导电沥青混凝土的导电机理研究

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1、广东建材2011年第6期水泥与混凝土导电沥青混凝土的导电机理研究舒明洋(南昌大学建筑工程学院)摘要：在普通沥青混凝七中掺入导电相材料，可以制备出导电性能优良，用于路面融雪除冰的沥青路面材料。以不同导电相(石墨、碳纤维、炭黑)作为导电材料，以沥青混合料为基体，配置导电沥青混凝土路面材料，研究其导电机理。试验研究表明导电沥青混凝土的电阻率随着导电相材料种类以及掺苣的不同而变化，可以用于融化路面冰雪，有效地抵制冰雪灾害对于交通运输的／fi利影响。关键词：导电沥青混凝土；石墨；导电机理冬季路面积雪结冰会导致交通堵塞和

2、行车安全性降低，甚至造成高速公路、机场等封闭，给交通运输带来不便。一直以来，人们都在寻求行之有效的融雪化冰方法[1-刭。近年来，各国学者均开展了利用导电水泥混凝土进行融雪除冰的研究，并取得一定成果m】。但目前大多数高速公路路面、桥面以及机场道面均为舒适、安全的沥青混凝土铺装层，因此，对于导电沥青混凝土研究具有积极的现实意义。沥青混凝土是良好的绝缘体且它的阻值可以达到10培Q·cm。但是通过往普通沥青混凝土中添加一些导电物质如石墨粉、碳纤维、以及高炉炭黑，可以制备出导电沥青混凝土，它的导电性能发生了质的变化降至

3、102Q·cm甚至更低【州。它良好的导电性能和路用性能可以将其应用于路面、桥面或者机场跑道结构中，用于结构的融雪化冰，从而有效地降低了冬季路面积雪结冰对行车方便和安全的影响。进而对导电混凝土的导电机理和融雪化冰的研究，具有非常广阔的应用前景[7]o以石墨为导电相材料制备导电沥青混合料，通过改变导电相材料的种类和掺量研究导电沥青混合料电学性能变化规律及其导电机理。1实验1．1原材料文中所用沥青为加德士产的70号沥青，集料为玄武石碎石，矿粉为石灰岩磨细石粉，其各项性能指标均符合(JTJ052-2000)要求。碳纤

4、维为辽宁鞍山东亚碳纤维有限公司产的纤维有限公司生产的短切沥青基碳纤维，石墨粉为河北邢台矿业有限公司生产的鳞片状石墨，碳黑由上海卡博特炭黑公司生产的乙炔炭黑。1．2导电沥青混凝-+-Vl备工艺首先设计AC-IB沥青混合料，再利用导电相材料取代部分矿粉，作为一种填料加入沥青混合料中，为保持沥青混合料中粗集料的相互嵌挤效应，文中采用体积掺量作为导电相材料掺杂标准，以保证沥青混合料的矿料间隙率，然后利用马歇尔试验法确定最佳油石比，最后在加入石墨后，混合料必须充分拌和均匀。1．3电阻测试方法试件成型后，用ESCORT3

5、146A型台式万用表测量试件的电阻。1．4室内试验图1所示测试装置，导电沥青混凝土尺寸为：30cmX30cm×5cm。室内电热性能测试在DR-2B型标准环境箱内进行，温度调节范围为一40～100℃，在导电试件下部设置绝热层，以阻止热量向下传导，提高加热效率网。利用可调电源输入交流稳定电压，利用热电阻温度测试系统监测温度变化状况。图1室内实验示意图2导电沥青混凝土的电学}生能及机理探讨导电沥青混凝土电学性能的改善主要依靠添加导电相材料，因此导电相材料的掺量和种类将对其导电性能产生决定性的影响。石墨、碳纤维和炭黑

6、分别作为唯一的导电相材料，其掺量的大小对导电沥青混凝土的电学性能影响很大。分别考察不同石墨、碳纤维和炭黑掺量下，导电沥青混凝土的电学性能。吴少鹏，磨炼同等人试验研究结果[9】一15—水泥与混凝土广东建材2011年第6期表1石墨体积掺量与电阻率的关系石墨掺量(％)电阻率(Q·m)53．80×1010101．01×105156．03×1022043．35255．67303．36表2碳纤维体积掺量与电阻率的关系碳纤维掺置(％)电阻率(Q·m)12×101021．01×10]o35．0×10941，01x108579

7、4067917158表3炭黑体积掺量与电阻率的关系炭黑掺量(％)电阻率(Q·m)53．4×10lo107．3×109152．4×104203．O×1032553130150列于表1、表2和表3。由于不同石墨、碳纤维和炭黑掺量下导电沥青混凝土电阻率的数据相差很大，本文采用电阻率的对数log对石墨、碳纤维和炭黑的掺量作图进行对比分析，如图1、图2和图3所示。三种导电相材料体积掺量与电阻率的关系曲线有许多共同之处：随着石墨、碳纤维和炭黑掺量的不断增加，导电沥青混凝土的电阻率不断下降，并出现如图1、2和3所示的电学性

8、能变化规律，例如当石墨掺量小于10％时，导电混凝土试块的电阻率降低并不明显，而且仍然处于很高的状态，此时导电沥青混合料处于绝缘状态。当石墨掺量达到10％，--20％之间时，导电沥青混凝土试块的电阻率呈现出一个急剧下降的过程，电阻率由1．0l×109Q·m降低至43．35Q-m，导电沥青混合料开始由绝缘体向半导体转变。随着石墨掺量的继续增加，电阻率变化率相对减小，当石墨掺量达到30％时，电阻率已下降到