PAN基碳纤维导电沥青混凝土研究

论文摘要

雨雪冰冻等极端天气不仅给交通安全和行车舒适性带来严重隐患,而且造成路面产生各种损坏,如何对路面进行除冰并综合提高路面性能,成为当前研究的热点。本文依据复合材料学原理,通过在沥青混合料中掺入短切聚丙烯腈基(PAN基)碳纤维,利用其低电阻率、强度高等优点,改进沥青混合料的高温、低温、水稳定和导电等性能,从而为路面导电除冰、智能修复等工程应用提供技术支持。(1)通过碳纤维长度与分散性之间的关系及试件制备方法研究,发现9mm长的碳纤维分散效果最佳,在加入沥青后掺入碳纤维的拌和方法成型沥青混合料的效果较好。通过不同碳纤维掺量的沥青混合料配合比研究,发现随着碳纤维掺量的增加,最佳油石比、流值、间隙率、饱和度不断增大,反映了碳纤维对沥青的稳定、吸附和增粘的作用,而高掺量时多余的碳纤维则集束成团产生胀滞作用,将会造成沥青混合料空隙率过大。(2)根据导电通路、隧道效应、场致发射和导电渗滤等理论分析了碳纤维在导电沥青混合料中的导电机理,揭示了导电网络的形成过程。PAN基碳纤维沥青混凝土电阻率随着碳纤维掺量增加不断减小,产生导电渗滤阈值的掺量范围为0.032%~0.1%。当以100??m的电阻率进行控制时,不同油石比沥青混合料的平均碳纤维掺量为0.058%,此值可作为相应的最小碳纤维掺量。(3)冻融劈裂、浸水马歇尔、车辙和小梁低温弯曲等试验结果显示,碳纤维沥青混合料的水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性较普通沥青混合料均有明显的提高,满足规范的路用性能要求。从改善效果来看,碳纤维增强沥青混合料路用性能的适宜掺量范围为(0%, 0.76%],最佳掺量为0.1%。综合PAN基碳纤维沥青混合料性能研究成果,碳纤维合理的掺量范围为[0.058%, 0.76%],最佳掺量为0.1%。技术经济可行性分析表明,0.1%掺量PAN基碳纤维导电沥青混凝土电阻率值稳定,路用性能良好,满足路面通行和融冰化雪的要求,具有良好的社会和经济效益,可以应用于沥青路面。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 技术路线
• 第二章 导电沥青混凝土制备及配合比设计
• 2.1 原材料技术性能分析
• 2.2 导电沥青混合料制备
• 2.3 PAN 基碳纤维沥青混合料配合比设计
• 2.4 碳纤维导电沥青混合料路用性能检验
• 2.5 碳纤维对马歇尔试验指标的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 导电沥青混凝土导电性能
• 3.1 复合材料导电机制理论概述
• 3.2 PAN 基碳纤维导电沥青混凝土导电机理
• 3.3 PAN 基碳纤维沥青混凝土导电性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 导电沥青混凝土路用性能
• 4.1 纤维增强理论概述
• 4.2 PAN 基导电沥青混合料水稳定性
• 4.3 PAN 基导电沥青混合料高温稳定性
• 4.4 PAN 基导电沥青混合料低温抗裂性
• 4.5 PAN 基导电沥青混合料控制指标
• 4.6 本章小结
• 第五章 碳纤维导电沥青混凝土路面可行性分析
• 5.1 建设投资增加费用
• 5.2 养护费用
• 5.3 通电融雪化冰费用
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 进一步研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的论文目录
• 附录B 攻读学位期间参与的科研项目