一种应用于融冰雪桥面的复合功能层及施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于融冰雪桥面的复合功能层及施工方法，其特征是：复合功能层是位于桥面面层的下部，自桥面面层起朝向下方依次为导热层、隔热层和钢筋混凝土层；导热层按照加热装置的分布凸伸在隔热层中形成齿状凹槽式加热装置固定位，加热装置埋设在加热装置固定位中，在加热装置固定位的底部设置有隔热垫层。本发明实现了热量单向向路表面迅速传递、提高热效率，以及有效保护加热装置的发明目的。
【专利说明】—种应用于融冰雪桥面的复合功能层及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于融冰雪桥面中的复合功能层及其施工方法，用于对结冰或覆雪的桥面通过加热使冰雪快速消融。
【背景技术】
[0002]冰雪路面给行车带来极大的安全性问题，在我国高速公路中有大量的桥面路段，而桥面由于气温相对更低，更容易结冰。
[0003]现有技术中，人工机械除雪费时费力，使用工业盐水和融雪剂会破坏道路、污染环境，并有反结冰现象。近年来，国外已出现热力融冰雪法投入应用，比如芝加哥的国际机场滑行跑道融雪破冰工程、波兰Goleniow机场地源热棒地面融雪破冰系统、日本二户市高速公路弯坡道路全自动热融雪破冰系统。热力融雪技术中的一个关键性难点是如何使热量快速有效地向路表传导，提高其热能的利用效率。但是，已有的工程应用中只是直接将发热装置铺筑于混凝土路面或地表内部，其热能传递相当分散，耗时长、耗能大；也有一些工程应用中采用非导热材料来隔绝温度的多向传导，这一方式仅仅考虑在一定程度上阻止热量向下传导，并没有考虑如何使热量更快更有效地向路表传导，并且隔温材料大面积铺装，成本过高，仅限于局部小工程试验使用；这种铺筑非导热材料的方式同时带来了另一个问题，其使路面结构分层过多，影响路面的整体稳定性和强度，尤其是在重型车急刹车的状况下可能会使路面层间发生位移，极大地影响了路面的使用寿命。
【发明内容】
[0004]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种应用于融冰雪桥面的复合功能层及施工方法，以期实现热量单向向路表面迅速传递，提高有效热效率、保护加热装置的目的。
[0005]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0006]本发明应用于融冰雪桥面的复合功能层的特点是:所述复合功能层是位于桥面面层的下部，自桥面面层起朝向下方依次为导热层、隔热层和钢筋混凝土层；所述导热层按照加热装置的分布凸伸在所述隔热层中形成齿状凹槽式加热装置固定位；所述加热装置埋设在所述加热装置固定位中，在所述加热装置固定位的底部设置有隔热垫层。
[0007]本发明应用于融冰雪桥面的复合功能层的特点也在于:
[0008]所述桥面面层为浙青混凝土层；所述加热装置为电热装置、流体热管装置；所述隔热垫层是采用石棉线或石棉带。
[0009]所述导热层的厚度为Icm?3cm，所述导热层按重量份的原料配比为:水泥15?30份、水7.5?18份、金属矿粉15?67份、石英砂O?29份、减水剂0.1?0.3份、早强剂0.3?0.6份、无机铝盐防水剂0.45?0.9份；所述金属矿粉为铁矿粉、锌矿粉、铝矿粉、铜矿粉中的一种或任意几种的任意组合；在所述金属矿粉中含有纯金属粉、金属氧化物和杂质，按重量百分比，所述金属氧化物的含量不超过金属矿粉的30%，所述杂质的含量不超过金属矿粉的5% ；
[0010]所述隔热层(4)的厚度为2cm?4cm，所述隔热层按重量份的原料配比为:水泥20?25份、水10?16份、水性环氧树脂5?15份、乙二胺0.3?0.9份、二丁酯0.3?0.9份、石棉纤维10?20份、石英砂10?30份、无机招盐防水剂0.6?0.75份。
[0011]本发明应用于融冰雪桥面的复合功能层的特点还在于:
[0012]所述导热层(2)的厚度为1cm，所述导热层按重量份的原料配比为:水泥22.2份、水13.3份、铁矿粉或锌矿粉66.6份、聚羧酸高效减水剂0.1份、硫酸钠0.4份、无机铝盐防水剂0.7份；
[0013]所述铁矿粉中按重量百分比的纯铁粉含量为68.3%，四氧化三铁含量为26.9%，砂含量为4.7%，河泥含量为0.1%，铁矿粉的密度为6.4g/cm，含水率为8.2%，纯铁粉及四氧化三铁的粒径为0.075mm?0.05mm,砂的粒径为2mm?0.075mm,河泥粒径不大于0.05mm ;所述锌矿粉的密度为6.lkg/cm3，锌矿粉中按重量百分比的纯锌粉含量为82%，氧化锌含量为17%，杂质含量为1%，锌矿粉的粒径为0.075mm ；
[0014]所述隔热层(4)的厚度为3cm，所述隔热层按重量份的原料配比为:水泥23.9份、水15.2份、水性环氧树脂13.3份、乙二胺0.8份、二丁酯0.8份、石棉纤维17.2份、石英砂18份、无机铝盐防水剂0.75份。
[0015]本发明应用于融冰雪桥面的复合功能层的施工方法的特点是按如下步骤施工:
[0016](I)、桥面处理，在钢筋水泥混凝土桥面铣刨掉I?2cm表层水泥后，清灰除杂，洒水湿润；
[0017](2)、铺筑隔热层，按重量份备隔热层原料为:水泥20?25份、水10?16份、水性环氧树脂5?15份、乙二胺0.3?0.9份、二丁酯0.3?0.9份、石棉纤维10?20份、石英砂10?30份、无机铝盐防水剂0.6?0.75份；首先将无机铝盐防水剂、水性环氧树脂和水均匀拌合，再加入二丁酯、石棉纤维和石英砂进行拌合；然后加入水泥搅拌，最后加入乙二胺搅拌均匀得隔热层料；将所述隔热层料铺筑在铣刨润湿后的钢筋水泥混凝土桥面上，铺筑厚度为2cm?4cm,振实抹平；
[0018](3)、构造齿状凹槽，在尚未固化的隔热层的表面以模板形成齿状凹槽，抹平隔热层表面，待所述隔热层养生固化3?7天后，取出模板即在所述隔热层表面形成齿状凹槽，以所述凹槽作为加热装置固定位；
[0019](4)、埋置隔热垫层和安装加热装置，在所述齿状凹槽的底部安装隔热垫层(7)，在所述齿状凹槽内、位于隔热垫层(7)上安装加热装置(5)；
[0020](5)、铺筑导热层，按重量份备导热层原料为:水泥15?30份、水7.5?18份、金属矿粉15?67份、石英砂O?29份、减水剂0.1?0.3份、早强剂0.3?0.6份、无机铝盐防水剂0.45?0.9份；首先将无机铝盐防水剂用水拌合均匀，然后加入金属矿粉、石英砂、减水剂和早强剂进行拌合，最后加入水泥搅拌均匀得导热层料，将所述导热层料灌入齿状凹槽中并振实抹平；再在所述隔热层的上表面连同齿状凹槽所在位置整体铺筑导热层料，振实并修平导热层表面使其满足平整度要求，形成Icm?3cm厚的导热层，采用拉毛装置对导热层表面拉毛1-2遍，增加导热层表面的粗糙性和构造深度；
[0021]出)、养护并铺浙青混凝土面层，在所述导热层的表面覆盖吸水棉布或稻草垫进行养护，养护温度不低于5°C，每天洒水3-4次，夏天施工相应增加洒水次数，养护过程不少于7天，然后按照《公路浙青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)铺筑浙青混凝土面层。
[0022]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0023]1、本发明复合功能层中的隔热层导热系数仅为0.3~0.5w/m*k，而导热层的导热系数达到3~8w/m.k，实现了热量的单向传导，极大地提高了热能的利用效率。
[0024]2、本发明复合功能层强度高，与桥面整体粘结性好，不会对路面的整体强度造成影响，其导热层中均含有防水剂，具有防水憎水功能。
[0025]3、本发明中凹槽结构的埋置方式既可以保护加热装置，又大大增加了层间的摩擦力和粘结力，避免发生路面层间位移现象，使用寿命得到有效保障。
[0026]4、本发明中隔热层具有良好的防水和粘结的效果，避免发生层间位移，直接取代了桥面原有采用浙青小碎石防水粘结层的做法。
[0027]5、本发明使加热装置得以埋置在钢筋混凝土桥面和浙青混凝土面层之间的复合功能层中，比传统预埋置在钢筋混凝土桥面中的加热装置更加贴近路表，其整体融冰雪效率更优；且这种埋置方式使得加热装置完全不受大规模机械化施工的影响，尤其是履带式机械的影响。【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明中复合功能层立面结构示意图；
[0029]图2为本发明加热装置固定位结构示意图；
[0030]图中标号:1桥面面层，2导热层，3钢筋混凝土层，4隔热层，5加热装置，6加热装置固定位，7隔热垫层。
【具体实施方式】
[0031]参见图1和图2，复合功能层是位于桥面面层I的下部，自桥面面层I起朝向下方依次为导热层2、隔热层4和钢筋混凝土层3 ;导热层2按照加热装置5的分布凸伸在隔热层4中形成齿状凹槽式加热装置固定位6 ;加热装置5埋设在加热装置固定位6中，在加热装置固定位6的底部设置有隔热垫层7。
[0032]图1中所示的桥面面层I为浙青混凝土层；加热装置5为电热装置或流体热管装置；隔热垫层7是采用石棉线或石棉带。
[0033]导热层2是厚度为Icm~3cm的导热防水水泥砂浆层，导热防水水泥砂浆层按重量份的原料配比为:水泥15~30份、水7.5~18份、金属矿粉15~67份、石英砂O~29份、减水剂0.1~0.3份、早强剂0.3~0.6份、无机铝盐防水剂0.45~0.9份。其中，金属矿粉为铁矿粉、锌矿粉、铝矿粉、铜矿粉中的一种或任意几种的任意组合；在金属矿粉中也可以含有金属氧化物，按重量百分比，金属氧化物的含量不超过金属矿粉的30%。
[0034]具体实施中，导热层2按重量份的原料配比可以为表A中任意一组取值:
[0035]表 A
[0036]
【权利要求】
1.一种应用于融冰雪桥面的复合功能层，其特征是:所述复合功能层是位于桥面面层(I)的下部，自桥面面层(I)起朝向下方依次为导热层(2)、隔热层(4)和钢筋混凝土层(3);所述导热层(2)按照加热装置(5)的分布凸伸在所述隔热层(4)中形成齿状凹槽式加热装置固定位出)；所述加热装置(5)埋设在所述加热装置固定位(6)中，在所述加热装置固定位(6)的底部设置有隔热垫层(7)。
2.根据权利要求1所述的复合功能层，其特征是:所述桥面面层(I)为浙青混凝土层；所述加热装置(5)为电热装置、流体热管装置；所述隔热垫层(7)是采用石棉线或石棉带。
3.根据权利要求1所述的复合功能层，其特征是: 所述导热层(2)的厚度为Icm~3cm，所述导热层按重量份的原料配比为:水泥15~30份、水7.5~18份、金属矿粉15~67份、石英砂O~29份、减水剂0.1~0.3份、早强剂0.3~0.6份、无机铝盐防水剂0.45~0.9份；所述金属矿粉为铁矿粉、锌矿粉、铝矿粉、铜矿粉中的一种或任意几种的任意组合；在所述金属矿粉中含有纯金属粉、金属氧化物和杂质，按重量百分比，所述金属氧化物的含量不超过金属矿粉的30%，所述杂质的含量不超过金属矿粉的5% ； 所述隔热层(4)的厚度为2cm~4cm，所述隔热层按重量份的原料配比为:水泥20~25份、水10~16份、水性环氧树脂5~15份、乙二胺0.3~0.9份、二丁酯0.3~0.9份、石棉纤维10~20份、石英砂10~30份、无机招盐防水剂0.6~0.75份。
4.根据权利要求3所述的复合功能层，其特征是: 所述导热层(2)的厚度为1cm，所述导热层按重量份的原料配比为:水泥22.2份、水13.3份、铁矿粉或锌矿粉66.6份`、聚羧酸高效减水剂0.1份、硫酸钠0.4份、无机铝盐防水剂0.7份； 所述铁矿粉中按重量百分比的纯铁粉含量为68.3%，四氧化三铁含量为26.9%，砂含量为4.7%，河泥含量为0.1%，铁矿粉的密度为6.4g/cm,含水率为8.2%，纯铁粉及四氧化三铁的粒径为0.075mm~0.05mm,砂的粒径为2mm~0.075mm,河泥粒径不大于0.05mm ;所述锌矿粉的密度为6.lkg/cm3，锌矿粉中按重量百分比的纯锌粉含量为82%，氧化锌含量为17%，杂质含量为1%，锌矿粉的粒径为0.075mm ； 所述隔热层(4)的厚度为3cm，所述隔热层按重量份的原料配比为:水泥23.9份、水15.2份、水性环氧树脂13.3份、乙二胺0.8份、二丁酯0.8份、石棉纤维17.2份、石英砂18份、无机铝盐防水剂0.75份。
5.一种权利要求1所述的复合功能层的施工方法:其特征是按如下步骤施工: (1)、桥面处理，在钢筋水泥混凝土桥面铣刨掉I~2cm表层水泥后，清灰除杂，洒水湿润； (2)、铺筑隔热层，按重量份备隔热层原料为:水泥20~25份、水10~16份、水性环氧树脂5~15份、乙二胺0.3~0.9份、二丁酯0.3~0.9份、石棉纤维10~20份、石英砂10~30份、无机铝盐防水剂0.6~0.75份；首先将无机铝盐防水剂、水性环氧树脂和水均匀拌合，再加入二丁酯、石棉纤维和石英砂进行拌合；然后加入水泥搅拌，最后加入乙二胺搅拌均匀得隔热层料；将所述隔热层料铺筑在铣刨润湿后的钢筋水泥混凝土桥面上，铺筑厚度为2cm~4cm，振实抹平； (3)、构造齿状凹槽，在尚未固化的隔热层的表面以模板形成齿状凹槽，抹平隔热层表面，待所述隔热层养生固化3~7天后，取出模板即在所述隔热层表面形成齿状凹槽，以所述凹槽作为加热装置固定位； (4)、埋置隔热垫层和安装加热装置，在所述齿状凹槽的底部安装隔热垫层(7)，在所述齿状凹槽内、位于隔热垫层(7)上安装加热装置(5)； (5)、铺筑导热层，按重量份备导热层原料为:水泥15~30份、水7.5~18份、金属矿粉15~67份、石英砂O~29份、减水剂0.1~0.3份、早强剂0.3~0.6份、无机铝盐防水剂0.45~0.9份；首先将无机铝盐防水剂用水拌合均匀，然后加入金属矿粉、石英砂、减水剂和早强剂进行拌合，最后加入水泥搅拌均匀得导热层料，将所述导热层料灌入齿状凹槽中并振实抹平；再在所述隔热层的上表面连同齿状凹槽所在位置整体铺筑导热层料，振实并修平导热层表面使其满足平整度要求，形成Icm~3cm厚的导热层，采用拉毛装置对导热层表面拉毛1-2遍，增加导热层表面的粗糙性和构造深度； (6)、养护并铺浙青混凝土面层，在所述导热层的表面覆盖吸水棉布或稻草垫进行养护，养护温度不低于5°C，每天洒水3-4次，夏天施工相应增加洒水次数，养护过程不少于7天，然后按照《公路浙青路面`施工技术规范》(JTG F40-2004)铺筑浙青混凝土面层。
【文档编号】E01D19/08GK103821067SQ201410078596
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】刘凯, 王志, 任晶鸽, 陆学元, 金灿, 王芳, 张卫华 申请人:合肥工业大学