碳纤维导电改性沥青混合料性能试验研究

摘要

相比传统的机械和化学等除冰雪方法，利用导电沥青混凝土的电热性能进行融雪化冰具有融雪及时、绿色环保、无需中断交通等优点，得到道路工程界越来越多的关注和应用。为此，本文将短切PAN基（聚丙烯腈基）碳纤维掺入SBS改性沥青混合料制备成碳纤维导电改性沥青混合料，以研究其电学性能和路用性能。
　　 (1)试验中选择将短切9mm长的碳纤维与SBS改性沥青同时加入拌和的方式成型改性沥青混合料。通过对不同碳纤维掺量c:0％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％的改性沥青混合料进行配合比设计，研究碳纤维掺量对混合料马歇尔体积指标、稳定度和流值的影响，并确定了不同碳纤维掺量的改性沥青混合料的最佳油石比，分别为5.22％、5.73％、5.91％、6.10％、6.26％、6.40％。
　　 (2)通过浸水马歇尔、冻融劈裂、车辙和低温小梁弯曲等室内试验，验证了不同碳纤维掺量的改性沥青混合料在其最佳油石比下的水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性等路用性能。结果表明，碳纤维的掺入对改性沥青混合料的路用性能有明显的改善效果，其中，碳纤维掺量为0.4％时，路用性能改善效果最佳。
　　 (3)根据复合材料导电理论，探讨了PAN基碳纤维导电改性沥青混合料的导电机理。选择二电极法分别在最佳油石比下对不同碳纤维掺量的马歇尔试件和车辙试件进行了电阻测试。结果显示，碳纤维导电改性沥青混合料马歇尔试件和车辙试件的渗滤阈值产生的碳纤维掺量范围分别为0.2％＜c＜0.5％、c≧0.4％。
　　 (4)对碳纤维掺量0.2％、0.3％、0.4％、0.5％的马歇尔试件和碳纤维掺量0.4％、0.5％的车辙试件分别进行了室内升温试验，结果表明碳纤维掺量0.4％的试件升温发热效率最高;对碳纤维掺量0.4％、0.5％的车辙试件进行了室内模拟除冰试验，结果显示，通36V交流电压后，碳纤维掺量0.4％、0.5％的车辙试件输入功率分别62.67W/m2、115.22W/m2，融化初始温度-5℃、厚度3～4mm的冰块分别耗时550min、400min，融冰效率分别为48.6％、36.4％，且两者的耗电量均小于0.1度。
　　 总之，碳纤维掺量为0.4％时，PAN基碳纤维导电改性沥青混合料的各项路用性能和导电性能最佳，可供工程应用参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究概况

1．3 主要研究内容

第二章 碳纤维导电改性沥青混合料配合比设计

2．1 原材料性能检验

2．2 碳纤维导电改性沥青混合料制备

2．3 碳纤维导电改性沥青混合料配合比设计

2．4 碳纤维掺量对最佳油石比下马歇尔试验指标的影响

2．5 小结

第三章 碳纤维导电改性沥青混合料路用性能试验

3．1 水稳定性

3．2 高温稳定性

3．3 低温抗裂性

3．4 小结

第四章 碳纤维导电改性沥青混合料电学性能试验

4．1 导电机理分析

4．2 电阻测试

4．3 通电升温试验

4．4 除冰效果模拟试验

4．5 小结

结论与展望

主要结论

研究与展望

参考文献

致谢

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