[发明专利]内嵌碳纤维发热电缆的玄武岩纤维加强筋及其制备方法

说明书

本发明提供一种内嵌碳纤维发热电缆的玄武岩纤维加强筋，其制备方法，采用连续玄武岩纤维无捻粗纱对碳纤维电缆线进行环向缠绕；将玄武岩纤维束放置在纱架上排纱，再引出进入浸渍装置，浸渍过的玄武岩纤维束与碳纤维电缆线进入挤压预成型模具复合，利用电动缠绕机给复合材料环向缠绕塑胶带，表面形成环向的肋痕；在模具中固化后在室温中放置一段时间，根据需要裁切成材。本发明以碳纤维电缆线与玄武岩纤维为主要材料，最外层玄武岩纤维起到骨架作用，保护内部碳纤维，提高工作状态，最外部的玄武岩纤维和水泥混凝土有着良好的结合性，更能充分发挥碳纤维发热线的工作效率，技术成熟，其成本低，工艺简单。

技术领域

本发明属于电缆技术领域，具体涉及内嵌碳纤维发热电缆的玄武岩纤维加强筋及其制备方法。

背景技术

随着我国现代化经济的快速发展，修建了大量的公路、桥梁、飞机场等基础设施。北方及西北地区的冬季环境影响，如降雨后路面结冰、积雪等问题，从而导致交通阻断、以及路面结冰的问题造成的交通事故，给国家、人民带来了巨大的损失和生命危险。发热电缆加热法融雪化冰是以发热电缆为发热体,将电能转化为热能已达到融雪化冰目的,该法具有无污染、热稳定性能好、控制方便的优势。为了行驶安全应尽量使得路面不产生积雪结冰，应着重考虑在碳纤维发热线沥青混凝土电路结构中增加预防监控措施，在降雪来临前提前接通电路，加热路面，即时融化降雪。

国家公路桥梁的建设增加，玄武岩纤维复合筋在公路桥梁中广泛使用。高速公路的交通路况呈现重载荷、高流量和渠道化明显等特点，对沥青路面的质量要求越来越高。玄武岩纤维筋作为一种新型复合筋，与钢筋相比，具有良好的物理力学性能和耐久性能。在高寒季冻区、潮湿地区与强酸、强碱环境下，能良好的解决公路工程桥梁铺装层的耐疲劳与耐腐蚀性问题。

因此提出了增强型碳纤维发热线，以碳纤维发热线与玄武岩纤维为主要材料。增强型碳纤维发热线，是由内部的碳纤维为发热源；外部被钢丝网包裹起到了对内部碳纤维的固定作用，加大与最外层的玄武岩纤维的摩擦系数；最外层玄武岩纤维起到骨架作用，保护内部碳纤维，提高工作状态。最外部的玄武岩纤维和水泥混凝土有着良好的结合性，更能充分发挥碳纤维发热线的工作效率，而且目前玄武岩纤维与碳纤维的技术成熟，其成本低，工艺简单。

目前，将碳纤维加热线作为电热材料铺设于混凝土路面中，以发热电缆为发热体，将电能转化为热能。通过结构层将热量传递到物体表面，再通过物体表面与冰雪之间的热交换进行融冰化雪的方法。该法具有无污染、热稳定性好、控制方便的优势。

内置碳纤维发热线融冰技术更加高效、环保，且施工方便，借助碳纤维优异的发热性能，利用电热融雪技术避免桥面结冰，以主动方式解决路面、桥面结冰问题，弥补现有路面、桥面融冰除雪技术的不足。

碳纤维发热线与以往发热电缆相比具有多项优势：价格相当于同等长度金属发热线的十分之一，生热迅速，最高运行温度可达100℃以上，热转化效率高，质量轻、体积小，对混凝土本体结构受力影响小。

但是存在以下问题：

1.在发热电缆底部采用隔热层能较大程度的提高升温效率，但是隔热层的存在会影响桥面铺装层结构的稳定性，因此可对隔热层材料及厚度、布设形式等进行研究。

2.在水泥混凝土路面，由于水泥路面需现场浇筑，所以一般采取将碳纤维绑扎在钢筋网上的方法将其固定。

3.施工过程较为复杂。

钢筋混凝土桥梁结构长期在外部环境作用下极易造成混凝土开裂、混凝土侵蚀和钢筋腐蚀等问题，其中钢筋腐蚀问题尤为严重。钢筋腐蚀导致桥梁结构性能劣化及经济损失严重。玄武岩纤维筋的抗拉强度一般为600～1500MPa，与高强钢丝大致相同，因此，可以用来代替混凝土构件中的受拉钢筋。因其抗腐蚀性好，在实际施工中不需要为其设置保护层，这就为混凝土的施工和建筑物的加固工作大大减少了工作量。此外，玄武岩纤维筋具有良好的电磁绝缘性能。