一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构制造技术

一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构，它属于路面融雪化冰的技术领域，具体涉及一种自融雪路面的铺装结构。本发明专利技术目的之一是要解决现有导电沥青的导电性、抗裂性和耐久性均差的问题；本发明专利技术目的之二是要解决现有石墨烯加热膜的应用环境苛刻，使用寿命短，无法对现有路面进行改良或者即使对现有路面进行改良也会存在使用寿命短和成本高的问题。该路面铺装结构包括自下而上依次铺设在路面的隔热层、石墨烯基导电沥青层、形状记忆聚合物层、绝缘沥青层和面层。本发明专利技术一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构可以对现有路面进行改良。本发明专利技术可获得一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构。构。构。

【技术实现步骤摘要】
一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构


[0001]本专利技术属于路面融雪化冰的
，具体涉及一种自融雪路面的铺装结构。

技术介绍

[0002]冬季路面、桥面积雪结冰，霜冻等会使得路面抗滑能力严重下降，严重影响道路交通安全，因此，如何及时、高效的除去路面冰雪对保障冬季道路交通安全与通行能力具有重要意义。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或者采用石墨烯加热膜铺装路面。
[0003]导电沥青是一种智能的道路建筑材料，利用导电沥青的电热效应对自身加热，可广泛用于沥青道路应急除冰和冬季保证通行等方法。导电沥青接通电源后，通过加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。但是沥青本身是绝缘体，所以制备的导电沥青中添加导电相材料，通过导电相使得沥青能够导电，但现有导电沥青的导电性能往往不是十分理想，且现有导电沥青的经过热胀冷缩后容易嵌缝开裂，渗水，因此，抗裂性和耐久性差。
[0004]中国专利CN107100054A公开了一种使用石墨烯加热膜的T形梁桥桥面铺装施工方法，具体公开了采用5mm石墨烯加热膜进行加热，缩短冬天桥面结冰期加快冰雪融化，但是石墨烯加热膜适应的环境只能是平面，该专利中也记载了，安放铺设5mm石墨烯加热膜时，要清除桥面基层上的杂物，使尘土、颗粒物或突起物直径不超过0.5mm，保证桥面基层的干燥、干净，避免影响石墨烯加热膜的加热效率。石墨烯加热膜的适应的平面的苛刻环境限制了它的应用，且石墨烯加热膜怕折，200次内会断裂，使用寿命不会超过3年，使用寿命短，当受到路面环境的变化将会缩短石墨烯加热膜的使用寿命。
[0005]因此，对于新建沥青路面，旧沥青路面，旧水泥混凝土路面均无法使用现有导电沥青或石墨烯加热膜进行铺装，以达到融雪化冰的目的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一是要解决现有导电沥青的导电性、抗裂性和耐久性均差的问题；
[0007]本专利技术的目的之二是要解决现有石墨烯加热膜的应用环境苛刻，使用寿命短，无法对现有路面进行改良或者即使对现有路面进行改良也会存在使用寿命短和成本高的问题。
[0008]针对上述技术问题，本专利技术提供一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构。
[0009]一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构，包括自下而上依次铺设
在路面的隔热层、石墨烯基导电沥青层、形状记忆聚合物层、绝缘沥青层和面层；所述的石墨烯基导电沥青层内间隔排布有多个电极；所述的隔热层、石墨烯基导电沥青层、形状记忆聚合物层和绝缘沥青层相邻的两层界面之间分别通过乳化沥青粘接剂粘结，面层铺设在绝缘沥青层上；
[0010]所述的石墨烯基导电沥青层按重量份数由5份～10份改性沥青、70份～120份集料、15～20份矿粉、导电形状记忆复合材料、改性氧化石墨烯、碳纤维组成；其中，导电形状记忆复合材料占沥青重量的5％～15％，改性氧化石墨烯占沥青重量的0.8％～3％，碳纤维占沥青重量的10％～20％；
[0011]所述的改性沥青的制备方法是按以下步骤制备的：
[0012]一、TiC和硅烷偶联剂加入到质量分数为20％～40％的乙醇溶液中，再搅拌反应30min～60min，再干燥去除溶解，得到改性后的TiC；
[0013]二、首先将沥青在温度为140℃～160℃下加热熔融，然后加入步骤一中得到的改性后的TiC和分散剂，再放入高速剪切机中，以剪切速率为1000r/min～2000r/min的条件下正转剪切20min～30min，再以剪切速率为1000r/min～2000r/min的条件下反转剪切20min～30min，得到改性沥青；
[0014]步骤一中所述的分散剂为二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯；
[0015]步骤一中所述的TiC与步骤二中所述的沥青的质量比为(3～8):100；
[0016]步骤一中所述的硅烷偶联剂与步骤二中所述的沥青的质量比为(0.5～1):100；
[0017]步骤二中所述的分散剂与沥青的质量比为(0.2～0.5):100；
[0018]步骤一中所述的乙醇溶液的体积与步骤二中所述的沥青的质量比为(5mL～10mL):100g；
[0019]步骤一中所述的硅烷偶联剂为KH
‑
550或KH
‑
560；
[0020]所述的改性氧化石墨烯是按以下步骤制备的：
[0021]一、将氧化石墨烯和单宁酸加入到去离子水中，再超声分散，得到氧化石墨烯/单宁酸溶液；
[0022]步骤一中所述的氧化石墨烯/单宁酸溶液中氧化石墨烯的浓度为3mg/L～5mg/L，单宁酸的浓度为6mg/L～10mg/L；
[0023]步骤一中所述的超声分散的功率为200W～400W，超声分散的时间为0.5h～1h；
[0024]二、将氧化石墨烯/单宁酸溶液在反应温度为90℃～95℃和搅拌速度为500r/min～1000r/min的条件下反应8h～12h，得到改性氧化石墨烯。
[0025]本专利技术的优点：
[0026]一、本专利技术具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构包括自下而上依次铺设在路面的隔热层、石墨烯基导电沥青层、形状记忆聚合物层、绝缘沥青层和面层，其中面层能延长该铺装结构的使用寿命，绝缘沥青层防止水渗入和漏电，隔热层能有效减少热量向下传递，减少热量损耗，使热量向上传递到面层，热量能够融化冰雪；当汽车施压时，设置形状记忆聚合物层能够起到缓冲作用，并能发生复位，防止该铺装结构受到重力时发生裂纹和破损现象，起到了对石墨烯基导电沥青层的保护作用；
[0027]二、本专利技术使用单宁酸对氧化石墨烯进行改性，由于单宁酸中含有苯环，苯环有一定的刚性，超支化分子更坚硬一些，且由于具有大量的端羟基，能与聚合物基体之间具有很
好的相容性，与树脂基体形成机械啮合作用；同时，改性氧化石墨在石墨烯基导电沥青层中能够与导电形状记忆复合材料和碳纤维形成导电的网络结构，增加了导电性；
[0028]三、本专利技术使用TiC对沥青进行改性，TiC具有良好的导热、导电和耐磨性能，使用TiC和硅烷偶联剂对沥青进行改性，能够提高沥青的导热、导电和耐磨性能；
[0029]四、本专利技术制备的改性聚苯胺由于含有全氟辛酸，全氟辛酸具有—CF2—疏水结构，因此，改性聚苯胺具有疏水性；改性聚苯胺可以与改性氧化石墨烯进行交联，形成网络结构，提高了导电形状记忆复合材料的力学性能和导电性；
[0030]五、本专利技术提供一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构，可以对现有路面进行改良，以使现有路面达到融雪化冰的成本高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构，其特征在于一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构包括自下而上依次铺设在路面的隔热层(1)、石墨烯基导电沥青层(2)、形状记忆聚合物层(3)、绝缘沥青层(4)和面层(5)；所述的石墨烯基导电沥青层(2)内间隔排布有多个电极(6)；所述的隔热层(1)、石墨烯基导电沥青层(2)、形状记忆聚合物层(3)和绝缘沥青层(4)相邻的两层界面之间分别通过乳化沥青粘接剂粘结，面层(5)铺设在绝缘沥青层(4)上；所述的石墨烯基导电沥青层(2)按重量份数由5份～10份改性沥青、70份～120份集料、15～20份矿粉、导电形状记忆复合材料、改性氧化石墨烯、碳纤维组成；其中，导电形状记忆复合材料占沥青重量的5％～15％，改性氧化石墨烯占沥青重量的0.8％～3％，碳纤维占沥青重量的10％～20％；所述的改性沥青的制备方法是按以下步骤制备的：一、TiC和硅烷偶联剂加入到质量分数为20％～40％的乙醇溶液中，再搅拌反应30min～60min，再干燥去除溶解，得到改性后的TiC；二、首先将沥青在温度为140℃～160℃下加热熔融，然后加入步骤一中得到的改性后的TiC和分散剂，再放入高速剪切机中，以剪切速率为1000r/min～2000r/min的条件下正转剪切20min～30min，再以剪切速率为1000r/min～2000r/min的条件下反转剪切20min～30min，得到改性沥青；步骤一中所述的分散剂为二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯；步骤一中所述的TiC与步骤二中所述的沥青的质量比为(3～8):100；步骤一中所述的硅烷偶联剂与步骤二中所述的沥青的质量比为(0.5～1):100；步骤二中所述的分散剂与沥青的质量比为(0.2～0.5):100；步骤一中所述的乙醇溶液的体积与步骤二中所述的沥青的质量比为(5mL～10mL):100g；步骤一中所述的硅烷偶联剂为KH
‑
550或KH
‑
560；所述的改性氧化石墨烯是按以下步骤制备的：
①
、将氧化石墨烯和单宁酸加入到去离子水中，再超声分散，得到氧化石墨烯/单宁酸溶液；步骤
①
中所述的氧化石墨烯/单宁酸溶液中氧化石墨烯的浓度为3mg/L～5mg/L，单宁酸的浓度为6mg/L～10mg/L；步骤
①
中所述的超声分散的功率为200W～400W，超声分散的时间为0.5h～1h；
②
、将氧化石墨烯/单宁酸溶液在反应温度为90℃～95℃和搅拌速度为500r/min～1000r/min的条件下反应8h～12h，得到改性氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构，其特征在于所述的形状记忆聚合物层(3)为热致型形状记忆聚合物、电致型形状记忆聚合物、热固性形状记忆聚合物或热塑性形状记忆聚合物，厚度为0.3cm～0.5cm。3.根据权利要求1所述的一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构，其特征在于所述的石墨烯基导电沥青层(2)的制备方法如下：一、按重量份数由5份～10份改性沥青、70份～120份集料和15～20份矿粉；将改性沥青、集料和碳纤维在170℃～175℃下搅拌3min～5min，再加入矿粉搅拌2min～3min，得到初
混料；二、将导电形状记忆复合材料和改性氧化石墨烯加入到初混料中，再在155℃～165℃下搅拌2min～3min，采用马歇尔击实法，得到所述的石墨烯基导电沥青层(2)。4.根据权利要求1所述的一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构，其特征在于所述的石墨烯基导电沥青层(2)按重量份数由8份～10份改性沥青、80份～100份集料、16～18份矿粉、导电形状记忆复合材料、改性氧化石墨烯、碳纤维组成；其中，导电形状记忆复合材料占沥青重量的8％～12％，改性氧化石墨烯占沥青重量的1％～2％，碳纤维占沥青重量的12％～16％。5.根据权利要求1所述的一种具有形状记忆功能的石墨烯基自融雪路面铺装结构，其特征在于所述的石墨烯基导电沥青层(2)的厚度为3cm～5cm，绝缘沥青层(4)的厚度为0.3cm～0.6cm。6.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫慧君，王杨，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：