[发明专利]一种基于炭黑和碳纤维的导电沥青混合料的设计方法

说明书

本发明提供了一种基于炭黑和碳纤维的导电沥青混合料的设计方法，属于沥青混合料领域，该方法解决目前导电沥青混合料设计困难、设计过程中难以综合评判沥青混合料导电性和路用性能，实际设计过程过于复杂等问题。首先在沥青中加入不同掺量的导电炭黑，利用荧光显微镜观察炭黑的均匀分布情况，测量电阻率从而得到电阻率与导电炭黑掺量的曲线，根据不同掺量沥青的三大指标综合评判确定导电炭黑的最佳掺量；然后在集料中加入不同掺量的碳纤维，与炭黑改性沥青搅拌，用CT扫描技术观察碳纤维的均匀分布情况，并测得混合料电阻率与碳纤维掺量的曲线；最后综合混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能的影响，进一步优化导电混合料设计方法。

技术领域

本发明是一种基于炭黑和碳纤维的导电沥青混合料的设计方法，属于导电沥青混合料领域。

背景技术

沥青路面具有噪音小、油耗低、车辆磨损小、抗滑性好、施工维护简单等其他路面形式不具备的优点，己被广泛应用于市政道路、高速公路、桥面铺装以及机场跑道，占现有公路路面的90％以上。然而，由于路面结构设计、材料设计、施工水平、车辆荷载以及环境因素等原因，沥青路面常常暴露出大量的早期破坏问题，如泛油、松散、剥落、车辙、裂缝等破坏现象，其中最常见的就是裂缝。沥青路面出现的缺陷以及损坏严重影响了路面的正常使用功能和服役水平。除此之外，在寒冷地区，沥青路面又饱受冰雪冻胀的危害，一方面，雨水以及融化的雪水进入沥青道路的孔隙中，当气温再次下降时，孔隙内的水再次结冰冻胀，对道路内部结构造成损坏；另一方面，冬天路面凝冰积雪，对行车安全造成严重影响，清理起来也需要耗费大量人力物力。

传统的沥青混凝土是绝缘体材料，其电阻率可达10¹¹Ω·m的数量级以上，是绝缘材料。而当今社会，不论是在桥面铺装、高速公路、还在机场跑道的建设其及维修中，沥青混凝土的使用都是非常广泛且受到很多的重视。然而沥青道路的应用也存在许多问，例如沥青裂缝的养护修复问题，寒冷地区路表除冰雪问题等。而导电沥青混凝土可以较好地解决这部分问题。

对于沥青道面的低温开裂问题，导电沥青混凝土能起到很好的抵抗作用。在低温时期，给沥青路面加上适宜的外部电压，利用其电热效应，对沥青路面进行加热，使路面温度达到适宜的使用范围，从而避免路面在低温状态下使用，较好解决路面低温开裂问题。导电沥青混凝土发热可以使沥青软化，使沥青开裂界面的流动性和粘结性增加，有利于沥青道面中裂缝的闭合、消除，由此可以制约和消除沥青道面的低温裂缝。在延长路面使用寿命，提高路面的使用性能方面具有广阔的应用前景。除了靠直接施加电压的方式使导电沥青混凝土发热，还可以根据导电体的特性，利用电磁感应技术是导电沥青混凝土内部产生感应电流，从而使混凝土产生电热效应而升温，这样既可以避免道路建设过程中埋设电极，又可以利用局部电磁感应实现局部加热，避免能量的浪费。

对于道路冰雪，可以利用导电沥青混凝上的良好导电性能，在与外部电源接通后，将电能转化为热能，是路面产生热量，温度升高，而融化路面的冰雪。与传统的撒盐除冰相比，导电沥青混凝土使用电能融雪化冰，操作简单，绿色环保，消除了除冰盐给路面和环境带来的不利影响。不仅提高了除雪化冰的工作效率，而且对车辆的安全行驶，对道路本身的寿命都是有益的。

导电沥青混凝土是指在普通沥青混凝土的基础上，添加适宜类型和适当掺量的导电相材料，从而使得原本绝缘的普通沥青混凝土转变为具有良好导电性能和发热性能的新型复合材料-导电沥青混凝土。根据导电相材料的不同，导电沥青混凝土可以分为三类：一是焦炭类，以石墨、炭黑等为导电相材料；二是金属类，以钢纤维、钢渣等为导电相材料；三是有机纤维类，以碳纤维等为导电相材料。炭黑是由煤、石油、生物质等燃料经过不完全燃烧之后形成的细小颗粒。目前市面专门生产的导电炭黑其电阻率在10⁰Ω·m的数量级。碳纤维不仅可以提高混凝土的拉伸强度、抗弯强度等力学性能，同时碳纤维自身还是良好的导体。

发明内容

(1)技术问题