传导性沥青混凝土-导电沥青混凝土.ppt

传导性沥青混凝土-导电沥青混凝土.ppt

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导电沥青混凝土传导性沥青混凝土传导性沥青混凝土石墨炭黑碳纤维钢纤维冶金渣前言前言提纲提纲u研究背景研究背景u导电沥青混凝土的制备导电沥青混凝土的制备u导电沥青混凝土的性能导电沥青混凝土的性能u导电沥青混凝土的导电机理导电沥青混凝土的导电机理u导电沥青混凝土的机敏特性导电沥青混凝土的机敏特性广泛的应用前景导电混凝土屏蔽无线电干扰、防御电磁波金属阴极保护系统、接地装置道路融雪化冰、建筑物加热智能控制和监测、无损检测一、研究背景一、研究背景功能性融雪化冰清除法机械设备铲雪人工清除机械清除吹雪机除雪融化法化学融化热融化氯化物融雪剂环保型融雪剂红外线加热导电混凝土法电热丝法流体加热法一、研究背景一、研究背景一、研究背景一、研究背景融雪化冰方式类型优点缺点清除法人工清除法除雪交彻底效率低、影响交通、浪费人力机械清除法机械设备铲雪除雪面积大、速度快清除不彻底、影响交通、设备昂贵且闲置期长，经济效益差吹风机除雪除雪安全环保适用范围小、机械需求量大、费用高融化法化学融化法氯化物融雪剂材料来源广泛、价格便宜降低路面耐久性、污染环境环保融雪剂环保、融雪较氯盐快价格昂贵难以推广热融化法地热管法利用清洁能源、绿色环保融雪效率低，初期投资大红外线管加热自动融雪、易于控制升温过于迟缓且受外部风向的影响大，现已基本不用电热丝法不需变压器等服务设施、加热效果好电热丝易被行车荷载破坏，不易维修，限制了其应用流体加热法利用自然热水源或太阳能加热、绿色环保系统本身与安装价格昂贵、换热管道易渗漏而影响加热效果导电混凝土法绿色环保、融雪及时、无需中断交通要消耗电能，适宜于在机场、桥面等重要路段应用目前，世界各国主要通过撒盐（NaCl、CaCl2）来实现融冰化雪。

然而，撒盐法给混凝土桥梁结构和环境带来了许多负面效应。

世界上不少国家因使用除冰盐，已造成道路、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。

一、研究背景一、研究背景2003年，美国内布拉斯加州道路管理局在RocaSpurBridge上铺筑完成了世界上第一条用于融冰化雪的导电水泥混凝土桥面。

在经过5年的使用和跟踪调查之后，ChristopherY.Tuan等对各种融冰化雪方式的成本进行了对比分析。

一、研究背景一、研究背景结果表明：

导电水泥混凝土初始建造成本为635/m2，使用时的能源消耗为350W/m2，每场降雪的运行成本为0.76/m2，设计使用寿命为35年。

导电混凝土在未来有潜力成为最经济有效的道路融冰化雪方式。

一、研究背景一、研究背景一、研究背景一、研究背景1989年，美国的D.D.L.Chung发现将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中，电阻率变化与加载成一定的近似比例关系，可以使混凝土材料具有自感知内部应力、应变，并且电阻率变化的部分不可逆表明电阻率变化能够反映材料结构的损伤程度的功能。

一、研究背景一、研究背景一、研究背景一、研究背景在世界各国已建公路中，水泥混凝土路面所占比例逐渐缩小，沥青路面在世界各国已建公路中，水泥混凝土路面所占比例逐渐缩小，沥青路面已占已占80以上；我国高速公路总里程已超过以上；我国高速公路总里程已超过5.3万公里，其中万公里，其中90以上为沥青以上为沥青路面。

沥青路面对于行车具有油耗低、噪音小、抗滑性好、车辆磨损小等优路面。

沥青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。

广泛应用。

一、研究背景一、研究背景融雪化冰道路监测利利用用导导电电沥沥青青混混凝凝土土的的机机敏敏特特性性来来实实现现对对外外部部应应力力及及其其产产生生的的应应变变，甚甚至至内内部部结结构构损损伤伤的的自自诊诊断断。

导导电电沥沥青青混混凝凝土土良良好好的的导导电电性性能能使使其其在在接接通通外外部部电电源源后后，电电能能转转化化为为热热能能，产产生生足足够够的的热热量量使使沥沥青青路路面面升升温温，实实现现融融雪雪化化冰冰。

一、研究背景一、研究背景1968年，Mink首次报道了美国联邦航空局与超级石墨公司共同研制的石墨（25wt.%）改性沥青混凝土及其试验路情况：

六个实验段在两个冬季表现出了令人满意的融冰化雪效果，但电学性能的不稳定性（电阻率显著增加）制约了后期应用。

1998年Zaleski公布了两种不同石墨共同改性的导电沥青混凝土专利，其石墨掺量为10wt.25wt.。

一、研究背景一、研究背景一、研究背景一、研究背景新世纪优秀人才支持计划“结构自诊断沥青基复合材料”一、研究背景一、研究背景国家自然科学基金项目”融雪化冰用多相复合导电沥青混凝土的制备及服役行为研究“西部交通科技项目”融雪化冰用导电沥青混凝土桥面铺装技术研究“u研究背景研究背景u导电沥青混凝土的制备导电沥青混凝土的制备u导电沥青混凝土的性能导电沥青混凝土的性能u导电沥青混凝土的导电机理导电沥青混凝土的导电机理u导电沥青混凝土的机敏特性导电沥青混凝土的机敏特性提纲提纲二、导电沥青混凝土的制备二、导电沥青混凝土的制备石墨石墨钢渣钢渣纤维纤维导电相优选导电相优选矿料级配矿料级配沥青用量沥青用量制备制备根据级配理论与组成原理设计集料组成根据拟合公式修正体积性能，确定最佳沥青用量根据配伍性与协同效应，针对导电相的形状特征和导电率，调整掺入方式和掺配比例旋转压实成型试件，测定空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度马歇尔击实和车辙成型试件，测定常规路用性能二、导电沥青混凝土的制备二、导电沥青混凝土的制备石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。

每一网层间的距离为3.40埃，同一网层中碳原子的间距为1.42埃。

属六方晶系，具完整的层状解理。

石墨质软，黑灰色。

硬度为12，沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至35。

比重为1.92.3。

比表面积范围集中在120m2/g。

二、导电沥青混凝土的制备二、导电沥青混凝土的制备导电、导热性：

石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。

导热性超过钢、铁、铅等金属材料。

导热系数随温度升高而降低。

石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。

根据结晶形态不同，将天然石墨分为三类:

1、致密结晶状石墨2、鳞片石墨3、隐晶质石墨二、导电沥青混凝土的制备二、导电沥青混凝土的制备碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量在90%以上，是由人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化处理等工艺制成的，具有耐高温、耐磨、导电、导热及耐腐蚀等特性。

二、导电沥青混凝土的制备二、导电沥青混凝土的制备性能性能数值数值比重3.2-3.6密度,kg/m31600-1920孔隙率3%成成分分含含量量CaO40-52SiO210-19FeO10-40MnO5-8MgO5-10Al2O31-3P2O50.5-1S150100蜡含量（蒸馏法）（%）1.72.2闪点（）308260密度（15）（g/cm3）1.033实测溶解度%99.899.5RTFOT后质量变化（）0.080.8残留针入度比（25）（）6661残留延度（10）（cm）12.16二、导电沥青混凝土的制备二、导电沥青混凝土的制备导电相材料具有一定的吸油性,有一部分沥青被吸收到石墨的微孔中，并不参与填充矿料间隙率。

石墨用量与最佳沥青用量具有良好的线性关系，应用拟合公式修正体积性能后可采用Superpave指标进行评价。

Y为最佳沥青用量X为石墨用量二、导电沥青混凝土的制备二、导电沥青混凝土的制备美国Troxler公司4140-B旋转压实仪单板机操作板控制，液压加载；压实压力：

200-1000kpa可调；旋转角度：

0.50-200.020可调；旋转速度：

300.5转/分钟，固定；旋转次数：

1-999次，可调；模筒直径：

100mm，150mm可选；LD-168全自动沥青混合料拌合机拌和容量：

20升（导热油加热）控温范围：

常温300拌浆转速：

公转47圈/分自转76圈/分控温精度：

3控时范围：

0-100分钟二、导电沥青混凝土的制备二、导电沥青混凝土的制备沥青加热至沥青加热至160；集料加热至；集料加热至170；拌锅升温至；拌锅升温至180添加纤维，拌合添加纤维，拌合90s；添加沥青，拌合添加沥青，拌合90s；添加石墨和矿粉，拌合添加石墨和矿粉，拌合90s控制混合料温度控制混合料温度140装模旋转成型装模旋转成型标定旋转压实仪标定旋转压实仪脱模；编号脱模；编号试模加热至试模加热至105u研究背景研究背景u导电沥青混凝土的制备导电沥青混凝土的制备u导电沥青混凝土的性能导电沥青混凝土的性能u导电沥青混凝土的导电机理导电沥青混凝土的导电机理u导电沥青混凝土的机敏特性导电沥青混凝土的机敏特性提纲提纲三、导电沥青混凝土的性能三、导电沥青混凝土的性能导电沥青混凝土的导电性能导电沥青混凝土的导电性能导电沥青混凝土的路用性能导电沥青混凝土的路用性能三、导电沥青混凝土的性能三、导电沥青混凝土的性能导电沥青混凝土的电学性能导电沥青混凝土的电学性能电阻率表征了导体的导电性能，是材料的特征参数，其倒数电阻率表征了导体的导电性能，是材料的特征参数，其倒数是电导率。

是电导率。

导电性好的材料，电荷的载体主要存在于材料的内部，电流也是通过材料的内部而流动。

而对导电性能差的材料，其表面电荷载体移动所形成的电流已不能忽略，为了区别材料内部和表面的电流，分别将其称为体积电流和表面电流，相应部位的导电能力分别以体积电阻率和表面电阻率表征。

这里所指的电阻率均为体积电阻率。

为试件的电阻率；R为试件的电阻；S为试件横截面积；H为试件的高度。

三、导电沥青混凝土的性能三、导电沥青混凝土的性能高阻计,静电计6517A产地:

美国厂商:

美国吉时利KEITHLEY最高的电流测量灵敏度110-17A；最高的电阻（率）直接测量能力510-17；测量范围：

电流（10-1710-2A）；电压（10-6102/104V）；温度（-1901350）；电阻（10-11017）；电荷（10-1510-6C）；湿度（0.3%100%）三、导电沥青混凝土的性能三、导电沥青混凝土的性能1、石墨对沥青混凝土导电性能的改善优于炭黑。

2、石墨的临界体积分数为11.0%，由绝缘体转变为导电体。

三、导电沥青混凝土的性能三、导电沥青混凝土的性能1、碳纤维单位体积改善效果最好，临界体积掺量为5%。

2、掺加少量碳纤维可明显改善导电粉末填充沥青混凝土的导电性能。

三、导电沥青混凝土的性能三、导电沥青混凝土的性能三、导电沥青混凝土的性能三、导电沥青混凝土的性能2、碳纤维的体积临界掺量最低，少量纤维可明显改善导电性能。

通过降低石墨掺量，添加碳纤维，可以同时改善沥青混凝土的导电性能和路用性能。

3、炭黑、石墨和碳纤维在沥青混凝土中的掺量受到自身物理化学性能的制约。

炭黑的吸油性、石墨的润滑性及碳纤维的分散性分别限制了其在导电沥青混凝土的应用。

1、三种导电相材料的试验结果对比分析表明石墨单位体积对沥青混凝土导电性能改善效果良好，可作为导电沥青混凝土的主要导电相材料。

三、导电沥青混凝土的性能三、导电沥青混凝土的性能全自动马歇尔稳定度仪全自动马歇尔稳定度仪HM-3000主要技术指标:

最大加载25KN，精度0.01KN加载速率50.8mm/min主机具有存储功能，可存贮250组试验数据水损害是沥青路面的主要病害之一，沥青混合料的抗水损害是沥青路面的主要病害之一，沥青混合料的抗水损害能力是决定路面水稳定性的根本因素。

水损害能力是决定路面水稳定性的根本因素。

评价沥青与矿料的粘附性评价沥青混合料水稳定性浸水马歇尔试验评价抗水损害能力冻融劈裂试验三、导电沥青混凝土的性能三、导电沥青混凝土的性能MS0为试件的浸水残留稳定度（%）MS1为试件浸水48h后的稳定度（kN）MS为试件的稳定度（kN）三、导电沥青混凝土的性能三、导电沥青混凝土的性能TSR为冻融劈裂试验强度比（%）RT1为常规试件的劈裂抗拉强度（Mpa）RT2为冻融循环试件的劈裂抗拉强度（M