一种确定碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土组分含量方法技术

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，本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术应用于沥青混凝土领域。

【技术实现步骤摘要】
一种确定碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土组分含量方法
本专利技术涉及一种导电沥青混凝土组分的设计方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术利用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。本专利技术的一种确定碳纤维/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。本专利技术包含以下有益效果：本专利技术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。本专利技术中所设计的导电沥青混凝土可应用于主动除冰化雪路面，由于导电介质的添加会使得混凝土整体结构发生改变，故而需重新设计混凝土级配以及沥青用量；在直接测试混凝土导电性能过程中，接触电阻的存在影响了电阻测量的准确性，因此采用电阻测量装置(如图1所示)，以增强电极与试件表面的接触。综上所述，本专利技术设计明确了导电沥青混凝土的导电行为，同时通过了解混凝土的结构设计了符合其性能的级配曲线以及沥青用量，为导电沥青混凝土的实际应用研究奠定了基础。附图说明图1为本专利技术沥青混凝土电阻率测量装置；图2为导电沥青混凝土中的电势变化及电流流线分布图；图3为AC-13级配曲线图；其中，A为上限曲线，B为AC-13曲线，C为下限曲线。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种确定碳纤维/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，将图像处理后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。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：回归方程是通过如下方法得到的：首先，以石墨烯和碳纤维的掺量建立一个两因素三水平的正交表；其次，以上述正交表计算得到响应面法试验；以碳纤维掺量与石墨烯掺量作为两因素，得到正交表，对正交表进行方差分析，得到方差分析情况表；最终，分析响应曲面设计试验结果，材料的电阻率与导电介质用量以一个二次多项式表示，得到所述的电阻率回归方程。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述的对正交表进行方差分析具体为：对正交表进行方差分析，得到方差情况分析表，从方差表中得出碳纤维掺量、石墨烯掺量、碳纤维掺量的平方以及碳纤维掺量与石墨烯掺量的交互作用对应的概率值，得到显著性、最后的回归方程与结果，然后得到方差分析情况表。其它与具体实施方式二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：电阻率测试方法为二电极法，在测试中电极和试件表面涂覆一层石墨粉，并在电极上施加压力。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：通过沥青混凝土电阻率测量装置在电极上施加压力。其它与具体实施方式四相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四种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，是通过改变沥青用量得的，其中沥青用量改变范围以重量计为4.8％-6.0％。其它与具体实施方式一相同。通过以下实施例验证本专利技术的有益效果：实施例1本实施例的一种碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土的优化设计方法，具体过程如下：一、根据AC-13级配类型设计混凝土，将所制成的车辙板试件切割为250mm×30mm×35mm的小梁，试件中沥青用量为4.8％，其级配曲线如图3所示；二、使用工业CT对小梁试件进行扫描，得到小梁延长度方向的断面图像，将图像处理过后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土组分含量方法，其特征在于它包括以下步骤：/n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；/n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；/n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；/n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，/n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：/ny＝140.331-1083.21X

【技术特征摘要】
1.一种确定碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土组分含量方法，其特征在于它包括以下步骤：
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。


2.根据权利要求1所述的一种确定碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土组分含量方法，其特征在于回归方程是通过如下方法得到的：
首先，以石墨烯和碳纤维的掺量建立一个两因素三水平的正交表；
其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪印，谭忆秋，刘凯，王英园，徐慧宁，
申请(专利权)人：齐鲁交通发展集团有限公司，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37