一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法

2023-06-04 22:41:26 2

專利名稱：：一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法
技術領域：
：本發明屬於材料科學與工程領域，具體涉及一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法。
背景技術：
：導電混凝土是近年來材料領域研究的熱點，這種混凝土本身可以導電而不需要埋設傳感器件，對路面的結構不會產生不良影響。可利用其應變、破壞、溫度的自我傳感能力。用於建築結構的振動控制、交通管理、載重測量、建築安全等；同時利用電熱效應可對自身加熱，此功能可廣泛應用於道路融雪除冰。但是，已有研究主要集中於水泥混凝土材料。關於導電瀝青混凝土的研究報導還較少。導電SMA混合料是在瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA混合料)中摻入導電相材料，使其具有優良的電學性能。普通混凝土是電的不良導體。目前導電混凝土的主要是通過混凝土內導電相材料的相互接觸來導電的。國內外用於製作導電混凝土的導電組分主要有碳纖維、石墨粉、碳粉、焦碳、鋼纖維及鋼屑等。但是這些導電相材料都存在自身的不足。已有的研究發現碳纖維是一種良好的導電相材料，但是碳纖維價格昂貴，成本太高，在混凝土中很難分散均勻，容易結絮成團；石墨粉也是一種良好的導電相材料，但是石墨的層狀結構導致加入石墨對導電混凝土的性能有影響，同時也存在難以分散均勻的問題；碳粉、焦碳局限於自身的導電性能對混凝土導電性能的改善效果不如石墨粉明顯，亦與石墨粉一樣存在分散均勻問題，對混凝土性能也有很大影響；鋼纖維及鋼屑加入混凝土中會提高其力學性能和導電性能。但是，隨著時間的延長，鋼纖維及鋼屑在混凝土中存在表面鈍化的現象，導致電阻率隨著時間的延長明顯增大。基於以上問題，尋求一種新型的導電材料也就成了材料科學工作者研究的問題。
發明內容本發明的目的在於提供一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，該製備方法工藝簡單、造價低廉，所製備的瀝青混凝土具有優良導電性能的同時還具有良好的路用性能。為了實現上述目的，本發明的技術方案是一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟1)集料的預處理先將鋼渣用水進行雜質清洗，清洗後的鋼渣乾燥，然後將乾燥後的鋼渣進行破碎，選取粒徑為4.7513.2咖破碎後的鋼渣作為粗集料備用，選取粒徑小於4.75mm破碎後的鋼渣作為細集料備用，乾燥後的鋼渣磨細成粉，得粒徑小於0.075mm鋼渣細粉作為礦物填料備用；2)原料的準備按各組成的重量百分比分別為粗集料55%80%，細集料13%30%，礦物填料7%15%，選取粗集料、細集料和礦物填料作為集料備用；瀝青膠結料的用量為集料重量的6%8%;纖維穩定劑的用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.1%0.5%;導電相材料的用量為瀝青膠結料重量的530%;採用SMA混合料的級配設計；3)混合料拌合先將粗集料和細集料加熱到175°C185°C，然後加入纖維穩定劑，拌和90S;加入17(TC熱態的瀝青膠結料，拌和90S;再將導電相材料均勻灑在上面，拌和90S;然後加入礦物填料，拌和90S成型，成型時保持溫度不低於15(TC。所述的瀝青膠結料為SBS改性瀝青或高粘瀝青。所述的纖維穩定劑為礦物纖維、木質纖維或聚酯纖維。所述的導電相材料為石墨粉。纖維穩定劑採用礦物纖維時，用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.10.3%;採用木質纖維時，用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.30.5%;採用聚酯纖維時，用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.20.4%。本發明的有益效果是1、變廢為寶，造價低廉。隨著煉鋼產業建設的大發展出現了大量堆積如山的鋼渣，這些工業廢棄物不但佔用了大量的土地資源，而且對環境造成了不同程度的汙染。同時在我國有的地區公路建設中出現了土石料缺乏的現象。將鋼渣經過處理用於道路建設中，將會取得重大的經濟與環境效益，不僅很好地解決了鋼渣帶來的一些環境和佔地問題，而且有效地緩解了公路建設中集料不足等問題。大大節約造價成本。2、製備方法工藝簡單。3、具有良好的導電性能。本發明中粗集料、細集料、礦粉填料均採用鋼渣以及鋼渣磨細粉。鋼渣中本身含有大量未氧化的鐵和FeA，具有良好的導電性能。因此，鋼渣在瀝青混合料中作為集料的同時也是一種導電相材料。採用SMA混合料的級配設計，粗集料之間相互接觸，這些鋼渣粗集料在瀝青混凝土中形成導電網絡。由瀝青膠結料、鋼渣磨細粉、石墨粉、鋼渣細集料組成的瀝青瑪蹄填充於粗填料空隙中，在原本形成的導電網絡起橋接的作用，將進一步的改善瀝青混凝土的導電性能。4、路用性能良好。鋼渣質地堅硬、表面粗糙、耐磨、顆粒級配形狀好，破碎鋼渣呈多稜角，具有極強的鎖結力。鋼渣比重大於一般的天然砂石，比重大確保了鋼渣瀝青混凝土的抗碾壓強度和有效耐久性，其內摩擦嵌擠力優於大部分天然砂石，而內摩擦嵌擠力是評判道路材料、集料適用性的重要依據。另外，鋼渣本身呈鹼性，屬多孔結構，與瀝青具有良好的粘結能力；採用鋼渣製備瀝青混凝土具有良好的路用性能。具體實施方式為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。實施例1:一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，它包括如下步驟1)集料的預處理所用原材料鋼渣(武漢鋼鐵廠出廠)，壓碎值為21,洛杉磯磨耗為17;先將鋼渣用水進行雜質清洗，清洗後的鋼渣乾燥(105'C烘箱中烘5h以上)，然後將乾燥後的鋼渣進行破碎，選取粒徑為4.7513.2mm破碎後的鋼渣作為粗集料備用(含鐵量為14%)，選取粒徑小於4.75mm破碎後的鋼渣作為細集料備用，乾燥後的鋼渣磨細成粉(親水係數《1.0)，得粒徑小於0.075mm鋼渣細粉作為礦物填料備用；鋼渣出爐時含有大量的雜質，這些雜質對瀝青混凝土的導電性能和路用性能的影響非常大，首先要將這些雜質清洗乾淨；其次，鋼渣在出爐時粒徑很不規則，不能滿足高性能瀝青混凝土的要求，需要按照瀝青混凝土的級配要求將鋼渣破碎成合適的大小和形狀；最後，鋼渣屬於多孔性材料，在與瀝青拌合之前必須確保集料的乾燥才不至於因為在與瀝青的結合過程中，由於內部水分的揮發，而導致集料與膠結料粘結能力下降，使用前須將鋼渣放在105'C烘箱中烘5h以上；2)原料的準備一種具有導電功能的瀝青混凝土，它由集料、纖維穩定劑、瀝青膠結料、導電相材料組成；按各組成的重量百分比分別為粗集料70%，細集料20%，礦物填料10%選取粗集料、細集料和礦物填料作為集料備用；瀝青膠結料的用量為集料重量的6.7%;纖維穩定劑的用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.3%;導電相材料的用量為瀝青膠結料重量的20%;採用SMA混合料的級配設計，見表l;表l合成級配(集料和導電相材料)tableseeoriginaldocumentpage5所述的瀝青膠結料為SBS改性瀝青，25'C針入度72，軟化點(環球法)78'C;所述的纖維穩定劑為聚酯纖維(海川瀝威)；所述的導電相材料為石墨粉，鱗片石墨(晶質高碳)，固定碳含量96%，電導率3.2X105Scm—';3)混合料拌合先將粗集料和細集料加熱到180°C，然後加入纖維穩定劑，拌和90S(秒)；加入17(TC熱態的瀝青膠結料，拌和90S;再將導電相材料均勻灑在上面，拌和90S;然後加入礦物填料，拌和90S成型，成型時保持溫度不低於150'C;由於導電相材料(石墨粉)和纖維穩定劑是否分散均勻將會嚴重影響瀝青混凝土的導電性能和路用性能，本發明採用分次加料多次拌合的方法；摻入導電相材料石墨後，瀝青粘度增大，成型時必須保持溫度不低於15(TC;4)成型馬歇爾試件成型採用馬歇爾擊實法成型試件，將鋼渣瀝青混合料雙面擊實50次；車轍試件成型採用輪碾法成型，先進行三次預壓，然後往返碾壓至少12次以上。性能參數電阻率為60.8Q.m，馬歇爾穩定度8300N，車轍強度7725次/mm，劈裂強度比為92.4%。實施例2:一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，它包括如下步驟1)集料的預處理所用原材料鋼渣(武漢鋼鐵廠出廠)，壓碎值為21，洛杉磯磨耗為17;先將鋼渣用水進行雜質清洗，清洗後的鋼渣乾燥，然後將乾燥後的鋼渣進行破碎，選取粒徑為4.75-13.2mm破碎後的鋼渣作為粗集料備用(含鐵量為14%)，選取粒徑小於4.75mm破碎後的鋼渣作為細集料備用，乾燥後的鋼渣磨細成粉(親水係數《1.0)，得粒徑小於0.075mm鋼渣細粉作為礦物填料備用；鋼渣出爐時含有大量的雜質，這些雜質對瀝青混凝土的導電性能和路用性能的影響非常大，首先要將這些雜質清洗乾淨；其次，鋼渣在出爐時粒徑很不規則，不能滿足高性能瀝青混凝土的要求，需要按照瀝青混凝土的級配要求將鋼渣破碎成合適的大小和形狀；最後，鋼渣屬於多孔性材料，在與瀝青拌合之前必須確保集料的乾燥才不至於因為在與瀝青的結合過程中，由於內部水分的揮發，而導致集料與膠結料粘結能力下降，使用前須將鋼渣放在105'C烘箱中烘5h以上；2)原料的準備一種具有導電功能的瀝青混凝土，它由集料、纖維穩定劑、瀝青膠結料、導電相材料組成；按各組成的重量百分比分別為粗集料55%，細集料30%，礦物填料15%選取粗集料、細集料和礦物填料作為集料備用；瀝青膠結料的用量為集料重量的7.1%;纖維穩定劑的用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.4%;導電相材料的用量為瀝青膠結料重量的15%;採用SMA混合料的級配設計，見表2;表2合成級配(集料和導電相材料)孔徑(mm)1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075合成級配(％)100.082.955.224.119.217.315.615.012.911.1所述的瀝青膠結料為高粘瀝青，25'C針入度68,軟化點(環球法)95'C;所述的纖維穩定劑為聚酯纖維；所述的導電相材料為石墨粉，鱗片石墨(晶質高碳)，固定碳含量96%，電導率3.2XIO'Scm—';3)混合料拌合先將粗集料和細集料加熱到18(TC，然後加入纖維穩定劑，拌和90S(秒)；加入17(TC熱態的瀝青膠結料，拌和90S;再將導電相材料均勻灑在上面，拌和90S;然後加入礦物填料，拌和90S成型，成型時保持溫度不低於15CTC;由於導電相材料(石墨粉)和纖維穩定劑是否分散均勻將會嚴重影響瀝青混凝土的導電性能和路用性能，本發明採用分次加料多次拌合的方法；摻入導電相材料石墨後，瀝青粘度增大，成型時必須保持溫度不低於150'C;4)成型馬歇爾試件成型採用馬歇爾擊實法成型試件，將鋼渣瀝青混合料雙面擊實50次；車轍試件成型採用輪碾法成型，先進行三次預壓，然後往返碾壓至少12次以上。其中瀝青用性能參數電阻率為243.7Q.m，馬歇爾穩定度11000N，車轍強度10500次/mm，劈裂強度比為93.2%。實施例3:一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，它包括如下步驟1)集料的預處理先將鋼渣用水進行雜質清洗，清洗後的鋼渣乾燥，然後將乾燥後的鋼渣進行破碎，選取粒徑為4.75-13.2mm破碎後的鋼渣作為粗集料備用，選取粒徑小於4.75mm破碎後的鋼渣作為細集料備用，乾燥後的鋼渣磨細成粉，得粒徑小於0.075皿鋼渣細粉作為礦物填料備用；2)原料的準備按各組成的重量百分比分別為粗集料80%，細集料5%，礦物填料15%選取粗集料、細集料和礦物填料作為集料備用；瀝青膠結料的用量為集料重量的6%;纖維穩定劑的用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.1%;導電相材料的用量為瀝青膠結料重量的10%;採用SMA混合料的級配設計；表3合成級配(集料和導電相材料)tableseeoriginaldocumentpage7所述的瀝青膠結料為SBS改性瀝青；所述的纖維穩定劑為礦物纖維；所述的導電相材料為石墨粉；3)混合料拌合先將粗集料和細集料加熱到175°C，然後加入纖維穩定劑，拌和90S(秒)；加入17CrC熱態的瀝青膠結料，拌和90S;再將導電相材料均勻灑在上面，拌和90S;然後加入礦物填料，拌和90S成型，成型時保持溫度不低於150°C。4)成型馬歇爾試件成型採用馬歇爾擊實法成型試件，將鋼渣瀝青混合料雙面擊實50次；車轍試件成型採用輪碾法成型，先進行三次預壓，然後往返碾壓至少12次以上。性能參數電阻率為843.7Q.m，馬歇爾穩定度10100N，車轍強度10700次/隱，劈裂強度比為92.4%。實施例4:一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，它包括如下步驟1)集料的預處理先將鋼渣用水進行雜質清洗，清洗後的鋼渣乾燥，然後將乾燥後的鋼渣進行破碎，選取粒徑為4.75-13.2mm破碎後的鋼渣作為粗集料備用，選取粒徑小於4.75mm破碎後的鋼渣作為細集料備用，乾燥後的鋼渣磨細成粉，得粒徑小於0.075ram鋼渣細粉作為礦物填料備用；2)原料的準備按各組成的重量百分比分別為粗集料55%，細集料38%，礦物填料7%選取粗集料、細集料和礦物填料作為集料備用；瀝青膠結料的用量為集料重量的8%;纖維穩定劑的用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.5%;導電相材料的用量為瀝青膠結料重量的5%;採用SMA混合料的級配設計；表4合成級配(集料和導電相材料)7孔徑(mm)1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075合成級配(％)100.090.970.233.122.218.315.614.012.910.5所述的瀝青膠結料為高粘瀝青;所述的纖維穩定劑為木質纖維;所述的導電相材料為石墨粉；3)混合料拌合先將粗集料和細集料加熱到185°C，然後加入纖維穩定劑，拌和90S(秒)；加入17(TC熱態的瀝青膠結料，拌和90S;再將導電相材料均勻灑在上面，拌和90S;然後加入礦物填料，拌和90S成型，成型時保持溫度不低於15(TC。4)成型馬歇爾試件成型採用馬歇爾擊實法成型試件，將鋼渣瀝青混合料雙面擊實50次；車轍試件成型採用輪碾法成型，先進行三次預壓，然後往返碾壓至少12次以上。性能參數電阻率為6443.7Q.m，馬歇爾穩定度9300N，車轍強度10800次/mm，劈裂強度比為92.1%。權利要求1.一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟1)集料的預處理先將鋼渣用水進行雜質清洗，清洗後的鋼渣乾燥，然後將乾燥後的鋼渣進行破碎，選取粒徑為4.75～13.2mm破碎後的鋼渣作為粗集料備用，選取粒徑小於4.75mm破碎後的鋼渣作為細集料備用，乾燥後的鋼渣磨細成粉，得粒徑小於0.075mm鋼渣細粉作為礦物填料備用；2)原料的準備按各組成的重量百分比分別為粗集料55％～80％，細集料13％～30％，礦物填料7％～15％選取粗集料、細集料和礦物填料作為集料備用；瀝青膠結料的用量為集料重量的6％～8％；纖維穩定劑的用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.1％～0.5％；導電相材料的用量為瀝青膠結料重量的10～30％；採用SMA混合料的級配設計；3)混合料拌合先將粗集料和細集料加熱到175℃～185℃，然後加入纖維穩定劑，拌和90S；加入170℃熱態的瀝青膠結料，拌和90S；再將導電相材料均勻灑在上面，拌和90S；然後加入礦物填料，拌和90S成型，成型時保持溫度不低於150℃。2.根據權利要求1所述的一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，其特徵在於所述的瀝青膠結料為SBS改性瀝青或高粘瀝青。3.根據權利要求1所述的一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，其特徵在於所述的纖維穩定劑為礦物纖維、木質纖維或聚酯纖維。4.根據權利要求1所述的一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，其特徵在於所述的導電相材料為石墨粉。5.根據權利要求3所述的一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，其特徵在於纖維穩定劑採用礦物纖維時，用量為集料和瀝青膠結料總重量的O.10.3%;採用木質纖維時，用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.30.5%;採用聚酯纖維時，用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.20.4%。全文摘要本發明涉及一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法。一種具有導電功能的瀝青混凝土的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟1)集料的預處理先將鋼渣用水進行雜質清洗；2)原料的準備按各組成的重量百分比分別為粗集料55％～80％，細集料13％～30％，礦物填料7％～15％選取粗集料、細集料和礦物填料作為集料備用；瀝青膠結料的用量為集料重量的6％～8％；纖維穩定劑的用量為集料和瀝青膠結料總重量的0.1％～0.5％；導電相材料的用量為瀝青膠結料重量的10～30％；採用SMA混合料的級配設計；3)混合料拌合分次加料多次拌合，成型時保持溫度不低於150℃。該製備方法工藝簡單、造價低廉，所製備的瀝青混凝土具有優良導電性能的同時還具有良好的路用性能。文檔編號C04B26/26GK101215124SQ20081004660公開日2008年7月9日申請日期2008年1月2日優先權日2008年1月2日發明者丁慶軍,何永佳,劉新權,呂林女,吳學偉,敖灶鑫,楊方,王發洲,胡曙光,黃少龍申請人:武漢理工大學