CN108726935A - 导电稀浆封层材料及其制备方法与摊铺工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导电稀浆封层材料及其制备方法与摊铺工艺，属于道路工程领域。该导电稀浆封层材料的组成(质量比)为：集料掺量为65％～85％，石墨掺量为3％～8％，碳纤维产量为0.5％～2％，乳化沥青掺量为2.5％～5％，水的掺量为2％～6％，水泥的掺量为0.5％～1％，环氧树脂胶A、B组分的掺量为2％～4％。所用的集料的粒径为2.36～4.75mm。导电稀浆封层材料在施工时的铺装厚度为6～8mm。本发明提供的导电稀浆封层材料具有高发热效率，便于施工，适用于新建道路和旧路面的导电融雪除冰结构层的铺设，提高冬季道路行车安全。

Description

导电稀浆封层材料及其制备方法与摊铺工艺
技术领域
本发明涉及一种具有导电功能的稀浆封层的材料设计与制备方法，主要用于道路工程领域，具体为导电稀浆封层材料及其制备方法。
背景技术
冬季路面结冰积雪会给道路畅通和行车安全带来严重的不良影响。结冰路面汽车制动距离是干燥路面的6～7倍，且易造成车辆打滑或侧翻。在所有的交通安全事故中，路面积雪结冰时的事故是干燥路面的5～10倍。有资料显示，沥青路面在干燥状态下附着系数约为0.6，而在积雪状态下路面附着系数为0.2，在结冰状态下道路的路面附着系数仅为0.15。因此，在冰雪路面上汽车容易发生打滑、跑偏等现象，制动距离显著延长，车辆的操作稳定性和安全性显著降低，交通事故发生率较高。
对于路面结冰积雪的处理，目前常用的方法主要有如人工清扫、机械清除、撒盐融化、撒砂抗滑等被动技术措施。其中人工清扫的方法可以比较有效地除去路面冰冻，但是耗费人力很大，而除冰的效率却很低，除冰的同时还要限制车辆的行驶，只适用于需要重点清除路段。大型除雪机械的操作和运行在特殊路段比如桥梁、匝道、长大纵坡、山地区域等具有一定的局限性。而且国内生产的铲雪机功能单一，设备利用率低；国外多功能综合性的除冰雪机械价格昂贵，经济效益较差。虽然，撒布融雪剂在一定条件下可以有效清除道路冰雪，改善道路安全状况，提高道路运输效率。但是，醇类融雪剂的除冰雪效果受环境温度影响较大，并具有反结冰现象。一旦环境温度下降，被融化的积雪会再冻结成冰，且如果降雪量过大，融雪剂自身很难快速溶解、融化，使得路面更滑，交通安全更加堪忧，同时还导致综合成本大幅升高。因此实现路面积雪结冰自动、及时清除，已经成为保障交通通畅和行车安全的迫切需要和必然要求。目前研究较为广泛的导电沥青混凝土技术、预埋发热电缆技术都需要对路面进行整体加热，能耗大、热效率较低且施工较为复杂，同时难以适用于大量已建路面。
综上，急需提出一种便于施工，成本较低，发热效率较高的表层导电生热结构层。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种导电稀浆封层材料及其制备方法与摊铺工艺。
为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：
一种适用于新建与改建沥青路面的导电稀浆封层材料，包括如下质量百分比的组分：
骨料掺量为65％～85％，
石墨粉掺量为3％～8％，
短切碳纤维掺量为0.5％～2％，
乳化沥青掺量为2.5％～5％，
水的掺量为2％～6％，
水泥的掺量为0.5％～1％，
水性环氧树脂A、水性环氧树脂B组分的共同掺量为2％～4％，水性环氧树脂胶A、水性环氧树脂B的比例为1:1。
其中，水性环氧树脂A、水性环氧树脂B作为刚度增强组分，石墨粉与碳纤维作为导电相组分。
进一步，骨料采用粒径为2.36～4.75mm的集料，作为举例而非限定，集料可以选用粒径2.36～4.75mm的玄武岩或石灰岩或耐磨耗的黑刚玉等。
进一步，石墨粉的粒径为500目～2000目。
进一步，短切碳纤维的长度为2～4mm。
本发明还提供一种导电稀浆封层材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)首先将石墨粉加入水性环氧树脂A组分中并充分搅拌90秒；
(2)然后将短切碳纤维加入水性环氧树脂B组分中并充分搅拌90秒；
(3)接着将水泥加入集料中并加入一定量的水中快速搅拌90秒，使水泥与集料表面充分湿润并且分散均匀，然后加入一定量的乳化沥青快速搅拌90秒达到稀浆状态，得到稀浆状态的乳化沥青混合料；
(4)最后将步骤(1)得到的加入石墨粉的水性环氧树脂A组分与步骤(2)得到的加入短切碳纤维的水性环氧树脂B组分混合，并搅拌90秒使之分散均匀，得到混合液，然后将混合液全部加入到步骤(3)得到的稀浆状态的乳化沥青混合料中，并且搅拌120秒使各组分达到充分混合，得到导电稀浆封层材料。为了防止导电稀浆封层材料发生固化，该导电稀浆封层材料在制备好之后的10分钟内应尽快用于路面摊铺。
上述步骤中，各组分均按照配比添加。
本发明还提供一种导电稀浆封层材料的摊铺工艺，包括如下过程：
(1)首先清扫路面使路面保持清洁；
(2)将铜片电极的表面进行打磨；
(3)将水性环氧树脂A、水性环氧树脂B以1:1的比例配置成环氧树脂胶水；本发明中，作为胶水来粘铜片电极的环氧树脂胶水除了可以采用水性环氧树脂外，还可以采用普通E51环氧树脂。
(4)然后将步骤(3)制备的环氧树脂胶水涂覆在路面表面；
(5)在步骤(4)涂覆好环氧树脂胶水的路面上贴上步骤(2)中表面经打磨后的铜片电极，使之与环氧树脂胶水充分粘结；
(6)将本发明制备的导电稀浆封层材料在步骤(5)中粘贴有铜片电极的路面上进行摊铺，并形成导电稀浆封层。
进一步，综合考虑通电加热的需要和减小接触电阻的影响，步骤(2)所述铜片电极的宽度选择为1cm。
进一步，步骤(4)中环氧树脂胶水沿行车方向涂覆在路面两侧边缘，涂覆长度、宽度与铜片电极的长度、宽度保持一致。
进一步，步骤(6)中导电稀浆封层材料摊铺时的摊铺厚度为6～8mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)相比于传统热拌导电沥青混凝土，导电稀浆封层材料的成型和摊铺均可在常温下进行，能够减小能量消耗，有利于资源节约和环境保护；
(2)相比于普通全厚式导电沥青混凝土(4cm～10cm)，导电稀浆封层的铺设厚度为6～8mm,能够有效提高加热效率，减小热量损失，同时可以降低建设成本；
(3)导电稀浆封层的工程应用范围较广，适用于新建路面和旧路面的融冰除雪功能性改造，用于旧路面时还可恢复路面的抗滑性能。
(4)以石墨和碳纤维作为导电相材料形成导电通路保证其导电生热功能，同时以乳化沥青和水性环氧树脂作为粘结材料，有效提高导电稀浆封层的强度和耐久性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的导电稀浆封层铺装示意图；
图2为本发明实施例提供的导电稀浆封层的制备及施工流程图。
附图标记说明
1-导电稀浆封层，2-铜片电极，3-路面结构，4-铜丝导线
具体实施方式
下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供的导电稀浆封层材料及其制备方法与摊铺工艺的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚。
需要说明的是，本发明的实施例有较佳的实施性，并非是对本发明任何形式的限定。本发明实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本发明优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本发明实施例所属技术领域的技术人员所理解。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
本发明的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，并非是限定本发明可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本发明各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
原料准备：
(1)环氧树脂
选用水性环氧树脂，由A、B两组分构成，其中A为环氧树脂乳液，B为固化剂，两者掺加的质量比为1:1。
(2)石墨粉
拌和前将石墨粉置于60℃烘箱中保存2～4小时，使石墨保持干燥且均匀分散。
(3)短切碳纤维
选用短切碳纤维，长度在2～4mm为了保证碳纤维能够均匀分散，将碳纤维置于60℃烘箱中保存2～4小时保持表面干燥和均匀分散。
(4)乳化沥青
采用普通改性乳化沥青，破乳时间2分钟以上，以保证足够的拌和时间。
(5)集料
集料选用粒径2.36～4.75mm的玄武岩或石灰岩或耐磨耗的黑刚玉等，保持表面清洁无杂物。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种导电稀浆封层材料，其组分及各组分质量百分数配比如下：
2000目石墨粉：2mm短切碳纤维：水性环氧树脂A：水性环氧树脂B：乳化沥青：水泥：水：粒径为3mm的黑刚玉集料＝4％：0.5％：3％：3％：4％：0.5％：2％：83％。
本实施例导电稀浆封层材料的制备，包括如下步骤：
(1)首先取8g 2000目石墨粉加入6g水性环氧树脂A组分中并充分搅拌90秒；
(2)然后将1g 2mm短切碳纤维加入6g水性环氧树脂B组分中并充分搅拌90秒；
(3)接着将1g水泥加入166g粒径为3mm的黑刚玉集料中并加入4g水然后快速搅拌90秒，使水泥与集料表面充分湿润并且分散均匀，然后加入8g乳化沥青快速搅拌90秒达到稀浆状态，得到稀浆状态的乳化沥青混合料；
(4)最后将步骤(1)得到的加入石墨粉的水性环氧树脂A组分与步骤(2)得到的加入短切碳纤维的水性环氧树脂B组分混合，并搅拌90秒使之分散均匀，得到混合液，然后将混合液全部加入到步骤(3)得到的稀浆状态的乳化沥青混合料中，并且搅拌120秒使各组分达到充分混合，得到导电稀浆封层材料。
本实施例导电稀浆封层材料的摊铺工艺，包括如下过程：
(1)制作标准车辙板试件(300mm×300mm×50mm)然后切割成6个尺寸相同的长方体(300mm×50mm×50mm)条状试块，清扫表面并保持表面清洁；
(2)将铜片电极的表面进行打磨；
(3)将水性环氧树脂A、水性环氧树脂B以1:1的比例配置成环氧树脂胶水；
(4)然后将步骤(3)制备的环氧树脂胶水涂覆在步骤(1)切割好的条状试件的上表面两侧需要贴铜片电极的地方，两侧的涂覆面积为30cm2(1cm×30cm)；
(5)在步骤(4)涂覆好环氧树脂胶水的条状试件上贴上步骤(2)中表面经打磨后的铜片电极(1cm×30cm)，使之与环氧树脂胶水充分粘结；
(6)将本发明制备的导电稀浆封层材料在步骤(5)中粘贴有铜片电极的路面上进行摊铺，形成导电稀浆封层。
进一步，步骤(2)所述铜片电极的宽度为1cm。
进一步，步骤(4)中环氧树脂胶水沿行车方向涂覆在路面两侧边缘，涂覆长度、宽度与铜片电极的长度、宽度保持一致。
进一步，步骤(6)中导电稀浆封层材料的摊铺厚度为8mm。
对按照上述摊铺工艺形成的导电稀浆封层进行导电性能测试。电阻率定义为：
式中，ρ-电阻率，单位为Ω·m；
S-材料横截面积，单位为m2；
R-电阻值，单位为Ω；
L-材料的长度，单位m；
在本实施例中，导电稀浆封层的长度为300mm,宽度为50mm，高度为8mm。电阻R的测试结果与采用上式求得的电阻率如表1所示。由表1中6次平行试验的结果来看，该配比下的导电稀浆封层的电阻率平均值为0.078Ω·m，说明该导电稀浆封层具备一定的导电生热功能。
表1.实施例1导电性能测试结果
测试次数 电阻(Ω) 电阻率(Ω.m)
1 60 0.08
2 75 0.10
3 83 0.11
4 53 0.07
5 45 0.06
6 38 0.05
实施例2
一种导电稀浆封层材料，其组分及各组分质量百分数配比如下：
2000目石墨粉：2mm短切碳纤维：水性环氧树脂A：水性环氧树脂B：乳化沥青：水泥：水：粒径为3mm石灰岩集料＝5％：1％：3％：：3％：4％：0.5％：2％：81.5％
本实施例导电稀浆封层材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)首先取10g石墨粉加入6g水性环氧树脂A组分中并充分搅拌90秒；
(2)然后将2g 2mm短切碳纤维加入6g水性环氧树脂B组分中并充分搅拌90秒；
(3)接着将1g水泥加入163g粒径为3mm的石灰岩集料中并加入4g然后快速搅拌90秒，使水泥与集料表面充分湿润并且分散均匀，然后加入8g乳化沥青快速搅拌90秒达到稀浆状态，得到稀浆状态的乳化沥青混合料；
(4)最后将步骤(1)得到的加入石墨粉的水性环氧树脂A组分与步骤(2)得到的加入短切碳纤维的水性环氧树脂B组分混合，并搅拌90秒使之分散均匀，得到混合液，然后将混合液全部加入到步骤(3)得到的稀浆状态的乳化沥青混合料中，并且搅拌120秒使各组分达到充分混合，得到导电稀浆封层材料。
本实施例导电稀浆封层材料的摊铺工艺，包括如下过程：
(1)制作标准车辙板试件(300mm×300mm×50mm)然后切割成6个尺寸相同的长方体(300mm×50mm×50mm)条状试块，清扫表面并保持表面清洁；
(2)将铜片电极的表面进行打磨；
(3)将水性环氧树脂A、水性环氧树脂B以1:1的比例配置成环氧树脂胶水；
(4)然后将步骤(3)制备的环氧树脂胶水涂覆在步骤(1)切割好的条状试件的上表面两侧需要贴铜片电极的地方，两侧的涂覆面积为30cm2(1cm×30cm)；
(5)在步骤(4)涂覆好环氧树脂胶水的条状试件上贴上步骤(2)中表面经打磨后的铜片电极(1cm×30cm)，使之与环氧树脂胶水充分粘结；
(6)将本发明制备的导电稀浆封层材料在步骤(5)中粘贴有铜片电极的路面上进行摊铺，形成导电稀浆封层。
进一步，步骤(2)所述铜片电极的宽度为1cm。
进一步，步骤(4)中环氧树脂胶水沿行车方向涂覆在路面两侧边缘，涂覆长度、宽度与铜片电极的长度、宽度保持一致。
进一步，步骤(6)中导电稀浆封层材料的摊铺厚度为8mm。
对按照上述摊铺工艺形成的导电稀浆封层进行导电性能测试。电阻率定义为：
式中，ρ-电阻率，单位为Ω·m；
S-材料横截面积，单位为m2；
R-电阻值，单位为Ω；
L-材料的长度，单位m；
在本实施例中，导电稀浆封层结构层的长度为300mm,宽度为50mm，高度为8mm。电阻R的测试结果与采用上式求得的电阻率如表2所示。由表2中6次平行试验的结果来看，该配比下的导电稀浆封层的电阻率平均值为0.018Ω·m，说明该导电稀浆封层具备一定的导电生热功能。
表2.实施例2导电性能测试结果
测试次数 电阻(Ω) 电阻率(Ω.m)
1 17 0.022
2 16 0.021
3 12 0.016
4 13 0.017
5 14 0.018
6 12 0.016
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种导电稀浆封层材料，其特征在于：包括如下质量百分比的组分：
骨料掺量为65％～85％，
石墨粉掺量为3％～8％，
短切碳纤维掺量为0.5％～2％，
乳化沥青掺量为2.5％～5％，
水的掺量为2％～6％，
水泥的掺量为0.5％～1％，
水性环氧树脂A、水性环氧树脂B组分的共同掺量为2％～4％，水性环氧树脂胶A、水性环氧树脂B的比例为1:1。
2.根据权利要求1所述的导电稀浆封层材料，其特征在于：所述骨料采用粒径为2.36～4.75mm的集料。
3.根据权利要求2所述的导电稀浆封层材料，其特征在于：所述集料选用粒径2.36～4.75mm的玄武岩，或石灰岩，或耐磨耗的黑刚玉。
4.根据权利要求1所述的导电稀浆封层材料，其特征在于：所述石墨粉的粒径为500目～2000目。
5.根据权利要求1所述的导电稀浆封层材料，其特征在于：所述短切碳纤维的长度为2～4mm。
6.如权利要求1所述的导电稀浆封层材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先将石墨粉加入水性环氧树脂A组分中并充分搅拌90秒；
(2)然后将短切碳纤维加入水性环氧树脂B组分中并充分搅拌90秒；
(3)接着将水泥加入集料中并加入一定量的水中快速搅拌90秒，使水泥与集料表面充分湿润并且分散均匀，然后加入一定量的乳化沥青快速搅拌90秒达到稀浆状态，得到稀浆状态的乳化沥青混合料；
(4)最后将步骤(1)得到的加入石墨粉的水性环氧树脂A组分与步骤(2)得到的加入短切碳纤维的水性环氧树脂B组分混合，并搅拌90秒使之分散均匀，得到混合液，然后将混合液全部加入到步骤(3)得到的稀浆状态的乳化沥青混合料中，并且搅拌120秒使各组分达到充分混合，得到导电稀浆封层材料。
7.如权利要求1所述的导电稀浆封层材料的摊铺工艺，其特征在于，包括如下过程：
(1)首先清扫路面使路面保持清洁；
(2)将铜片电极的表面进行打磨；
(3)将水性环氧树脂A、水性环氧树脂B以1:1的比例配置成环氧树脂胶水；
(4)然后将步骤(3)制备的环氧树脂胶水涂覆在路面表面；
(5)在步骤(4)涂覆好环氧树脂胶水的路面上贴上步骤(2)中表面经打磨后的铜片电极，使之与环氧树脂胶水充分粘结；
(6)将所述导电稀浆封层材料摊铺在步骤(5)中粘贴有铜片电极的路面上，并形成导电稀浆封层。
8.根据权利要求7所述的摊铺工艺，其特征在于：步骤(2)所述铜片电极的宽度选择为1cm。
9.根据权利要求7所述的摊铺工艺，其特征在于：步骤(4)中，环氧树脂胶水沿行车方向涂覆在路面两侧边缘，涂覆长度、宽度与铜片电极的长度、宽度保持一致。
10.根据权利要求7所述的摊铺工艺，其特征在于：步骤(6)中，导电稀浆封层材料的摊铺厚度为6～8mm。
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