[发明专利]三相复合导电型抗冰冻沥青混合料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合导电相材料领域，尤其涉及三相复合导电型抗冰冻沥青混合料领域。

背景技术

目前，沥青路面是我国高速公路的主要路面型式，已在机场跑道、桥面铺装、高速公路、城市道路等主要道路中得到广泛应用，且在建各种路面工程中绝大部分也是采用沥青路面。但是我国大部分地区在冬季都存在冰冻现象，给道路畅通及行驶安全带来严重影响的问题也日益突出。冬季道路积雪结冰会使机场封闭停运，高速公路限行中断，甚至造成严重的交通事故，给人民生命财产安全和社会经济造成巨大的损失。我国南北地域跨度大，东北、西北和华北地区冬季气候环境恶劣，时常出现道路积雪结冰影响交通运输的情况。而南方地区冬季雨雪也较多，路面容易结冰，加之南方地区司机和北方地区司机驾驶习惯不同，在冰冻路面上没有谨慎驾驶意识，一旦路面冰冻，更容易出现交通事故。

如何及时、有效地解决路面的融雪化冰，对于保持道路畅通，提高交通安全具有非常重要的意义。目前国内外除雪方式主要有人工清除法、机械清除法和撒融雪剂法。人工清除法效率低且影响交通，机械清除法设备昂贵且闲置期长。撒融雪剂法是最常见且被广泛应用的方法，世界各国主要通过撤盐实现融冰化雪。然而，撒盐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、路面剥离破坏和环境污染等问题。世界上不少国家因使用除雪盐造成道路、桥梁的严重破坏，目前正在花费巨额费用进行修复，其经济损失十分巨大。

导电型抗冰冻沥青混合料是在普通沥青混合料中掺入适当类型和适宜掺量的导电性材料如石墨、碳纤维、钢纤维等导电性材料，利用马歇尔体积设计法设计矿料级配，确定最佳沥青用量，调整拌合工艺（包括石料、导电材料、沥青等的添加顺序，加热温度、拌合温度、击实温度等），使沥青混合料由绝缘材料转变为具有一定导电能力的新型复合材料。普通沥青的电阻率一般为10¹¹～10¹³Ω·m，导电性沥青的电阻率多在10～10³Ω·m。所以，当其与外部电源接通后，导电型抗冰冻沥青混合料会产生足够的热量，使沥青路面温度升高，冰雪融化。导电型抗冰冻技术用于路面融雪化冰具有融雪及时、无需中断交通和绿色环保等特点，尤其适用于桥梁、机场跑道、隧道进出口以及高速公路的弯道、坡路等重要地段。在未来有潜力成为最经济有效的道路融雪化冰方式。

导电型抗冰冻沥青混合料的使用，可以实现路面的及时、高效融冰化雪，有力地保障道路畅通及行驶安全，减少交通堵塞和交通事故，降低了因冰雪灾害造成的国民经济损失；并且能够杜绝除冰盐的使用，避免除冰盐对道路和环境的负面影响，满足绿色环保要求，实现国民经济的可持续发展。同时，利用导电沥青混凝土的电热效应，在寒冷季节对沥青混凝土路面进行加热，可以解决沥青路面的低温开裂问题；且利用导电型抗冰冻沥青混合料的机敏特性，通过电阻率的变化来感知内部应力、应变和损伤，可以实现沥青路面的结构自诊断功能。

混凝土导电技术已在水泥混凝土中得到很好的开发研究，并证明其在未来有潜力成为最经济有效的道路融冰化雪方式；同时，混凝土导电技术在沥青混凝土中的应用在技术论证和试验探索上已经证明可以实现，目前存在的问题是如何在不损伤沥青混凝土的路用性能的基础上最大限度的提高其电学性能，保证其路用性能的耐久性和电学性能的稳定性，满足沥青混凝土路面融雪化冰的要求。这必将足未来道路融雪化冰方式研究的热点之一。

但是目前采用的导电沥青混凝土还存在导电性能不稳定、力学性能及抗疲劳性能较差等问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，提出一种三相复合导电型抗冰冻沥青混合料及其制备方法，具有导电性能稳定、力学性能和抗疲劳性较好等优点。

本发明的技术方案是：一种三相复合导电型抗冰冻沥青混合料，它包含粗集料、细集料、矿粉、沥青，还添加了导电材料，添加的导电材料为石墨、碳纤维和钢渣三种，以重量百分比计，各组分组成为：

石墨：15%-20%；

碳纤维：0.2%-0.5%；

钢渣：15%-55%；

沥青：3.0-6.0%；

矿粉：1-6%；

集料：余量。

所述的石墨密度为2.1-2.3g/cm³,粒径0.10-0.20mm，碳含量≥95%wt，铁含量≥0.01%wt。

所述的碳纤维：单丝直径0.010-0.015mm，碳含量≥90%wt。

所述钢渣中FeO占24.5％wt～26%wt，吸水率≤3.2%wt。