纳米氧化石墨烯改性沥青混合料制备及电热性能评价方法技术

本发明专利技术提供一种纳米氧化石墨烯改性沥青混合料制备及电热性能评价方法，属于沥青混合料电热技术领域，解决目前很少采用具有层状结构的二维纳米氧化石墨烯提高沥青混合料的电热性能，测试时的接触电阻以及运营时的车辆荷载对沥青混合料电阻率存在影响的问题。本发明专利技术首先将纳米氧化石墨烯改性沥青混合料制成马歇尔试件，将带有石墨粉的铜电极运用于二电极法中测试试件的电阻率及通电升温效率，然后对试件施加压缩荷载来模拟车辆荷载作用下沥青路面电阻率的变化情况，并评价纳米氧化石墨烯改性沥青混合料的路用性能，确定纳米氧化石墨烯的最佳掺量，本发明专利技术提供的方法能提高沥青混合料的电热性能和力学性能，有助于实现沥青路面多功能应用的开发。

【技术实现步骤摘要】
纳米氧化石墨烯改性沥青混合料制备及电热性能评价方法
本专利技术是纳米氧化石墨烯改性沥青混合料制备及电热性能评价方法，属于沥青混合料电热

技术介绍
沥青混合料包含两种成分，沥青和骨料。沥青对温度非常敏感，在低温下表现为脆性，在高温下表现为粘弹性。沥青混合料的使用性能下降主要是由沥青的性能衰变引起的，其中就包括热敏感性。所以使用改性剂或添加剂改善沥青性能，而非混合料设计，将会从根本上解决沥青性能差的问题，从而提高沥青混合料的各项使用性能。有学者将改性剂和添加剂分为四类：(1)聚合物改性剂，包括塑化剂和弹性体；(2)化学改性剂，如硫、硫酸铜和其他金属化合物；(3)粘着(抗剥离)剂，如脂肪酰胺、酸、胺共混剂和石灰；(4)由于纤维混凝土在水泥混凝土中的成功应用，纤维在沥青混合料中的应用也倍受关注。近年来，人们研究发现了纤维在沥青混合料中的其他有前景的应用，例如，掺加导电的纤维(如碳纤维和钢纤维)和填料在沥青混合料中的电热应用。电热性使沥青路面融雪除冰、路面损伤自感知、电热自修复、能量收集等多功能应用成为现实。实现多功能应用的前提是能够精确控制沥青混合料的电导率。有学者研究证明，电导率与导电填料或添加的纤维的体积含量成正比。但是，导电沥青混合料的可调电阻率范围非常窄，这限制了沥青路面多功能应用的开发。因此，在沥青路面加热自愈或除冰的情况下，应适当控制沥青路面的电阻率，以保证安全性和良好的能源利用效率。测量材料电阻率的方法有两种：二电极法和四电极法。研究表明，二电极法适用于电阻大于106Ω-cm的材料，但接触点的电阻会成为最终测量电阻的一部分，影响电阻率测试结果。四电极法可以消除接触电阻的影响，从而提供了可靠的电阻率读数。但是这种方法需要将电极片埋置于沥青混合料中，无论是压实前埋置还是压实后埋置，都比较困难，而且改变了沥青混合料的内部结构，对力学性能有很大影响。为了减少接触电阻的影响，可以使用带有石墨粉的铜电极来填充混合结构上的空隙。但是，导电的纤维和填料的主要作用是使沥青混合料导电，同时也会对沥青混合料的力学性能和耐久性有一定的影响。有学者指出，过多的导电颗粒会降低沥青混合料的强度，使路面性能退化，并且不同类型和含量的导电纤维或填料对电学性能和力学性能的影响是不同的。所以，导电添加剂不应对沥青混合料的工程路用性能产生负面影响，而应保证混合料满足耐久性要求。另一方面，有学者提出，车辆的压力会使沥青路面发生微变形，也会对沥青路面的电阻率产生影响，关于这方面需要进一步研究。近年来，碳纳米材料与技术已渗透到建筑材料领域，在众多碳纳米材料中，纳米石墨烯和碳纳米管具有优异的力学性能和电热性能，还具有较高的比表面积，成为了人们最关注的碳纳米材料改性剂。但由于制备成本很高，广泛利用碳纳米材料对沥青进行改性不具现实意义，因此碳纳米材料改性沥青的使用并不普遍。纳米氧化石墨烯作为纳米石墨烯的氧化物，它保留了纳米石墨烯部分优异的物理性能，如导电性能、阻隔性能、力学性能等，纳米氧化石墨烯的价格也比纳米石墨烯更便宜，经济效益更高。此外，有学者将纳米氧化石墨烯加入沥青混合料中，可以明显地提高沥青混合料的电热性能。纳米氧化石墨烯不仅具有独特的层状纳米结构和优异的电学、力学性能，而且与沥青也具有良好的相容性，并且具有更高的经济效益。可见，目前主要采用零维金属颗粒状或一维碳纤维与金属纤维提高沥青混合料的电热性能，但是很少采用具有层状结构的二维纳米氧化石墨烯提高沥青混合料的电热性能，并提供纳米氧化石墨烯改性沥青混合料的制备方法，且目前存在导电沥青混合料力学性能低、测试时的接触电阻以及运营时的车辆荷载对沥青混合料电阻率存在影响的问题。本专利技术旨在不影响甚至是提高沥青混合料力学性能的前提下，采用纳米氧化石墨烯对沥青混合料进行改性并提出测试、评价其电热性能的方法，通过对试件施加压缩荷载来模拟车辆荷载作用下沥青路面电阻率的变化情况，使沥青混合料在提高电热性能的同时又具有较强的力学性能，实现沥青路面多功能应用的开发，对于建设绿色可持续发展的沥青路面具有重要的现实意义。
技术实现思路
(1)技术问题本专利技术目的是提供一种纳米氧化石墨烯改性沥青混合料制备及电热性能评价方法，解决目前主要采用零维金属颗粒状或一维碳纤维与金属纤维提高沥青混合料的电热性能，很少采用具有层状结构的二维纳米氧化石墨烯提高沥青混合料的电热性能，且存在导电沥青混合料力学性能低、测试时的接触电阻以及运营时的车辆荷载对沥青混合料电阻率存在影响的问题。(2)技术方案鉴于目前导电沥青混合料力学性能低的问题，本专利技术旨在不影响甚至是提高沥青混合料力学性能的前提下，基于测试时的接触电阻以及运营时的车辆荷载对沥青混合料电阻率的影响，提供一种纳米氧化石墨烯改性沥青混合料制备及电热性能评价方法。本专利技术技术方案如下：首先，采用纳米氧化石墨烯对沥青混合料进行改性；其次，以带有石墨粉的铜电极来减少接触电阻的影响，运用二电极法测试纳米氧化石墨烯改性沥青混合料的电阻率以及通电升温效率；然后，在试件侧面中部沿圆周方向等距离安置四个小型直线位移传感器，安置位置如图1，对试件施加压缩荷载，测量试件水平方向上变形，同时测得试件的电阻率变化情况，模拟车辆荷载作用下沥青路面电阻率的变化情况；最后，评价纳米氧化石墨烯改性沥青混合料的路用性能，确定纳米氧化石墨烯的最佳掺量，使沥青混合料在提高电热性能的同时又具有较强的力学性能，实现沥青路面多功能应用的开发，对于建设绿色可持续沥青路面具有重要的现实意义。(3)有益效果随着经济的发展，普通沥青混合料越来越不能满足人们对于高性能及多功能沥青路面的需求。本专利技术采用纳米氧化石墨烯对沥青混合料进行改性并测试其电热性能，通过对试件施加压缩荷载来模拟车辆荷载作用下沥青路面电阻率的变化情况。根据本专利技术提供的专利技术，与相关企业开展积极合作，可以研发出具有良好电热性能的纳米氧化石墨烯改性沥青混合料。现有技术主要采用零维金属颗粒状或一维碳纤维与金属纤维提高沥青混合料的电热性能，而本专利技术专利技术采用具有层状结构的二维纳米氧化石墨烯提高沥青混合料的电热性能，并提供纳米氧化石墨烯改性沥青混合料的制备方法，可以得到更好的沥青混和料电热效果，并且能够提高导电沥青混合料的力学性能，减少测试时的接触电阻以及运营时的车辆荷载对沥青混合料电阻率的影响，使沥青混合料在提高电热性能的同时又具有较强的力学性能，有益于实现沥青路面多功能应用的开发，对于建设绿色可持续沥青路面具有重要的现实意义。附图说明图1直线位移传感器安置示意立体图1-圆形铜片；2-直线位移传感器位置；3-标准马歇尔试件图2直线位移传感器安置示意俯视图1-圆形铜片；2-直线位移传感器位置具体实施方式本专利技术提供一种纳米氧化石墨烯改性沥青混合料制备及电热性能评价方法，具体实施步骤如下：(1)确定细粒式沥青混合料级配和最佳油石比，并用纳米氧化石墨烯取代部分矿粉，在不同纳米氧化石墨烯掺量下制备改性沥青混合料标准马歇尔试件；(2)将铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米氧化石墨烯改性沥青混合料制备及电热性能评价方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：/n(1)确定细粒式沥青混合料级配和最佳油石比，并用纳米氧化石墨烯取代部分矿粉，在不同纳米氧化石墨烯掺量下制备改性沥青混合料标准马歇尔试件；/n(2)将铜片裁剪成与标准马歇尔试件直径(101.6mm)相近的圆形铜片，在铜片接触试件的一侧均匀涂抹一层石墨粉，将铜片粘贴在试件两端，固定试件两端铜片，用万用表测试铜片电极两端的电阻，测得马歇尔试件的电阻率；/n(3)在试件两端的铜片电极上焊接导线，并连接到安全交流电压为36V小型变压器上，在马歇尔试件侧表面的中间部位贴上铂电阻片，连接到多回路温度巡检仪，接通电源，每隔一分钟记录试件温度，得到试件温度变化情况及升温发热效率；/n(4)选取在步骤(3)发热效率较好试件，在应力控制模式下使用闭环伺服液压机对试件两端施加压缩载荷，在试件侧面中部沿圆周方向等距离安置四个小型直线位移传感器，测量试件水平方向上变形，同时测得试件的电阻率变化情况；/n(5)根据现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》中车辙试验、低温小梁弯曲及冻融劈裂试验方法，评价不同掺量的纳米氧化石墨烯对沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性的影响，确定纳米氧化石墨烯的最佳掺量，制备纳米氧化石墨烯改性沥青混合料，提高沥青混合料的电热性能和力学性能。/n...

【技术特征摘要】
1.一种纳米氧化石墨烯改性沥青混合料制备及电热性能评价方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
(1)确定细粒式沥青混合料级配和最佳油石比，并用纳米氧化石墨烯取代部分矿粉，在不同纳米氧化石墨烯掺量下制备改性沥青混合料标准马歇尔试件；
(2)将铜片裁剪成与标准马歇尔试件直径(101.6mm)相近的圆形铜片，在铜片接触试件的一侧均匀涂抹一层石墨粉，将铜片粘贴在试件两端，固定试件两端铜片，用万用表测试铜片电极两端的电阻，测得马歇尔试件的电阻率；
(3)在试件两端的铜片电极上焊接导线，并连接到安全交流电压为36V小型变压器上，在马歇尔试件侧表面的中间部位贴上铂电阻片，连接到多回路温度巡检...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐蕙玉，许涛，谭凌智，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32