一种基于石墨烯的模块化自融雪路面制造技术

一种基于石墨烯的模块化自融雪路面，它涉及导电沥青路面，本发明专利技术要解决模块化导电沥青路面嵌缝料无法满足伸缩缝由于受到路面环境变化影响导致的损坏，不能适应路面接缝、裂缝宽度变化和不能实现装配式导电沥青路面的导电网络形成，从而使导电不连续，浪费能源和影响融冰融雪效果的问题；解决导电沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性能差及导电率低的问题。本发明专利技术模块化的自融雪路面，其中的墨烯导电沥青层起到导电发热作用，导电形状记忆复合材料填充于接缝处，可主动迎合路面接缝、裂缝处宽度变化，根据路面环境变化，更好贴合在模块化自融雪路面单元沥青路面之间实现接缝连接和导电连续性作用。本发明专利技术应用于自融雪路面领域。

A modular self snowmelt pavement based on graphene

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的模块化自融雪路面
本专利技术涉及导电沥青路面；具体涉及一种基于石墨烯的模块化自融雪路面。
技术介绍
我国四季气候变化明显，尤其是深秋、冬季及初春季节受冷空气影响，气温变化明显，带来大量降雨、降雪，使得路面易于积雪、积冰，进而对道路交通造成较大影响，路面积冰积雪对行驶车辆的驱动性及安全性极为不利。据统计，冬季15％～30％左右的交通事与路面积雪有关，特别是高速公路，极易发生连续追尾等重特大交通事故。严重的路面积雪将造成道路关闭，给道路畅通带来了严重影响，造成了巨大的经济损失。目前的除雪方式主要是人工除雪、机械除雪、融雪剂除雪，但这些除雪方法均具有事后性，不能保证积雪的及时清除。机械除雪和人工除雪具有成本高、效率低和封闭交通时间长等缺点，而撒融雪盐会一方面，也会对绿化植被、土壤及水体造成长期侵害和污染，因此，电热除雪方式被认为是众多道路除雪技术中综合表现良好的主动除雪方式，因此，目前逐渐采用导电沥青铺装路面。但是，导电沥青路面的施工期受天气温度影响严重，施工程序自动化低，并且基层施工养护时间长，造成施工周期较长。其次，现浇注沥青路面施工技术由于材料运输距离远、施工环境差异化严重，导致施工工艺难以精确控制，进而使得沥青路面质量均匀性差。装配式沥青路面是针对传统现场浇注沥青路面存在的问题而提出的新型路面结构形式，通过在预制场加工分块路面板，再运输至现场进行组装的方式，实现了沥青路面程序化施工，但是这种方法中会预留出拼接接缝，在受荷载作用下，相邻两块板在接缝处的变形不一致，在接缝处的沥青面层会受到较大的剪应力，从而发生破坏，体现在宏观上就是因为基层存在裂缝导致裂缝向上发展，即产生反射裂缝。裂缝作为水泥混凝土路面最为薄弱的环节，会对路面产生不同程度的危害，因此，裂缝将影响水泥混凝土路面的使用寿命，同时导电沥青的老化开裂都会对电阻率产生显著影响，自身蓄热较大，影响除雪除冰效果，且目前沥青基嵌缝料无法满足伸缩缝由于受到路面环境变化影响导致的损坏，不能适应路面接缝、裂缝宽度变化和不能实现装配式导电沥青路面的导电网络形成，从而使导电不连续，浪费能源和影响融冰融雪效果。另外，导电沥青路面在掺杂钢纤维的情况下，虽然具有良好的抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性等。掺杂钢纤维虽然能够提高导电性能力，但是由于钢纤维的直径较粗，随着使用时间的延长，钢纤维沥青的电阻率明显增大，主要由于钢纤维在的碱性环境中，表面产生氧化钝化层，使掺杂有钢纤维的导电沥青导电性能降低。如何提高掺杂有钢纤维的导电沥青上述问题，是目前需要解决的。
技术实现思路
本专利技术的目的为了解决模块化导电沥青路面嵌缝料无法满足伸缩缝由于受到路面环境变化影响导致的损坏，不能适应路面接缝、裂缝宽度变化和不能实现装配式导电沥青路面的导电网络形成，从而使导电不连续，浪费能源和影响融冰融雪效果的问题；解决导电沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性能差以及导电率低的问题。而提供了一种基于石墨烯的模块化自融雪路面。本专利技术的模块化多相材料的自融雪路面，该模块化多相材料的自融雪路面由多个模块化自融雪路面单元拼接而成，所述的模块化自融雪路面单元包括基板、下沥青层、石墨烯导电沥青层、电极、绝缘沥青层和面层，所述基板的材质为贫混凝土，基板上沿着横向或者纵向开设有连续的凹槽，下沥青层浇筑在凹槽内并通过乳化沥青粘接剂粘接，石墨烯导电沥青层设置在下沥青层表面并通过乳化沥青粘接剂粘接，在石墨烯导电沥青层内间隔排布有多个电极，电极沿着石墨烯导电沥青层的厚度方向设置，在石墨烯导电沥青层的上表面粘接有绝缘沥青层，面层铺设在绝缘沥青层上；相邻两个模块化自融雪路面单元中的石墨烯导电沥青层的连接处存在接缝，在接缝内浇筑有导电相变接头；其中石墨烯导电沥青层按重量份由4～10份沥青、70～125份集料、12～18份矿粉和导电材料制成；所述的导电材料由氧化石墨烯-碳纤维复合材料和钢纤维组成；其中，氧化石墨烯-碳纤维复合材料的加入量为沥青质量的5.3％～15.8％，钢纤维加入量为沥青质量的1.5％～3％。本专利技术包含以下有益效果：一、本专利技术制备的导电形状记忆复合材料具有显著的形状记忆效应，由于本专利技术采用模块化导电沥青路面铺装方式，在铺装过程中，相邻模块化路面之间存有间隙，本专利技术的导电形状记忆复合材料填充与间隙处，可以主动迎合路面接缝、裂缝处宽度变化，根据路面环境变化，更好的贴合在模块化自融雪路面单元沥青路面之间，解决了目前沥青路面嵌缝料开裂，渗水，易老化，抗裂性差、形状记忆效果差，形状回复力较小等问题，从而延长水泥路面使用性能和耐久性；同时增加了导电材料，如石墨烯、聚吡咯等，在主动迎合路面接缝、裂缝处宽度变化后，实现相邻两个路面之间的导电，从而解决由于模块化路面之间的间隙存在或者随着使用周期的增加间隙扩大，使整体导电沥青路面导电性能下降，因此会在融雪过程中，需要对每一个增加电压，提高融雪效果，造成能源的浪费的问题。二、本专利技术制备导电形状记忆复合材料中使用AOT能够显著增大导电形状记忆复合材料的电导率，使用CMP-410环氧树脂活性增韧剂能与环氧树脂、固化剂发生交联，得到的导电形状记忆复合材料具有优良的韧性和抗开裂性，导电性能良好；三、本专利技术制备的导电形状记忆复合材料的弹性模量为1Ga～3.2Ga，电阻率为0.1Ω·m～0.5Ω·m，具有显著的形状记忆效应，可回复应力大，最大可回复应变为80％～100％，同时，本专利技术制备的导电形状记忆复合材料可以实现形状记忆聚合物的电-热致形状记忆效应的驱动。四、本专利技术氧化石墨烯-碳纤维复合材料制备中通过预处理的碳纤维，界面结合性能提高，碳纤维可以作为支撑骨架有效避免石墨烯的过度堆叠，石墨烯包覆碳纤维表面填充了碳纤维、沥青之间的空隙，经过改性的石墨与沥青结合性提高，沥青的黏接性可以提高石墨与其的碳碳结合强度。五、现有导电发热沥青路面的研究中，虽然有将导电沥青混合料作为路面磨耗层的研究，但是沥青混合料用于表层容易发生老化、开裂等问题，而裂缝对沥青混合料的导电率有显著的影响，同时处于安全考虑，现有研究中大多还是将导电发热沥青混合料设定成夹在有一定绝缘能力的路面材料结构层之间的“三明治”路面结构中。本专利技术一种基于石墨烯的模块化自融雪路面中的下沥青层(下面层)主要起到承重层的作用，采用密实骨架型沥青混合料，下沥青层的厚度为5～10cm；石墨烯导电沥青层起到导电发热作用，石墨烯导电沥青层的厚度为3～5cm；考虑到面层(磨耗层)在冬季同时受到下层高温和环境低温对面层稳定性的影响，因此在石墨烯导电沥青层上设置厚度较薄的绝缘沥青层，厚度为0.3～1.0cm，绝缘沥青层可以采用导热增强型沥青混合料(如石墨粉掺杂的改性的沥青混合料)，最后在绝缘沥青层表面铺设面层。附图说明图1为本专利技术的一种基于石墨烯的模块化自融雪路面的结构示意图；图2为基板上榫槽处的结构示意图。具体实施方式具体实施方式：本实施方式的模块化多相材料的自融雪路面，该模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯的模块化自融雪路面，其特征在于该模块化多相材料的自融雪路面由多个模块化自融雪路面单元拼接而成，所述的模块化自融雪路面单元包括基板(1)、下沥青层(3)、石墨烯导电沥青层(4)、电极(5)、绝缘沥青层(7)和面层(8)，所述基板(1)的材质为贫混凝土，基板(1)上沿着横向或者纵向开设有连续的凹槽(2)，下沥青层(3)浇筑在凹槽(2)内并通过乳化沥青粘接剂粘接，石墨烯导电沥青层(4)设置在下沥青层(3)表面并通过乳化沥青粘接剂粘接，在石墨烯导电沥青层(4)内间隔排布有多个电极(5)，电极(5)沿着石墨烯导电沥青层(4)的厚度方向设置，在石墨烯导电沥青层(4)的上表面粘接有绝缘沥青层(7)，面层(8)铺设在绝缘沥青层(7)上；/n相邻两个模块化自融雪路面单元中的石墨烯导电沥青层(4)的连接处存在接缝，在接缝内浇筑有导电相变接头(6)；/n其中石墨烯导电沥青层按重量份由4～10份沥青、70～125份集料、12～18份矿粉和导电材料制成；所述的导电材料由氧化石墨烯-碳纤维复合材料和钢纤维组成；/n其中，氧化石墨烯-碳纤维复合材料的加入量为沥青质量的5.3％～15.8％，钢纤维加入量为沥青质量的1.5％～3％。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的模块化自融雪路面，其特征在于该模块化多相材料的自融雪路面由多个模块化自融雪路面单元拼接而成，所述的模块化自融雪路面单元包括基板(1)、下沥青层(3)、石墨烯导电沥青层(4)、电极(5)、绝缘沥青层(7)和面层(8)，所述基板(1)的材质为贫混凝土，基板(1)上沿着横向或者纵向开设有连续的凹槽(2)，下沥青层(3)浇筑在凹槽(2)内并通过乳化沥青粘接剂粘接，石墨烯导电沥青层(4)设置在下沥青层(3)表面并通过乳化沥青粘接剂粘接，在石墨烯导电沥青层(4)内间隔排布有多个电极(5)，电极(5)沿着石墨烯导电沥青层(4)的厚度方向设置，在石墨烯导电沥青层(4)的上表面粘接有绝缘沥青层(7)，面层(8)铺设在绝缘沥青层(7)上；
相邻两个模块化自融雪路面单元中的石墨烯导电沥青层(4)的连接处存在接缝，在接缝内浇筑有导电相变接头(6)；
其中石墨烯导电沥青层按重量份由4～10份沥青、70～125份集料、12～18份矿粉和导电材料制成；所述的导电材料由氧化石墨烯-碳纤维复合材料和钢纤维组成；
其中，氧化石墨烯-碳纤维复合材料的加入量为沥青质量的5.3％～15.8％，钢纤维加入量为沥青质量的1.5％～3％。


2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的模块化自融雪路面，其特征在于石墨烯导电沥青层(4)的厚度为3～5cm，绝缘沥青层(7)的厚度为0.3～1.0cm。


3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的模块化自融雪路面，其特征在于在基板(1)的侧边沿基板(1)的厚度方向开有多个榫槽(9)，相邻基板(1)拼接形成“H”形的榫槽(9)，榫接件(10)为“H”形，榫接件(10)插接在榫槽(9)中。


4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的模块化自融雪路面，其特征在于石墨烯导电沥青层的制备方法如下：
一、按重量份称取4～10份沥青、70～125份集料和12～18份矿粉；将沥青、集料和钢纤维在170℃条件下搅拌混合90s，再加入矿粉搅拌90s后，得初混料；
二、将氧化石墨烯-碳纤维复合材料加入到步骤一的初混料中在160～170℃条件下搅拌90s；采用马歇尔击实法，得到所述的石墨烯导电沥青层。


5.根据权利要求1或4所述的一种基于石墨烯的模块化自融雪路面，其特征在于步骤二中所述的氧化石墨烯-碳纤维复合材料的制备方法如下：
1)、氧化石墨烯分散液制备：
A、将石墨、硝酸铵和醋酸钠按照质量比为3～4:2～3:1的比例混合；并加入浓硫酸，然后在-4℃～0℃的环境温度下搅拌混匀，然后用去离子水抽滤洗涤3～4次，抽滤洗涤置于60℃烘箱内烘干18～24h；将烘干后的物质置于管式加热炉内，在20～30s内，将温度从室温升温至900～1000℃保温10～30s后降至室温；
B、向上一步降至室温的产物中加入高锰酸钾，并搅拌均匀；然后再35～50℃的水浴条件下保温搅拌30～60min，得到反应液；
C、将上一步反应液加入到去离子水中，边倒边搅拌，然后在温度为55～60℃静置反应10min；加入到过氧化氢或双氧水中，溶液变成金黄色后进行过滤，然后用体积百分含量为5～10％的稀盐酸洗涤，收集洗涤后的溶液，即得氧化石墨烯分散液；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫慧君，李莹莹，白建伟，姜艳丽，
申请(专利权)人：哈尔滨学院，
类型：发明
国别省市：黑龙;23