此，为了获得美丽的外表并节约成本且保证合适石砾的供应，采用混有至少约2％(重量百分比)的人工着色石砾的混合物，这是有利的。另外，采用最少量的人工着色石砾有助于确保屋面产品的外观至少同用百分之百纯人工着色石砾制成的屋面产品一样地好。如上所述的那样，在许多情况下，采用天然有色石砾和人工着色石砾的混合物使得屋面产品具有令人喜爱的更自然的外观。
从颜色和整体外观的角度出发，还已经发现不可能用百分之百纯天然的有色石砾获得屋面产品的某些彩色图案。与此相反，必须将至少最少量的人工着色石砾与天然有色石砾混合在一起，这样才能获得所需的彩色图案。在某些情况下，将一到四种不同的天然有色石砾与一到四种不同的人工着色石砾混在一起以便获得所需的外观。在本文中，不同类型的石砾是指颜色和/或种类不同的石砾。可以根据特殊的彩色图案采用不同类型和颜色的石砾。
在本发明的一个优选实施例中，石砾是至少三个不同种类的天然有色石砾的混合物。
表1列出了用于形成不同屋面板颜色的天然有色石砾和人工着色矿石砾的优选混合物。这些石砾的混合物在屋面板上可形成比百分之百纯人工着色矿石砾更自然的外观。
表1屋面板颜色 天然有色石砾 覆陶瓷的有色石砾灰中带红40％-65％(最好53％)的5％-15％(最好深灰色辉绿岩； 6％)的红色30％-50％(最好41％)的浅灰色辉绿岩浅灰和白色 5％-10％(最好5％)的深30％-55％(最好灰色辉绿岩； 45％)的白色40％-65％(最好50％)的浅灰色辉绿岩绿白色 50％-70％(最好59％)的30％-50％(最好绿色绿岩 41％)的白色绿黑色 30％-50％(最好36％)的50％-70％(最好深灰色辉绿岩 64％)的绿色表2列出了用于形成不同屋面板颜色的天然有色石砾和人工着色石砾的其它优选混合物。
表2屋面板颜色天然有色石砾 覆陶瓷的有色石砾中灰色 60％-80％(最好70％)的10％-30％(最好深灰色辉绿岩；20％)的深灰色5％-15％(最好10％)的浅灰色辉绿岩灰棕色30％-50％(最好36％)的深 20-35％(最好29％)灰色辉绿岩； 的灰褐色；15-30％(最5％-20％(最好14％)好21％)的深棕色的浅灰色辉绿岩深棕色45％-60％(最好53％)的 40％-55％(最好棕色流纹岩47％)的深黑及浅黑色红棕色30％-50％(最好40％)的 50％-70％(最好是60％)棕色流纹岩的米色、浅棕色和红色棕中带红 25％-45％(最好35％)的 55％-75％(最好65％)棕色流纹岩的灰褐色、米色和深灰色棕黑色50％-65％(最好56％)的 35％-50％(最好44％)棕色流纹岩的红棕色、米色和深灰色棕色 40％-60％(最好50％)的 40％-60％(最好50％)棕色流纹岩的红棕色、米色和深灰色在上述混合物中，覆有陶瓷的有色矿石砾可以是标准3M色彩中的3M牌屋面石砾。天然有色石砾的颜色是由亨特比色计测出其亨特L、a*、b*色度而定义的。亨特色度系统在本领域中是众所周知的。可以在R.S.亨特所著的文章“光电色差计”(见《美国光学协会期刊》，第48期，985-95页，1958)中找到完整的技术说明。表3给出了某些典型屋面板的亨特色度。
表3屋面板颜色 La*b*深灰色15-30-1.5-11-5浅灰色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绿色 35-500-6 3-7深绿色20-30-5-10-5浅褐色35-455-1015-20红色 15-3215-20 10-18黑色 15-35-0.5-1 0-1表4给出了某些天然有色石砾的亨特色度。
表4石砾颜色岩石类型 L a*b*绿色 绿岩25-35 -12-02-8红色 板石岩，页岩20-40 4-183-15米色石灰石，流纹岩35-60 5-1515-25棕色 流纹岩 20-35 3-125-10灰色 辉绿岩 25-55 -2.5-2 3-5白色石灰石，白云石50-70 -2-0 0-5黑色辉绿岩，玄武岩15-30 0-5-2-2在本发明的另一个实施例中，用于装饰屋面产品表面的石砾具有比传统屋面石砾小的优选粒径分布范围。如下所述，石砾可以是百分之百的天然有色石砾，或者是天然有色石砾和一定量的人工着色矿石砾的混合物。外露接头部分的石砾的粒径最好约为0.3mm-1.2mm。石砾的粒径分布范围最好如表5所示的那样，这是由根据ASTM法D-451的美国筛分系列测定的。
表5筛号 筛孔大小 石砾的重量百分比 石砾的优选Wt％留在16目筛上1.19mm 10-2014.00留在20目筛上0.84mm 40-5550.00留在30目筛上0.59mm 20-3528.00留在40目筛上0.42mm 3-136.00漏过40目筛 …… 0-2 1.00
与传统的屋面石砾相比，具有优选的粒径分布范围的石砾带来了一些好处。当传统的屋面石砾经过处理以便施加到屋面产品上时，大颗石砾和小颗石砾会彼此分开。结果，石砾在屋面产品的表面上被分成大颗石砾区和小颗石砾区。这造成了屋面产品的不同区域因石砾尺寸不同而具有不同的色彩明暗度的所谓“明暗”问题。从美学的角度出发，通常不希望在屋面产品上出现这种明暗不一的现象。由于采用了具有上述粒径分布的石砾，所以平均石砾尺寸更接近最小石砾的尺寸。已经发现这即使是当石砾在加工过程中经过了分离时也减轻了屋面产品上的明暗问题。
另一个优点是小尺寸的石砾需要较轻的砂砾覆盖屋面产品的表面，结果降低了石砾和屋面产品的成本。由于根据适用建筑规章而以标准重量出售屋面产品，所以减轻石砾的重量就可以在屋面产品上采用更多的沥青。增加的沥青可望改善屋面产品的耐风雨性能。
屋面产品常遇到的一种问题是屋面石砾会在例如使用一摞屋面板之前从其上的沥青中脱离出来。有利的是，本发明的较小尺寸的屋面石砾可能不易于从屋面产品的沥青中松脱出来。
本发明的屋面产品可以用百分之百的天然有色石砾以及天然有色石砾和人工着色石砾的混合物制成。但是，无论是单独使用天然有色石砾还是混合使用天然有色石砾，天然有色石砾的某些性能明显有利于形成屋面产品的良好性能。例如，岩石的化学成分是很重要的。化学成分控制着岩石的颜色和矿物学组成并影响着岩石的耐风雨性能、石砾的形状和岩石抗紫外线的能力。屋面石砾的一个基本作用就是保护屋面产品的沥青不受阳光中紫外线的影响。透过天然石砾的紫外线的数量是由半透明百分率表示的。根据ASTM法D1866，本发明屋面产品所用的天然石砾最好具有不大于约30％的半透明度。富铁、镁和/或钙的岩石更能抵抗紫外线。另外，天然石砾的粒径也可能对半透明度有显著影响。总的来说，石砾的尺寸越小，则石砾越不透明。因而，当石砾颗粒较小时，化学成分就显得不那么重要了。
岩石硬度是用于形成良好的屋面石砾另一个的重要性能。岩石的硬度是由其组成矿物决定的。富含硅酸盐的岩石通常比较硬。一种优选的岩石是二氧化硅含量大约为47％-71％(重量百分比)的细粒隐晶质火成岩。术语“隐晶的”是指不易用裸眼看清楚的晶粒。另一种优选的岩石是二氧化硅含量大约为41％-50％(重量百分比)的中粒到粗粒显晶火成岩，如辉绿岩、辉长岩和超基性岩。较硬的岩石更不易在加工和处理过程中碎裂。在加工过程中，天然石砾的碎裂量最好不超过大约3％。硬的岩石还更能够抵抗风雨的侵袭。天然石砾最好具有大于约3且优选大于约5的平均莫氏硬度。天然石砾还必须是不易碎的，这样它们才不易于在原料处理过程中如装运和经过设备处理的传送过程中碎裂。
具有优选的化学成分、粒径和硬度的岩石的例子如下(1)平均粒径小于约0.3mm的火成岩，如玄武岩、安山岩、英安岩和流纹岩；(2)平均粒径大于0.3mm的火成岩，如辉绿岩、辉长岩和超基性岩；(3)平均粒径小于约2.0mm的变质岩，如闪岩、绿岩、泥板岩、板石岩、角页岩、千枚岩和片麻岩；(4)含有机杂质和粘土矿物的沉积岩，如页岩、泥砂岩、石灰石和白云石。在本发明的一个优选实施例中，由于组成矿物经过高度的二次化学蚀变处理如绿泥石化作用、绢云母化或糟化作用，所以石砾具有不大于约30％的半透明度。其它优选的天然石砾包括约含有0-40％的钠长石或Ab、大约60％-100％的钙长石或An的粗粒斜长石。这些岩石更不易受紫外线的影响且颜色更暗，因而它们也是更理想的。天然石砾也可以含有粗粒钾长石矿物碎片。
天然石砾的大小是另一个重要性能。石砾的大小影响了岩石的外观，较大的岩石砾使屋面产品显得更有纹理。在本发明的一个实施例中，石砾可经过筛选以便获得根据ASTM法的D-451所述的10号-12号尺寸等级。这些尺寸使石砾的纹理与屋面产品的覆盖区均衡。在细粒岩石中，石砾可以是由许多细粒和矿物构成的。在粗粒岩石中，当石砾被压碎时，石砾可能变成单个矿粒。这可能导致增大的变化性。优选的细粒岩石是具有小于约0.3mm的平均粒径的火成岩如玄武岩、安山岩、英安岩和流纹岩，或是平均粒径小于约2.0mm的变质岩如板石岩、千枚岩，泥板岩、片麻岩和绿岩，或是沉积岩如页岩、泥砂岩、石灰石和白云石。优选的粗粒岩石是平均粒径约为0.3mm-8.0mm的火成岩如辉绿岩和辉长岩，或是平均粒径大于2.0mm的变质岩如闪岩、绿岩和片麻岩。
据调查研究表明，天然石砾的尺寸也影响着石砾的颜色。石砾越小，则基石的颜色越淡。结果，可以通过将岩石磨成不同的颗粒大小来调节石砾的颜色。可以通过将较小的石砾和较大的石砾铺放在屋面产品的不同部位上而使屋面产品具有浅色部分和深色部分。
天然岩石的另一个重要性能是决定石砾形状的裂痕或解理。理想的解理呈斜方片状。在一个方向上的解理形成了扁平状或片状。在两个方向上的解理形成了细长的矩形块或立方体。对于粗粒岩石来说，解理是由矿物学决定的。对于变质岩来说，解理取决于结构。优选的石砾是具有基部解理或斜方解理的主要矿石，或优选地是由具有至少约80％的底面解理或斜方解理的矿石构成。底面解理是指解理的一个主方向并且它是在变质岩如板石岩、千枚岩或片麻岩中发现的。斜方解理具有由解理的彼此成某一角度的两个主方向形成的块状或立方体状结构。可以选择石砾的形状，以便改善其它性能特征如减轻明暗问题。圆石砾和方石砾有利于减轻明暗。石砾的形状也将影响它们如何堆积在屋面产品的表面上。
天然石砾的密度是另一个重要的性能。石砾的密度影响着装运重量、屋面板重量和用于屋面板的石砾数量。如果石砾质地比较疏松，则可以在屋面产品中使用更多的沥青以便改善屋面产品的抗风雨性能。可以找到许多种不同的具有高密度和低密度的岩石。富镁铁质的和/或含少量二氧化硅的岩石通常具有较高的密度。天然石砾的平均密度最好大于约2.5g/cm3。
天然石砾的另一个重要性能是其抗风雨性能。优先选择经得起风吹雨打的岩石，从而石砾仍保持其保护性能且不会在整个屋面产品的使用期内(屋面板可用20年到40年)变色。石砾必须不会因解冻过程而破裂或解体。富含石英的岩石通常非常能抵抗风雨侵袭，而富含铁或镁的岩石易于受天气的影响。石砾大小和解理也影响抗风雨性能。优选的岩石通常是富含二氧化硅的硬质细粒岩石。优选岩石包括辉绿岩、玄武岩、中间火山岩、泥板岩、板石岩、绿岩和变玄武岩。经过化学蚀变(如经过绿泥石化作用、绢云母化、糟化作用或蛇纹石化)的火成岩和变质岩据信很能抵抗风雨。由于对组成硅酸盐矿物的高度二次化学风化处理，所以优选的天然石砾经得起风吹雨打。
天然岩石的再一个重要性能就是其对入射光和热的反射比或吸收率/传导率。优选的屋面石砾具有抑制辐射的功能，这是因为它们反射光线而不吸收热和传导热。
屋面产品所用的各种天然石砾最好颜色均匀，从而形成了协调的漂亮外观并且确切地说是消除了明暗问题。另外，屋面产品所用的各种天然石砾的成分最好比较统一。
天然石砾必须能够黏附到沥青涂层上。它们应该是疏水的，因为吸收湿气会减弱石砾和沥青之间的粘结。人工着色的石砾通常需要涂覆硅酮和/或石油以获得与沥青的良好粘结性。天然石砾通常不需要这些材料来获得良好的粘结性，从而可以降低成本并使石砾对环境更无害。天然石砾不应该与沥青发生化学反应，否则会引起石砾或沥青的显著变化或使这些材料间的粘结松脱。
在过去，不可能用百分之百的人工着色石砾获得屋面产品如屋面板的某些彩色图案。本发明优选的天然有色石砾的混合物将提供这样的彩色图案。例如，亮黑色屋面板可用约为20％-35％(最好约为29％)的深灰色辉绿岩砾和约65％-80％(最好约71％)的黑亮煤渣颗粒制成。墨绿色屋面板可用约30％-50％(最好约36％)的深灰色辉绿岩砾和大约50％-70％(最好约64％)的天然绿色绿岩砾制成。
某些天然有色石砾在各石砾中具有不同的颜色明暗度。这提供了采用更少量的不同种类石砾来获得屋面产品的不同优选颜色混合方案的可能性。另外，单种岩石的不同颜色可产生混合料滴的效果，而不必采用不同的岩石。例如，可用一种灰色深浅不同的岩石来获得混色外观。其它岩石如流纹岩表现出若干不同的颜色如棕色和灰色。
调查研究表明，屋面石砾所需的各种颜色可以通过采用含某些矿物成分的天然石砾来获得。尽管，比较难于在自然界中发现其不透明度足以适用作屋面石砾的白色岩石，但是在一个优选实施例中，由于其含有包括至少约为90％(重量百分比)的富钙石灰石或白云石的矿物成分，所以石砾成天然白色。同样，在自然界中很难找到适用的红色岩石。但是，适用的石砾可以是天然红色的，这是因为它含有约40％-50％的钾长石。优选的红色岩石是某些含有流纹岩的火成岩、某些变质岩如板石岩和沉积岩如页岩和泥砂岩。
在另一个优选实施例中，石砾成天然深色(如黑色、深绿色、深灰色或深棕色)，这是由于它至少含有约40％(重量百分比)的铁镁硅酸盐矿物成分造成的。一个优选的深色岩石是玄武岩。石砾也可以成天然黑色，这是因为它至少含有约80％(重量百分比)的矿群(mineral group)闪岩。优选的岩石包括高级变质岩、变质板石岩和变质玄武岩。石砾也可以成天然绿色，这是氯化蚀变处理铁镁矿石砾的结果。玄武岩通常变质成绿岩。
与人工着色的矿石砾相比，天然有色石砾在石砾温度方面也占有优势。在其制造过程中，加热人工着色石砾以便固化其涂层。石砾在随后的装运和储藏过程中仍然是热的。如果不允许在使用前充分冷却石砾，则当它们被铺设在屋面产品上时，热石砾过深地沉入沥青中以致需要更多的石砾来充分地覆盖上述产品。另外，石砾的温度也可能不均匀，从而一部分石砾比其它石砾更深地沉入沥青中，这造成屋面产品不统一的外表。与此相比，天然有色石砾是冷交货的，因此不需要在将其施加在屋面产品上之前冷却这些石砾，从而它们不会过深地沉入沥青中。结果，需要较少量的石砾来形成屋面产品的良好覆盖层，从而降低了成本。另外，石砾的外观表面看去更统一。
已经在优选实施例中描述了本发明的原理和工作方式，但是应该注意的是，可以在不脱离本发明范围的情况下通过除了具体所述和所示的方式以外的其它方式实施本发明。
权利要求
1．一种屋面产品，它包括一个基板、一个在基板上的粘合剂涂层和一个黏附于涂层上的石砾表面层，该屋面产品包括一个在屋面上通常外露的部分，其特征在于，该外露部分的表面层按重量百分比计地含有约2％-98％的天然有色石砾和约2％-98％的人工着色石砾。
2．如权利要求1所述的屋面产品，其特征在于，所述粘合剂包括地沥青混合物。
3．如权利要求2所述的屋面产品，其特征在于，所述的天然有色石砾具有不大于约30％的半透明度。
4．如权利要求3所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾的莫氏硬度大于约5。
5．如权利要求4所述的屋面产品，其特征在于，外露部分的表面层包括按重量百分比计约为2％-50％的天然有色石砾和约为50％-98％的人工着色石砾。
6．如权利要求5所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括平均粒径小于约0.3mm的火成岩。
7．如权利要求6所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括按重量百分比计约占47％-71％的二氧化硅成分。
8．如权利要求7所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾是从包括玄武岩、安山岩、英安岩和流纹岩的组中选出的。
9．如权利要求8所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括按重量百分比计至少约为40％的铁镁矿石。
10．如权利要求8所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括按重量百分比计约为40％-50％的钾长石。
11．如权利要求8所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括经过绿泥石化作用、绢云母化、糟化作用或蛇纹石化的化学蚀变处理的矿石。
12．如权利要求5所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括平均粒径约为0.3mm-8.0mm的火成岩。
13．如权利要求12所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括按重量百分比计约占41％-50％的二氧化硅成分。
14．如权利要求13所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾是从包括辉绿岩、辉长岩和超基性岩的组中选出的。
15．如权利要求14所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括按重量百分比计至少约为40％的铁镁矿石。
16．如权利要求14所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括按重量百分比计约为40％-50％的钾长石。
17．如权利要求14所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括经过绿泥石化作用、绢云母化、糟化作用或蛇纹石化的化学蚀变处理的矿石。
18．如权利要求14所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括具有按重量百分比计低于40％的钠长石和按重量百分比计高于60％的钙长石的斜长石。
19．如权利要求5所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括平均粒径小于约2.0mm的变质岩。
20．如权利要求19所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾是从包括板石岩、千枚岩、泥板岩、片麻岩、角页岩和绿岩的组中选出的。
21．如权利要求20所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括按重量百分比计至少约为40％的铁镁矿石。
22．如权利要求20所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括按重量百分比计约为40％-50％的钾长石。
23．如权利要求20所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括经过绿泥石化作用、绢云母化、糟化作用或蛇纹石化的化学蚀变处理的矿石。
24．一种屋面产品，它包括一条基板、一个在基板上的粘合剂涂层和一个黏附于涂层上的石砾表面层，该屋面产品包括一个在屋面上通常外露的部分，其特征在于，该外露部分的表面层包括从页岩、泥砂岩、石灰石和白云石中选出的天然有色石砾，所述石砾的粒径约为0.3mm-2.0mm。
25．如权利要求24所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾包括按重量百分比计高于约90％的石灰石或白云石。
26．如权利要求3所述的屋面产品，其特征在于，所述天然有色石砾的粒径约为0.3mm-1.2mm。
27．如权利要求26所述的屋面产品，其特征在于，所述石砾的粒径分布在重量百分比的基础上是这样的，10％-20％是用16目筛获得的，40％-50％是用20目筛获得的，20％-35％是用30目筛获得的，3％-13％是用40目筛获得的，而0-2％漏过40目筛。
全文摘要
一种屋面产品包括一个基板(10)、一个在基板上的粘合剂混合物涂层(52)和一个黏附于涂层(52)上的石砾表面层(44),该屋面产品包括一个通常在屋面上外露的接头部分(38),其中接头部分(38)的表面层只包括天然有色石砾或天然有色石砾与人工着色石砾的混合物。在另一个实施例中,接头部分(68)的表面层包括至少三个不同种类的石砾的混合物,其中至少一种石砾是天然有色石砾。石砾的粒径最好约为0.3mm—2.0mm。
文档编号E04D5/00GK1220713SQ97195148
公开日1999年6月23日 申请日期1997年5月30日 优先权日1996年5月31日
发明者简·E·谢尔霍恩, 卡拉·A·米勒, 凯伦·L·科迪亚诺, 丹尼尔·N·莱弗尔 申请人:欧文斯－科尔宁格公司