层布式钢纤维导电沥青混凝土制造技术

本发明专利技术涉及一种钢纤维沥青混凝土。层布式钢纤维导电沥青混凝土，其特征是：它包括沥青混凝土面层、钢纤维层、下承层，沥青混凝土面层、钢纤维层、下承层自上而下依次布置，钢纤维层中埋有电极；钢纤维层由钢纤维和导电乳化沥青组成，钢纤维采用撒布的方法均匀铺设在下承层表面，钢纤维上喷洒有导电乳化沥青，钢纤维的撒布量为１７０～３３０ｇ／ｍ２，导电乳化沥青的洒布量为０．６～０．８ｌ／ｍ２。本发明专利技术具有造价低、施工简便、质量易于控制、导电性能良好的特点，同时高温稳定性和低温抗裂性得以改善，可用于沥青路面除冰化雪和沥青路面病害的自愈合或热修复。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钢纤维浙青混凝土，特别是涉及一种层布式钢纤维导电浙青混凝 土。
技术介绍
浙青混凝土路面的路用性能和安全问题一直被人们所关注。浙青混凝土路面对于 行车具有油耗低、噪音小、抗滑性好、车辆磨损小等优点，目前已在机场跑道、桥面铺装、高 速公路、城市道面等主要道路中得到广泛应用。在世界各国已建公路中，浙青路面已占80% 以上；我国高速公路中90%以上为浙青路面。但浙青是一种典型的粘弹性材料，低温易变 脆，高温易发粘流淌。因此，夏季高温时，浙青路面温度可达70°C，在车辆载荷作用下极易出 现车辙、波浪推移等现象；冬季低温时，尤其在我国北方，路面温度达-30°C，浙青路面又会 出现温缩裂缝，严重影响了路面质量、耐久性与使用寿命；另一方面，低温导致的积雪冰冻 天气对道路交通安全产生极大的挑战，封闭限制道路的通行必将影响到交通对经济建设的 贡献。因此，路面的高低温病害和环保的融雪化冰是浙青路面应用过程中亟待解决的问题。目前，世界各国主要通过撒盐(NaCl，CaCl2)来融雪化冰。这一方法是利用盐降低 水的冰点，使积雪自动融化。该法具有材料来源广泛、价格便宜、化冰雪效果好等特点，因而 得到了普遍应用。但是，撤盐法也给混凝土路面结构和环境带来了许多负面效应，主要表现 为钢筋钢纤维锈蚀、路面剥蚀破坏和环境污染等问题。近年来，国内外开展了利用导电混凝 土进行融雪化冰的一系列研究。导电混凝土是在混凝土中掺入适当类型和适宜含量的导电 相填料，使混凝土具有符合规定的电性能和一定的力学性能的特种混凝土。其中导电浙青 混凝土的主要性能指标包括路用性能和电导率或电阻率等。当前，常用于制作导电浙青混凝土的导电相基本可分为三类聚合物类、碳炭类和 金属类；其中，最常用的是碳类如石墨粉、炭黑、碳纤维以及金属类的钢纤维及冶金渣等。钢 纤维一般以直接掺入的形式来配制导电混凝土。钢纤维的掺入不仅赋予浙青混凝土一定的 导电性，而且还可以改善浙青混凝土的某些路用性能等。在外加交流或直流电源作用下，导 电浙青混凝土会因其自身的电阻而产生热量，使路面温度升高。当路面温度上升到o°c以上 时，路面上的冰、雪就会吸热融化成水而流走。但由于其造价较高，在一定程度上制约了钢 纤维混凝路面的发展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种造价低、导电性能良好的层布式钢纤维 导电浙青混凝土。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案层布式钢纤维导电浙青混凝土，其 特征是它包括浙青混凝土面层1、钢纤维层4、下承层2，浙青混凝土面层1、钢纤维层4、下 承层2自上而下依次布置，钢纤维层中埋有电极3(电极与外部电源连接后，利用电热效应 在寒冷季节除冰化雪)；钢纤维层由钢纤维和导电乳化浙青组成，钢纤维采用撒布的方法均勻铺设在下承层表面，钢纤维上喷洒有导电乳化浙青(撒布钢纤维后，需喷洒导电乳化 浙青使两者形成互穿网络结构)，钢纤维的撒布量为170 330g/m2，导电乳化浙青的洒布 量为 0. 6 0. 8L/m2。所述的钢纤维的直径为60 200 μ m，长径比70 310。所述的导电乳化浙青由乳化浙青和石墨粉复合而成，石墨粉的掺入量为乳化浙青 加热蒸发后残留浙青重量的10% 25%。乳化浙青为普通乳化浙青或改性乳化浙青。所述的下承层的材料为浙青混凝土或水泥混凝土。浙青混凝土面层1的厚度为 2. 5cm 12cm ；下承层2的厚度为5cm 60cm。上述层布式钢纤维导电浙青混凝土的制备方法，它包括如下步骤1)用浙青混凝土或水泥混凝土在路基上铺筑成下承层2，下承层2的厚度为 5cm 60cm，可分多次施工；2)将钢纤维采用撒布的方法均勻铺设在下承层表面，在钢纤维层上安装电极；然 后在钢纤维和电极上喷洒导电乳化浙青，形成钢纤维层4 ；其中，钢纤维的撒布量为170 330g/m2，导电乳化浙青的洒布量为0. 6 0. 8L/m2 ；3)待乳化浙青破乳后，铺筑浙青混凝土面层，浙青混凝土面层1的厚度2. 5cm 12cm0本专利技术提供的层布式钢纤维导电浙青混凝土，其用于浙青混凝土路面的除雪化冰 和浙青路面病害的自愈合或热修复。本专利技术的导电机理是导电浙青基复合材料存在电导渗流现象。在导电组分材料 (导电相)与绝缘基体材料(基体相)进行复合时，当导电相的体积含量小于某一临界值 时，复合材料的电阻率随导电相体积含量的增加而缓慢减小；当导电相的体积含量达到临 界值时，复合材料的电阻率急剧减小，电阻率的减小达几个甚至十个数量级以上；当导电材 料的体积含量超过临界值后，随掺量的进一步增加，复合材料电阻率的减小又趋于平缓。导 电材料的临界体积含量称为渗滤阀值。本专利技术是在浙青混凝土面层与下承层之间设置一层 导电的钢纤维层，钢纤维之间相互搭接形成导电通路；钢纤维掺量过少会影响导电性能，掺 量过多会影响浙青面层间的粘结性能；钢纤维是否形成导电通路与纤维的长径比、单位面 积的撒布量有关；本专利技术充分考虑各种因素，限定纤维的直径为60 200 μ m,长径比70 310，撒布量为170 330g/m2，使纤维撒布过程中不结团、分布均勻；同时喷洒导电乳化浙 青使钢纤维稳定在下承层上，并与钢纤维形成互穿网络；使用的乳化浙青经过石墨复合导 电改性，石墨在乳化浙青中形成导电通路；乳化浙青可以在钢纤维表面形成浙青膜，保护钢 纤维不被氧化；同时乳化浙青也起到粘结层的作用，防止浙青混凝土的推移。利用导电混凝土进行道路的除雪化冰已经被验证为行之有效的办法，导电混凝土 内部钢纤维的掺量一般为混凝土重量的3% 6%。本专利技术通过在浙青混凝土内部设置一 层钢纤维层，其导电率达到普通导电浙青混凝土的相同电阻率值时钢纤维的撒布量仅为后 者的10%左右。图2给出了试验测量得出的长径比为a(直径12 μ m)和长径比为b (直径 86.7ym)两种的钢纤维撒布量与浙青混凝土表面电阻率之间的关系(未喷洒导电乳化浙 青)。结果表明，相同的撒布量采用的钢纤维越细，其电阻率越小。这是因为，钢纤维越细， 单位体积纤维之间相互搭接的几率越高，其渗滤阀值越低。研究表明1 60μπι的钢纤维 在实验室可控条件下可进行人工分散和撒布，若在实际路面上，不管人工还是机械大规模撒布均是很难实现的。在水泥混凝土内部混掺钢纤维，由于纤维阻滞基体混凝土裂缝的发展，从而使其力学性能等较普通混凝土显著提高。研究表明浙青混凝土的强度主要依赖浙青的粘结，但 浙青与钢纤维的粘附性很差；在浙青混凝土内部直接掺入钢纤维，纤维也会阻滞基体裂缝 的发展，结果导致浙青混凝土的水稳定性、低温抗裂性能的变化具有不确定性。在浙青面层 底部设置的钢纤维层，与下承层一起构成的整体可以利用纤维阻滞基体混凝土裂缝发展， 从而使路面的抗拉、抗弯、抗剪强度等较普通混凝土有所提高，其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性 和耐久性也有较大改善，但这些都需要以牺牲浙青面层与下承层之间的粘结力为前提的。 图3给出了 25°C时50 μ m钢纤维不同撒布量下的面层间的剪切强度。在试验研究过程中， 大于200μπι的钢纤维，采用合适的长径比及撒布量仍然可以达到可用于融雪化冰的导电 性能，但钢纤维的单位面积的撒布量过大必将导致浙青面层与下承层之间的粘附性降低， 并且提高了造价。基于以上各方面的因素限定钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
层布式钢纤维导电沥青混凝土，其特征是：它包括沥青混凝土面层、钢纤维层、下承层，沥青混凝土面层、钢纤维层、下承层自上而下依次布置，钢纤维层中埋有电极；钢纤维层由钢纤维和导电乳化沥青组成，钢纤维采用撒布的方法均匀铺设在下承层表面，钢纤维上喷洒有导电乳化沥青，钢纤维的撒布量为１７０～３３０ｇ／ｍ↑［２］，导电乳化沥青的洒布量为０．６～０．８Ｌ／ｍ↑［２］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴少鹏，陈明宇，王虹，韩君，张园，张吉哲，束冬林，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]