CN101701445A - 具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅 - Google Patents
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Abstract
公开了一种具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅，所述的土工格栅由玄武岩纤维、碳纤维束、改性沥青、丙烯酸乳液或耐高温热固性树脂等材料复合而成。所提供的土工格栅不仅具有加筋加强作用，同时具有电热效应的功能特性，构造简单，制造成本低、施工简便，安全可靠。主要用于混凝土路面、机场跑道的融雪化冰。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅，属于新型复合材料技术领域。
背景技术
冬季气候条件恶劣的地区，常常由于道路的结冰或积雪过厚而造成交通拥堵，甚至出现交通瘫痪的状况。机械除雪、人工除雪、撒融雪盐、喷水除冰等目前主要采用的道路除冰融雪方法具有事后性，很难保证路面冰雪的及时清除，较长时间冰雪天气时冰雪越积越厚，以致机场、高速公路、铁路道叉、桥梁冰雪越积越厚，被迫关闭，严重时可导致交通大动脉的瘫痪。并且，融雪盐还会造成水源污染、钢筋锈蚀和混凝土盐冻破坏等。因此，为提高我国桥梁、高速公路、机场跑道等重要交通基础设施抗冰冻灾害能力，迫切需要采用自动热控道路融冰雪新方法。
自动热控融雪方式主要有循环热流体方法、电热电缆加热、导电混凝土和导电沥青加热等。美国、日本、瑞士、冰岛、挪威、波兰等国建立了若干循环热流体融雪化冰示范工程，实现了季节性蓄能再利用，即将夏季的太阳能蓄热在地下，冬季时用于融雪。如瑞士A8高速公路Darligen桥的Serso热融雪实验工程、挪威首都奥斯陆Gardermoen机场停机坪热循环流体融雪化冰系统、日本二户市的Gaia工程等。美国内布拉斯加州的77号公路上的RocaSpur桥是世界上第一座在部分桥面上铺设导电混凝土融雪的桥梁，铺设面积为306m2，导电混凝土层厚度为102mm。通电时路面平均温度比周围空气温度要高10℃左右，能成功将冰雪融化。美国Superior Graphite公司开发了导电沥青融雪系统，应用于芝加哥O’Hare机场的出租车车道等场所。2007年1月，国内首座电热融雪桥——哈尔滨文昌高架桥投入使用。该桥设计坡度大，冬季下雪后汽车爬坡困难。为此耗资200余万元从丹麦引进了电加热温控融雪技术，在上桥处匝道的部分地面下铺设电热电缆线，总铺设面积为1760m2，专门用于融化引桥匝道处的积雪。
尽管各种自动热控融雪方式已在工程上成功有应用，但每种方式还存在许多缺点：采用循环热流体加热路面需要在路面内埋设密集的管线，将会削弱路面的强度，内埋管线的腐蚀、渗漏等不便维护。电热电缆虽然安装简单，但电热电缆外保护层比较厚，导热性差，影响了发热效率；另外，有些电热电缆采用有机导电复合材料制成，这类材料在复杂现场使用条件下的长期稳定性还缺少研究。导电混凝土和导电沥青发热层本身质量较大，发热速度较慢，蓄热较大。由于沥青本身不导电，制备导电沥青需要添加大掺量的导电填料，分散导电填料的难度较大，并削弱了沥青的力学性能。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种构造简单、制造成本低、施工简便，安全可靠的具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅。该土工格栅主要将电能转化成热能，达到混凝土路面融雪化冰的目的。
为实现以上的技术目的，本发明采取以下的技术方案：
一种具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅，所述的土工格栅由玄武岩纤维、碳纤维束、改性沥青、丙烯酸乳液或热固性树脂等材料复合而成。
所述的碳纤维作为电热元件，将其用改性沥青、丙烯酸乳液或耐高温热固性树脂粘贴在玄武岩纤维土工格栅经线或纬线上，所述的改性沥青、丙烯酸乳液或耐高温热固性树脂同时起绝缘作用。
所述的碳纤维作为电热元件，也可将其与玄武岩纤维一起编织，与改性沥青、丙烯酸乳液或耐高温热固性树脂复合成为格栅。格栅的经线或纬线为双层纤维结构，下层为玄武岩纤维起隔热和保护碳纤维作用，上层为连续碳纤维。
所述的碳纤维作为电热元件，在碳纤维束从格栅引出处套5～10cm长的保护套管，以避免该处碳纤维束折断。
所述的碳纤维作为电热元件，在碳纤维束两端夹铜制接线头，碳纤维束以并联的方式连接在铜或镀锌电极板上，采用交流或直流供电，电压为36V。
所述的碳纤维作为电热元件，通过控制格栅单位面积中的碳纤维束根数，得到所需要的电热功率。
所述的玄武岩纤维土工格栅由连续玄武岩纤维与改性沥青、丙烯酸乳液或耐高温热固性树脂复合而成。
根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：
1.本发明具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅不仅具有电热效应的功能特性，而且其本身具有较高的抗拉强度及较低的延伸率，用于路面层可降低弯沉，减少车辙，推迟裂纹出现时间，可减少结构厚度。在混凝土中可以增强抗弯折能力，延长路面抗疲劳寿命。
2.与循环热流体方法、电热电缆加热、导电混凝土和导电沥青加热方式相比，本发明复合土工格栅构造简单、制造成本低、在混凝土中容易施工，安全可靠，耐久性好，灵活性强。
附图说明：
图1是具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅示意图。
其中：1-保护套管 2-玄武岩纤维格栅 3-碳纤维束 4-接线头
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不应理解为对本发明的限制。
实施例1：采用台塑集团生产的台丽连续碳纤维，先在碳纤维束表面涂环氧树脂(牌号为：E-44)，待环氧树脂未完全固化时粘贴在网孔尺寸为25mm×25mm的玄武岩纤维土工格栅(由浙江石金玄武岩纤维有限公司生产)的纬纱上。并在碳纤维束伸出格栅处套上长约5cm的编织塑料套管，以避免碳纤维在伸出格栅处折断。最后在碳纤维两端连接铜接线头，固定在铜板电极上。
将其用于制造的电热路面构造如下：按C30混凝土配制复合路面下层，配合比为：水泥∶水∶砂∶碎石＝1∶0.4∶1.23∶3。水泥为华新水泥股份公司生产的42.5普通硅酸盐水泥；砂为本地普通河砂；粗集料为本地产碎石(粒径为20～40mm)。将配好的水泥、砂、碎石和水在搅拌机中搅拌约3～5min，待搅拌均匀后用振动棒振捣密实，复合路面下层厚度为16cm。捣实抹平后在上面铺一层玄武岩纤维布或玻璃纤维布用作隔热层，纤维布上下抹水泥砂浆，总厚度1cm。玄武岩纤维布或玻璃纤维布导热系数较混凝土低，减缓了向下的传热速率，一定程度上减少向下传递的热量。然后再铺设玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅，最后在格栅上铺C30混凝土，厚度约4cm。
在环境温度为-13℃～-16℃的条件下，在600W/m2、500W/m2、400W/m2电功率作用下路面温度达到2℃所需时间分别为198min、243min、280min。在300W/m2功率作用时，需持续通电660min后路面温度才达到1.8℃。在环境温度为-15℃的条件时，在500W/m2电功率下，通电480min左右后，3mm厚的冰层基本化完。
Claims (7)
1.一种新型具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅，其特征是所述的土工格栅采用玄武岩纤维、碳纤维束、改性沥青、丙烯酸乳液或耐高温热固性树脂等材料复合而成。
2.根据权利要求1所述的新型具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅，其特征是碳纤维束作为电热元件，将其用改性沥青、丙烯酸乳液或耐高温热固性树脂粘贴在玄武岩纤维土工格栅的经纱或纬纱上，所述的改性沥青、丙烯酸乳液或耐高温热固性树脂同时起绝缘作用。
3.根据权利要求1所述的新型具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅，其特征是碳纤维作为电热元件，也可将其与玄武岩纤维一起编织，与改性沥青、丙烯酸乳液或耐高温热固性树脂复合成为格栅，格栅的经纱或纬纱为双层纤维结构，下层为玄武岩纤维起隔热和保护碳纤维作用，上层为连续碳纤维。
4.根据权利要求1所述的新型具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅，其特征是碳纤维束作为电热元件，在碳纤维束从格栅引出处套5～10cm长的保护套管，以避免在该处碳纤维束折断。
5.根据权利要求1所述的新型具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅，其特征是碳纤维束作为电热元件，在碳纤维束两端夹铜制接线头，碳纤维束以并联的方式连接在铜或镀锌电极板上，采用交流或直流供电，电压为36V。
6.根据权利要求1所述的新型具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅，其特征是碳纤维作为电热元件，通过控制格栅单位面积中的碳纤维束根数，得到所需要的电热功率。
7.根据权利要求2所述的一种新型具有电热功能的玄武岩纤维-碳纤维复合土工格栅，其特征是玄武岩纤维土工格栅由连续玄武岩纤维与改性沥青、丙烯酸乳液或耐高温热固性树脂复合而成。
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