專利名稱：一種高寒地區(qū)混凝土公路路面結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種公路混凝土路面結(jié)構(gòu)，特別涉及一種高寒地區(qū)適用的混凝土公路路面結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
常用的水泥混凝土路面是用水泥、水、沙及外加劑等材料組成的水泥漿為粘結(jié)料，碎石為骨料，沙為填充料，經(jīng)過拌合，攤鋪、振搗和養(yǎng)護(hù)所修筑的單層路面，厚度一般為220180mm，其剛度大，屬脆性材料。在常用防水層路面，車輛在行駛過程中，由于輪胎的泵吸作用，在防水層與橋面板界面處有法向拉拔應(yīng)力的產(chǎn)生。路面層在此類法向拉拔應(yīng)力的作用下，有可能脫開，造成破壞。同時層內(nèi)部產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，引起不確定破壞面的剪切變形，在水平方向上產(chǎn)生相對位移發(fā)生剪切破壞，產(chǎn)生推移、擁包等病害。總之，路面在拉壓、脹縮、沖擊等各種應(yīng)力的作用下往往過早地出現(xiàn)開裂、剝落和滑移等病害，影響路面結(jié)構(gòu)使用功能，甚至導(dǎo)致不均勻沉陷，引發(fā)耐久性破壞。這些病害都與水的滲入和滯留有著直接關(guān)系。在高寒地區(qū)路基土的凍融現(xiàn)象嚴(yán)重，反復(fù)交替的凍融過程而使路基出現(xiàn)不均勻沉降，從而導(dǎo)致公路路基不穩(wěn)定。在解決路面凍融方面，現(xiàn)一般采取抬高路基、碎石塊路基、設(shè)置熱管或保溫層等技術(shù)。抬高路基是采用的最常見的工程措施之一。但從實(shí)際工程看，如青藏公路某段將路基高度抬高了 3米左右，但出現(xiàn)了陰陽面路基溫度場之間的差異導(dǎo)致路基病害，陽面出現(xiàn)坍塌和縱向開裂，同時高路基也帶來了路基下得融化夾層增厚，路基沉陷變形加大，為路基的穩(wěn)定性帶來巨大隱患。近年來梯度功能設(shè)計方法大量出現(xiàn)，但主要集中在航空航天、機(jī)械、電子、醫(yī)用先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域，而在土木工程材料中的應(yīng)用還未大量開展，尤其在道路建筑材料領(lǐng)域。水泥混凝土單層設(shè)計仍是主流，其成本和施工技術(shù)較低，但耐久性差。若采用梯度功能混凝土路面成本較高，但綜合考慮后期維護(hù)及耐久性，則表現(xiàn)出更高的性價比。如現(xiàn)有發(fā)明專利(申請公布號CN102084064A)公開了一種具有梯度熱導(dǎo)率的路面層，通過在不同層添加高、中和低熱導(dǎo)率的微納米粉體實(shí)現(xiàn)熱導(dǎo)率梯度，但此成本較高且施工復(fù)雜。在解決路面防水方面，常用的是SBS高聚物改性浙青防水卷材，因?yàn)镾BS是一種高分子聚合物，與特殊復(fù)合材料在浙青中混合形成網(wǎng)狀，大大限制了浙青膠束的自由度，從而防水、粘結(jié)、抗剪能力都大大提高，非常適合代替普通乳化浙青用于公路透層、稀漿封層、粘層施工。但由于是通常采用的是卷材，不可避免會水層就和混凝土分離，達(dá)不到防水的技術(shù)效果。由此可見，現(xiàn)有的高聚物改性浙青防水卷材還不能很好滿足防水的需要，會經(jīng)常發(fā)生粘結(jié)不牢的質(zhì)量問題。另有些采用分層防水結(jié)構(gòu)，如現(xiàn)有發(fā)明專利(申請公布號CN101831855A)公開了一種防水路面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是由面層、基層、防水層、排水墊層和透水過濾層構(gòu)成的多層防水結(jié)構(gòu)。此路面施工要求和成本都較尚ο交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院的付智等在“纖維混凝土路面施工技術(shù)” 一文(公路，2011年1月第1期36-40)中指出我國在鋼纖維水泥混凝土路面方面的研究與工程試驗(yàn)已經(jīng)有20多年的歷史，《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF30-2003)中已經(jīng)列有鋼纖維混凝土路面施工技術(shù)的相關(guān)條款，但實(shí)際工程使用得并不多。原因是目前鋼纖維的價格越來越貴，鋼纖維混凝土的單方造價比普通混凝土高出2倍。拌和鋼纖維混凝土路面的推廣使用受到高昂造價的限制。同濟(jì)大學(xué)混凝土材料研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的姚武在“聚丙烯腈纖維混凝土低溫性能的研究”一文(建筑材料學(xué)報，2003年9月第6卷第3期J43-M7)中指出低摻量聚丙烯腈纖維可以有效地緩解由低溫循環(huán)而引起的混凝土損傷，同時纖維的阻裂機(jī)制使混凝土能抵抗較大的溫度應(yīng)力并具有較高的彎曲韌性。聚丙烯腈纖維的彈性模量隨溫度降低而提高的特性對纖維混凝土低溫環(huán)境下抵抗凍脹破壞具有正面加強(qiáng)效應(yīng)。微細(xì)聚丙烯腈纖維改善了混凝土的早期內(nèi)部缺陷，降低了原生裂隙尺度，提高了混凝土的抗拉極限應(yīng)變和斷裂能，因而有益于混凝土低溫環(huán)境下的強(qiáng)度增長和混凝土抗凍融耐久性的提高。也就是說，聚丙烯腈纖維混凝土特別適用于寒冷地區(qū)。從現(xiàn)有高寒區(qū)公路路基保護(hù)方法看，還沒有一種成本低且具有良好保護(hù)效果的保護(hù)方法。在高寒區(qū)鋪筑滿足強(qiáng)度、抗凍融、防水和耐久的公路是一個有待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題為解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種高寒地區(qū)具有梯度功能的抗凍融和防水的水泥混凝土路面。該路面結(jié)構(gòu)將梯度功能和防水設(shè)計方法引入到道路設(shè)計中。梯度功能設(shè)計方法是采用先進(jìn)的復(fù)合技術(shù)，將兩種或兩種以上不同材料進(jìn)行組合，使其結(jié)構(gòu)達(dá)到連續(xù)梯度變化，得到性能呈連續(xù)平穩(wěn)變化。它是為適應(yīng)航空、航天和先進(jìn)動力等高新技術(shù)領(lǐng)域?qū)Σ牧咸岢龅南冗M(jìn)設(shè)計理念。本設(shè)計將梯度功能設(shè)計方法引入到混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，利用不同強(qiáng)度混凝土的導(dǎo)熱率不同的特性，對路面進(jìn)行逐層設(shè)計，并對不同層混凝土的界面進(jìn)行均勻過渡處理，實(shí)現(xiàn)從底板到表面層的強(qiáng)度、剛度、粘結(jié)性能和耐久性的梯度變化，同時對表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計，提高抗?jié)B、防凍和耐磨性能，有效提高路面對外界復(fù)雜作用的適應(yīng)能力，改善路面綜合使用功能，從而延長混凝土路面耐久性，提高經(jīng)濟(jì)效益。另外在結(jié)構(gòu)中鋪設(shè)一層防水層以提高防水性能。技術(shù)方案本發(fā)明路面結(jié)構(gòu)分為四層，從下到上依次是低強(qiáng)度普通混凝土層(4)、中強(qiáng)度混凝土層(3)、防水層(2)和碾壓纖維混凝土層(1)。低強(qiáng)度普通混凝土 ，由C20-C25混凝土制成，其厚度約為10-12cm。中強(qiáng)度普通混凝土層( ，由C30-C40混凝土制成，其厚度約為8-lOcm。防水層O)，采用由聚酯胎或玻纖復(fù)合胎為胎體、浸涂SBS改性浙青而制成的防水材料，其具有高溫不流淌，低溫不裂變等特點(diǎn)。防水層厚度約為3-5cm。碾壓纖維混凝土層(1)，由C45-C50混凝土中摻加纖維材料，利用纖維以大幅度提高水泥混凝土的應(yīng)力吸收能力和抗彎拉強(qiáng)度并增強(qiáng)耐磨性、抗?jié)B性和耐久性。如常用的聚丙烯腈纖維。其厚度約為8-lOcm。進(jìn)一步地，所述的中強(qiáng)度混凝土層(3)的層面相隔5-8m設(shè)有寬10-15cm、深2-3cm的梯形槽，在鋪設(shè)防水層時，由SBS改性浙青填充與防水層成一體，提高抵抗層間的剪切破壞的能力。由上述技術(shù)方案可見，本發(fā)明的這種路面結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)利用不同強(qiáng)度混凝土導(dǎo)熱率不同的特性，對路面進(jìn)行逐層設(shè)計，并對不同層混凝土的界面進(jìn)行均勻過渡處理，實(shí)現(xiàn)從底板到表面層的強(qiáng)度、剛度、粘結(jié)性能和耐久性的梯度變化，利用形成了一種具有單向?qū)峁δ艿奶荻葻釋?dǎo)率的路面結(jié)構(gòu)。該路面自上而下熱導(dǎo)率遞減，從而使路面形成一個從路基到空氣的單項導(dǎo)熱通道，使熱量容易從路基散發(fā)到空氣中，且阻止路面的熱量向路基和路基下面凍土傳遞，凍土始終表現(xiàn)為放熱狀態(tài)，從而避免凍土由于熱量積聚產(chǎn)生的凍融病變，實(shí)現(xiàn)了混凝土路面從底面到表面的不同功能過渡，緩解了路面混凝土與基層材料之間的性能非一致性，同時提高路表面綜合使用功能，如耐磨、抗?jié)B和抗滑性能等，改善了整體結(jié)構(gòu)的耐久性，達(dá)到保護(hù)高寒區(qū)公路和路基的作用。(2)在結(jié)構(gòu)中鋪設(shè)一層防水層采用由聚酯胎或玻纖復(fù)合胎為胎體、浸涂SBS改性浙青而制成的防水材料。聚合物SBS改性浙青粘結(jié)防水層的主要特點(diǎn)一是使上覆浙青的下部形成浙青層，同時其下部還有一層薄浙青膜，浙青層與薄浙青膜一起共同形成一個粘結(jié)防水層，防水效果好；二是其彈性恢復(fù)好，可顯著減輕下層或上層裂縫對其的破壞作用；三是粘結(jié)防水層可起到應(yīng)力吸收層的作用，可延緩基層收縮開裂所引起的反射裂縫；四是可采用機(jī)械化施工，施工速度快、質(zhì)量易控制。另外，在結(jié)合面設(shè)計中，下面混凝土層面相隔5_8m設(shè)計有寬10-15cm、深2-3cm的梯形槽，在鋪設(shè)防水層時，由SBS改性浙青填充與防水層成一體，提高抵抗層間的剪切破壞的能力。(3)路面層采用碾壓纖維混凝土，與傳統(tǒng)混凝土相比，減少水泥摻量和用水量，亂向分布的纖維改善了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其具有抗裂性強(qiáng)，韌性好，強(qiáng)度高，抗凍性能好，抗疲勞和沖擊性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，提高的特性對纖維混凝土低溫環(huán)境下抵抗凍脹破壞具有正面加強(qiáng)效應(yīng)。微細(xì)聚丙烯腈纖維改善了混凝土的早期內(nèi)部缺陷，降低了原生裂隙尺度，提高了混凝土的抗拉極限應(yīng)變和斷裂能，因而有益于混凝土低溫環(huán)境下的強(qiáng)度增長和混凝土抗凍融耐久性的提高，特別適用于寒冷地區(qū)。因此該路面具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
其中1——碾壓纖維混凝土層；2——防水層；3——中強(qiáng)度普通混凝土層；4——低強(qiáng)度普通混凝土層；5——路基。圖2是圖1中①-①剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述
通過圖1可見，本路面一共鋪設(shè)四層。分別是碾壓纖維混凝土層(1)、防水層O)、中強(qiáng)度普通混凝土層(3)、低強(qiáng)度普通混凝土層0)。采取機(jī)械施工，根據(jù)路面情況進(jìn)行表面處理，如確有基層超高之處，應(yīng)采用人工刨除，不能動用機(jī)械，否則極易造成基層的大面積松動，影響了基層強(qiáng)度的均勻性；對于基層標(biāo)高不足之處，不能用基層混合料填補(bǔ)，宜用同(4)層混凝土一次性施工成型。首先鋪設(shè)低強(qiáng)度普通混凝土(4)，由C20-C25混凝土制成，其厚度約為10-12cm。然后鋪設(shè)中強(qiáng)度普通混凝土層(3)，由C30-C40混凝土制成，其厚度約為8-lOcm。再鋪設(shè)防水層O)，可采用由聚酯胎或玻纖復(fù)合胎為胎體、浸涂SBS改性浙青而制成的可卷曲的防水材料，其具有高溫不流淌，低溫不裂變等特點(diǎn)。防水層厚度3-5cm。最后鋪設(shè)碾壓纖維混凝土層(1)，由C45-C50混凝土中摻加纖維材料，利用纖維以大幅度提高水泥混凝土的應(yīng)力吸收
5能力和抗彎拉強(qiáng)度并增強(qiáng)耐磨性、抗?jié)B性和耐久性。如常用的的聚丙烯腈纖維。其厚度約為 8_10cmo鋪設(shè)中強(qiáng)度普通混凝土層( 和低強(qiáng)度普通混凝土層(4)時參照《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范(JTGF30-2003)》實(shí)施。包括以下工序路基整形；按比例拌合混凝土 ；攤鋪并整平。注意鋪設(shè)中強(qiáng)度普通混凝土層(3)時層面相隔5-8m預(yù)制寬10-15cm、深2-3cm的梯形槽。鋪設(shè)防水層O)時注意改性浙青應(yīng)在規(guī)范要求的溫度下噴灑，浙青灑布車應(yīng)保持一定的壓力并勻速行駛，以保證浙青灑布均勻，噴灑過量處，應(yīng)予刮除。并按《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程(JTJ059-95)》中有關(guān)要求和方法檢測灑布量，每次檢測不少于3處。浙青灑布設(shè)備應(yīng)配備有適用于不同稠度浙青噴灑用的噴嘴，在浙青灑布機(jī)噴灑不到的地方可采用手工灑布。噴灑超量、漏灑或少灑的地方應(yīng)予糾正。在梯形槽處應(yīng)手工慢噴灑以免出現(xiàn)縫隙。噴灑改性浙青時，噴油管宜與路表面形成約30°角，并有適當(dāng)高度，以使路面上噴灑的改性浙青形成重疊。灑布改性浙青，浙青須全路滿鋪，達(dá)到無破洞、漏鋪、脫開等現(xiàn)象的要求。鋪設(shè)碾壓纖維混凝土層(1)時，在一立方米碾壓混凝土中加入聚丙烯腈纖維1公斤，在攪拌機(jī)中攪拌均勻。纖維混凝土拌和出的混合料均不應(yīng)結(jié)團(tuán)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象時，應(yīng)在攪拌機(jī)上配備纖維均布機(jī)有效消除結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。將此混合料運(yùn)抵現(xiàn)場后采用機(jī)械攤鋪的方法，按厚度8-lOcm均勻攤鋪在防水層(2)上，不采用傳統(tǒng)水泥混凝土的振搗方法施工，而是用壓路機(jī)碾壓，碾壓至規(guī)范要求的壓實(shí)度O 95%)后形成。
權(quán)利要求
1.一種高寒地區(qū)混凝土公路路面結(jié)構(gòu)，其特征在于路面結(jié)構(gòu)分為四層，從下到上依次是低強(qiáng)度普通混凝土層(4)、中強(qiáng)度混凝土層(3)、防水層(2)和碾壓纖維混凝土層(1)；所述的低強(qiáng)度普通混凝土(4)，由C20-C25混凝土制成，其厚度為10-12cm ；所述的中強(qiáng)度普通混凝土層C3)，由C30-C40混凝土制成，其厚度為8-lOcm ；所述的防水層O)，采用由聚酯胎或玻纖復(fù)合胎為胎體、浸涂SBS改性浙青而制成，其厚度約3-5cm ；所述的碾壓纖維混凝土層(1)，采用由C45-C50混凝土中摻加纖維材料制成，其厚度為8-lOcm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高寒地區(qū)混凝土公路路面結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的中強(qiáng)度混凝土層(3)的層面相隔5-8m設(shè)有寬10-15cm、深2-3cm的梯形槽，在鋪設(shè)防水層時，由SBS改性浙青填充與防水層成一體。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種公路路面結(jié)構(gòu)，是一種具有梯度功能的耐凍融和防水的水泥混凝土路面。該路面結(jié)構(gòu)是由三層具有梯度熱導(dǎo)率的結(jié)構(gòu)組成，各層的熱導(dǎo)率從上到下遞減分布，使從熱量路基散發(fā)到空氣中，且阻止空氣中熱量向路基傳遞，保持凍土地層的穩(wěn)定性，起到保護(hù)高寒地區(qū)公路路基的作用。它由低強(qiáng)度普通混凝土層、中強(qiáng)度混凝土層、防水層和碾壓纖維混凝土層組成。本發(fā)明具有高防水、抗凍融的特點(diǎn)，改善了路面綜合使用功能，從而延長混凝土路面耐久性，提高經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號E01C7/32GK102561143SQ20121006043
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者許政 , 陳文 申請人:河海大學(xué)