一种降温抗车辙沥青路面结构的制作方法

1.本实用新型属于道路工程技术领域，特别涉及一种降温抗车辙沥青路面结构。


背景技术：

2.随着经济的发展，沥青路面已经成为高等级公路和城市道路的主要形式。由于沥青材料对温度较为敏感，在温度升高时易出现车辙等高温病害，严重影响路面的使用性能和使用寿命；同时，过高的沥青路面温度同样是造成城市热岛效应的主要因素之一；采取更加有效的技术措施降低路面温度，同时增强沥青路面的抗车辙能力，对提升沥青路面的使用性能和使用寿命，缓解城市热岛效应具有非常重要的意义。
3.为了降低沥青路面的温度，国内外学者提出了沥青路面热阻技术，通过采用导热系数更小的原材料或多孔材料，减小混合料的导热系数，减小进入路面内部的热量，进而实现路面温度的降低，包括：热阻磨耗层、热阻封层和多孔路面等；现有的热阻技术，在阻隔热量进入路面结构内部的同时，往往会使热量在路面表层蓄积，导致路面表层的温度升高；虽然路面结构内部温度降低，但直接承受车辆荷载的路面表层温度高，同时，单一热阻技术的降温效率低，导致路面结构整体的降温效率低，高温车辙病害仍未得到有效的解决。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种降温抗车辙沥青路面结构，以解决现有的热阻路面表面温度高，降温效率低，高温易发生变形的技术问题。
5.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
6.本实用新型提供了一种降温抗车辙沥青路面结构，包括沥青面层，沥青面层包括自上而下依次铺设的上面层、中面层及下面层；其中，上面层采用热阻沥青混合料铺筑而成，中面层中均匀设置有若干剪力钉；剪力钉包括钉体及钉帽，钉体竖向穿插在中面层中，钉帽水平设置在钉体的顶端，且嵌设在中面层的上表面。
7.进一步的，热阻沥青混合料中采用陶粒作为粗集料。
8.进一步的，陶粒包含粒径为9.5
‑
13.2mm和粒径为4.75
‑
9.5mm的陶粒。
9.进一步的，钉体的直径为10
‑
20mm；钉帽长度为30
‑
40mm，宽度为30
‑
40mm。
10.进一步的，剪力钉等间距布设在中面层中。
11.进一步的，相邻剪力钉的横向间距为10
‑
20cm，纵向间距为20
‑
30cm。
12.进一步的，下面层采用粗粒式沥青混合料铺筑，粗粒式沥青混合料的最大公称直径为26.5mm。
13.进一步的，中面层采用中粒式沥青混合料铺筑，中粒式沥青混合料的最大公称直径为19.0mm。
14.进一步的，还包括基层及土基，土基、基层及沥青面层从下到上依次铺设。
15.进一步的，钉体与钉帽采用焊接固定或一体成型。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
17.本实用新型提供了一种降温抗车辙沥青路面结构，上面层采用热阻沥青混合料铺筑，能够有效阻止热量进入路面结构内部；通过在中面层设置剪力钉，剪力钉能够将路面表面积聚的热量传递至下层结构中，减小路面结构的温度梯度；通过设置剪力钉，能够有效提高路面结构的高温抗变形能力，并利用剪力钉与沥青面层摩擦力，增强了路面结构的强度，有效阻止了沥青混合料的流动，防止车辙病害的发生，有效缓解了路面开裂，提升道路使用寿命，施工过程简单，便于推广。
18.进一步的，通过在热阻沥青混合料中采用陶粒作为粗集料，陶粒作为热阻集料，其导热系数低，阻热性能较好的特点，有效降低了路面结构的温度，提高路面结构的抗变形能力。
19.进一步的，将剪力钉呈等间距布设，能够最大程度发挥沥青路面的高温抗变形能力，增强路面结构的强度，防止车辙病害的发生，有效提高道路使用寿命。
20.综上所述，本实用新型所述的一种降温抗车辙沥青路面结构，从路面降温方式来看，通过采用热阻沥青混合料作为上面层，并在中面层中设置剪力钉，形成具有阻热和导热的复合式降温抗车辙沥青路面结构，不仅能够通过热阻沥青混合料中的低导热系数，提高路面阻热性能的作用来进行阻热；同时利用剪力钉的导热能力，将表层积聚的热量快速传递至下部结构和土基中，减少路面结构层的温度梯度，降温效率更高；从路面结构的高温抗变形能力来看，一方面通过热阻沥青混合料中的热阻集料较好的阻热性能和剪力钉的导热降温作用，降低路面结构内的温度，可以提高路面结构的高温抗变形能力；另一方面，埋设的剪力钉相当于在路面结构中埋入“桩基”，利用剪力钉与中面层之间的摩擦力，增强整个路面结构的强度，同时在路面等间距布设的剪力钉可以形成“桩群”，阻止沥青混合料的侧向蠕动，从而防止车辙病害的形成；从路面结构的受力状态来看，由于靠近路表的上面层温度高，温度向下迅速衰减，形成温度梯度，昼夜温度的变化导致温度应力；温度应力导致沥青面层开裂，形成裂缝；本实用新型通过设置剪力钉，使得沥青路面结构不同深度处的温差减小，从而减小温度应力的幅度，进而减少沥青路面的开裂的可能性，能够有效提升道路的使用寿命；从路面结构的环境保护方面来看，首先，城市的热岛效应属于城市环境范畴，在城市热量分布中，城区属于高温区，其中道路面积所占比重最大，对城市热岛效应影响最明显，而本实用新型可通过降低路表温度，有效缓解城市热岛效应，并解决城市道路的车辙病害。
附图说明
21.图1为本实用新型所述的降温抗车辙沥青路面结构的剖视图；
22.图2为本实用新型所述的降温抗车辙沥青路面结构中的剪切钉结构示意图。
23.其中，1沥青面层，2基层，3土基，4剪力钉；11上面层，12中面层，13下面层；41钉体，42钉帽。
具体实施方式
24.为了使本实用新型所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
25.如附图1
‑
2所示，本实用新型提供了一种降温抗车辙沥青路面结构，包括沥青路面1、基层2、土基3及若干剪力钉4；土基3、基层2及沥青面层1从下到上依次铺设；沥青面层1包括自上而下铺设的上面层11、中面层12及下面层13，其中，若干剪力钉4均匀穿插在中面层12中；剪力钉4包括钉体41及钉帽42，钉体41竖向穿插在中面层12中，钉帽42水平设置在钉体41的顶端，且嵌设在中面层12的上表面。
26.上面层11采用热阻沥青混合料铺筑而成，热阻沥青混合料中采用陶粒作为粗集料；陶粒采用陶粒废料制备得到，陶粒包含粒径为9.5
‑
13.2mm和粒径为4.75
‑
9.5mm的陶粒，与细集料、矿粉及沥青组成细粒式沥青混合料用于上面层11铺筑：其中，陶粒粗集料的技术指标如下表1所示：
27.表1 陶粒粗集料的技术指标表
[0028][0029]
下面层13采用粗粒式沥青混合料铺筑，粗粒式沥青混合料的最大公称直径为26.5mm；中面层12采用中粒式改性沥青混合料铺筑，中粒式改性沥青混合料的最大公称直径为19.0mm；下面层13及中面层12施工时，均按规范规定的施工工艺摊铺压实而成。
[0030]
钉体41的直径为10
‑
20mm；钉帽42的长度为30
‑
40mm，宽度为30
‑
40mm，钉体41和钉帽42通过焊接固定或一体成型，钉体41位于钉帽42的中心；剪力钉4在中面层12中呈等间距布设，相邻剪力钉4的横向间距为10
‑
20cm，纵向间距为20
‑
30cm。
[0031]
基层2为水泥稳定碎石层，水泥稳定碎石层采用碎石集料、细粒土、结合料及水拌和配制混合料铺筑而成；土基3为经过预处理的原地面。
[0032]
本实用新型所述的一种降温抗车辙沥青路面结构的施工方法，包括以下步骤：
[0033]
步骤1、根据道路等级要求，对土基进行施工；
[0034]
步骤2、在土基上铺设水泥稳定碎石基层，均匀喷涂透层油，然后在基层上铺设下面层。下面层铺设完成后，在下面层表面均匀喷涂粘层油，然后铺设中面层；
[0035]
步骤3、中面层铺设完成后，按照剪力钉的布设要求，在中面层上钻孔，并插入剪力钉；
[0036]
步骤4、剪力钉施工完成后，在中面层上均匀喷涂粘层油，然后铺设上面层。
[0037]
本实用新型所述的一种降温抗车辙沥青路面结构，通过上面层的阻热和剪力钉的导热，双重作用有效降低沥青路面的温度，减小温度梯度；同时，剪力钉能够起到桩基的作用，有效提升路面结构的整体强度和高温抗变形能力。
[0038]
实施例1
[0039]
本实施例1中以某路段铺筑所述降温抗车辙沥青路面结构为例，其中，日最高气温为38℃。
[0040]
本实施例1中提供了一种降温抗车辙沥青路面结构，包括沥青面层1、基层2、土基3及若干剪力钉4；土基3、基层2及沥青面层1从下到上依次铺设；沥青面层1包括自上而下铺设的上面层11、中面层12及下面层13，其中，若干剪力钉4均匀穿插在中面层12中；剪力钉4
包括钉体41及钉帽42，钉体41竖向穿插在中面层12中，钉帽42水平设置在钉体41的顶端，且嵌设在中面层12的上表面。
[0041]
本实施例1中，基层2为水泥稳定碎石基层，厚度为36cm；下面层13采用粗粒式沥青混合料铺筑，厚度为8cm，粗粒式沥青混合料的最大公称直径为26.5mm；中面层12采用中粒式沥青混合料铺筑，厚度为6cm，中粒式改性沥青混合料的最大公称直径为19.0mm；基层2、下面层13及中面层12施工时，均按规范规定的施工工艺摊铺压实而成。
[0042]
上面层11采用热阻沥青混合料铺筑而成，热阻沥青混合料的类型为改性沥青玛蹄脂碎石混合料，热阻沥青混合料中采用陶粒作为粗集料；陶粒包含粒径为9.5
‑
13.2mm和粒径为4.75
‑
9.5mm的陶粒；陶粒与细集料、矿粉及沥青组成细粒式沥青混凝土，厚度为4cm；
[0043]
钉体41的直径为10mm，长度为5.7cm；钉帽42的长度为30cm，宽度为30cm，钉帽42的厚度为0.3cm；剪力钉4采用等间距布设，相邻剪力钉4的横向间距为10cm，剪力钉4的纵向间距为20cm。
[0044]
施工过程
[0045]
本实施例1中所述的一种降温抗车辙沥青路面结构的施工方法，具体包括以下步骤：
[0046]
步骤1、在设计路段，依次排除该路段地面上的积水，清楚树根及杂草等，将路面上粒径大于100mm土块破碎小于等于10mm，并分层填筑至原基面高度；随后分2层摊铺水泥稳定碎石基层，并进行压实；水泥稳定碎石采用厂拌，上一层铺筑完成后，并养护7天后再进行下一层摊铺，厚度总共为36cm。
[0047]
步骤2、当水泥稳定碎石基层的压实度达到设计强度要求后，在水泥稳定碎石基层表面喷涂透层油；透层油采用乳化沥青，其质量应该符合《公路沥青路面施工技术规范》(jtg f40
‑
2004)的要求，用量为1.0
‑
2.3l/m2，以透入水泥稳定碎石基层深度不小于10mm为准。
[0048]
步骤3、铺筑下面层
[0049]
在喷涂有透层油的水泥稳定碎石基层表面，铺筑8cm厚度的粗粒式沥青混合料ac
‑
25。
[0050]
步骤4、铺筑中面层
[0051]
在下面层表面喷洒粘层油，铺筑6cm厚度的中粒式改性沥青混合料ac
‑
20。
[0052]
步骤5、埋设剪力钉
[0053]
采用直径大于剪力钉直径的冲击钻头，在中面层表面进行钻孔，得到剪力钉安装孔，并将剪力钉埋设在剪力钉安装孔中；其中，剪力钉安装孔的深度为5.7cm，与钉体41的高度相同；剪力钉采取等间距布置，横向间距为10cm，纵向间距为20cm。
[0054]
步骤6、铺筑上面层
[0055]
在中面层的表面，均匀喷涂粘层油，然后铺设厚度为4cm的上面层；热阻沥青混合料采用改性沥青玛蹄脂碎石混合料sma
‑
13，最大公称粒径为13.2mm，由陶粒粗集料、玄武岩细集料、矿粉和改性沥青组成；其中，陶粒粗集料包含9.5
‑
13.2mm和4.75
‑
9.5mm两种粒径，细集料粒径为0
‑
5mm；9.5
‑
13.2mm陶粒、4.75
‑
9.5mm陶粒、细集料、矿粉的质量比为40:41:8:11，油石比为5.9％。热阻沥青上面层的摊铺温度不得低于160℃，其摊铺速度应放慢至1
‑
3m/min，采用胶轮和钢轮压路机进行压实。
[0056]
本实施例1所述的路面结构，所述路面结构具有阻热导热的双重降温功效，并能发挥剪力钉的抗车辙作用；不仅可以通过降低路面结构的温度提升路面结构的高温抗变形能力，而且剪力钉也能大大提高路面结构的整体稳定性和高温抗变形能力；尤其是在公交车站以及道路交叉口等车辙病害很严重的路段，能够大大降低车辙发生的概率，减少了路面的维修费用。
[0057]
通过在路面结构不同深度处埋设温度传感器，获得路面不同深度处的温度，试验结果如表2所示：
[0058]
表2 实施例1中的路面结构温度分布
[0059][0060]
由表2可以看出，与原改性沥青玛蹄脂碎石路面结构相比，本实施例1中，路面结构的上面层、中面层、下面层的温度分别下降了5.4℃、3.8℃和3.1℃；由于剪力钉导热性的存在，基层温度升高了1.7℃；剪力钉将上面层及中面层的温度快速向下传递，使得下面层、基层和上面层的温度梯度减小，可减小温度应力，减少路面开裂；同时，在中面层埋设剪力钉，剪力钉的“桩基”作用有效提升路面结构的抗车辙能力。
[0061]
实施例2
[0062]
本实施例2提供了一种降温抗车辙沥青路面结构，本实施例2所述的路面结构与实施例1中的路面结构的结构原理基本相同，不同之处在于：钉体的直径为15mm，钉帽的长度为35mm，钉帽的宽度为35mm；剪力钉4在中面层12中的横向间距为15cm，纵向间距为25cm。
[0063]
本实施例2的施工方法与实施例1中的步骤完全相同，对实施例2中的路面结构温度分布进行测试，试验结果如表3所示：
[0064]
表3 实施例2中的路面结构温度分布
[0065][0066]
由表3可以看出，与原改性沥青玛蹄脂碎石路面结构相比，本实施例2中，路面结构的上面层、中面层、下面层的温度分别下降了6.2℃、3.6℃和2.8℃；由于剪力钉导热性的存在，基层温度升高了1.8℃；剪力钉将上面层及中面层的温度快速向下传递，使得下面层、基层和上面层的温度梯度减小，可减小温度应力，减少路面开裂；同时，在中面层埋设剪力钉，剪力钉的“桩基”作用有效提升路面结构的抗车辙能力。
[0067]
实施例3
[0068]
本实施例3提供了一种降温抗车辙沥青路面结构，本实施例3所述的路面结构与实施例1中的路面结构的结构原理基本相同，不同之处在于：钉体的直径为20mm，钉帽的长度为40mm，钉帽的宽度为40mm；剪力钉4在中面层12中的横向间距为20cm，纵向间距为30cm。
[0069]
本实施例3的施工方法与实施例1中的步骤完全相同，对实施例3中的路面结构温度分布进行测试，试验结果如表3所示：
[0070]
表4 实施例3中的路面结构温度分布
[0071][0072]
由表4可以看出，与原改性沥青玛蹄脂碎石路面结构相比，本实施例3中，路面结构的上面层、中面层、下面层的温度分别下降了6.3℃、3.5℃和2.6℃；由于剪力钉导热性的存在，基层温度升高了2.0℃；剪力钉将上面层及中面层的温度快速向下传递，使得下面层、基层和上面层的温度梯度减小，可减小温度应力，减少路面开裂；同时，在中面层埋设剪力钉，剪力钉的“桩基”作用有效提升路面结构的抗车辙能力。
[0073]
上述实施例仅仅是能够实现本实用新型技术方案的实施方式之一，本实用新型所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本实用新型所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。