本发明属于桥面铺装工程技术领域，具体涉及一种注式导电沥青混凝土、桥面铺装结构及铺装方法。
背景技术：
近年来，大跨径桥梁相继建成，已有桥面体系结构中，正交异性钢桥面板体系凭借其构件质量轻、施工周期短、侧向抗风能力强等优点被广泛应用。浇注式沥青混凝土(ga)因具有良好抗渗性、抗老化性、低温抗裂性能及变形追从性成为钢桥面铺装材料首选。诸多实体工程经验表明，浇注式沥青混凝土钢桥面铺装在保证优异性能的同时，仍不可避免普通桥面铺装结构受外界环境温度影响大、桥面积雪结冰现象严重、交通事故发生率高的通病。
目前钢桥面的融雪化冰主要采用人工、机械、撒布融雪剂等方法，其中，人工法效率低，机械法易损伤路面，撒布氯盐类融雪剂易腐蚀钢筋、污染环境。而现阶段制备的导电混凝土(ca)升温效果均匀稳定、融雪及时且无需中断交通，可有效缓解桥面铺装低温开裂，但现有施工和运营阶段存在着一定问题：导电混凝土摊铺、碾压过程中，其内部预先布设的块状电极易被压坏，失去作用；融雪化冰过程中，冰雪融化的水渗入混凝土内部易造成导电层短路；通电过程中水电接触，不利于车辆与行人安全。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供注式导电沥青混凝土、桥面铺装结构及铺装方法，该铺装结构可有效提高桥面融雪化冰功能，保障桥面行车的通行安全。
为达到上述目的，本发明所述一种注式导电沥青混凝土沥青、粗集料、细集料、矿粉和碳纤维，所述沥青为复合改性沥青，油石比为9％～10％，碳纤维掺量为0.6％～1.0％，复合改性沥青包括sbs(i-d)型改性沥青、天然湖沥青和降粘剂，sbs(i-d)型改性沥青：天然湖沥青：降粘剂＝(70～75)：(25～30)：(1.5～1.8)，矿料通过以下筛孔的质量百分率：13.2mm的筛孔：99.97～100％，9.5mm的筛孔：95.98～98.9％，4.75mm的筛孔：70.7～73.1％，2.36mm的筛孔：53.2～54.8％，1.18mm的筛孔：44.9～46.3％，0.6mm的筛孔：38.5～40.0％，0.3mm的筛孔：32.3～33.8％，0.15mm的筛孔：28.8～30.5％，0.075mm的筛孔：25.3～26.4％。
进一步的，sbs(i-d)型改性沥青：天然湖沥青：降粘剂＝75：25：1.5。
一种注式导电沥青混凝土桥面铺装结构，包括自上而下依次设置的沥青玛蹄脂碎石混凝土层、粘层、浇注式导电沥青混凝土层、防水隔热层、防腐层和钢桥面板；浇注式导电沥青混凝土层中自上而下设置有导电材料撒布层和电极，防水隔热层包括双层环氧树脂防水层和设置在双层环氧树脂防水层上的橡胶沥青砂胶缓冲层。
进一步的，浇注式导电沥青混凝土层由权利要求1所述的注式导电沥青混凝土铺设而成。
进一步的，同一桥面处相对设置有两个电极。
进一步的，电极为l形片式电极。
进一步的，电极下端面距浇注式导电沥青混凝土层下端面的距离为浇注式导电沥青混凝土层厚度的50％～60％。
进一步的，沥青玛蹄脂碎石混凝土层中设置有第一温度传感器，导电沥青混凝土层中设置有第二温度传感器。
一种注式导电沥青混凝土桥面铺装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对钢桥面进行喷砂除锈处理；
步骤2、在经喷砂除锈的钢桥面上涂刷环氧富锌防腐层；
步骤3、在涂刷防腐层后的钢桥面上铺设双层环氧树脂防水层，然后在双层环氧树脂防水层上加铺3mm～5mm的橡胶沥青砂胶缓冲层，形成防水隔热层；
步骤4、在防水隔热层上铺设浇注式导电沥青混凝土层，铺设时先灌注浇注式导电沥青混凝土，当灌注至浇注式导电沥青混凝土层厚度的50％～60％时布设电极7，接着灌注混凝土至浇注式导电沥青混凝土层3厚度的75％～80％时撒布碳纤维，撒布量为110～230g/m2，撒布完成后继续灌注混凝土直至浇注式导电沥青混凝土层3制备完成；
步骤5、待浇注式导电沥青混凝土层灌注完成且成型后，撒布5mm～10mm预拌碎石5～8kg/m2，并进行层间处治，洒布粘层油，形成粘层；
步骤6、在粘层上铺设35mm～40mm改性沥青玛蹄脂碎石混凝土层。
进一步的，在铺设沥青玛蹄脂碎石混凝土层和浇注式导电沥青混凝土层过程中，分别在沥青玛蹄脂碎石混凝土层和浇注式导电沥青混凝土层中布设第一温度传感器和第二传感器。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，本发明提供了一种注式导电沥青混凝土，首次将浇注式混凝土与导电混凝土两种工艺融合起来，进行浇注式导电沥青混凝土的制备，提出了适用于浇注式导电沥青混凝土的复合改性沥青配方及合成级配，有效解决了浇注式沥青混凝土和导电沥青混凝土两种不同工艺融合过程中最主要的两个问题，从而实现了浇注式工艺制备导电沥青混凝土。本发明的浇注式导电沥青混凝土自身还拥有良好的防水性能，可防止水电接触引起的短路及不安全性。
本发明提供的一种注式导电沥青混凝土桥面铺装结构，主要有两大优势，一方面，在浇注式导电沥青混凝土层中，左右两侧电极、电极间的导电材料、导电材料撒布层和外部电源构成连通电路网。接通电源后，电极、导电材料和导电材料撒布层通电产热，此时，电能转化为热能，能够实现雨雪天气时，桥面在通电条件下温度逐渐升高，且升温效果均匀稳定，既可以及时融雪化冰，无需中断交通，保证桥梁的行车安全；又可以有效缓解桥面铺装低温开裂。另一方面，由于浇注式导电沥青混凝土的油石比较大，沥青含量较多，致使自身流动性较好，能够在摊铺后无需碾压即可自密实，达到压实度要求，这样可以避免电极遭受压实机械碾压破坏，同时有利于混凝土中电极埋设、导电材料撒布等施工流程的顺畅进行。
其次，相比于其他现有的桥面铺装结构，添加了一层导电材料撒布层，这样可以在不破坏浇注式导电沥青混凝土层整体结构与相关性能的前提下，增加导电材料的添加量；同时将目前常用的小型块状电极更换为较大尺寸的薄片式电极，扩大了电极表面产热面积。以上两种措施均提高了浇注式导电沥青混凝土的导电升温效果。另外，导电材料撒布层由碳纤维构成，纤维本身的良好柔韧性加强了混凝土的低温抗裂性、耐候性、耐冲击性等相关性能，可有效缓冲桥梁运营阶段桥面行车荷载对电极造成的挤压、冲击；薄片式电极面积增大，厚度变薄，也有利于保护电极。
附图说明
图1为桥面铺装结构沿着桥面延伸方向的剖视图；
图2为桥面铺装结构沿着垂直于桥面延伸方向的剖视图；
图3为电极示意图；
附图中：1-沥青玛蹄脂碎石混凝土层，2-粘层，3-浇注式导电沥青混凝土层，4-防水隔热层，5-防腐层，6-钢桥面板，7-电极，8-导电材料撒布层，9-温度传感器，10-双层环氧树脂防水层，11-橡胶沥青砂胶缓冲层。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡是根据本发明技术实质对以下实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，包括自上而下依次设置的沥青玛蹄脂碎石混凝土层1、粘层2、浇注式导电沥青混凝土层3、防水隔热层4、防腐层5和钢桥面板6，沥青玛蹄脂碎石混凝土层1中设置有第一温度传感器91；浇注式导电沥青混凝土层3中自上而下设置有导电材料撒布层8、若干电极7和第二温度传感器92，防水隔热层4包括自下而上设置的双层环氧树脂防水层10和橡胶沥青砂胶缓冲层11。第一温度传感器91和第二温度传感器92分别用于记录并传递沥青玛蹄脂碎石混凝土层1面层和导电沥青混凝土层3的温度变化，通过温度变化调节热源的加热时间和加热功率，保证在节能的前提下，及时有效的完成桥面的融雪化冰，提高道桥通行效率及安全性。
浇注式导电沥青混凝土层3的厚度为30mm～35mm，所用沥青为复合改性沥青，油石比为9％～10％，最佳油石比为9.75％。所用粗集料为优质玄武岩，细集料为石灰岩机制砂，矿粉为优质石灰岩矿粉，所掺导电相材料为碳纤维，掺量为0.6％～1.0％。浇注式导电沥青混凝土的级配采用gca-10，如表1所示。
表1gca-10级配
复合改性沥青选取sbs型改性沥青为基础沥青，通过掺配一定比例天然湖沥青及降粘剂来制备复合改性沥青，其具体比例为sbs：tla：sasobit降粘剂＝：：。
导电材料撒布层8采用碳纤维，撒布量为110g/m2～230g/m2，其作用是能够在浇注式导电沥青混凝土自身原有导电升温的基础上，进一步提高其效果。
沥青玛蹄脂碎石混凝土层1采用35mm～40mm厚度的改性sma，所用沥青为sbs型改性沥青，最佳沥青用量为6.2％。所用粗集料为优质玄武岩，细集料为石灰岩机制砂，矿粉为优质石灰岩矿粉。所掺纤维为木质素纤维，具有良好的温度稳定性和化学稳定性，耐酸碱腐蚀性好，掺量为0.2％～0.4％。改性sma的级配采用改性sma-13，如表2所示。
表2改性sma-13级配
粘层2采用改性乳化沥青粘层，其改性乳化沥青采用sbr改性乳化沥青0.3kg/m2～0.5kg/m2，同时撒布5mm～10mm预拌碎石5kg/m2～8kg/m2。
防水隔热层4包括双层环氧树脂防水层10和设置在双层环氧树脂防水层10上表面的3mm～5mm的橡胶沥青砂胶缓冲层11。其中，双层环氧树脂防水层10包括环氧树脂上层和环氧树脂下层，其配用分别为环氧树脂500g/m2～600g/m2+1.18mm～2.36mm碎石500g/m2～800g/m2和环氧树脂200g/m2～300g/m2+0.3mm～0.6mm碎石300g/m2～400g/m2。和3mm～5mm橡胶沥青砂胶缓冲层中砂胶配比为橡胶沥青：石灰石矿粉＝30：70。
防腐层5材料采用环氧富锌漆，涂布量为180g/m2～220g/m2。
钢桥面板6的厚度为12mm～14mm。
参照图2，电极7为薄片式铝电极，折叠成l形后布设于导电沥青混凝土内部。电极7的竖向高度d1和横向宽度均为25mm，电极7下端面距导电沥青混凝土层3下端面的距离为导电沥青混凝土层3厚度的50％～60％。
在通电情况下，本桥面铺装结构能够保证路面结构完整性，升温效果均匀稳定，有效提高桥面融雪化冰功能，缓解桥面铺装低温开裂，保障桥面行车的通行安全。
一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面的铺装方法，包括以下步骤：
步骤1、对钢桥面6进行喷砂除锈处理，直至桥面清洁度达到sa2.5级，粗糙度50～100μm；
步骤2、在经喷砂除锈的钢桥面6上涂刷环氧富锌防腐层5，涂布量为180g/m2～220g/m2；
步骤3、在涂刷防腐层后的钢桥面上铺设双层环氧树脂防水层10，然后在双层环氧树脂防水层10上加铺3mm～5mm的橡胶沥青砂胶缓冲层11，形成防水隔热层4；
步骤4、在防水隔热层4上铺设浇注式导电沥青混凝土层3，铺设时，先灌注浇注式导电沥青混凝土，当灌注至浇注式导电沥青混凝土层3厚度的40％～50％处时布设第二温度传感器92，灌注至浇注式导电沥青混凝土层3厚度的50％～60％时布设l型铝电极7，接着灌注混凝土至浇注式导电沥青混凝土层3厚度的75％～80％时撒布碳纤维，撒布量为110g/m2～230g/m2，撒布完成后继续灌注混凝土直至浇注式导电沥青混凝土层3制备完成；
步骤5、待浇注式导电沥青混凝土层3灌注完成且成型后，撒布5～10mm预拌碎石5～8kg/m2，并进行层间处治，洒布粘层油；
步骤6、在粘层2上铺设35mm～40mm沥青玛蹄脂碎石混凝土层1，并在距表面4mm-6mm处布设第一温度传感器91，用改性沥青玛蹄脂碎石混凝土将其覆盖，至此完成浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构的铺装。
实施例1
遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，包括自上而下依次设置的沥青玛蹄脂碎石混凝土层1、粘层2、浇注式导电沥青混凝土层3、防水隔热层4、防腐层5和钢桥面板6，沥青玛蹄脂碎石混凝土层1中设置有第一温度传感器91；浇注式导电沥青混凝土层3中自上而下设置有导电材料撒布层8、两个相对设置的电极7和第二温度传感器92，防水隔热层4包括自下而上设置的双层环氧树脂防水层10和4mm的橡胶沥青砂胶缓冲层11。
浇注式导电沥青混凝土采用35mmgca，所用沥青为复合改性沥青，油石比为9.75％。所用粗集料为优质玄武岩，细集料为石灰岩机制砂，矿粉为优质石灰岩矿粉，所掺导电材料为碳纤维，掺量为0.8％。浇注式导电沥青混凝土的级配采用gca-10，如表1所示。
表1gca-10级配
复合改性沥青选取sbs型改性沥青为基础沥青，通过掺配天然湖沥青及降粘剂来制备复合改性沥青，其具体比例为sbs：tla：sasobit降粘剂＝75：25：1.5。
导电材料撒布层8采用碳纤维，撒布量为170g/m2，其作用是能够在浇注式导电沥青混凝土自身原有导电升温的基础上，进一步提高其效果。
沥青玛蹄脂碎石混凝土层1采用40mm改性sma，所用沥青为sbs型改性沥青，最佳沥青用量为6.2％。所用粗集料为优质玄武岩，细集料为石灰岩机制砂，矿粉为优质石灰岩矿粉。所掺纤维为木质素纤维，具有良好的温度稳定性和化学稳定性，耐酸碱腐蚀性好，掺量为0.3％。级配采用改性sma-13，如表2所示。
表2改性sma-13级配
粘层2采用改性乳化沥青粘层，其改性乳化沥青采用sbr改性乳化沥青0.4kg/m2，同时撒布8mm预拌碎石6kg/m2。
防水隔热层4，包括双层环氧树脂防水层10和设置在双层环氧树脂防水层10上表面的4mm的橡胶沥青砂胶缓冲层11。其中，双层环氧树脂防水层10包括环氧树脂上层和环氧树脂下层，其配用分别为环氧树脂550g/m2+1.18～2.36mm碎石650g/m2和环氧树脂250g/m2+0.3～0.6mm碎石350g/m2。和4mm橡胶沥青砂胶缓冲层中砂胶配比为橡胶沥青：石灰石矿粉＝30：70，粘结性更好，碎石相当于剪力键，能提高粘合度。
防腐层5材料采用环氧富锌漆，涂布量为200g/m2。
钢桥面板6的厚度为13mm。
参照图2，电极7为薄片式铝电极，折叠成l形后布设于导电沥青混凝土内部。电极7的竖向高度d1和横向宽度均为25mm，电极7下端面距导电沥青混凝土层3下端面的距离为导电沥青混凝土层3厚度的55％。
在通电情况下，本桥面铺装结构能够保证路面结构完整性，升温效果均匀稳定，有效提高桥面融雪化冰功能，缓解桥面铺装低温开裂，保障桥面行车的通行安全。
一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面的铺装方法，包括以下步骤：
步骤1、对钢桥面6进行喷砂除锈处理，直至桥面清洁度达到sa2.5级，粗糙度50～100μm；
步骤2、在经喷砂除锈的钢桥面6上涂刷环氧富锌防腐层5，涂布量为180～220g/m2；
步骤3、在涂刷防腐层后的钢桥面上铺设双层环氧树脂防水层10，并加铺4mm橡胶沥青砂胶缓冲层11，组成防水隔热层4；
步骤4、在防水隔热层4上铺设35mm浇注式导电沥青混凝土层3，铺设时，先灌注浇注式导电沥青混凝土，当灌注至17.5mm处时布设第二温度传感器92，灌注至20mm处时布设l型铝电极7，接着灌注混凝土至30mm处时撒布碳纤维，撒布量为110～230g/m2，撒布完成后继续灌注混凝土直至浇注式导电沥青混凝土层3制备完成；
步骤5、待浇注式导电沥青混凝土层3灌注完成且成型后，及时撒布7.5mm预拌碎石6.5kg/m2，并进行层间处治，洒布粘层油；
步骤6、在粘层2上铺设40mm沥青玛蹄脂碎石混凝土层1，并在距表面5mm处布设第一温度传感器91，用改性沥青玛蹄脂碎石混凝土将其覆盖，至此完成浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构的铺装。
实施例2
本实施例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本实施例中，浇注式导电沥青混凝土层3所用的浇注式导电沥青混凝土的油石比为9％，sbs型改性沥青：天然湖沥青：降粘剂＝70：25：1.5，碳纤维掺量为0.6％，碳纤维撒布层撒布量为110g/m2。
实施例3
本实施例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本实施例中，浇注式导电沥青混凝土层3所用的浇注式导电沥青混凝土的油石比为9.5％，sbs型改性沥青：天然湖沥青：降粘剂＝72：22：1.6，碳纤维掺量为0.7％，碳纤维撒布层撒布量为230g/m2。
实施例4
本实施例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本实施例中，浇注式导电沥青混凝土层3所用的浇注式导电沥青混凝土的油石比为10％，sbs型改性沥青：天然湖沥青：降粘剂＝75：25：1.8，碳纤维掺量为0.6％，碳纤维撒布层撒布量为110g/m2。
实施例5
本实施例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本实施例中浇注式导电沥青混凝土层中碳纤维掺量为0.6％。
实施例6
本实施例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本实施例中浇注式导电沥青混凝土层中碳纤维掺量为0.6％，碳纤维撒布层撒布量为230g/m2。
实施例7
本实施例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本实施例中浇注式导电沥青混凝土层中碳纤维掺量为1.0％，碳纤维撒布层撒布量为110g/m2。
实施例8
本实施例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本实施例中浇注式导电沥青混凝土层中碳纤维掺量为1.0％。
实施例9
本实施例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本实施例中浇注式导电沥青混凝土层中碳纤维掺量为1.0％，碳纤维撒布层撒布量为230g/m2。
对比例1
本对比例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1相比，区别仅仅在于，本对比例中浇注式导电沥青混凝土层被替换为浇注式沥青混凝土层，即不掺加碳纤维，也无碳纤维撒布层。
对比例2
本对比例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本对比例中浇注式导电沥青混凝土层中仅掺加碳纤维，掺量0.8％，无碳纤维撒布层。
对比例3
本对比例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本对比例中浇注式导电沥青混凝土层中不掺加碳纤维，碳纤维撒布层撒布量为170g/m2。
对比例4
本对比例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本对比例中浇注式导电沥青混凝土层中不掺加碳纤维，无碳纤维撒布层，而是在混凝土结构中竖向置入多片铜丝网。
对比例5
本对比例给出一种浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构，与实施例1的浇注式导电沥青混凝土钢桥面铺装结构相比，区别仅仅在于，本对比例中浇注式导电沥青混凝土层中不掺加碳纤维，无碳纤维撒布层，而是在混凝土结构中横向置入多片铜丝网。
性能测试：
1、路用性能测试，主要针对浇注式导电沥青混凝土的高温性能、低温性能和水稳性能进行测试，通过制备成型车辙板试件，对其进行车辙试验、低温弯曲破坏试验和冻融劈裂试验，具体试验结果如表3所示。
表3不同方案路用性能
2、融雪化冰效果测试，主要通过测试浇注式导电沥青混凝土的不同结构层温度及化冰效率。通过制备成型车辙板试件，在试件上倒入500ml水，将其放入人工气候培养箱-5℃环境中8h，通过第一温度传感器91记录并传递沥青玛蹄脂碎石混凝土层1的温度变化，通过第二温度传感器92记录浇注式导电沥青混凝土层3中部温度变化，如表4所示。
化冰效率计算过程中忽略因温度变化引起的导电层电阻值变化，通电时长以面层冰融化止，冰雪比热容2.05kj/(kg·k)，冰雪熔解热334kj/kg，冰的质量为0.46kg，化冰效率计算结果如表5所示。
表4不同方案铺装结构各结构层升温效果
表5不同方案化冰效率
备注：电压u＝54v，电阻r＝213ω，功率p＝u2/r＝13.69w。
从表3可以看出，相比于对比例1～5试件，实施例1～9试件的动稳定度更高一些，相应的高温稳定性更好；实施例1～9试件的弯拉应变更高一些，相应的低温稳定性更好；实施例1～9试件的冻融强度劈裂比(tsr)更高一些，相应的水稳定性更好。综上所述，说明浇注式导电沥青混凝土在掺加碳纤维和布设碳纤维撒布层之后，混凝土路用性能没有衰减，反而有一定程度提高；其中，实施例1效果最明显。
从表4和表5可以看出，相比对比例1～5试件，实施例1～9试件的各结构层升温效果及化冰效率均更高，说明浇注式导电沥青混凝土的导电性能随着碳纤维掺量和碳纤维撒布层撒布量的增加而逐渐增强，其中，碳纤维撒布层撒布量的影响要大于碳纤维掺量。对比实施例1～9试件，实施例1、3、9的各结构层升温效果及化冰效率更好。
基于上述2项性能测试结果，综合考虑混凝土路用性能及导电性能，实施例1为最佳实施例。