WO2011079468A1 - 一种冻土区公路路基保护方法及路面结构 - Google Patents

一种冻土区公路路基保护方法及路面结构 Download PDF

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thermal conductivity
micro
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nano powder
pavement
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汪双杰
王声乐
陈建兵
周晓峰
张娟
朱启洋
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中交第一公路勘察设计研究院有限公司
东南大学
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02—Macromolecular compounds
    • C04B26/26—Bituminous materials, e.g. tar, pitch
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C11/00—Details of pavings
    • E01C11/24—Methods or arrangements for preventing slipperiness or protecting against influences of the weather
    • E01C11/245—Methods or arrangements for preventing slipperiness or protecting against influences of the weather for preventing ice formation or for loosening ice, e.g. special additives to the paving material, resilient coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/29—Frost-thaw resistance

Definitions

  • the invention relates to the technical field of highway subgrade protection in a permafrost region, in particular to a roadbed protection method and a pavement structure in a permafrost region. Background of the invention
  • Frozen soil is a kind of soil medium that is extremely sensitive to temperature. It is rich in underground ice and has a metamorphosis '1'.
  • the Qinghai-Tibet Highway is the first road in the world to lay asphalt roads in the permafrost region.
  • the "black cover" of the asphalt pavement causes the road surface to absorb a large amount of solar radiation and impede the evaporation of water during the warm season.
  • a large amount of heat accumulates in the cold season subgrade can not be discharged, and the frozen soil is extremely sensitive to temperature, and the repeated freezing and thawing process leads to the road.
  • the roadbed is unstable, making road sickness frequent.
  • Raising the roadbed and ventilation duct technology is one of the most common engineering measures in the frozen soil protection project.
  • the Qinghai-Tibet Highway Research Group carried out the third phase of renovation of the asphalt pavement in permafrost regions from 1985 to 1999.
  • the subgrade height was generally raised by about 3 m, but the roadbed disease caused by the difference between the temperature fields of the Yinyang surface was also followed. It shows that the shoulders on the left side (positive side) have collapsed shoulders and longitudinal cracks.
  • the high roadbed also brings thickening of the melted interlayer under the roadbed, and the settlement of the roadbed is increased, which brings great hidden danger to the instability of the roadbed.
  • Predetermined ventilation pipes in roadbeds and embankments have also achieved certain effects.
  • the laying of the ventilation pipe is based on forced convection heat transfer. It is effective to be higher than a certain distance from the natural surface, thus increasing the slope area of the embankment, which is easy to cause the yin and sun slope effect of the subgrade. From the use situation, the effect is not satisfactory.
  • various improved ventilation pipes proposed in the domestic plateau frozen soil roadbed have similar effects.
  • Block (broken) stone roadbed technology is also a protective measure for cooling the foundation. It uses the gap between the gravel to achieve the effect of ventilation and cooling.
  • Research by Lai Yuanming et al. (Study on the temperature characteristics of the riprap roadbed of the Qinghai-Tibet Railway. Glacier Frozen Soil, 2003, 03) riprap road subgrade cooling technology and the upper and lower interface of the riprap layer The temperature difference and the riprap particle size have a certain correlation. When the critical condition is difficult to meet, the cooling effect of the riprap layer is difficult to play. At the same time, because the gravel layer is wider (usually 20 meters), the ventilation effect of the middle part is more Poor or even no, reducing the effect of the gravel layer.
  • the hot rod technology has a thermal leak problem that can no longer be used once it is leaked, and its performance depends on the climatic conditions, the bulk density of the surrounding soil, and the water content.
  • the sun visor technology has significant cooling, it is an engineering measure that can effectively reduce the temperature of permafrost under the roadbed.
  • this engineering measure is costly and easy to damage in harsh environments such as the Qinghai-Tibet Plateau, and the maintenance cost is large. Vegetation, and the sun visor is white reflective Harmful to driving safety.
  • the embodiment of the invention provides a roadbed protection method for a frozen soil area, which can effectively protect the roadbed of the highway in the frozen soil area, and is easy to construct and low in cost.
  • the embodiment of the invention provides a road surface structure, which can effectively protect the roadbed of the highway in the permafrost region, and is easy to construct and low in cost.
  • a roadbed protection method for a frozen soil area comprising: the thermal conductivity of the pavement layer is decreasing from top to bottom.
  • a pavement structure comprising:
  • Two or more layers of pavement having a gradient thermal conductivity structure Two or more layers of pavement having a gradient thermal conductivity structure
  • the thermal conductivity of the pavement layer is a decreasing distribution from top to bottom in units of layers.
  • the highway roadbed protection method and the road surface structure of the permafrost region of the present invention form a gradient thermal conductivity pavement structure having a unidirectional heat conduction function.
  • the thermal conductivity of the middle layer is smaller than that of the upper layer, the thermal resistance becomes larger, and part of the heat is retransmitted back to the upper layer, returning to the air.
  • the lower layer thermal resistance is larger, part of the heat is transferred back to the middle layer, then returned to the upper layer by the middle layer, and finally returned to the air, only a small part of the heat passes.
  • the lower layer is transported to the subgrade, thereby preventing heat from the road surface from being transmitted to the permafrost of the subgrade and the subgrade.
  • the heat accumulated in the permafrost under the subgrade and subgrade reaches the upper layer through the lower and middle layers, due to the large thermal conductivity gradient between the layers, the interlayer
  • the large temperature difference causes the heat accumulated in the frozen soil to be easily released into the air, thereby maintaining the low temperature of the frozen soil.
  • the frozen soil In a cold and warm cycle, the frozen soil generally shows an exothermic state, which is not easy to produce the melting of frozen soil caused by heat accumulation, so as to protect the frozen soil and the roadbed.
  • the invention can adopt the conventional road surface construction method, is easy to combine the conventional road surface construction, maintenance and regeneration technology, and has the advantages of easy construction and low cost.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a road pavement of the present invention. Mode for carrying out the invention
  • the invention mainly utilizes the principle of heat conduction to form a gradient thermal conductivity structure from top to bottom from top to bottom, thereby forming a unidirectional heat conduction channel from the roadbed to the air, so that heat is easily dissipated from the roadbed to the roadbed.
  • the heat in the air is prevented from being transmitted to the roadbed, and the cooling effect on the frozen soil layer under the roadbed is realized, thereby increasing the upper limit of the frozen soil, reducing the thickness of the melted interlayer, maintaining the stability of the frozen soil and the roadbed, and improving the operation of the highway in the frozen soil area.
  • the present invention employs two or two layers.
  • different pavement layers have different thermal conductivities, thereby realizing a pavement structure with gradient thermal conductivity distributed in layers.
  • a three-layer pavement structure can be used.
  • the pavement layer is divided into upper, middle and lower layers.
  • the upper layer has the highest thermal conductivity
  • the lower layer has the lowest thermal conductivity
  • the middle layer has the lowest thermal conductivity.
  • the upper layer with high thermal conductivity can be realized by adding micro-nano powder with high thermal conductivity in the upper layer
  • the lower layer with low thermal conductivity can be realized by adding micro-nano powder with low thermal conductivity in the lower layer, and the middle layer of median thermal conductivity.
  • micro-nano powder having a median thermal conductivity in the middle layer it is possible to add a micro-nano powder having a median thermal conductivity in the middle layer, or to add a low thermal conductivity micro-nano powder having a smaller amount than the lower layer in the middle layer (for example, the amount of the micro-nano powder having a low thermal conductivity added in the middle layer is the lower layer
  • the amount of addition is 1/2 to 1/10), or it is achieved without adding micro/nano powder.
  • the road pavement layer is laid on the roadbed 7, and from top to bottom is the upper layer 4, the middle layer 5, and the lower layer 6, wherein the upper layer 4 is distributed with the micro-nano powder 1 having high thermal conductivity, and the middle layer 5 is distributed with the median thermal conductivity.
  • the micro-nano powder 2 has a low thermal conductivity micro-nano powder 3 distributed in the lower layer 6.
  • the high thermal conductivity micro-nano powder 1 makes the upper layer 1 exhibit a high thermal conductivity as a whole, and the low thermal conductivity micro-nano powder 3 makes the lower layer 6 exhibit a low thermal conductivity as a whole, while the middle layer 5 has a low thermal conductivity.
  • the overall thermal conductivity is between the upper layer 4 and the lower layer 6, so that the road surface forms a gradient thermal conductivity structure from high to low from top to bottom.
  • the micro-nano powder 1 having high thermal conductivity may be graphite or silicon carbide.
  • the micro-nano powder 2 of the median thermal conductivity may be silicon oxide, aluminum oxide, zinc oxide or the like.
  • the low thermal conductivity micro-nano powder 3 can be mica powder, wood fiber, fly ash, floating beads, sinker beads, glass wool, slag, polyurethane foam, polystyrene foam, polyvinyl chloride foam, and the like.
  • the micro/nano powder may be mixed in a single component or in any ratio of different components.
  • the material of thermal conductivity characteristics is realized, and the examples of the present invention, such as graphite and silicon carbide, are commonly used industrial raw materials, while fly ash, floating beads, sinker beads, glass wool, slag, etc. are common industrial wastes, wood fibers.
  • Polyurethane foam, polystyrene foam, polyvinyl chloride foam, etc. are organic fibers. These materials are used as additives, which are low in cost and easy to obtain. Conducive to environmental protection and recycling of resources.
  • the addition amount of micro-nano powders with different thermal conductivity can be determined according to the heat conduction effect and cost, for example, adding 1% to 10% of high thermal conductivity micro-nano powder 1 in the upper pavement, powder
  • the particle size may range from 0.5 microns to 500 microns. Adding 1% ⁇ 10% of the median thermal conductivity of the micro-nano powder 2 to the middle pavement, the powder particle size can be 0.5 micron to 500 micron; adding 5% ⁇ 40% low thermal conductivity micro-nano powder to the lower pavement 3, the powder particle size can be 0.25 microns ⁇ 40 (H meters.
  • a micro-nano powder 1 having a high thermal conductivity of 1% to 10% is added to the upper pavement, and the powder may have a particle diameter of 0.5 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the micro-nano powder is not added to the middle pavement; the micro-nano powder 3 with a low thermal conductivity of 5% to 40% is added to the lower surface, and the powder may have a particle diameter of 0.25 ⁇ m to 400 ⁇ m.
  • a micro-nano powder 1 having a high thermal conductivity of 1% to 10% may be added to the upper pavement, and the powder may have a particle diameter of 0.5 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the powder particle size may be 0.25 micrometers to 400 micrometers; 5% ⁇ 40% low thermal conductivity micro-nano powder 3 is added to the lower pavement.
  • the powder particle size may range from 0.25 microns to 400 microns.
  • the powder may be added by replacing the ore powder in the pavement layer matrix mixture with the micro-nano powder.
  • the particle size range of the powder particles can also be wider, and the present invention uses micro-nano powders of 0.25 micrometers to 400 micrometers or 0.5 micrometers to 500 micrometers, and has good tensile strength, toughness, ductility and durability. At the same time, it has a large specific surface area. In addition to the desired thermal conductivity, it can also make the powder-based pavement matrix mixture have higher strength and higher mechanical properties, and can effectively improve the road performance of the road surface. At the same time, the cost of the pavement is very low due to the small amount of powder to be added.
  • the subgrade 7 may be first compacted, and then the lower layer 6 modified by the low thermal conductivity powder 3 is laid on the subgrade 7; after compaction, the median thermal conductivity is laid on the lower layer 6 Powder 2 or low thermal conductivity powder 3 modified intermediate layer 5, or intermediate layer 5 without micro-nano powder; after compaction, the upper layer 4 modified with high thermal conductivity powder 1 is laid on the middle layer 5, Finally, a pavement layer structure having a gradient thermal conductivity is formed.
  • the thermal resistance of the middle layer 5 is relatively large, and therefore, part of the heat to be transferred to the middle layer 5 is transmitted back.
  • Upper layer 4 and return to the air.
  • some of the heat that passes through the middle layer 5 and is about to enter the lower layer 6 will be transported into the air through the middle layer 5 and the upper layer 4.
  • Only a small fraction of the solar radiant heat can be transferred to the subgrade 7. Therefore, the pavement structure has an "insulation" function, which can effectively prevent solar radiation heat from being transmitted to the roadbed and permafrost.
  • the pavement structure In the cold season, since the pavement layer has a thermal conductivity gradient of "lower and larger", the heat accumulated under the subgrade reaches the middle layer 5 through the lower layer 6, because the interlayer thermal conductivity gradient of the lower and middle layers is large, that is, the layer The temperature difference between the two is large, which causes the heat to be easily transferred into the middle layer 5; similarly, the heat will also easily enter the upper layer 4 and be released into the cold air. Therefore, the pavement structure also has an "endothermic" function, which can fully dissipate the heat accumulated under the roadbed and the roadbed into the road surface air.
  • the road protection method and the road surface structure of the permafrost region of the present invention form a gradient thermal conductivity structure with a unidirectional heat conduction function, so that the road and the roadbed are not easily melted by the frozen soil. Deformation and rupture, achieving good road protection.
  • the pavement additive used in the present invention has a low cost, is small in addition, is easy to obtain, and is low in cost and convenient in construction.
  • the maintenance after road construction is greatly reduced, and the maintenance cost is greatly reduced.

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Description

一种冻土区公路路基保护方法及路面结构 技术领域
本发明涉及冻土区公路路基保护技术领域， 特别涉及一种冻土区公 路路基保护方法及路面结构。 发明背景
冻土是一种对温度极为敏感的土体介质， 含有丰富的地下冰， 具有 巟变 '1"生。
青藏公路是世界上首例在高寒冻土区全线铺设沥青路面的公路。 沥 青路面的 "黑面封盖性" 导致路面暖季吸收大量太阳辐射并阻碍水分蒸 发， 同时寒季路基中积聚大量热量无法排出， 而冻土对温度极为敏感， 反复交替的冻融过程导致公路路基不稳定， 使得公路病害频发。
在高原冻土区， 公路路基下多年冻土上限的下降， 是造成路基不均 匀沉陷， 威胁公路路基稳定性的主要原因， 世界各寒区公路工程均存在 类似的情况。 为了减少这种情况， 在冻土工程中， 一般都要对公路路基 进行保护， 其中主要的保护技术有抬高路基、 通风管道、 块（碎）石路 基、 块（碎）石护坡、 保温层、 热棒、 硅藻土护坡和遮阳板技术等。
抬高路基和通风管道技术是冻土保护工程中最常见的工程措施之 一。 青藏公路科研组在 1985-1999年对多年冻土区沥青路面进行了第三 期整治改建， 路基高度普遍抬高了 3m左右， 但阴阳面路基温度场之间 的差异引发的路基病害也随之表现出来， 公路左侧（阳面） 出现露肩坍 塌和纵向开裂， 同时高路基也带来了路基下的融化夹层增厚， 路基沉降 变形增大， 为路基的不稳定带来巨大隐患。在路基、路堤中预设通风管， 也取得了一定的效果。 这种铺设的通风管是以强迫对流换热为机理的， 要高出天然地表一定距离才会有效， 因而增大了路堤的边坡面积， 易造 成路基的阴阳坡效应， 从使用情况看， 效果不理想。 目前国内高原冻土 路基中所提出使用的各种改进型通风管有着类似的效果。
块（碎）石路基技术也是冷却地基的一种保护措施。 其利用碎石之 间的空隙达到通风降温的作用， 赖远明等的研究表明 （青藏铁路抛石路 基的温度特性研究.冰川冻土， 2003年 03期）抛石路基降温技术与抛石 层上下界面的温差、 抛石粒径都有一定的相关性， 当临界条件难以满足 时，抛石层的冷却效果难以发挥， 同时由于碎石层较宽（一般为 20米）， 中间部分的通风效果较差甚至没有，降低了碎石层效果。在高原冻土区， 道路下的多年冻土的温度并没有得到降低， 有的甚至有升高趋势。 孙志 忠等在《厚层地下冰段路桥涵关键技术的研究阶段成果报告 (白麓河） 之子报告： 抛石及抛石护坡保温试验工程研究报告， 2003»中研究了青 藏铁路白麓河试验阶段块（碎）石护坡路基的降温效果， 同时指出： 块 (碎）石护坡路基对路基坡脚处冻土起到较好的冷却降温作用， 但路基 中部土体温度仍处于相对较高状态， 这种温度场的不均衡容易造成路基 的不均匀变形， 引起道路的纵向开裂， 影响交通安全。
另外， 工业保温材料技术在高温冻土区也不适用，在低温冻土区长时 间运行使用会在路基中形成热量积累， 致使多年冻土上限下降。
而热棒技术存在着热质泄露问题， 一旦泄露将无法再使用， 且其性 能取决于气候条件、 周围土体的容重和含水量的影响。
硅藻土护坡技术尽管保护多年冻土原理可行， 但是由于水分补给不 能满足需要， 在高原多年冻土地区难以发挥热二极管作用。
遮阳板技术虽然降温显著， 是一种可以有效降低路基下多年冻土温 度的工程措施， 但这种工程措施造价巨大， 在青藏高原大风等恶劣环境 下容易损坏， 维修成本大， 无法进行坡面植被， 且遮阳板白色反光容易 对行车安全造成危害。
因此， 从现有的冻土区公路路基保护方法看， 还没有一种成本低且 具有良好保护效果的保护方法。 发明内容
本发明实施例提供一种冻土区公路路基保护方法， 能够有效保护冻 土区公路的路基， 且施工容易， 成本低廉。
本发明实施例提供一种路面结构， 能够有效保护冻土区公路的路 基， 且施工容易， 成本低廉。
为达到上述目的， 本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种冻土区公路路基保护方法， 该方法包括： 述路面层的热导率呈从上至下的递减分布。
一种路面结构， 该路面结构包括：
两层或两层以上具有梯度热导率结构的路面层；
所述路面层的热导率以层为单位呈从上至下的递减分布。
由上述的技术方案可见， 本发明的这种冻土区公路路基保护方法和 路面结构， 形成了一个具有单向导热功能的梯度热导率的路面结构。 在 冻土区的暖季吸热过程中， 辐射热量由高热导率上层传输到中层时， 由 于中层热导率小于上层， 热阻变大， 部分热量被重新传输回到上层， 返 回到空气中，另一部分热量传导到热导率更低的下层时，下层热阻^ ί艮大， 部分热量被重新传回到中层， 再由中层传回上层， 最后返回到空气中， 只有少部分热量通过下层传输到路基， 从而阻止路面的热量向路基和路 基下部多年冻土传输。 在冷季放热过程中， 路基和路基下部多年冻土中 聚集的热量通过下层和中层到达上层时， 由于层间热导率梯度大， 层间 温差大导致冻土中聚集的热量容易散发到空气中， 从而维持冻土的低 温。 在一个冷暖周期内， 冻土总体上呈现出放热状态， 不易产生由热量 积聚引起的冻土融变， 从而达到保护冻土和路基的作用。 而且， 由于本 发明可以采用常规路面施工方式、 容易结合常规路面建设、 养护和再生 技术， 还具有施工容易、 成本低的优点。 附图简要说明
图 1为本发明的公路路面结构示意图。 实施本发明的方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例， 并参照附图， 对本发明进一步详细说明。
本发明主要是利用热传导原理， 使路面层自上至下形成由高变低的 梯度热导率结构， 从而使路面形成一个从路基到空气的单向热导通道， 使热量容易从路基散发到空气中， 且阻止空气中热量向路基传递， 实现 对路基下冻土层的降温作用， 从而提高冻土上限， 降低融化夹层厚度， 保持冻土和路基的稳定性， 提高冻土地区公路的运营能力， 起到保护冻 土区公路和路基的作用。
一般来说， 在单层路面中实现热导率梯度分布不太容易实现， 在大 规模的公路施工中基本不可行， 为实现梯度热导率的路面结构， 本发明 采用了两层或两层以上的多层路面结构， 不同的路面层具有不同的热导 率， 从而实现以层为单位分布的梯度热导率的路面结构。
典型地， 可以采用三层路面结构， 例如路面层分为上、 中、 下三层， 在三层路面层中， 上层热导率最高， 下层热导率最低， 中层热导率介于 上层与下层之间。 其中， 高热导率的上层可以通过在上层添加高热导率的微纳米粉体 实现， 低热导率的下层可以通过在下层添加低热导率的微纳米粉体实 现， 而中值热导率的中层可以通过在中层添加中值热导率的微纳米粉 体， 或者在中层添加比下层添加量少的低热导率微纳米粉体（例如中层 添加的低热导率的微纳米粉体的量为下层添加量的 1/2〜1/10 ),或者不添 加微纳米粉体来实现。
利用上述方法得到的公路路面结构如图 1所示：
公路路面层铺设在路基 7上， 从上至下依次是上层 4、 中层 5、 下 层 6, 其中， 上层 4中分布有高热导率的微纳米粉体 1 , 中层 5中分布 有中值热导率的微纳米粉体 2, 下层 6中分布有低热导率的微纳米粉体 3。
高热导率的微纳米粉体 1 使得上层 1 整体上表现出热导率高的特 性,低热导率的微纳米粉体 3使得下层 6整体上表现出热导率低的特性， 而中层 5则整体上表现出的热导率介于上层 4和下层 6之间， 使路面从 上至下形成由高变低的梯度热导率结构。
其中， 高热导率的微纳米粉体 1可以采用石墨或碳化硅。 中值热导 率的微纳米粉体 2可以采用氧化硅、 氧化铝、 氧化锌等。 低热导率的微 纳米粉体 3可以采用云母粉、 木纤维、 粉煤灰、 漂珠、 沉珠、 玻璃棉、 炉渣、 聚氨酯泡沫塑料、 聚苯乙烯泡沫塑料、 聚氯乙烯泡沫塑料等。 其 中， 微纳米粉体可以是用单一成分， 或者是不同成分的任意比例混合。 热导率特性的材料实现， 而本发明所举的例子， 如石墨和碳化硅是常用 的工业原料， 而粉煤灰、 漂珠、 沉珠、 玻璃棉、 炉渣等属于常见工业废 料， 木纤维、 聚氨酯泡沫塑料、 聚苯乙烯泡沫塑料、 聚氯乙烯泡沫塑料 等属于有机纤维， 采用这些材料作为添加物， 其成本较低， 且容易获得， 有利于环境保护以及资源的循环利用。
在路面层中， 不同热导率的微纳米粉体的添加量可以根据导热效果 和成本的需要确定， 例如上层路面中添加 1%〜10%的高热导率的微纳米 粉体 1 , 粉体粒径可以为 0.5微米〜 500微米。 中层路面中添加 1%〜10% 中值热导率的微纳米粉体 2, 粉体粒径可以为 0.5微米〜 500微米； 下层 路面中添加 5%〜40%低热导率的微纳米粉体 3 , 粉体粒径可以为 0.25微 米〜 40(H 米。
或者， 上层路面中添加 1%〜10%的高热导率的微纳米粉体 1 , 粉体 粒径可以为 0.5微米〜 500微米。 中层路面中不添加微纳米粉体； 下层路 面中添加 5%〜40%低热导率的微纳米粉体 3 , 粉体粒径可以为 0.25微米 〜400微米。
又或者， 上层路面中添加 1%〜10%的高热导率的微纳米粉体 1 , 粉 体粒径可以为 0.5微米〜 500微米。 中层路面中添加 1%〜10%低热导率的 微纳米粉体 3 , 粉体粒径可以为 0.25微米〜 400微米； 下层路面中添加 5%〜40%低热导率的微纳米粉体 3 ,粉体粒径可以为 0.25微米〜 400微米。
粉体添加方式可以是用微纳米粉体置换路面层基质混合料中的矿 粉。
当然， 粉体颗粒的粒径范围也可以更宽， 而本发明采用 0.25 微米 〜400微米或 0.5微米〜 500微米的微纳米粉体， 具有较好的抗张强度、韧 性、 延展性和耐久性， 同时具有较大的比表面积， 除了具有期望的导热 率外， 还可以使得添加粉体的路面基质混合料的强度更大、 机械性能更 高，可以有效地改善路面的路用性能。 同时由于所需添加的粉体量很少， 因此路面的造价很低。
具体施工时， 可以首先将路基 7压实， 然后在路基 7上铺设经低热 导率粉体 3改性的下层 6; 经压实后， 在下层 6上再铺设经中值热导率 粉体 2或低热导率粉体 3改性的中层 5 , 或者不添加微纳米粉体的中层 5 ; 经压实后， 在中层 5上铺设经高热导率粉体 1改性的上层 4, 最终， 形成具有梯度热导率的路面层结构。
在暖季， 当太阳辐射热量由上层 4传输到中层 5时， 由于中层 5热 导率小于上层 4 , 致使中层 5热阻相对较大， 因此， 即将传入中层 5的 部分热量将被传递回上层 4, 并返回到空气中。 同理， 部分穿过中层 5 即将进入下层 6的热量， 将经过中层 5和上层 4被输运到空气中。 仅有 极少部分太阳辐射热量能够传输到路基 7中。因此，本路面结构具有 "绝 热" 功能， 能有效阻止太阳辐射热量向路基及多年冻土内传输。
在寒季， 由于本路面层具有 "下小上大" 的热导率梯度， 路基下积 蓄的热量在通过下层 6到达中层 5时， 由于下、 中层的层间热导率梯度 大， 即层间温差较大， 导致热量容易传输入中层 5; 同理， 这些热量亦 将很容易进入上层 4, 并散发到寒冷的空气中。 因此， 本路面结构还具 有 "吸热" 功能， 能够将路基及路基下聚集的热量充分地向路表空气中 译放。
由上述的实施例可见， 本发明的这种冻土区公路保护方法和路面结 构， 使路面形成了一个具有单向导热功能的梯度热导率结构， 从而使公 路及路基不易因冻土融化而变形破裂， 达到很好的公路保护效果。 本发 明采用的路面添加物本身成本很低， 且添加量很少， 容易获得， 使其造 价很低， 施工方便。 另外， 由于采用特殊的路面材料和路面结构实现保 护功能， 而没有使用其他需维护的设备和构件， 使公路施工后的维护量 大大减少， 维护成本大大降低。
所应理解的是， 以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已， 并不用 于限定本发明的保护范围， 凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何 修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书
1、 一种冻土区公路路基保护方法， 其特征在于， 该方法包括： 述路面层的热导率呈从上至下的递减分布。
2、如权利要求 1所述的冻土区公路路基保护方法， 其特征在于， 所 述路面层为上、 中、 下三层； 所述三层路面层中， 热导率以层为单位分 布， 上层热导率最高， 下层热导率最低， 中层热导率介于上层与下层之 间。
3、如权利要求 2所述的冻土区公路路基保护方法， 其特征在于， 所 在上层添加高热导率的微纳米粉体， 在下层添加低热导率的微纳米 粉体， 在中层添加中值热导率的微纳米粉体或不添加微纳米粉体。
4、如权利要求 2所述的冻土区公路路基保护方法， 其特征在于， 所 在上层添加高热导率微纳米粉体 ,在下层添加低热导率微纳米粉体 , 在中层添加低热导率微纳米粉体 , 且中层低热导率微纳米粉体的添加量 为下层添加量的 1/2〜1/10。
5、如权利要求 3或 4所述的冻土区公路路基保护方法，其特征在于， 所述在路面层中添加微纳米粉体包括：
用微纳米粉体替换路面基质混合料中的矿粉。
6、 一种路面结构， 其特征在于， 该路面结构包括：
两层或两层以上具有梯度热导率结构的路面层；
所述路面层的热导率以层为单位呈从上至下的递减分布。
7、 如权利要求 6所述的路面结构， 其特征在于， 所述路面层为上、 中、 下三层； 所述三层路面层中， 上层热导率最高， 下层热导率最低， 中层热导率介于上层与下层之间。
8、 如权利要求 7 所述的路面结构， 其特征在于， 所述上层含有 1%〜10%的高热导率微纳米粉体； 所述中层含有 1%〜10%的中值热导率 微纳米粉体； 所述下层含有 5%〜40%的低热导率微纳米粉体。
9、 如权利要求 8 所述的路面结构， 其特征在于， 所述上层含有 1%〜10%的高热导率微纳米粉体； 所述中层不含微纳米粉体， 所述下层 含有 5%〜40%的低热导率微纳米粉体。
10、 如权利要求 8 所述的路面结构， 其特征在于， 所述上层含有 1%〜10%的高热导率微纳米粉体； 所述中层含有 1%〜10%的低热导率微 纳米粉体； 所述下层含有 5%〜40%的低热导率微纳米粉体。
11、 如权利要求 8、 9或 10所述的路面结构， 其特征在于， 所述高 热导率微纳米粉体包括： 石墨或碳化硅中任意一种粉体， 或其混合物。
12、 如权利要求 8所述的路面结构， 其特征在于， 所述中值热导率 微纳米粉体包括： 氧化硅、 氧化铝、 氧化锌中任意一种粉体， 或其中任 意多种粉体的混合物。
13、 如权利要求 8、 9或 10所述的路面结构， 其特征在于， 所述低 热导率微纳米粉体包括： 云母粉、 木纤维、 粉煤灰、 漂珠、 沉珠、 玻璃 棉、 炉渣、 聚氨酯泡沫塑料、 聚苯乙烯泡沫塑料、 聚氯乙烯泡沫塑料中 任意一种粉体， 或其中任意多种粉体的混合物。
14、 如权利要求 8、 9或 10所述的路面结构， 其特征在于， 所述高 热导率微纳米粉体的粒径为 0.5微米〜 500微米。
15、 如权利要求 8、 9或 10所述的路面结构， 其特征在于， 所述低 热导率微纳米粉体的粒径为 0.25微米〜 400微米。
16、 如权利要求 8或 12所述的路面结构， 其特征在于， 所述中值 热导率微纳米粉体的粒径为 0.5微米〜 500微米 t
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