[发明专利]一种确定碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土组分含量方法

说明书

一种确定碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土组分含量方法，它涉及一种导电沥青混凝土组分含量方法，本发明要解决针对传统马歇尔设计方法和Superpave设计方法，在导电沥青混凝土中的应用缺陷的问题。本发明通过优化设计使得导电沥青混合土满足融冰化雪的条件，同时也可以提高其工作效率和经济效益。本设计中涉及到了CT扫描、有限元分析以及数据拟合，为以后导电沥青混合料的性能分析方法的研究奠定了基础。本发明应用于沥青混凝土领域。

技术领域

本发明涉及一种导电沥青混凝土组分的设计方法。

背景技术

导电沥青混凝土在融冰化雪和自修复方面的应用一直得到广泛关注。目前此类混合料的设计仍沿用了传统的马歇尔设计方法或者Superpave设计方法，但由于导电介质的添加使得混凝土的整体结构发生改变，导电介质对于沥青具有一定的吸附作用，传统方法并不能满足使用要求，故而需要新的设计方法。导电沥青混凝土的研究从上世纪八十年代一直持续至今，导电混凝土相比普通混凝土而言关键在于添加导电介质，这种导电介质多为石墨、碳纤维、炭黑等。利用导电性能产生焦耳热，可以融冰化雪的同时也可以修复沥青中的微小裂纹。但外添加物质会影响混凝土的结构性和工作效率，也影响道路使用的经济效益。因此，如何解决外添加物质在沥青混凝土中的配比，采用何种方式确认最佳的配比是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明为了解决针对传统马歇尔设计方法和Superpave设计方法，在导电沥青混凝土中的应用缺陷的问题，尤其是，由于导电介质的添加使得混凝土的整体结构发生改变，导电介质对于沥青具有一定的吸附作用，传统方法并不能满足使用要求，不能设计出符合导电沥青混凝土性能的级配曲线以及沥青用量的方法的问题。

本发明利用CT扫描技术和传统设计方法相结合，使用有限元模拟和数值模拟分析得到导电沥青混凝土的级配设计、最佳沥青用量以及最佳导电介质用量，以混凝土的空间结构和导电性能为出发点，设计出符合冬季路面融冰化雪要求，具有较高经济性的碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土。

本发明的一种确定碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土组分含量方法，它包括以下步骤：

一、根据沥青混凝土SMA-13和AC-13级配类型配制混凝土，并制成两种不同的车辙板试件；将所制成的车辙板试件分别切割为250mm×30mm×35mm的小梁；

二、使用工业CT对上述两种小梁试件进行扫描，得到两种小梁延长度方向的断面图像，分别导入有限元分析软件；

三、根据有限元分析软件得到的两种不同小梁试件电流密度图，确定级配类型为AC类；

四、测试步骤一配制的两种不同沥青混凝土体积指标及电阻率，根据电阻率以及马歇尔试件的空隙率确定沥青的使用量；其中，

沥青混凝土电阻率是运用响应曲面法的中星点设计，进行数值拟合得到电阻率的回归方程：

y＝140.331-1083.21X₁-7.29333X₂+2067X₁²+0.257778X₂²+22.3X₁X₂；其中，y为导电混凝土的电阻率；X₁为碳纤维的掺量；X₂为石墨烯的掺量；

通过得到电阻率的回归方程得出对应的碳纤维掺量和石墨烯掺量，即确定所述的碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土组分含量。

本发明包含以下有益效果：

本发明要解决的是应用于冬季路面主动除冰雪同时具有一定沥青修复能力的导电沥青混凝土的设计方法，提供一种确定导电混凝土级配以及沥青油量的优化设计，以完善沥青导电混凝土整体的工艺流程。