[发明专利]一种基于大空隙沥青混合料骨架的灌注式梯度导热路面结构

说明书

本发明公开了一种基于大空隙沥青混合料骨架的灌注式梯度导热路面结构，通过以路面的大空隙沥青混合料作为骨架，以不同热导率的水泥基材料作为骨架空隙的填充物，对骨架分层灌注自上而下热导率依次减小的水泥基材料，使得路面内的热量在梯度热导率的驱动下趋向于从下至上传递至外界环境中。该结构利用了大空隙沥青混合料骨架的结构特点和水泥基材料的流动性，发挥梯度热导率的热诱导作用，既能在满足路面基本使用要求的前提下，减少夏季经路面吸收并传递至路基的太阳辐射热量，又能加速冬季路基内部的热量向外界环境释放，赋予路面在冷季疏导冷量的能力，解决高原冻土区宽幅路面吸热强和散热慢的问题，缓解路面结构对冻土的热扰动，提高冻土稳定性。

技术领域

本发明涉及道路建设领域，具体涉及一种基于大空隙沥青混合料骨架的灌注式梯度导热路面结构。

背景技术

在高原冻土区，高海拔、中低纬度和强太阳辐射是导致永久冻土严重退化并引发一系列路面损坏的主要原因。特别是，在多年冻土地区修建沥青路面扰乱了地表和大气之间的热平衡。在这种情况下，沥青路面的吸热量大于热损失。路堤和永久冻土中大量热量的积累导致这些区域频繁冻融。这些断层破坏了路堤稳定性，降低了路面的使用寿命，甚至对交通安全构成了严重威胁。对青藏公路的统计调查表明，大约85％的路堤破坏是由永久冻土融化引起的。正是多年冻土和沥青路面之间的不利相互作用使得这些问题在世界范围内难以解决。恢复地表和大气之间的热平衡可能是解决这些问题的关键因素。

为了减少路堤中的热量积累，进而减少永久冻土融化和其他由永久冻土融化引起的路面病害，目前国内外已经展开了许多冻土保护的技术研究，主要包括：1)被动方法，通过提高路堤高度和使用保温材料来增加热阻以降低路堤温度并保护多年冻土；2)主动路堤降温方法，通过块碎石路基技术、通风管道或热虹吸管技术对热对流进行控制，从而在夏季带走路基内部的热量，在冬季增加路基内部的冷量；3)热反射技术，通过红外反射涂层或遮阳板路堤减少路面对太阳辐射的吸收；4)热诱导沥青路面技术，通过在沥青混合料中掺加具有高热导率/低热导率的材料，改变多层沥青路面结构的层间热导率的相对关系诱导沥青路面吸收的热量更趋于向上传导，向外界环境释放。

目前的研究和应用显示，上述冻土保护技术均取得了理想的实际效果，但是也存在许多缺陷，例如：(1)保温技术在阻止上部热量向下传输的同时也阻止了冷季多年冻土向外散热。虽然改变了进入多年冻土的热周转量，但是不能改变进出多年冻土热量平衡的趋势，所以增加热阻只是减弱热积累的发展，延缓多年冻土的升温，而不能扭转这种热积累的趋势；(2)路堤降温技术主要应用于路堤防护，工程量大，施工复杂，随之而来的建设成本也很高；(3)红外反射涂层和遮阳板路堤耐久性差，需要的铺设面积大，工程成本高；(4)热诱导沥青路面技术一方面由于混合料级配的限制，导热填料在混合料中的比例通常很小，这使得导热系数的改变范围有限，导致沥青路面层之间的导热系数的梯度差异过小，另一方面在沥青混合料中掺加不同热导率的材料也会改变沥青混合料的级配，进而影响沥青混合料的力学性能和路用性能。

综上所述，这些技术在高原冻土区的公路建设上存在一定局限性。因此如何克服现有技术的不足，在不影响道路基本使用的前提下，实现更稳定、更经济、更有效的高速宽幅公路上的冻土保护效果，从而减少因冻土融沉导致的路面病害，这在高原冻土区公路建设技术领域将是重要突破。

发明内容

本发明要解决的技术问题正是针对上述现有技术的不足，提供了一种基于大空隙沥青混合料骨架的灌注式梯度导热路面结构，通过以路面的大空隙沥青混合料作为骨架，以不同热导率的水泥基材料作为骨架空隙的填充物，对骨架分层灌注自上而下热导率依次减小的水泥基材料，使得路面内的热量在梯度热导率的驱动下趋向于从下至上传递至外界环境中。该结构利用了大空隙沥青混合料骨架的结构特点和水泥基材料的流动性，发挥梯度热导率的热诱导作用，既能在满足路面基本使用要求的前提下，减少夏季经路面吸收并传递至路基的太阳辐射热量，又能加速冬季路基内部的热量向外界环境释放，赋予路面在冷季疏导冷量的能力，有助于解决高原冻土区宽幅路面吸热强和散热慢的问题，缓解路面结构对冻土的热扰动，提高冻土稳定性，对高原冻土区的公路建设具有重要意义。