基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面制造技术

基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，本发明专利技术涉及一种基于石墨烯导电沥青层的自融雪路面，它为了解决现有导电沥青导电发热性能不佳的问题。本发明专利技术基于石墨烯多相复合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是在基板上依次铺设下沥青层、石墨烯导电沥青层、绝缘沥青层和面层，在石墨烯导电沥青层内间隔排布有多个电极，其中石墨烯导电沥青层按重量份由沥青、集料、矿粉和高导电材料组成，所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成。本发明专利技术通过在沥青混合料中加入聚吡咯石墨烯复合材料，使石墨烯导电沥青层高导电，自融雪路面的整体导电发热性能良好。

Self snowmelt pavement based on graphene multiphase composite

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面
本专利技术涉及一种基于石墨烯导电沥青层的自融雪路面。
技术介绍
目前我国北方大部分地区都普遍面临着寒冷时节沥青混凝土道路积雪、结冰后的交通安全问题，目前应对此问题的主要方法是机械除雪、撒盐破冰，国内大多数采用“撒盐法”对冰雪进行清除，但氯化纳、氯化钙等融雪剂在除冰雪的过程中，一方面破坏着路面结构，另一方面对于环境也有着严重的污染，同时此种除冰雪的效率也比较低。导电沥青是一种智能化的道路建筑材料，利用导电沥青的电热效应对自身加热，可广泛应用于沥青道路应急除冰和冬季保障通行等方面。导电沥青接通电源后，通过电热效应能够使覆盖积雪的沥青路面温度升高，及时融化冰雪，有效消除冰雪危害，从而保障道路畅通和行车安全。导电性能决定了导电沥青工作状态下的电能利用效率，是导电沥青性能的关键指标，但是由于沥青本身是绝缘体，所以制备导电沥青的原理是在沥青中添加导电相材料，通过导电相使得沥青能够导电。现有技术下的导电沥青的导电性能往往不是十分理想，制约了导电沥青路面的研究发展。而且，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，导致施工工艺难以保证，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。此外，沥青混合料在重复行车荷载和环境温度变化综合作用下导致的开裂，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，降低了电导率，浪费能源和影响融冰融雪效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有导电沥青导电发热性能不佳的问题，而提供了一种基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面。本专利技术基于石墨烯多相复合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、电极、石墨烯导电沥青层、绝缘沥青层和面层，所述基板的材质为贫混凝土，在基板的上表面设置有围沿，下沥青层铺设在围沿内并通过乳化沥青粘接剂粘接，石墨烯导电沥青层铺设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，导电相变接头为导电形状记忆复合材料；其中石墨烯导电沥青层按重量份由10～16份沥青、70～120份集料、12～18份矿粉和高导电材料组成；所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成；聚吡咯/石墨烯复合材料占沥青质量百分含量的3-10％，导电形状记忆复合材料占沥青质量百分含量的3-6％。聚吡咯作为一种重要的导电聚合物，因结构多样化、合成简单、抗氧化性好、导电性高等特点而备受人们关注，但其力学延展性差。石墨烯具有超高的电导率、优异的机械性能和热稳定性以及巨大的比表面积，石墨烯与聚吡咯进行复合反应，形成性能互补。石墨烯可以为聚吡咯提供足够的电化学反应活性区域；其巨大的比表面积和表面丰富的官能团，与聚合物复合后对于聚合物的电容特性具有显著的改善效果。聚吡咯石墨烯复合材料具有良好的热稳定性和导电性能，加入到导电沥青中，会大大提高导电沥青的电导率。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，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，更好的贴合在沥青混合料层之间，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，从而延长沥青路面使用性能和耐久性；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；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，导电性好，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％。本专利技术在导电沥青中加入聚吡咯石墨烯复合材料，提高了导电沥青的导电性能，然后通过将导电形状记忆复合材料通过将掺加到沥青路面上面层混合料中，在保证导电沥青抗电导率的同时，实现对沥青路面自愈合性能的提升作用，减少塑形变形的累积。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。本专利技术基于石墨烯多相复合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，模块化自融雪路面单元预制而成，其中模块化多相材料的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和联结作用，石墨烯导电沥青层的厚度为3～6cm；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。本专利技术基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面优化路面各层结构，通过在沥青混合料中加入聚吡咯石墨烯复合材料，使石墨烯导电沥青混合料高导电，自融雪路面的整体导电发热性能良好。附图说明图1为本专利技术的模块化的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一：本实施方式基于石墨烯多相复合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2、电极3、石墨烯导电沥青层4、绝缘沥青层6和面层7，所述基板1的材质为贫混凝土，在基板1的上表面设置有围沿1-1，下沥青层2铺设在围沿1-1内并通过乳化沥青粘接剂粘接，石墨烯导电沥青层4铺设在下沥青层2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3，电极3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6，面层7铺设在绝缘沥青层6上；相邻两个模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于该基于石墨烯多相复合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(2)、电极(3)、石墨烯导电沥青层(4)、绝缘沥青层(6)和面层(7)，所述基板(1)的材质为贫混凝土，在基板(1)的上表面设置有围沿(1-1)，下沥青层(2)铺设在围沿(1-1)内并通过乳化沥青粘接剂粘接，石墨烯导电沥青层(4)铺设在下沥青层(2)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(3)，电极(3)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(6)，面层(7)铺设在绝缘沥青层(6)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(5)，导电相变接头(5)为导电形状记忆复合材料；/n其中石墨烯导电沥青层(4)按重量份由10～16份沥青、70～120份集料、12～18份矿粉和高导电材料组成；/n所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成；聚吡咯/石墨烯复合材料占沥青质量百分含量的3-10％，导电形状记忆复合材料占沥青质量百分含量的3-6％。/n...

【技术特征摘要】
1.基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于该基于石墨烯多相复合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(2)、电极(3)、石墨烯导电沥青层(4)、绝缘沥青层(6)和面层(7)，所述基板(1)的材质为贫混凝土，在基板(1)的上表面设置有围沿(1-1)，下沥青层(2)铺设在围沿(1-1)内并通过乳化沥青粘接剂粘接，石墨烯导电沥青层(4)铺设在下沥青层(2)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(3)，电极(3)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(6)，面层(7)铺设在绝缘沥青层(6)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(5)，导电相变接头(5)为导电形状记忆复合材料；
其中石墨烯导电沥青层(4)按重量份由10～16份沥青、70～120份集料、12～18份矿粉和高导电材料组成；
所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成；聚吡咯/石墨烯复合材料占沥青质量百分含量的3-10％，导电形状记忆复合材料占沥青质量百分含量的3-6％。


2.根据权利要求1所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于石墨烯导电沥青层(4)的厚度为3～6cm，绝缘沥青层(6)的厚度为0.3～1.0cm。


3.根据权利要求1所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，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(8)，相邻基板(1)拼接形成“H”形的榫槽(8)，榫接件(9)为“H”形，榫接件(9)插接在榫槽(8)中。


4.根据权利要求1所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于所述石墨烯导电沥青层的制备方法如下：
一、按重量份称取10～16份沥青、70～120份集料和12～18份矿粉；将沥青和集料在170℃条件下搅拌混合90s，再加入矿粉搅拌90s后，得初混料；
二、将聚吡咯/石墨烯复合材料加入到步骤一的初混料中，在150～160℃条件下搅拌处理，得到混料B；
三、将导电形状记忆复合材料加入到混料B中，搅拌120-130s，然后采用马歇尔击实法，...

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