融雪除冰抗滑路面材料制备及结构设计(生态建筑材料)

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[硕士]融雪除冰抗滑路面材料制备及结构设计 　　学科专业：生态建筑材料 　　授予学位： 硕士 　　学位授予单位：武汉理工大学 　　学位年度：2009 　　 路面积雪往往会使交通中断，给国民经济和人民生活带来重大的影响，特别是隧道出入口匝道的大坡度路段，路面的积雪、冰冻更易造成严重的交通事故。急需开发具有融雪除冰、抗滑性能优异与路用性能良好的沥青路面材料。 　　 本文依托国家“863”项目(2006AA11Z117)及武汉市过江隧道路面铺装工程，针对隧道匝道出入口路面坡度大，冬季结冰易造成交通事故的特点，提出以自主研发的高粘度改性沥青制备动稳定度高、抗剪强度高、抗冻融循环好、构造深度大、耐老化好的SMA混合料为基体，掺加石墨与炭纤维复合导电相材料，形成以导电通道效应为主的导电加热融雪除冰路面的设计方法。研究了石墨和炭纤维掺量对SMA电阻率的影响规律，石墨和炭纤维对SMA混合料电学性能的改善均存在渗流现象，石墨掺量低于其渗流阀值时，SMA电阻率随石墨掺量变化较慢，当石墨掺量达到其渗流阀值附近时，SMA电阻率急剧下降，超过其渗流阀值后，SMA电阻率随石墨掺量变化趋于缓慢。制备导电融雪除冰路面炭纤维和石墨掺量宜分别控制在2.0%及30%,混合料电阻率宜控制在l OS2}m以下。 　　 通过对导电SMA混合料的SEM试验以及电阻率测试分析，探明SMA混合料的导电机理，为导电通路效应、隧道效应和场致发射效应三者共同作用的结果。当石墨掺量低于10%时，导电SMA混合料的导电机理以隧道效应为主，当外界电压较大时，场致发射效应也会对其导电性产生一定的影响;当石墨掺量达到其渗流阀值时，导电通路效应和隧道效应共同存在;当石墨掺量超过30%以后，导电SMA混合料内部形成了三维导电网络，导电通道效应为其主要导电机制。对导电沥青混合料的电学性能研究表明:随着石墨掺量的增加，导电沥青混合料一对温度的敏感性逐渐降低。而其VI特性则主要与外界电压及导电颗粒接触几率有关。 　　 导电路面融雪除冰效果主要取决于输入功率、导电沥青混合料的电学性能以及外部环境。提出以刚性基层十AC-25C十高抗车辙AC-20C 导电SMA-13的隧道融雪除冰路面结构设计方案;采用高抗车辙AC-20C沥青混合料以保证沥青路面的弯沉值及层间剪应力。且在各结构层间喷洒高粘度改性沥青粘结层，其不仅能防止水的渗入，还能延缓基层反射裂缝向面层扩展。电路设计采用片状铜网，以保证电极有效的工作性并提高导电沥青混合料的层间抗剪切性能。本文研究的导电加热融雪除冰路面材料在武汉市长江隧道口大纵坡路段进行了试验段的铺设，具有优良的导电加热融雪除冰性能，马歇尔稳定度在9kN以上，高温动稳定度在10000次/mm以上，构造深度1. 2mm，具有优异的抗剪、抗车辙、抗滑性能满足了工程设计要求。在总结试验段施工的基础上，提出导电沥青混合料施工与质量控制技术指南。

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