專利名稱：一種高寒地區混凝土公路路面結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種公路混凝土路面結構，特別涉及一種高寒地區適用的混凝土公路路面結構。
背景技術：
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料，碎石為骨料，沙為填充料，經過拌合，攤鋪、振搗和養護所修筑的單層路面，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力的產生。路面層在此類法向拉拔應力的作用下，有可能脫開，造成破壞。同時層內部產生較大的剪應力，引起不確定破壞面的剪切變形，在水平方向上產生相對位移發生剪切破壞，產生推移、擁包等病害。總之，路面在拉壓、脹縮、沖擊等各種應力的作用下往往過早地出現開裂、剝落和滑移等病害，影響路面結構使用功能，甚至導致不均勻沉陷，引發耐久性破壞。這些病害都與水的滲入和滯留有著直接關系。在高寒地區路基土的凍融現象嚴重，反復交替的凍融過程而使路基出現不均勻沉降，從而導致公路路基不穩定。在解決路面凍融方面，現一般采取抬高路基、碎石塊路基、設置熱管或保溫層等技術。抬高路基是采用的最常見的工程措施之一。但從實際工程看，如青藏公路某段將路基高度抬高了 3米左右，但出現了陰陽面路基溫度場之間的差異導致路基病害，陽面出現坍塌和縱向開裂，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，為路基的穩定性帶來巨大隱患。近年來梯度功能設計方法大量出現，但主要集中在航空航天、機械、電子、醫用先進復合材料領域，而在土木工程材料中的應用還未大量開展，尤其在道路建筑材料領域。水泥混凝土單層設計仍是主流，其成本和施工技術較低，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及耐久性，則表現出更高的性價比。如現有發明專利(申請公布號CN102084064A)公開了一種具有梯度熱導率的路面層，通過在不同層添加高、中和低熱導率的微納米粉體實現熱導率梯度，但此成本較高且施工復雜。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，因為SBS是一種高分子聚合物，與特殊復合材料在浙青中混合形成網狀，大大限制了浙青膠束的自由度，從而防水、粘結、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，達不到防水的技術效果。由此可見，現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，會經常發生粘結不牢的質量問題。另有些采用分層防水結構，如現有發明專利(申請公布號CN101831855A)公開了一種防水路面結構，該結構是由面層、基層、防水層、排水墊層和透水過濾層構成的多層防水結構。此路面施工要求和成本都較尚ο交通運輸部公路科學研究院的付智等在“纖維混凝土路面施工技術” 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已經有20多年的歷史，《公路水泥混凝土路面施工技術規范》(JTGF30-2003)中已經列有鋼纖維混凝土路面施工技術的相關條款，但實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。同濟大學混凝土材料研究國家重點實驗室的姚武在“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而引起的混凝土損傷，同時纖維的阻裂機制使混凝土能抵抗較大的溫度應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境下抵抗凍脹破壞具有正面加強效應。微細聚丙烯腈纖維改善了混凝土的早期內部缺陷，降低了原生裂隙尺度，提高了混凝土的抗拉極限應變和斷裂能，因而有益于混凝土低溫環境下的強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。從現有高寒區公路路基保護方法看，還沒有一種成本低且具有良好保護效果的保護方法。在高寒區鋪筑滿足強度、抗凍融、防水和耐久的公路是一個有待解決的問題。
發明內容
技術問題為解決背景技術中存在的問題，本發明提出一種高寒地區具有梯度功能的抗凍融和防水的水泥混凝土路面。該路面結構將梯度功能和防水設計方法引入到道路設計中。梯度功能設計方法是采用先進的復合技術，將兩種或兩種以上不同材料進行組合，使其結構達到連續梯度變化，得到性能呈連續平穩變化。它是為適應航空、航天和先進動力等高新技術領域對材料提出的先進設計理念。本設計將梯度功能設計方法引入到混凝土路面結構設計中，利用不同強度混凝土的導熱率不同的特性，對路面進行逐層設計，并對不同層混凝土的界面進行均勻過渡處理，實現從底板到表面層的強度、剛度、粘結性能和耐久性的梯度變化，同時對表面結構進行特殊設計，提高抗滲、防凍和耐磨性能，有效提高路面對外界復雜作用的適應能力，改善路面綜合使用功能，從而延長混凝土路面耐久性，提高經濟效益。另外在結構中鋪設一層防水層以提高防水性能。技術方案本發明路面結構分為四層，從下到上依次是低強度普通混凝土層(4)、中強度混凝土層(3)、防水層(2)和碾壓纖維混凝土層(1)。低強度普通混凝土 ，由C20-C25混凝土制成，其厚度約為10-12cm。中強度普通混凝土層( ，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。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力吸收能力和抗彎拉強度并增強耐磨性、抗滲性和耐久性。如常用的聚丙烯腈纖維。其厚度約為8-lOcm。進一步地，所述的中強度混凝土層(3)的層面相隔5-8m設有寬10-15cm、深2-3cm的梯形槽，在鋪設防水層時，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。由上述技術方案可見，本發明的這種路面結構，具有如下優點
(1)利用不同強度混凝土導熱率不同的特性，對路面進行逐層設計，并對不同層混凝土的界面進行均勻過渡處理，實現從底板到表面層的強度、剛度、粘結性能和耐久性的梯度變化，利用形成了一種具有單向導熱功能的梯度熱導率的路面結構。該路面自上而下熱導率遞減，從而使路面形成一個從路基到空氣的單項導熱通道，使熱量容易從路基散發到空氣中，且阻止路面的熱量向路基和路基下面凍土傳遞，凍土始終表現為放熱狀態，從而避免凍土由于熱量積聚產生的凍融病變，實現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、抗滲和抗滑性能等，改善了整體結構的耐久性，達到保護高寒區公路和路基的作用。(2)在結構中鋪設一層防水層采用由聚酯胎或玻纖復合胎為胎體、浸涂SBS改性浙青而制成的防水材料。聚合物SBS改性浙青粘結防水層的主要特點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防水層，防水效果好；二是其彈性恢復好，可顯著減輕下層或上層裂縫對其的破壞作用；三是粘結防水層可起到應力吸收層的作用，可延緩基層收縮開裂所引起的反射裂縫；四是可采用機械化施工，施工速度快、質量易控制。另外，在結合面設計中，下面混凝土層面相隔5_8m設計有寬10-15cm、深2-3cm的梯形槽，在鋪設防水層時，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部結構，使其具有抗裂性強，韌性好，強度高，抗凍性能好，抗疲勞和沖擊性能強的優點，提高的特性對纖維混凝土低溫環境下抵抗凍脹破壞具有正面加強效應。微細聚丙烯腈纖維改善了混凝土的早期內部缺陷，降低了原生裂隙尺度，提高了混凝土的抗拉極限應變和斷裂能，因而有益于混凝土低溫環境下的強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。因此該路面具有良好的經濟效益。
圖1是本發明結構示意圖
其中1——碾壓纖維混凝土層；2——防水層；3——中強度普通混凝土層；4——低強度普通混凝土層；5——路基。圖2是圖1中①-①剖面圖。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發明做進一步詳細描述
通過圖1可見，本路面一共鋪設四層。分別是碾壓纖維混凝土層(1)、防水層O)、中強度普通混凝土層(3)、低強度普通混凝土層0)。采取機械施工，根據路面情況進行表面處理，如確有基層超高之處，應采用人工刨除，不能動用機械，否則極易造成基層的大面積松動，影響了基層強度的均勻性；對于基層標高不足之處，不能用基層混合料填補，宜用同(4)層混凝土一次性施工成型。首先鋪設低強度普通混凝土(4)，由C20-C25混凝土制成，其厚度約為10-12cm。然后鋪設中強度普通混凝土層(3)，由C30-C40混凝土制成，其厚度約為8-lOcm。再鋪設防水層O)，可采用由聚酯胎或玻纖復合胎為胎體、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。防水層厚度3-5cm。最后鋪設碾壓纖維混凝土層(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力吸收
5能力和抗彎拉強度并增強耐磨性、抗滲性和耐久性。如常用的的聚丙烯腈纖維。其厚度約為 8_10cmo鋪設中強度普通混凝土層( 和低強度普通混凝土層(4)時參照《公路水泥混凝土路面施工技術規范(JTGF30-2003)》實施。包括以下工序路基整形；按比例拌合混凝土 ；攤鋪并整平。注意鋪設中強度普通混凝土層(3)時層面相隔5-8m預制寬10-15cm、深2-3cm的梯形槽。鋪設防水層O)時注意改性浙青應在規范要求的溫度下噴灑，浙青灑布車應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，應予刮除。并按《公路路基路面現場測試規程(JTJ059-95)》中有關要求和方法檢測灑布量，每次檢測不少于3處。浙青灑布設備應配備有適用于不同稠度浙青噴灑用的噴嘴，在浙青灑布機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予糾正。在梯形槽處應手工慢噴灑以免出現縫隙。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，達到無破洞、漏鋪、脫開等現象的要求。鋪設碾壓纖維混凝土層(1)時，在一立方米碾壓混凝土中加入聚丙烯腈纖維1公斤，在攪拌機中攪拌均勻。纖維混凝土拌和出的混合料均不應結團，當發現有結團現象時，應在攪拌機上配備纖維均布機有效消除結團現象。將此混合料運抵現場后采用機械攤鋪的方法，按厚度8-lOcm均勻攤鋪在防水層(2)上，不采用傳統水泥混凝土的振搗方法施工，而是用壓路機碾壓，碾壓至規范要求的壓實度O 95%)后形成。
權利要求
1.一種高寒地區混凝土公路路面結構，其特征在于路面結構分為四層，從下到上依次是低強度普通混凝土層(4)、中強度混凝土層(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.根據權利要求1所述的一種高寒地區混凝土公路路面結構，其特征在于所述的中強度混凝土層(3)的層面相隔5-8m設有寬10-15cm、深2-3cm的梯形槽，在鋪設防水層時，由SBS改性浙青填充與防水層成一體。
全文摘要
本發明涉及了一種公路路面結構，是一種具有梯度功能的耐凍融和防水的水泥混凝土路面。該路面結構是由三層具有梯度熱導率的結構組成，各層的熱導率從上到下遞減分布，使從熱量路基散發到空氣中，且阻止空氣中熱量向路基傳遞，保持凍土地層的穩定性，起到保護高寒地區公路路基的作用。它由低強度普通混凝土層、中強度混凝土層、防水層和碾壓纖維混凝土層組成。本發明具有高防水、抗凍融的特點，改善了路面綜合使用功能，從而延長混凝土路面耐久性，提高經濟效益。
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 優先權日2012年3月9日
發明者許政 , 陳文 申請人:河海大學