相變降溫瀝青路面結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種相變降溫瀝青路面結(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)由上至下依次包括細(xì)粒式瀝青混凝土面層、導(dǎo)熱型瀝青混凝土層、隔熱層和基層，所述導(dǎo)熱型瀝青混凝土層內(nèi)等間距鋪設(shè)有鍍鋅鋼管，所述鍍鋅鋼管內(nèi)封裝有相變材料；該相變路面結(jié)構(gòu)的剛度和強度不易受溫度和雨水的影響，瀝青路面的高低溫穩(wěn)定性能強，路面結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)性能和使用性能變化較小，耐久性和安全性高，在高溫天氣情況下，可較大幅度的降低路面溫度，可以減輕夏季高溫天氣中車轍、推移、泛油等病害的產(chǎn)生和緩解城市熱島效應(yīng)。
【專利說明】相變降溫瀝青路面結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及道路建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟(jì)與公路交通運輸事業(yè)的的迅速發(fā)展，浙青路面以其平整度高、行車舒適性好、噪音低等多種優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于公路、城市道路以及機場等交通設(shè)施的建設(shè)中。據(jù)統(tǒng)計，我國在建、重建或大中修的高速公路中90%以上采用了浙青路面。浙青作為一種典型的粘彈性材料，浙青路面性能易受荷載與溫度的影響。我國大部分地區(qū)夏季炎熱，氣溫往往超過35°C甚至達(dá)到40°C以上，由于浙青對太陽熱的高吸收率使浙青路面表面溫度高達(dá)60°C以上，極端天氣情況下可到80°C以上，已超過道路浙青的軟化點溫度，且隨著溫度升高，變形量愈大，使浙青路面的高溫穩(wěn)定性受到嚴(yán)峻的考驗，產(chǎn)生熱穩(wěn)性病害，嚴(yán)重影響浙青路面的使用性能及交通安全；同時，高溫的浙青路面還釋放出大量的浙青揮發(fā)物，影響人居環(huán)境，且蓄積了大量熱量的浙青路面不斷釋放熱量導(dǎo)致周圍氣溫升高，加劇了城市熱島效應(yīng)。若能采取某種措施降低浙青路面溫度，則可有效地減輕由高溫帶來的負(fù)面影響。針對浙青路面車轍病害等問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了很多研究，提出了很多解決措施。目前廣泛使用改性浙青、改善浙青混合料的組成結(jié)構(gòu)等，在一定程度上起到了預(yù)防和緩解浙青路面高溫病害的作用，但并未從根本上解決浙青路面的高溫病害問題。
[0003]相變材料或稱相變儲熱材料，是指在一定溫度范圍內(nèi)，即相變溫度范圍內(nèi)改變其相態(tài)(如從固態(tài)到液態(tài)或從液態(tài)到固態(tài))，以潛熱的形式吸收、貯存或釋放大量熱量而本身溫度保持不變的材料。相變材料具有熱能貯存和溫度調(diào)節(jié)控制的特性，使其在許多領(lǐng)域具有應(yīng)用價值，如太陽能利用、電力調(diào)峰、廢熱利用、跨季節(jié)儲熱和儲冷、食物保鮮、建筑隔熱保溫、電子器件熱保護(hù)、紡織服裝、農(nóng)業(yè)等。但相變材料在公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于探索研究階段，其在浙青混凝土路面中的應(yīng)用研究則剛剛開始。相變材料應(yīng)用到浙青混凝土路面材料中，可形成溫度自調(diào)控路面。當(dāng)外界環(huán)境溫度劇烈升高時，相變儲熱路面材料利用其相變過程將白天高溫時的太陽能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，減緩路面溫度的變化，避免路面長時間處于高溫狀態(tài)，不但減少路面熱穩(wěn)性病害，降低周邊環(huán)境溫度。如能將相變材料應(yīng)用到浙青路面中形成相變自調(diào)溫路面，可有效避免熱穩(wěn)性病害的產(chǎn)生、延長道路使用壽命、減少道路的維修費用、提高交通安全；同時，可有效緩解熱島效應(yīng)、節(jié)省能源、改善人居環(huán)境。
[0004]但是，若將相變材料直接用于混凝土浙青路面時，同樣會收到浙青混凝土路面在承受車輛荷載時，仍會出現(xiàn)的層間推移、起皮擁包、縱橫裂縫等剪切破壞，同時還會受到外界環(huán)境因素的影響，使路面結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)性能和使用性能發(fā)生較大的變化。
實用新型內(nèi)容
[0005]有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，該相變路面結(jié)構(gòu)的剛度和強度不易受溫度和雨水的影響，路面結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)性能和使用性能變化較小，可減緩路面溫度的變化，避免路面長時間處于高溫狀態(tài)，不但減少路面熱穩(wěn)性病害，而且減少路面向環(huán)境散熱，降低周邊環(huán)境溫度，有效避免熱穩(wěn)性病害的產(chǎn)生、延長道路使用壽命、減少道路的維修費用、提高交通安全；同時，可有效緩解熱島效應(yīng)、節(jié)省能源、改善人居環(huán)境。
[0006]本實用新型的相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)由上至下依次包括細(xì)粒式浙青混凝土面層、導(dǎo)熱型浙青混凝土層、隔熱層和基層，所述導(dǎo)熱型浙青混凝土層內(nèi)等間距鋪設(shè)有鍍鋅鋼管，所述鍍鋅鋼管內(nèi)封裝有相變材料；
[0007]進(jìn)一步，所述鍍鋅鋼管為水平敷設(shè)于導(dǎo)熱型浙青混凝土層內(nèi)的U型結(jié)構(gòu)或直線型結(jié)構(gòu)；
[0008]進(jìn)一步，所述導(dǎo)熱型浙青混凝土層內(nèi)設(shè)置有套接于鍍鋅鋼管外表面的加強肋板，所述加強肋板沿鍍鋅鋼管外表面等間距分布并與鍍鋅鋼管整體形成格柵狀結(jié)構(gòu)；
[0009]進(jìn)一步，所述鍍鋅鋼管與路面結(jié)構(gòu)表面的距離為2.5-5cm，相鄰鍍鋅鋼管的間距為28-32cm，所述鍍鋅鋼管的內(nèi)外直徑分別為16_18mm和20_22mm ；
[0010]進(jìn)一步,所述細(xì)粒式浙青混凝土面層的彈性模量為3000-3200Mpa ;
[0011]進(jìn)一步，所述加強肋板為聚苯乙烯泡沫塑料板；
[0012]進(jìn)一步，所述隔熱層為陶粒浙青混凝土 ；
[0013]進(jìn)一步，所述鍍鋅鋼管與路面結(jié)構(gòu)表面的距離為5cm，相鄰鍍鋅鋼管的間距為30cm,所述鍍鋅鋼管的內(nèi)外直徑分別為18mm和20_ ；
[0014]進(jìn)一步,所述細(xì)粒式浙青混凝土面層的彈性模量為3000Mpa。
[0015]本實用新型的有益效果:本實用新型的相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，利用相變材料與浙青路面形成的具有自調(diào)溫功能的路面結(jié)構(gòu)，當(dāng)外界環(huán)境溫度劇烈升高時，相變材料利用其相變過程將白天高溫時的太陽能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，減緩路面溫度的變化，避免路面長時間處于高溫狀態(tài)，不但減少路面熱穩(wěn)性病害，而且減少路面向環(huán)境散熱，降低周邊環(huán)境溫度，在高溫條件下可降低路面溫度2?10°C，可有效避免熱穩(wěn)性病害的產(chǎn)生、延長道路使用壽命、減少道路的維修費用、提高交通安全；同時，可有效緩解熱島效應(yīng)、節(jié)省能源、改善人居環(huán)境。且該相變路面結(jié)構(gòu)的剛度和強度不易受溫度和雨水的影響，浙青路面的高低溫穩(wěn)定性能強，路面結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)性能和使用性能變化較小，耐久性和安全性高，在高溫天氣情況下，不但可較大幅度的降低路面溫度，還可以減輕夏季高溫天氣中車轍、推移、泛油等病害的產(chǎn)生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步描述:
[0017]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為鍍鋅鋼管與加強肋板結(jié)合的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為鍍鋅鋼管與加強肋板結(jié)合的俯視圖。

【具體實施方式】
[0020]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為鍍鋅鋼管與加強肋板結(jié)合的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為鍍鋅鋼管與加強肋板結(jié)合的俯視圖。如圖所示:本實施例的相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)由上至下依次包括細(xì)粒式浙青混凝土面層1、導(dǎo)熱型浙青混凝土層2、隔熱層3和基層4，所述導(dǎo)熱型浙青混凝土層2內(nèi)等間距鋪設(shè)有鍍鋅鋼管21，所述鍍鋅鋼管21內(nèi)封裝有相變材料；路面結(jié)構(gòu)采用分層結(jié)構(gòu)，鍍鋅鋼管21及其內(nèi)封裝的相變材料形成相變儲熱系統(tǒng)，相變材料包括石蠟、脂類、脂肪酸類和多元醇類等相變溫度在30-70°C之間的有機化合物[或正十八烷、正十九烷、脂肪酸、脂肪醇、石蠟(44#?58#)和聚乙二醇(1000、1500、2000、4000、6000)等相變溫度在30_70°C之間的有機化合物]，鍍鋅鋼管21還能起到橫向加筋作用，防止路面的縱向開裂。鍍鋅鋼管21的集熱性能最好，通過傳熱對其封裝的相變材料進(jìn)行充熱和放熱，并具有強度高，柔韌性好，熱穩(wěn)定性和密封性良好，耐久性和安全性高，且與相變材料具有良好的相容性好，無滲透，無腐蝕，無化學(xué)反應(yīng)，成本低，經(jīng)濟(jì)性好。鋼管應(yīng)采用圓形鋼管。
[0021]本實施例中，所述鍍鋅鋼管21為水平敷設(shè)于導(dǎo)熱型浙青混凝土層2內(nèi)的U型結(jié)構(gòu)或直線型結(jié)構(gòu)；u型結(jié)構(gòu)即為蛇形管道，直線型結(jié)構(gòu)為直管結(jié)構(gòu)，U型結(jié)構(gòu)或直線型結(jié)構(gòu)在導(dǎo)熱型浙青混凝土層2內(nèi)分布形成排管結(jié)構(gòu)。
[0022]本實施例中，所述導(dǎo)熱型浙青混凝土層2內(nèi)設(shè)置有套接于鍍鋅鋼管21外表面的加強肋板22，所述加強肋板22沿鍍鋅鋼管21外表面等間距分布并與鍍鋅鋼管21整體形成格柵狀結(jié)構(gòu)；由于鍍鋅鋼管21兩側(cè)最容易率先發(fā)生剪切破壞，因此采用加強肋板22削弱其兩側(cè)受到的剪切破壞力，起到加固穩(wěn)定的作用。施工時，先施工一部分導(dǎo)熱型浙青混凝土層2作為墊層，然后安裝封裝有相變材料的鍍鋅鋼管21和加強肋板22再澆鑄上層導(dǎo)熱型浙青混凝土層2，上下兩層導(dǎo)熱型浙青混凝土層2與鍍鋅鋼管21和加強肋板22形成的間隙相互滲透、融合成一整體。導(dǎo)熱型浙青混凝土即為在浙青混合料中摻入不同比例的導(dǎo)熱相填料制備出的導(dǎo)熱浙青混凝土，浙青混凝土為熱的不良導(dǎo)體，通過摻入導(dǎo)熱相填料，可改善其導(dǎo)熱性能。目前常用的導(dǎo)熱相填料包括金屬填料和非金屬填料，形狀為粉末、晶須和纖維。金屬填料由于耐腐蝕比較差對有防腐性能要求的導(dǎo)熱材料，往往選用具有耐腐蝕性能的非金屬填料，如石墨、碳纖維等。石墨具有熱導(dǎo)率高，耐腐蝕性能好，與浙青相容性強等優(yōu)點，而且石墨為片狀結(jié)構(gòu)，石墨之間容易橋接，當(dāng)石墨體積含量大于某一范圍時，易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，有利于材料導(dǎo)熱系數(shù)的提高，片狀結(jié)構(gòu)的石墨具有潤滑作用，有利于在浙青混合料中的分散，石墨填料具有較高的耐熱性能，在浙青混合料的制備過程中不會因拌和溫度高而變色。本實施例選用碳纖維作為導(dǎo)熱浙青混凝土的增強劑。碳纖維具有一般碳素材料耐高溫、耐摩擦、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定以及導(dǎo)熱、導(dǎo)電等特性，而且碳纖維對浙青混凝土既具有良好的加筋增強作用。
[0023]本實施例中，所述鍍鋅鋼管21與路面結(jié)構(gòu)表面的距離為2.5_5cm，相鄰鍍鋅鋼管21的間距為28-32cm，所述鍍鋅鋼管21的內(nèi)外直徑分別為16_18mm和20_22mm ;由于荷載的作用，相變發(fā)熱體在浙青混凝土路面面層結(jié)構(gòu)中的鋪設(shè)形式、埋置深度等鋪裝參數(shù)直接影響相變材料的使用性能，由于車輛荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)最大剪應(yīng)力隨深度的增加而迅速增大至最大，然后再逐漸減小，因此，當(dāng)鍍鋅鋼管21與路面結(jié)構(gòu)表面的距離為2.5-5cm時，鍍鋅鋼管21受到的剪應(yīng)力最小，有利于保護(hù)鍍鋅鋼管21，進(jìn)而增強相變材料使用的耐久性。鍍鋅鋼管21與路面結(jié)構(gòu)表面的距離、相鄰鍍鋅鋼管21的間距，以及鍍鋅鋼管21的內(nèi)外直徑的設(shè)置有力的保障了該結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)強度，能夠很好的滿足結(jié)構(gòu)層的力學(xué)要求，同時盡可能的減少相變系統(tǒng)受外界環(huán)境的干擾和影響。通過以下試驗(I)基于有限元理論，應(yīng)用ANSYS軟件，對相變降溫路面，建立以某實際路面結(jié)構(gòu)為參數(shù)的有限元模型，并在多種工況下，進(jìn)行受力分析；(2)相變降溫路面是將相變系統(tǒng)鋪設(shè)于浙青混凝土路面面層當(dāng)中，故按照《浙青混凝土設(shè)計規(guī)范》(jreD50— 2006)的要求，分析路面結(jié)構(gòu)在不同的荷載簡化模型下的計算指標(biāo)。(3)在垂直荷載作用下，對相變相變降溫路面結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行力學(xué)響應(yīng)分析，研究在不同輪載、不同接地面積、不同荷載分布形式情況下，相變相變降溫路表面彎沉值變化規(guī)律、最大切應(yīng)力以及發(fā)熱系統(tǒng)表面切應(yīng)力變化曲線。(4)在水平荷載作用下，對相變降溫路面結(jié)構(gòu)，探討其處于不同的車輛荷載作用位置、不同的路面摩擦系數(shù)狀況時的受力情況。(5)探討相變系統(tǒng)鋪設(shè)參數(shù)的其他較大影響因素的作用機理。路面結(jié)構(gòu)面層材料的彈性模量及相變儲能系統(tǒng)的加熱功率對鋪裝參數(shù)的合理確定有著相當(dāng)?shù)挠绊?。研究表明，建立的相變降溫路面結(jié)構(gòu)的有限元模型合理適用；根據(jù)模型檢算的相變降溫路面結(jié)構(gòu)的最大彎沉值、最大切應(yīng)力值符合《浙青混凝土設(shè)計規(guī)范》要求，進(jìn)而確定本實用新型的最佳鋪裝參數(shù)。
[0024]本實施例中，所述細(xì)粒式浙青混凝土面層I的彈性模量為3000_3200Mpa ;在車輛荷載作用下，路面輪隙中心處彎沉值小，剛度大，相變材料管(鍍鋅鋼管21)表面所受壓力引起的彎沉值及應(yīng)力均相對變小，減小路面結(jié)構(gòu)的剪切變形與豎向變形，增強路面材料抵抗各種變形的能力，抑制或減小路面產(chǎn)生車轍的目的。
[0025]本實施例中，所述加強肋板22為聚苯乙烯泡沫塑料板。
[0026]本實施例中，所述隔熱層3為陶粒浙青混凝土 ；導(dǎo)熱系數(shù)小，不受施工厚度限制。
[0027]本實施例中，優(yōu)先為，所述鍍鋅鋼管21與路面結(jié)構(gòu)表面的距離為5cm，相鄰鍍鋅鋼管21的間距為30cm,所述鍍鋅鋼管21的內(nèi)外直徑分別為18mm和20mm ；
[0028]本實施例中,優(yōu)選為,所述細(xì)粒式浙青混凝土面層I的彈性模量為3000Mpa。
[0029]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，
[0030]盡管參照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于:路面結(jié)構(gòu)由上至下依次包括細(xì)粒式浙青混凝土面層、導(dǎo)熱型浙青混凝土層、隔熱層和基層，所述導(dǎo)熱型浙青混凝土層內(nèi)等間距鋪設(shè)有鍍鋅鋼管，所述鍍鋅鋼管內(nèi)封裝有相變材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鍍鋅鋼管為水平敷設(shè)于導(dǎo)熱型浙青混凝土層內(nèi)的U型結(jié)構(gòu)或直線型結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述導(dǎo)熱型浙青混凝土層內(nèi)設(shè)置有套接于鍍鋅鋼管外表面的加強肋板，所述加強肋板沿鍍鋅鋼管外表面等間距分布并與鍍鋅鋼管整體形成格柵狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于:相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鍍鋅鋼管與路面結(jié)構(gòu)表面的距離為2.5-5cm，相鄰鍍鋅鋼管的間距為28-32cm，所述鍍鋅鋼管的內(nèi)外直徑分別為16_18mm和20_22mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述細(xì)粒式浙青混凝土面層的其彈性模量為3000-3200Mpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述加強肋板為聚苯乙烯泡沫塑料板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述隔熱層為陶粒浙青混凝土。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鍍鋅鋼管與路面結(jié)構(gòu)表面的距離為5cm，相鄰鍍鋅鋼管的間距為30cm，所述鍍鋅鋼管的內(nèi)外直徑分別為18mm 和 20mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的相變降溫浙青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述細(xì)粒式浙青混凝土面層的彈性模量為3000Mpa。
【文檔編號】E01C7/26GK204212019SQ201420567381
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】劉可, 曹長斌, 羅陽明, 何麗紅, 李文虎, 佟禹, 程耀飛, 吳慶發(fā) 申請人:廣西桂東高速公路有限公司, 重慶交通大學(xué)