温度。
[0040] 2) "阻-通"耦合型结构的设计
[0041] (1)反射涂层。反射涂层是一种涂布于沥青层表面的功能性材料，可以改善沥青 路面的黑色特性，通过提高太阳辐射反射率来减少路面结构的吸热量，目前常用于缓解城 市热岛效应和减轻沥青路面高温车辙病害。选取日本白色纳米高反射涂层材料（如图2所 示），课题组通过对含有反射涂层的沥青路面进行温度测试和参数反算，得到反射涂层的反 射率约为〇. 5。然而已有的研究成果表明，反射涂层太阳辐射反射率通常在0. 4~0. 8之 间，且随着使用年限的增加，反射率会大幅度下降。因此，为了考虑反射涂层的长期降温作 用，"阻-通"耦合型结构降温效果验证时（见下文）选取反射涂层反射率为0.3。
[0042] (2)阻热面层。阻热面层所用生蛭石粉（如图3所示）是一种热导系数小、耐火性 好以及抗化学腐蚀能力强的材料，具有很好的保温隔热性能，常用于房屋保温材料、防火填 充料等，其物理参数如表1所示。通过在集料中添加生蛭石粉来降低沥青混合料的导热系 数，并通过试验测量不同掺量沥青混合料的热参数，考虑到生蛭石粉对沥青混合料力学性 能的影响，试验时最大掺量定为10% (占集料总质量的百分比）。
[0043] 表1生蛭石粉物理参数表
[0044]
[0045] 表2AC-13目标配合比
[0046]
[0047] 成型马歇尔试件时集料采用玄武岩，填料为石灰岩矿粉，矿料级配为AC-13,目标 配合比例如表2所示。采用SBS改性沥青，油石比为5. 5%。对5种生蛭石粉掺量（0%、 4%、6%、8%和10% )的沥青混合料进行试验，每一掺量制作5个马歇尔试件，共25组试 验。采用Mathis tci热分析仪对这25个试件的热传导系数和比热容进行测试，试验结果 如表3所示。
[0048] 可以看出，随着生蛭石粉掺量的增加，沥青混合料的热传导系数和比热容均减小。 为了最大程度上减少进入冻土路基的热量，所述"阻-通"耦合型结构选用生蛭石粉掺量为 10 %的沥青混合料作为阻热面层材料。
[0049] 表3沥青混合料热参数试验结果
[0050]
[0051] (3)碎石路基。已有的研究成果表明，碎石路基的降温效果和碎石的粒径大小以 及碎石层的厚度密切相关，碎石的粒径为6~8cm时，其通风散热效果最优，且碎石层存在 一个最佳厚度，当厚度太大或太小时均会降低碎石路基的降温效果，其最佳厚度应根据现 场实际条件确定。本文选用1.5m厚，粒径为6~8cm的碎石路基作为親合结构的通风散热 层，其物理参数如表4所示。
[0052] 表4碎石层物理参数表
[0053]
[0054] 3) "阻-通"耦合型结构降温效果验证
[0055] 为了验证"阻-通"耦合型结构优异的降温效果以及对宽幅路基的适用性，利用有 限元方法对普通路基、碎石路基以及"阻-通"耦合型路基温度场进行对比分析，同时，对三 种路基融深变化规律进行研究，结果如下所述：
[0056] (1)不同工程措施条件下路基温度对比。以路基中心线5m深度处作为温度考查 点，不同工程措施条件下路基5~20年温度变化如图4所示，可以看出，在相同的时间条件 下，阻通耦合路基温度最低，碎石路基其次，普通路基温度最高；随着时间增加，三种路基温 度均呈升高趋势，普通路基温度升高幅度最大，阻通耦合路基温度升高幅度最小；相比于其 它两种路基，阻通親合路基温度升高最慢、热稳定性最好，对天然冻土的扰动最小。
[0057] (2)不同工程措施条件下融深随路基宽度变化规律对比。不同工程措施路基不同 年份中心线处最大融深随宽度的变化如图5所示，可知，在选取的宽度范围内，融深由小到 大依次为阻通耦合路基〈碎石路基〈无工程措施路基；随着路基宽度的增加，碎石路基最大 融深与无工程措施最大融深之差大体呈减小趋势，这是由于路基宽度的增加抑制了碎石层 中自然对流的形成，从而减弱了碎石路基对流散热的作用，对土体的降温作用也将减弱，所 以在多年冻土区宽度较大的路基中不宜使用单一的碎石路基措施；随着路基宽度的增加， 阻通耦合路基与普通路基融深之差、阻通耦合路基与碎石路基融深之差均逐渐增加，这是 由于阻通耦合路基不仅可以通过碎石层散热，而且可以通过反射涂层、阻热面层阻断外界 热量传入路基，虽然碎石层的通风散热作用随着路基宽度的增加有所减弱，但是反射涂层、 阻热面层的阻热作用随路基宽度的增加而增强，在三者的综合作用下，阻通耦合路基的降 温效果总体随路基宽度的增加而增强；故阻通耦合路基对于宽幅路基的处治效果最优，可 以考虑在青藏高速公路建设中使用。
[0058] 本发明"阻-通"耦合型路基路面一体化降温结构的铺设方法：
[0059] 步骤一：距离天然地面以上0. 5m设置碎石路基，碎石路基的厚度设置成1. 5m厚；
[0060] 步骤二：在碎石路基上面设置厚度为4cm的阻热面层；
[0061] 步骤三：在阻热面层上设置反射率为0. 3的反射涂层。
[0062] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种"阻-通"耦合型路基路面一体化降温结构，其特征在于：包括由上至下设置的 反射涂层（1)、阻热面层（2)和碎石路基（3)。2. 根据权利要求1所述一种"阻-通"耦合型路基路面一体化降温结构，其特征在于： 所述反射涂层（1)的反射率为0.3。3. 根据权利要求1所述一种"阻-通"耦合型路基路面一体化降温结构，其特征在于： 所述阻热面层（2)采用SBS改性沥青，油石比为5. 5%，包括集料、填料和生蛭石粉，所述生 蛭石粉质量占集料的质量10%。4. 根据权利要求3所述一种"阻-通"耦合型路基路面一体化降温结构，其特征在于： 所述集料为玄武岩，填料为石灰岩矿粉。5. 根据权利要求3所述一种"阻-通"耦合型路基路面一体化降温结构，其特征在于： 所述阻热面层⑵厚度为4cm，热传导系数为0. 570WAm ? K)，比热容为613. 24X/(Kg ? K)。6. 根据权利要求4所述一种"阻-通"耦合型路基路面一体化降温结构，其特征在于： 所述阻热面层（2)的矿料级配为AC-13C。7. 根据权利要求6所述一种"阻-通"耦合型路基路面一体化降温结构，其特征在 于：所述阻热面层⑵的矿料级配为：尺寸为16mm的方孔筛，矿料通过率为100% ;尺寸为 13. 2mm的方孔筛，矿料通过率为96% ;尺寸为9. 5mm的方孔筛，矿料通过率为70% ;尺寸为 4. 75mm的方孔筛，矿料通过率为43% ;尺寸为2. 36mm的方孔筛，矿料通过率为32% ;尺寸 为I. 18mm的方孔筛，矿料通过率为23%;尺寸为0? 6mm的方孔筛，矿料通过率为17%;尺寸 为0? 3mm的方孔筛，矿料通过率为12% ;尺寸为0? 15mm的方孔筛，矿料通过率为8 % ;尺寸 为0. 075mm的方孔筛，矿料通过率为6 %。8. 根据权利要求1所述一种"阻-通"耦合型路基路面一体化降温结构，其特征在于： 所述碎石路基（3)层底距离天然地面以上0. 5m，厚度为I. 5m，且其粒径范围为6~8cm。9. 根据权利要求8所述一种"阻-通"耦合型路基路面一体化降温结构，其特征在于： 所述碎石路基（3)的比热容约为839X/(Kg ? K)，热传导系数约为0. 396WAm ? K)。10. -种"阻-通"耦合型路基路面一体化降温结构的铺设方法，其特征在于： 步骤一：距离天然地面以上0.5m设置碎石路基（3)，碎石路基（3)的厚度设置成1.5m 厚； 步骤二：在碎石路基（3)上面设置厚度为4cm的阻热面层（2); 步骤三：在阻热面层（2)上设置反射率为0. 3的反射涂层（1)。
【专利摘要】本发明公开了一种“阻-通”耦合型路基路面一体化降温结构，由反射涂层、阻热面层以及碎石路基组成，分别从控制热辐射、热传导和热对流三种形式来降低冻土路基温度。本发明提供的“阻-通”耦合型降温结构，与现有的冻土路基降温技术比较有以下不同点：1)既有路基降温措施(碎石路基的通风散热作用)，又有路面降温措施(反射涂层和阻热面层的阻热作用)，实现路面路基一体化降温；2)已有的技术往往只在某一种形式上起到降温作用(即控制热辐射、热传导和热对流其中的一种)，而阻-通”耦合结构实现三种形式降温作用的耦合。本发明既适用于窄幅路基，又可以适用于宽幅路基，对提高冻土路基的热稳定性以及缓解融沉效应对路面结构的不利影响效果显著。
【IPC分类】E01C3/04, E01C3/06
【公开号】CN105088912
【申请号】CN201510522645
【发明人】马涛, 汤涛, 黄晓明, 王飔奇
【申请人】东南大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月24日