[发明专利]一种高寒地区混凝土公路路面结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种公路混凝土路面结构 ，特别涉及一种高寒地区适用的混凝土公路路面结构。

背景技术

常用的水泥混凝土路面是用水泥、水、沙及外加剂等材料组成的水泥浆为粘结料，碎石为骨料，沙为填充料，经过拌合，摊铺、振捣和养护所修筑的单层路面，厚度一般为220-280mm，其刚度大，属脆性材料。在常用防水层路面，车辆在行驶过程中，由于轮胎的泵吸作用，在防水层与桥面板界面处有法向拉拔应力的产生。路面层在此类法向拉拔应力的作用下，有可能脱开，造成破坏。同时层内部产生较大的剪应力，引起不确定破坏面的剪切变形，在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏，产生推移、拥包等病害。总之，路面在拉压、胀缩、冲击等各种应力的作用下往往过早地出现开裂、剥落和滑移等病害，影响路面结构使用功能，甚至导致不均匀沉陷，引发耐久性破坏。这些病害都与水的渗入和滞留有着直接关系。在高寒地区路基土的冻融现象严重，反复交替的冻融过程而使路基出现不均匀沉降，从而导致公路路基不稳定。

在解决路面冻融方面，现一般采取抬高路基、碎石块路基、设置热管或保温层等技术。抬高路基是采用的最常见的工程措施之一。但从实际工程看，如青藏公路某段将路基高度抬高了3米左右，但出现了阴阳面路基温度场之间的差异导致路基病害，阳面出现坍塌和纵向开裂，同时高路基也带来了路基下得融化夹层增厚，路基沉陷变形加大，为路基的稳定性带来巨大隐患。近年来梯度功能设计方法大量出现，但主要集中在航空航天、机械、电子、医用先进复合材料领域，而在土木工程材料中的应用还未大量开展，尤其在道路建筑材料领域。水泥混凝土单层设计仍是主流，其成本和施工技术较低，但耐久性差。若采用梯度功能混凝土路面成本较高，但综合考虑后期维护及耐久性，则表现出更高的性价比。如现有发明专利（申请公布号CN102084064A）公开了一种具有梯度热导率的路面层，通过在不同层添加高、中和低热导率的微纳米粉体实现热导率梯度，但此成本较高且施工复杂。

在解决路面防水方面，常用的是SBS高聚物改性沥青防水卷材，因为SBS是一种高分子聚合物，与特殊复合材料在沥青中混合形成网状，大大限制了沥青胶束的自由度，从而防水、粘结、抗剪能力都大大提高，非常适合代替普通乳化沥青用于公路透层、稀浆封层、粘层施工。但由于是通常采用的是卷材，不可避免会                                                                                                             水层就和混凝土分离，达不到防水的技术效果。由此可见，现有的高聚物改性沥青防水卷材还不能很好满足防水的需要，会经常发生粘结不牢的质量问题。另有些采用分层防水结构，如现有发明专利（申请公布号CN101831855A）公开了一种防水路面结构，该结构是由面层、基层、防水层、排水垫层和透水过滤层构成的多层防水结构。此路面施工要求和成本都较高。

交通运输部公路科学研究院的付智等在“纤维混凝土路面施工技术”一文（公路，2011年1月第1期：36-40）中指出我国在钢纤维水泥混凝土路面方面的研究与工程试验已经有20多年的历史，《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30-2003）中已经列有钢纤维混凝土路面施工技术的相关条款，但实际工程使用得并不多。原因是目前钢纤维的价格越来越贵，钢纤维混凝土的单方造价比普通混凝土高出２倍。拌和钢纤维混凝土路面的推广使用受到高昂造价的限制。同济大学混凝土材料研究国家重点实验室的姚武在“聚丙烯腈纤维混凝土低温性能的研究”一文（建筑材料学报，2003年9月第6卷第3期：243-247）中指出低掺量聚丙烯腈纤维可以有效地缓解由低温循环而引起的混凝土损伤，同时纤维的阻裂机制使混凝土能抵抗较大的温度应力并具有较高的弯曲韧性。聚丙烯腈纤维的弹性模量随温度降低而提高的特性对纤维混凝土低温环境下抵抗冻胀破坏具有正面加强效应。微细聚丙烯腈纤维改善了混凝土的早期内部缺陷，降低了原生裂隙尺度，提高了混凝土的抗拉极限应变和断裂能，因而有益于混凝土低温环境下的强度增长和混凝土抗冻融耐久性的提高。也就是说，聚丙烯腈纤维混凝土特别适用于寒冷地区。

从现有高寒区公路路基保护方法看，还没有一种成本低且具有良好保护效果的保护方法。在高寒区铺筑满足强度、抗冻融、防水和耐久的公路是一个有待解决的问题。

发明内容