一种具有除冰融雪功能的排水路面结构 |
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| 申请号 | CN201710436416.1 | 申请日 | 2017-06-12 | 公开(公告)号 | CN107386035A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 东南大学; | 发明人 | 马涛; 胡鹏森; 丁珣昊; 曹雯; 陈田; 张垚; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种具有除 冰 融 雪 功能的排 水 路面结构，包括铺筑在地面 基层 上的防水粘层，所述防水粘层上铺筑有 沥青 混合料排水层；所述沥青混合料排水层包括从下至上依次铺筑的下排水层、中排水层和上排水层，该下排水层为孔隙率3-5％的沥青混合料，该中排水层为孔隙率20-25％的开级配融雪沥青混合料，该上排水层为孔隙率18-20％的开级配融雪沥青混合料，其中，中排水层与上排水层的孔隙相互连通；所述上排水层上为 橡胶 颗粒层，所述防水粘层的厚度为1-2cm，所述下排水层的厚度为7-9cm，所述中排水层的厚度为4-6cm，所述上排水层的厚度为1.5-2.5cm。本发明的排水路面结构能提高融雪 除冰 效率、提高路表 摩擦 力 、减小车辆对排水孔隙的 压实 作用、节约维修养护成本，具有良好的推广性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有除冰融雪功能的排水路面结构，其特征在于：包括铺筑在地面基层(1)上的防水粘层(2)，所述防水粘层(2)上铺筑有沥青混合料排水层(3)；所述沥青混合料排水层(3)包括从下至上依次铺筑的下排水层(301)、中排水层(302)和上排水层(303)，该下排水层(301)为孔隙率3-5％的沥青混合料，该中排水层(302)为孔隙率20-25％的开级配融雪沥青混合料，该上排水层(303)为孔隙率18-20％的开级配融雪沥青混合料，其中，中排水层(302)与上排水层(303)的孔隙相互连通；所述上排水层(303)上为橡胶颗粒层(4)，其中，所述防水粘层(2)的厚度为1-2cm，所述下排水层(301)的厚度为7-9cm，所述中排水层(302)的厚度为4-6cm，所述上排水层(303)的厚度为1.5-2.5cm。 |
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| 说明书全文 | 一种具有除冰融雪功能的排水路面结构技术领域背景技术[0002] 路面积水会影响行车安全性。若积水不能及时排出路面，在车辆高速行驶情况下，轮胎与路面之间会形成水漂，大大降低车辆的制动性能，增加制动距离，从而诱发交通事故。此外，我国幅员辽阔，冬季大部分地区气温会进入零摄氏度以下。在潮湿寒冷天气下，路面积水会凝结成冰层从而影响行车安全性与舒适性。对于北方严寒地区，情况尤为严重。根据文献资料显示：轮胎与干燥沥青路面的附着系数约为0.6，而轮胎与积雪道路和结冰路面的附着系数分别为0.2和0.15。由积水路面与冰雪路面所引发的交通事故、交通堵塞、道路封闭等问题，给社会经济带来了严重的损失。因此，如何去除及避免路面雨水积聚和路面冰雪覆盖，成了当下亟待解决的道路工程问题之一。 [0003] 路面排水形式分类： [0004] 1.密级配沥青混合料面层形成不透水层，将雨水在路表面通过路拱横坡排至边沟，再集中排至道路外。 [0005] 2.开级配沥青混合料面层配合连通空隙，使得雨水能一定程度下渗至路面结构中，并在路面结构中设置不透水层，将水流在路面结构内部疏导至集水设施处并集中排放至道路外。 [0006] 国内大部分沥青路面的排水方法采用(方法1)，但是随着应用的普及，其弊端也越来越明显：对于降雨集中时期，密级配沥青混合料面层会出现较大的路表径流，高速行驶车辆容易产生水漂，减少轮胎与道路的摩阻力，增加制动距离，影响行车安全性。而开级配的排水路面(方法2)则能通过连通空隙，有效减少面层的雨水积聚，从而提高行车安全性。但是开级配排水路面(方法2)也有其弊端：比如其路面结构在车辆荷载在用下被不断压密，孔隙率减小；其连通孔隙逐渐被粉尘与细小颗粒堵塞从而减弱其排水功能。 [0007] 除冰技术分类 [0008] 1.被动型除雪技术(路面除冰技术)即传统意义上，待冰雪覆盖面形成后，利用化学制剂、物理机械去除表层冰雪的技术，该技术属于先发生后治理，存在一定的滞后性，因此该技术无法显著降低冰雪路面对社会经济造成的影响。 [0009] 2.主动型除冰雪技术(除冰路面技术)是指，采用抑冰剂沥青混合料、路表面防冰雪涂层、橡胶颗粒材料、热能等措施，主动防止或者抑制路表冰雪积聚的技术，该技术属于未发生先预防，能显著降低冰雪路面对社会经济造成的影响。主动型除冰雪技术同时存在着各自的不足： [0010] 含有融雪剂的路面：缺点是融雪剂使用效率难以保证。高温、车辆碾压作用以及雨水冲刷是融雪剂流失的主要原因。 [0011] 含除冰雪涂层的路面：其缺点是路面表面覆盖的防冰雪涂层大多具有疏水性，并含有除冰剂。路表面经由涂层覆盖后，其摩擦系数下降，对车辆行驶安全性具有一定影响。此外，由于功能涂层位于路面表面，在夏季与秋季车辆荷载反复作用下，涂层存在一定程度的磨耗，其冬季的除冰融雪能力减弱。 [0012] 采用热能融雪的路面：缺点是投入成本大，且当设备出现故障后，需要破拆路面，对内部供热系统进行检修，维修养护成本高。此外热能提供需要消耗其他形式能源，运营成本高。 [0013] 含橡胶沥青材料的路面：其缺点是废旧橡胶颗粒材料以骨料的形式加入到沥青混合料中，一定程度上改变了沥青混合料的材料组成与受力特性，因此含有橡胶颗粒的沥青路面的路用性能与使用寿命有待进一步研究。 发明内容[0014] 发明目的：本发明的目的是提供一种由橡胶颗粒覆盖的，双层开级配的，兼具除冰、融雪功能的排水路面结构。该排水路面结构能提高融雪除冰效率、提高路表摩擦力、减小车辆对排水孔隙的压实作用、节约维修养护成本，具有良好的推广性。 [0015] 技术方案：本发明所述的具有除冰融雪功能的排水路面结构，包括铺筑在地面基层上的防水粘层，所述防水粘层上铺筑有沥青混合料排水层；所述沥青混合料排水层包括从下至上依次铺筑的下排水层、中排水层和上排水层，该下排水层为孔隙率3-5％的沥青混合料，该中排水层为孔隙率20-25％的开级配融雪沥青混合料，该上排水层为孔隙率18-20％的开级配融雪沥青混合料，其中，中排水层与上排水层的孔隙相互连通；所述上排水层上为橡胶颗粒层，其中，所述防水粘层的厚度为1-2cm，所述下排水层的厚度为7-9cm，所述中排水层的厚度为4-6cm，所述上排水层的厚度为1.5-2.5cm。 [0016] 所述防水粘层包括SBS改性沥青层以及待SBS改性沥青层摊铺完成后再进行撒布的碎石层，该碎石层的粒径为2.36-4.75mm，防水粘层摊铺后，应尽快铺筑沥青混合料排水层，防止粉尘污染，影响层间粘结力，碎石应分布均匀，防止离析。 [0017] 所述下排水层为AC-25沥青混合料，由70号A级道路石油沥青、矿粉和集料组成。 [0018] 所述中排水层和上排水层为OGFC-13沥青混合料，由TPS改性沥青、集料、矿粉和融雪剂组成。 [0019] 所述TPS改性沥青由TPS改性剂和70号A级道路石油沥青调配而成，其调配比例为：TPS改性剂：石油沥青＝15-18：82，其中，中排水层中的TPS改性沥青的油石比为4.5-5％，上排水层中的TPS改性沥青的油石比为5-5.5％。 [0020] 所述中排水层中融雪剂的掺量为矿料用量的4-6％，上排水层中融雪剂的掺量为矿料用量的3-5％。 [0021] 所述矿粉为岩浆岩石料经磨细所得，所述集料为质地坚硬的玄武石碎石，所述融雪剂为mafilon(MFL)盐化物。 [0022] 所述橡胶颗粒层中橡胶颗粒的粒径为2.36-4.75mm。 [0023] 橡胶颗粒待上排水层铺筑完成后，均匀铺洒橡胶颗粒，并用压路机碾压成型。橡胶颗粒撒布过密容易堵塞孔隙，撒布过少，则除冰效果差，因此在施工过程中应该注意颗粒的均匀撒布，避免离析。所以铺筑所述橡胶颗粒层中的橡胶颗粒之间，纵向间距(行车方向)大于等于2倍的最大橡胶颗粒直径，横向距离(陆拱横坡方向)大于等于1.2倍最大橡胶颗粒直径。 [0024] 有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为： [0025] 1.对比传统的含有融雪剂的除冰路面，本发明结合了橡胶颗粒和融雪剂的优势：上排水层顶部橡胶颗粒弹性的变形能破除连续冰面，并在车辆碾压过程中清除体积较大的冰片，渗透入孔隙中的冰沫或积雪由沥青混合料中的融雪剂进一步清理，增加了融雪化冰的效率。 [0026] 2.对比传统的含有融雪剂的除冰路面，本发明提出的路面中，有助于减少流水冲刷和气温对融雪剂流水的影响。同时上面层的橡胶颗粒覆盖使得车辆荷载对路面结构的作用力减小，能减少融雪剂在车辆反复作用下的消耗。 [0027] 3.对比含有除冰雪涂层的除冰路面，本发明在上面层采用的橡胶颗粒能增大路边与车辆轮胎之间的摩擦系数，增加行车安全性。 [0028] 4.对比热能除冰路面，本发明所采用的方法更节约环保，无需其他能源转化，建设维护成本也相对较小。 [0029] 5.对比含有橡胶颗粒的除冰路面，本发明采用的橡胶颗粒属于镶嵌铺装，不以骨料形式添加入沥青混合料中，尽可能减少了橡胶颗粒对于沥青混合料受力特性和路用性能的影响。 [0030] 6.传统排水路面随着使用年限的增加，使得孔隙率降低。橡胶颗粒层自身具有一定弹性，能通过自身变形减小车辆荷载对排水层孔隙的压实作用，延长路面功能寿命。 [0031] 7.传统的排水路面随着使用年限的增加，孔隙容易被堵塞。而该发明提出的新型排水路面，由于上排水层的孔隙率略小于中排水层。使得堵塞的孔隙停留于上排水层，当路面由于孔隙堵塞失去排水功能后，仅仅需要更换上排水层即可。 [0032] 8.本发明提出的排水路面中，上排水层和中排水层均具有连通孔隙，形成孔隙上小下大的双层开级配排水路面，对比仅仅上面层采用OGFC的排水路面而言，本发明提出的排水路面使得雨水下渗深度加大，不易发生在暴雨季节雨水下渗不足而漫出至路面的情况。 [0034] 图1为本发明路面结构纵断面示意图； [0035] 图2为本发明路面结构纵断面局部放大图； [0036] 图3为本发明路面上面层局部放大俯视图。 具体实施方式[0037] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。 [0038] 实施例1 [0039] 如图1和图2所示，一种具有除冰融雪功能的排水路面结构，包括铺筑在地面基层1上的防水粘层2，所述防水粘层2上铺筑有沥青混合料排水层3；所述沥青混合料排水层3包括从下至上依次铺筑的下排水层301、中排水层302和上排水层303，该下排水层301为孔隙率3％的沥青混合料，该中排水层302为孔隙率20％的开级配融雪沥青混合料，该上排水层303为孔隙率18％的开级配融雪沥青混合料，其中，中排水层302与上排水层303的孔隙相互连通；所述上排水层303上为橡胶颗粒层4，其中，所述防水粘层2的厚度为1cm，所述下排水层301的厚度为7cm，所述中排水层302的厚度为4cm，所述上排水层303的厚度为1.5m。 [0040] 所述防水粘层2包括SBS改性沥青层201以及待SBS改性沥青层201摊铺完成后再进行撒布的碎石层202，该由70号石油沥青掺加5％的SBS改性剂制备而成。洒布量为1.5kg/m2，该碎石层202的粒径为2.36mm，用量为4.5kg/m2。 [0041] 所述下排水层302为AC-25沥青混合料，由70号A级道路石油沥青、矿粉和集料组成。70号A级道路重交石油沥青各项技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于70号A级道路石油沥青的要求：25℃针入度为71(0.1mm)，15℃延度为112cm，软化点为48℃，油石比为4.2％。集料选用质地坚硬的玄武岩碎石，矿粉由岩浆岩石料经磨细所得。下排水层沥青混合料矿料级配满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于AC-25级配范围的要求，其级配如下表： [0042] [0043] 所述中排水层302和上排水层303为OGFC-13沥青混合料，由TPS改性沥青、集料、矿粉和融雪剂组成。 [0044] 所述TPS改性沥青由TPS改性剂和70号A级道路石油沥青调配而成，其调配比例为：TPS改性剂：石油沥青＝15：82，其形成的改性沥青各项技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》对于高粘度改性沥青要求：25℃针入度为43(0.1mm)，5℃延度为 60cm，软化点为95℃。集料选用质地坚硬的玄武岩碎石，矿粉由岩浆岩石料经磨细所得。 [0045] 其中，中排水层302中的TPS改性沥青的油石比为4.5％，上排水层303中的TPS改性沥青的油石比为5％。 [0046] 所述中排水层302中融雪剂的掺量为矿料用量的4％，上排水层303中融雪剂的掺量为矿料用量的3％。 [0047] 中排水层沥青混合料矿料级配满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于OGFC-13级配范围的要求，其级配如下表： [0048] [0049] [0050] 上排水层沥青混合料矿料级配满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于OGFC-13级配范围的要求，其级配如下表： [0051] [0052] 所述橡胶颗粒层4中橡胶颗粒的粒径为2.36mm。 [0053] 如图3所示，所述橡胶颗粒层4中的橡胶颗粒之间，纵向间距(即行车方向，即图3中的横向)等于2倍的最大橡胶颗粒直径，横向距离(即路拱横坡方向，即图3中的竖向)等于1.2倍最大橡胶颗粒直径。 [0054] 实施例2 [0055] 一种具有除冰融雪功能的排水路面结构，包括铺筑在地面基层1上的防水粘层2，所述防水粘层2上铺筑有沥青混合料排水层3；所述沥青混合料排水层3包括从下至上依次铺筑的下排水层301、中排水层302和上排水层303，该下排水层301为孔隙率5％的沥青混合料，该中排水层302为孔隙率25％的开级配融雪沥青混合料，该上排水层303为孔隙率20％的开级配融雪沥青混合料，其中，中排水层302与上排水层303的孔隙相互连通；所述上排水层303上为橡胶颗粒层4，其中，所述防水粘层2的厚度为2cm，所述下排水层301的厚度为9cm，所述中排水层302的厚度为6cm，所述上排水层303的厚度为2.5cm。 [0056] 所述防水粘层2包括SBS改性沥青层201以及待SBS改性沥青层201摊铺完成后再进行撒布的碎石层202，该由70号石油沥青掺加5％的SBS改性剂制备而成。洒布量为1.5kg/m2，该碎石层202的粒径为4.75mm，用量为4.5kg/m2。 [0057] 所述下排水层302为AC-25沥青混合料，由70号A级道路石油沥青、矿粉和集料组成。70号A级道路重交石油沥青各项技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于70号A级道路石油沥青的要求：25℃针入度为71(0.1mm)，15℃延度为112cm，软化点为48℃，油石比为4.2％。集料选用质地坚硬的玄武岩碎石，矿粉由岩浆岩石料经磨细所得。下排水层沥青混合料矿料级配满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于AC-25级配范围的要求，其级配如下表： [0058] [0059] 所述中排水层302和上排水层303为OGFC-13沥青混合料，由TPS改性沥青、集料、矿粉和融雪剂组成。 [0060] 所述TPS改性沥青由TPS改性剂和70号A级道路石油沥青调配而成，其调配比例为：TPS改性剂：石油沥青＝18：82，其形成的改性沥青各项技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》对于高粘度改性沥青要求：25℃针入度为43(0.1mm)，5℃延度为 60cm，软化点为95℃。集料选用质地坚硬的玄武岩碎石，矿粉由岩浆岩石料经磨细所得。 [0061] 其中，中排水层302中的TPS改性沥青的油石比为5％，上排水层303中的TPS改性沥青的油石比为5.5％。 [0062] 所述中排水层302中融雪剂的掺量为矿料用量的6％，上排水层303中融雪剂的掺量为矿料用量的5％。 [0063] 中排水层沥青混合料矿料级配满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于OGFC-13级配范围的要求，其级配如下表： [0064] [0065] 上排水层沥青混合料矿料级配满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于OGFC-13级配范围的要求，其级配如下表： [0066] [0067] 所述橡胶颗粒层4中橡胶颗粒的粒径为4.75mm。 [0068] 所述橡胶颗粒层4中的橡胶颗粒之间，纵向间距等于2.5倍的最大橡胶颗粒直径，横向距离等于1.5倍最大橡胶颗粒直径。 [0069] 实施例3 [0070] 一种具有除冰融雪功能的排水路面结构，包括铺筑在地面基层1上的防水粘层2，所述防水粘层2上铺筑有沥青混合料排水层3；所述沥青混合料排水层3包括从下至上依次铺筑的下排水层301、中排水层302和上排水层303，该下排水层301为孔隙率4％的沥青混合料，该中排水层302为孔隙率22％的开级配融雪沥青混合料，该上排水层303为孔隙率19％的开级配融雪沥青混合料，其中，中排水层302与上排水层303的孔隙相互连通；所述上排水层303上为橡胶颗粒层4，其中，所述防水粘层2的厚度为1.5cm，所述下排水层301的厚度为8cm，所述中排水层302的厚度为5cm，所述上排水层303的厚度为2cm。 [0071] 所述防水粘层2包括SBS改性沥青层201以及待SBS改性沥青层201摊铺完成后再进行撒布的碎石层202，该由70号石油沥青掺加5％的SBS改性剂制备而成。洒布量为1.5kg/m2，该碎石层202的粒径为3.5mm，用量为4.5kg/m2。 [0072] 所述下排水层302为AC-25沥青混合料，由70号A级道路石油沥青、矿粉和集料组成。70号A级道路重交石油沥青各项技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于70号A级道路石油沥青的要求：25℃针入度为71(0.1mm)，15℃延度为112cm，软化点为48℃，油石比为4.2％。集料选用质地坚硬的玄武岩碎石，矿粉由岩浆岩石料经磨细所得。下排水层沥青混合料矿料级配满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于AC-25级配范围的要求，其级配如下表： [0073] [0074] [0075] 所述中排水层302和上排水层303为OGFC-13沥青混合料，由TPS改性沥青、集料、矿粉和融雪剂组成。 [0076] 所述TPS改性沥青由TPS改性剂和70号A级道路石油沥青调配而成，其调配比例为：TPS改性剂：石油沥青＝17：82，其形成的改性沥青各项技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》对于高粘度改性沥青要求：25℃针入度为43(0.1mm)，5℃延度为 60cm，软化点为95℃。集料选用质地坚硬的玄武岩碎石，矿粉由岩浆岩石料经磨细所得。 [0077] 其中，中排水层302中的TPS改性沥青的油石比为4.7％，上排水层303中的TPS改性沥青的油石比为5.3％。 [0078] 所述中排水层302中融雪剂的掺量为矿料用量的5％，上排水层303中融雪剂的掺量为矿料用量的4％。 [0079] 中排水层沥青混合料矿料级配满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于OGFC-13级配范围的要求，其级配如下表： [0080] [0081] 上排水层沥青混合料矿料级配满足《公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004》中对于OGFC-13级配范围的要求，其级配如下表： [0082] [0083] 所述橡胶颗粒层4中橡胶颗粒的粒径为3.5mm。 [0084] 所述橡胶颗粒层4中的橡胶颗粒之间，纵向间距等于2.3倍的最大橡胶颗粒直径，横向距离等于1.4倍最大橡胶颗粒直径。 |
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