本发明属于道路工程技术领域，尤其涉及一种防结冰沥青混凝土层及其施工方法。
背景技术：
当气温低于0℃，降雪可能立即冻结在路面上或融化后由于气温降低而在路面形成道路结冰。只要温度不回升至足以使冰层解冻，就将一直坚如磐石，是交通事故的重要祸首。现有道路由下至上依次分布有级配碎石层、水泥稳定基层、稳定碎石层和沥青混凝土层，而其中的沥青混凝土层包括三部分，即沥青混凝土下面层（80mm）、沥青混凝土中面层（70mm）和沥青混凝土上面层（40mm）。
目前道路除冰主要采用机械法和化学法。机械法是通过机械装置对道路积冰和压实雪直接作用，主要分冲击破冰、多节鞭抽打除冰、滚轮旋切除冰和铲剁除冰等，但是积冰和压实雪与路面结合紧密，如果除冰机械的力量太小，不能使二者分离，无法干净地清除；力量过大，会损伤道路标记，甚至破坏路面，而且技术水平低，可靠性差，故障多，寿命短。
化学法是采用化学药剂来降低冰雪融点，但受环境温度影响很大，温度过低，效果明显下降，而且化学试剂会导致沥青和水泥混凝土严重剥蚀，其破坏速度将远快于普通冻融循环所引起的破坏，同时也对土壤、农作物和地表水等产生腐蚀污染。因此，有必要提出一种安全、快效的道路除冰方法。
技术实现要素：
针对道路路面结冰的问题，本发明提供一种防结冰沥青混凝土层，包括下至上依次分布的沥青混凝土下面层、沥青混凝土中面层、相变基元层、纤维网格布和沥青混凝土上面层，其中，所述相变基元层由相变基元组成，所述相变基元的内部为立方体状的相变石蜡，外部为包裹层，所述包裹层由水泥、导热纤维、纳米氧化硅、铁粉和水混合而成；所述相变石蜡的相变温度为0-5℃。
可选地，所述相变基元的基元边长为2-5cm，所述包裹层的厚度为基元半径的10-30%。
可选地，所述包裹层中各原料的质量份数为：水泥10-30份、导热纤维20-40份、纳米氧化硅20-30份、铁粉10-30份和水10-20份。
可选地，所述纤维网格布为高导热碳纤维网格布，导热系数为500-700w/mk。
可选地，所述水泥为硅酸盐水泥，比表面积为300-400m2/kg。
可选地，所述铁粉的比表面积为400-500m2/kg。
本发明还提供了一种上述的防结冰沥青混凝土层的施工方法，施工步骤简单，只需要一次投入，无需后期维护，成本低廉，且对道路和周边环境无破坏和污染，包括以下步骤：
（1）将水泥、导热纤维、铁粉和水混合，得到包裹浆液，将包裹浆液均匀包裹于立方体状的相变石蜡外层，养护后，得到相变基元；
（2）将相变基元均匀铺洒在涂抹胶粘剂的纤维网格布的一面上，得到相变基元层；
（3）在稳定碎石层上依次铺设沥青混凝土下面层和沥青混凝土中面层，在沥青混凝土中面层还未干透之前，将相变基元层铺设在沥青混凝土中面层上方，使得相变基元层位于沥青混凝土中面层与纤维网格布之间；
（4）待沥青混凝土中面层干透后，相变基元层与沥青混凝土中面层紧密连接，在纤维网格布上铺设沥青混凝土上面层，得到防结冰沥青混凝土层。
可选地，步骤（1）中，养护温度为40-65℃，养护相对湿度为70-95%，养护时间为1-2天。
可选地，步骤（2）中，所述胶粘剂为环氧聚氨酯与石墨粉的混合物，其中，环氧聚氨酯与石墨粉的质量百分含量比为：5-15：85-95。
本发明具有以下优点：
（1）本发明提供的防结冰沥青混凝土层，在沥青混凝土中面层和沥青混凝土上面层之间增设相变基元层和纤维网格布，利用相变材料的特性，通过相变石蜡的液-固转换时释放的热量，实现沥青混凝土层升温，有效防止路面结冰。
（2）以铁粉和导热纤维提高包裹层的导热性能，提高相变基元的工作时效性，而且防止包裹层由于温度差造成体积变化，导致包裹层开裂，高温下石蜡泄露，污染和破坏混凝土路基。
（3）纳米氧化硅不但具有颗粒尺寸填充效应，而且可以与水泥水化生成的氢氧化钙发生反应生成水化产物，有助于包裹层密实度的提高，同时消耗了氢氧化钙，杜绝溶蚀引起的耐久性不良，改善了沥青混凝土层的防腐抗渗性能。
（4）施工方法简单易行，只需要一次投入，无需后期维护，成本低廉，且对道路和周边环境无破坏和污染。
附图说明
图1为本发明实施例提供的防结冰沥青混凝土层的结构示意图。
图1中，标号表示：1-级配碎石层、2-水泥稳定基层、3-稳定碎石层、4-防结冰沥青混凝土层、41-沥青混凝土下面层、42-沥青混凝土中面层、43-相变基元层、44-纤维网格布、45-沥青混凝土上面层。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明不受下述实施例的限制。
实施例一
如图1所示，为本实施例一提供的一种防结冰沥青混凝土层4，其下面还分布有级配碎石层1、水泥稳定基层2和稳定碎石层3。防结冰沥青混凝土层4包括由下至上依次分布的沥青混凝土下面层41、沥青混凝土中面层42、相变基元层43、纤维网格布44和沥青混凝土上面层45。纤维网格布44为高导热碳纤维网格布，导热系数为500-700w/mk。
相变基元层43由相变基元组成，相变基元的内部为立方体状的相变石蜡，外部为包裹层。相变基元的基元边长为2cm，包裹层的厚度为基元半径的10%。相变石蜡的相变温度为0-5℃。包裹层中各原料的质量份数为：水泥10份、导热纤维20份、纳米氧化硅20份、铁粉10份和水10份。其中，水泥为硅酸盐水泥，比表面积为300-400m2/kg；铁粉的比表面积为400-500m2/kg。
本实施例一提供的防结冰沥青混凝土层4的施工方法，包括以下步骤：
（1）将水泥、导热纤维、铁粉和水混合，得到包裹浆液，将包裹浆液均匀包裹于立方体状的相变石蜡外层，在养护温度为40℃，养护相对湿度为70%的条件下，养护1天后，得到相变基元；
（2）将相变基元均匀铺洒在涂抹胶粘剂的纤维网格布44的一面上，得到相变基元层43，其中，所使用的胶粘剂为质量百分含量为5%的环氧聚氨酯与95%石墨粉的混合物；
（3）在稳定碎石层3上依次铺设沥青混凝土下面层41和沥青混凝土中面层42，在沥青混凝土中面层42还未干透之前，将相变基元层43铺设在沥青混凝土中面层42上方，使得相变基元层43位于沥青混凝土中面层42与纤维网格布44之间；
（4）待沥青混凝土中面层42干透后，相变基元层43与沥青混凝土中面层42紧密连接，在纤维网格布44上铺设沥青混凝土上面层45，得到防结冰沥青混凝土层4。
实施例二
本实施例二提供的防结冰沥青混凝土层的结构与实施例一相同，可参见图1，为本实施例二提供的一种防结冰沥青混凝土层4，其下面还分布有级配碎石层1、水泥稳定基层2和稳定碎石层3。防结冰沥青混凝土层4包括由下至上依次分布的沥青混凝土下面层41、沥青混凝土中面层42、相变基元层43、纤维网格布44和沥青混凝土上面层45。纤维网格布44为高导热碳纤维网格布，导热系数为500-700w/mk。
相变基元层43由相变基元组成，相变基元的内部为立方体状的相变石蜡，外部为包裹层。相变基元的基元边长为5cm，包裹层的厚度为基元半径的30%。相变石蜡的相变温度为0-5℃。包裹层中各原料的质量份数为：水泥30份、导热纤维40份、纳米氧化硅30份、铁粉30份和水20份。其中，水泥为硅酸盐水泥，比表面积为300-400m2/kg；铁粉的比表面积为400-500m2/kg。
本实施例二提供的防结冰沥青混凝土层的施工方法，包括以下步骤：
（1）将水泥、导热纤维、铁粉和水混合，得到包裹浆液，将包裹浆液均匀包裹于立方体状的相变石蜡外层，在养护温度为65℃，养护相对湿度为95%的条件下，养护2天后，得到相变基元；
（2）将相变基元均匀铺洒在涂抹胶粘剂的纤维网格布44的一面上，得到相变基元层43，其中，所使用的胶粘剂为质量百分含量为15%的环氧聚氨酯与85%石墨粉的混合物；
（3）在稳定碎石层3上依次铺设沥青混凝土下面层41和沥青混凝土中面层42，在沥青混凝土中面层42还未干透之前，将相变基元层43铺设在沥青混凝土中面层42上方，使得相变基元层43位于沥青混凝土中面层42与纤维网格布44之间；
（4）待沥青混凝土中面层42干透后，相变基元层43与沥青混凝土中面层42紧密连接，在纤维网格布44上铺设沥青混凝土上面层45，得到防结冰沥青混凝土层4。
实施例三
本实施例三提供的防结冰沥青混凝土层的结构与实施例一相同，可参见图1，为本实施例三提供的一种防结冰沥青混凝土层4，其下面还分布有级配碎石层1、水泥稳定基层2和稳定碎石层3。防结冰沥青混凝土层4包括由下至上依次分布的沥青混凝土下面层41、沥青混凝土中面层42、相变基元层43、纤维网格布44和沥青混凝土上面层45。纤维网格布44为高导热碳纤维网格布，导热系数为500-700w/mk。
相变基元层43由相变基元组成，相变基元的内部为立方体状的相变石蜡，外部为包裹层。相变基元的基元边长为4cm，包裹层的厚度为基元半径的20%。相变石蜡的相变温度为0-5℃。包裹层中各原料的质量份数为：水泥20份、导热纤维30份、纳米氧化硅25份、铁粉20份和水15份。其中，水泥为硅酸盐水泥，比表面积为300-400m2/kg；铁粉的比表面积为400-500m2/kg。
本实施例三提供的防结冰沥青混凝土层的施工方法，包括以下步骤：
（1）将水泥、导热纤维、铁粉和水混合，得到包裹浆液，将包裹浆液均匀包裹于立方体状的相变石蜡外层，在养护温度为50℃，养护相对湿度为80%的条件下，养护2天后，得到相变基元；
（2）将相变基元均匀铺洒在涂抹胶粘剂的纤维网格布44的一面上，得到相变基元层43，其中，所使用的胶粘剂为质量百分含量为10%的环氧聚氨酯与90%石墨粉的混合物；
（3）在稳定碎石层3上依次铺设沥青混凝土下面层41和沥青混凝土中面层42，在沥青混凝土中面层42还未干透之前，将相变基元层43铺设在沥青混凝土中面层42上方，使得相变基元层43位于沥青混凝土中面层42与纤维网格布44之间；
（4）待沥青混凝土中面层42干透后，相变基元层43与沥青混凝土中面层42紧密连接，在纤维网格布44上铺设沥青混凝土上面层45，得到防结冰沥青混凝土层4。
对比例
对比例中提供的沥青混凝土层只有沥青混凝土下面层、沥青混凝土中面层和沥青混凝土上面层。
防结冰性能测试
将实施例一至三提供的防结冰沥青混凝土层和对比例提供的沥青混凝土层分别浸泡在水中10分钟后，置于零下15℃的冰箱中冷藏，并实时监控表面温度，实际冰层形成时间如下表1所示。通过对比发现，本发明实施例提供的防结冰沥青混凝土层的防结冰效果，相比于普通沥青混凝土层，效果明显。
表1防结冰性能对比
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。