CN208685393U - 主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面及主动融雪系统 - Google Patents

Abstract

一种主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面及主动融雪系统，属于道路建设领域。路面为层状结构且由路基至路面包括依次层叠设置的以下层：与路基接触设置的贫混凝土层；与贫混凝土层接触设置的隔振层；与隔振层接触设置的共振碎石化层，共振碎石化层内埋设有主动发热装置；与共振碎石化层接触设置的沥青面层。沥青路面的突出特点是主动融雪的发热装置和共振碎石化复合基层两者均具有永久性寿命。将具有巨大的应用价值。

Description

主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面及主动融雪系统

技术领域

本实用新型涉及道路建设领域，具体而言，涉及一种主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面及主动融雪系统。

背景技术

我国大部分地区的道路会因冬季来临时降雪，冻雨等自然气候而积雪结冰，给道路畅通和行车安全带来严重的影响，高寒地区和海拔较高地区的公路还会因为长时期积雪结冰而封道，给当地经济发展造成严重滞后的影响。

目前实用的除雪技术主要可分为机械除雪和撒融雪盐两种。这两种方法都要耗费巨大的人力、物力、财力，且除雪不及时，效果差。无论是否下雪，机械型除雪需提前准备大型设备，存在设备闲置和储藏成本，并对路面有一定的破坏性，降低了路面的使用寿命。而撒布型除雪亦需提前生产储备融雪材料，融雪材料对储藏环境要求较高，存在储藏成本，并且大量使用融雪剂会污染周围水体、土壤和空气，严重时会造成道路两旁植被死亡，这些除雪方法对环境造成的负面影响不可估量。

以上两种方法都是被动除雪，在道路积雪后才去实施，难免会由于除雪不及时对交通造成一定的影响。近年来各种主动融雪技术层出不穷，主动融雪技术能够有效融雪并防止道路结冰。目前报道的主动融雪技术主要有自应力弹性路面铺装技术、导电路面融冰雪技术和能量转化型融冰雪技术，虽然效果良好，但是耗资巨大，也不足够安全，还存在诸多其它缺点。

行之有效的主动融雪技术在我国高寒地区的使用就显得非常有必要，并且主动融雪是未来交通领域可持续发展的重要措施。正如前述，现行的机械除雪和人工清除冰雪困难太多，化学融雪剂清除冰雪对环境的危害巨大，世界各国开展新型道路的热融雪技术研究和示范应用，能真正实现用于沥青路面的主动融化冰雪技术未见报导。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

为改善、甚至解决现有技术中的至少一个问题，本实用新型提出了一种主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面及主动融雪系统。

本实用新型是这样实现的：

在第一方面，本实用新型实施例的提供了一种主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面。

主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面为层状结构，且由路基至路面包括依次层叠设置的以下层：

与路基接触设置的贫混凝土层；

与贫混凝土层接触设置的隔振层；

与隔振层接触设置的共振碎石化层，共振碎石化层内埋设有主动发热装置；

与共振碎石化层接触设置的沥青面层。

在其他的一个或多个示例中，主动发热装置是沿路面的宽度方向布置的。

在其他的一个或多个示例中，主动发热装置是以可替换的方式布置于共振碎石化层内的。

在其他的一个或多个示例中，主动发热装置包括发热体，发热体相互配合的横向连通件和发热元件，横向连通件埋设于共振碎石化层内，横向连通件设置有允许发热元件出入的管腔，优选地，管腔的直径为2cm。

在其他的一个或多个示例中，发热元件为发热线缆。

在其他的一个或多个示例中，发热线缆包括碳纤维，其是一种电热发热的线缆。

在其他的一个或多个示例中，管腔内还设置有红外线反射膜，红外线反射膜贴合于横向连通件的内壁且反射面朝向沥青面层。

在其他的一个或多个示例中，主动发热装置包括多个发热体，且以等间距的方式铺展，优选地，相邻两个发热体之间的间距为20cm。

在其他的一个或多个示例中，横向连通件截面为圆形，且横向连通件的底面距离隔振层的顶面2cm。

在第二方面，本实用新型实施例提供了一种主动融雪系统。

包括供电装置、路基、前述主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面。其中，沥青路面中的所述贫混凝土层设置于所述路基。供电装置与主动发热装置电连接。

有益效果：

本实用新型实施例提供的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面兼具有主动融化冰雪的功能，同时还能够确保沥青路面结构具有耐久性的寿命。此外，在对沥青路面中的沥青面层进行维修时，不影响主动发热装置。相似地，沥青路面的主动发热装置在进行更换或维修时，也并不会对沥青面层造成影响。由于沥青路面持续受热，其表面保持适当的温度(通过主动发热装置加以调节)，从而使沥青路面层结构的低温开裂问题得到有效解决。采用本实用新型实施例提供的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，可以使新道路或旧有道路被改造而具有主动融雪功能。尤其突出的是，这样的沥青路面表面温度能够“持续保持”2℃以上的融化冰雪状态，从而有效地解决了现有沥青面层结构普遍存在的低温开裂损坏和冻融损坏的最大难题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的沥青路面的断面结构示意图；

图2示出了图1中的主动发热装置的断面结构示意图；

图3示出了图1中的共振碎石化层的结构示意图；

图4示出了图3中的共振碎石化层的剖视结构示意图。

图标：101-路基；102-贫混凝土层；103-隔振层；104-共振碎石化层；105-沥青面层；106-主动发热装置；602-横向连通件；601-管腔；603-红外线反射膜；604-线缆；605-反射膜成型件；401-通道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，在不矛盾或冲突的情况下，本实用新型的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本实用新型中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本实用新型公开的内容自制。在本实用新型中，为了突出本实用新型的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

针对现有的沥青路面，目前还没有能够实现主动融雪且能够保持沥青路面寿命的技术。发明人认识到，现有的主动融雪技术所面临的难点是：

在实现沥青路面结构长寿命的前提下实现主动融雪，而且两者必须长寿命，不能维修路面时放弃主动融雪系统；同时也不能在维修主动融雪系统构件时损坏了路面结构。总之，沥青路面结构和主动融雪系统构件的功能和寿命都要同时兼顾才有推广和应用价值。

有鉴于此，本实用新型实施例提出的主动融雪技术正是这样一种同时兼顾沥青路面长寿命和主动融雪的的系统长寿命的解决方案。

参阅图1至图4。

本实施例提供了一种主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，实现了共振碎石化复合基层的长寿命路面结构基础上，再创新实现沥青路面的主动融雪。主动融雪是指持续地融雪，且不会结冰，并不是如现有技术中将已发生积雪的路段上的雪融化。现有技术中的道路融雪手段往往都是被动式，只是在积雪已经发生了的情况下的补救手段。主动融雪可以在下雪天情况下，保持道路持久不发生积雪。由于高海拔地区往往伴随着高寒，因此，在非下雪天气时，往往是道路有水就可能有结冰情况。本实用新型实施例中的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面对于各种气候状态下的道路结冰问题也能够起到较好的化冰作用。

在一种可选的示例中，主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面组合如下：常规的沥青面层105、由新水泥混凝土板制作的共振破碎层(新水泥混凝土板制造工艺时在其底部适当位置设置横向通孔)、较薄的水泥砂浆夹层(隔振层103)、贫混凝土层102、常规的新建路基101。

本实用新型实施例中，主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面为层状结构。沥青路面由路基101至路面包括依次层叠设置的贫混凝土层102、隔振层103、共振碎石化层104以及沥青面层105。其中，贫混凝土层102与路基101接触设置。隔振层103与贫混凝土层102接触设置。共振碎石化层104与隔振层103接触设置，且共振碎石化层104内埋设有主动发热装置106。沥青面层105与共振碎石化层104接触设置。

路基101是按照现行技术标准建筑，达到稳定基础。

贫混凝土层102铺设在路基101上，并作为共振碎石化层104的刚性承载层。其位于共振碎石化层104和路基101之间，可以增强了自身结构对环境因素的耐受力，防止干缩和温缩造成水泥混凝土板开裂损坏，保持自身的永久强度和整体性，起到长寿命沥青路面基层永久性的支撑平台作用，为主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面的主动融雪系统起到结构稳定作用。

贫混凝土层102是采用贫混凝土浇筑固化而成。贫混凝土(Lean Concrete，LC)通常是采用粗、细集料与一定的水泥和水配制而成的一种材料。其强度大大高于二灰稳定粒料、水泥稳定碎石等半刚性基层材料。贫混凝土具有较高的强度和刚度，水稳性好、抗冲刷能力强。由于贫混凝土胶结料含量少，因此空隙率一般较大，有利于界面水的排放。贫混凝土能缓和路基101的不均匀变形，可消除对路面的不利影响。另外，贫混凝土还可以利用地方小泥窑生产的水泥，也可使用低标准的当地集料。贫混凝土层102可以作为永久保护和支撑结构体。

此外，相对于柔性的共振碎石化层104，贫混凝土层102具有相对刚性的特性。共振碎石化层104与贫混凝土层102结合形成了刚柔并济的结构特性。贫混凝土层102对共振碎石化层104起到支撑和保护作用。进一步地，共振碎石化层104和贫混凝土层102之间不使用联结层，不需要压路机械，大大降低了施工费用。

更佳地，共振碎石化层104和贫混凝土层102优化组合为一体化，从而能达到实现“刚柔并济”的共振碎石化复合基层，进而能够完全兼容沥青面层105和路基101，保证沥青面层105结构不因疲劳开裂而损坏，实现沥青路面使用的长寿命。

在贫混凝土层102之上形成的隔振层103，主要用于对后续进行共振碎化处理中的共振波进行阻挡或阻断。通过隔振层103可以避免共振波对贫混凝土层102的损伤。换言之，隔振层103的设置是施工工艺要求并非形成复合结构层所必须的结构层。

共振碎石化层104是通过在隔振层103上浇注内部预留有通道401的水泥混凝土板，然后再使水泥混凝土板经历共振碎石化处理，以形成保留了所述通道401的共振碎石化层104。水泥混凝土板采用现行标准浇筑水泥板成型，在浇注过程中，预埋于道路横向等宽度的建筑用塑料圆形通管，共振破碎处理过程中不会损伤该层底部的横向通孔。

通常地，浇筑水泥混凝土板使用的是商品混凝土材料。此外，应当注意的是，在浇筑用于制作共振碎石化层104的水泥混凝土板的过程中，需要在水泥混凝土板内预留通道401，以便后续进行主动发热装置106的配置。主动发热装置106可以在共振碎石化层104形成后即进行安装，也可以在沥青路面施工完成后再进行安装。在本实用新型实施例中，在道路横向通孔内穿设碳纤维发热线缆604，安装主动融雪的系统组件，完成硬件的所有工作。如此，主动发热装置可以选用碳纤维发热的家用取暖式制热系统，其对路面人体和动物无任何不利影响。再加之，这样的制热系统对路面防潮防水等特殊环境的创新设计，确保主动融雪系统性的安全供电和用电。

共振碎石化层104与主动发热装置106的特殊组合创造了最佳条件实现路面主动融雪的碳纤维电热地暖系统功能。尤其是，共振碎石化层104结构特性—上部是共振碎石薄层，下部是共振碎裂层—使其可贮藏和均匀热量，可以智能性地配送电力确保全天候的主动融雪。

应当说明的是，前述的预留通道401是位于共振碎石化层104的底部，其存在并不会破坏、也不会不利地影响共振碎石化层104的原有性能。

前述之主动发热装置106可以是各种发明人已知的产热设备，其易于被在地下设置。主动发热装置106可以被永久性地设置在共振碎石化层104内。但是，基于故障排除、维修的需要，主动发热装置106优选采用可替换的形式安装。

通常地，在一些示例中，主动发热装置106是沿路面的宽度方向布置的。进一步地，在道路的长度延伸轨迹上，主动发热装置106依次地间隔分布。在这样的示例中，主动发热装置106包括多个发热体，且以等间距的方式铺展。例如，相邻两个发热体之间的间距为20cm。较佳地，主动发热装置106在道路的全长上被布置。

作为一种可选的示例，主动发热装置106包括发热体。发热体相互配合的横向连通件602和发热元件。其中，横向连通件602埋设于共振碎石化层104内，横向连通件602设置有允许发热元件出入的管腔601。横向连通件602截面为圆形，可以选择非白色塑料园形中空管。作为一种易于和优选的实现方案，横向连通件602截面为圆形(圆柱形中空管)，横向连通件602的底面距离隔振层103的顶面2cm。如此，隔振层103位于共振碎石化层104的底部(邻近贫混凝土层102)，可以有效地避免在对浇筑的水泥混凝土板进行共振碎石化处理时对其下部的贫混凝土层102的可能损害，同时能横向连通件602的设置位置也不影响共振碎石化层104的结构强度。

发热元件被置于管腔601内，管腔的形状大小和位置根据实际情况可以作适当调整和选择，达到沥青面层105能融雪化冰的效果。

其中，电能可以由市电网供电；或者，在道路沿线及附近安装太阳能和风能供电装置，以向发热电缆供电，供电系统未在图中未出。在一些优选示例中，主动发热装置106(如前述之碳纤维发热线缆604)可以结合以上市电、风能供电和太阳能供电，通过电源控制器实现智能供电。各种电源可以相互补充和配合，实现最优供电，可以使大雪天更有易于获得稳定的电能供给。

例如，管腔601的直径为2cm，发热元件为碳纤维发热线缆604，进一步地，碳纤维发热线缆604通过电能转换为热能和远红外线，再传导和辐射到沥青面层105，聚集热源到沥青路面表层传热，从而达到沥青路面不结冰雪的效果。其中，电能可以用太阳能、风能和市电供给，可用智能供电系统确保主动融雪系统正常工作。

碳纤维发热线缆604的工作原理，通电后电流主要为克服电阻做功，使碳分子做布朗运动发热，产生热量和远红外线，再以对流、传导、辐射三种形式传入共振碎石化层和沥青面层中，在两层内进行转化成为热能量发热体，也是热能量蓄能体，只要沥青路面表层能够“持续保持”摄氏温度2度℃以上，就能达到融雪化冰的目的。

其中，供电装置包括变电箱、稳压器等控电设备，并通过电缆与主动发热装置(如碳纤维发热线缆)连接。供电装置还通过蓄电池与风能、太阳能、市电连接。风能、太阳能、市电的通路和短路由控制器进行调节，以便各种电能相互补充、配合。其中，控制器可以是各种能够进行一定数据处理的电子器件。例如，中央处理器(CPU)、微控制单元(MCU)、可编辑逻辑控制器(PLC)、可编程自动化控制器(PAC)、工业控制计算机(IPC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)等等。

更优选地，横向连通件602的管腔601内还设置有红外线反射膜603，红外线反射膜603贴合于横向连通件602的内壁且反射膜成型件605朝向沥青面层105。红外线发射膜可以提高热能的利用，避免远红外线热能向路基101辐射而损失能量。在一种可选示例中，红外线反射膜的横截面是一个半圆形。或者，在其示例中，反射膜是平面状结构，其通过反射膜成型件605(具有半圆形截面)作为支撑。反射膜成型件固定在横向连通件602的内壁。

本实用新型实施例所述的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面可以适用于各种道路，例如高等级公路、重要交通公路、战备公路、民用机场跑道、军用机场跑道等。

在沥青路面中，共振破碎层和沥青面层105共同组成电热能量的蓄能体，保证足够的热能贮备量，从而达到道路表面均匀地、可持续地、智能化可控地释放热能量。在寒冷的冰雪天可根据冰雪的大小调节路面融化冰雪所保持的温度，从而达到主动融雪的目的，确保路面不结冰雪，保证车辆正常的安全的通行状态。其中，共振碎石化层104的嵌锁、嵌挤的材料特性使其具有与沥青面层105较好的接触性，不易发生滑移现象。

更佳的是，作为一种主动发热装置106的示例，按照一定的行间间隔进行排布的碳纤维发热线缆604将热量上传到共振碎石化层104内，将热量保温均匀并继续向上传导到沥青面层105中，沥青面层105再以足够的热能量持续均匀地融化冰雪，由于碳纤维红外线发热性质具有幅射、对流、传导的三种方式，能够快速高效地将热量上传，达到沥青路面层升温融化冰雪的目的，使整个由发热传导到融化冰雪的全过程对共振碎石化复合基层和沥青面层105的路面结构都不会产生任何不利因素。

在现有技术中，众多的电热主动融雪系统并不适用于实际路面。究其原因，发明人发现在现有的沥青路面结构中，如果在其沥青面层105内设置加热系统会导致以下问题：

一是会在沥青层面中产生不均匀发热造成温差，长时间不均匀发热会产生应力，不能保证对沥青面层105的结构无影响。二是反光隔热薄膜无适合层位设置。三是沥青面层105为路面主要振动受力区域，不能保证长久的受力不损坏加热线缆604本身。

因此，现有技术中，在沥青面层105结构中设置的发热系统都是无长久保证沥青路面长寿命的同时还兼顾主动融雪功能，即其不能实现永久性路面和永久性主动融雪。

基于以上所提出的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，在本实施例中其施工方法被提出。

施工方法包括：在预处理好的路基101(路床)上铺设贫混凝土层102。在贫混凝土层102上铺设隔振层103。在隔振层103上浇注在内部预留有通道401的水泥混凝土板，使水泥混凝土板经历共振碎石化处理，以形成保留了通道401的共振碎石化层104。在共振碎石化层104上铺设沥青面层105。在通道401内设置主动发热装置106。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，其特征在于，所述路面为层状结构，且由路基至路面包括依次层叠设置的以下层：

与路基接触设置的贫混凝土层；

与所述贫混凝土层接触设置的隔振层；

与所述隔振层接触设置的共振碎石化层，所述共振碎石化层内埋设有主动发热装置；

与所述共振碎石化层接触设置的沥青面层。

2.根据权利要求1所述的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，其特征在于，所述主动发热装置是沿所述路面的宽度方向布置的。

3.根据权利要求1或2所述的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，其特征在于，所述主动发热装置是以可替换的方式布置于所述共振碎石化层内的，所述共振碎石化层内设置有横向通孔，所述主动发热装置布置于所述横向通孔内。

4.根据权利要求3所述的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，其特征在于，所述主动发热装置包括发热体，所述发热体相互配合的横向连通件和发热元件，所述横向连通件埋设于所述共振碎石化层内，所述横向连通件设置有允许所述发热元件出入的管腔，所述管腔的直径为2cm。

5.根据权利要求4所述的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，其特征在于，所述发热元件为发热线缆。

6.根据权利要求5所述的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，其特征在于，所述发热线缆包括碳纤维，其是一种电热发热的线缆。

7.根据权利要求4所述的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，其特征在于，所述管腔内还设置有红外线反射膜，所述红外线反射膜贴合于所述横向连通件的内壁且反射面朝向所述沥青面层。

8.根据权利要求4所述的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，其特征在于，所述主动发热装置包括多个发热体，且以等间距的方式铺展，相邻两个所述发热体之间的间距为20cm。

9.根据权利要求4所述的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，其特征在于，所述横向连通件截面为圆形，且所述横向连通件的底面距离所述隔振层的顶面2cm。

10.一种主动融雪系统，其特征在于，包括供电装置、路基、如权利要求1～9中任意一项所述的主动融雪共振碎石化复合基层沥青路面，所述沥青路面中的所述贫混凝土层设置于所述路基，所述供电装置与所述主动发热装置电连接。