電熱瀝青膜材料開發(fā)及其性能研究

王 黎 明,吳 文 杰

(東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040 )

電熱瀝青膜材料開發(fā)及其性能研究

王 黎 明*,吳 文 杰

(東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040 )

為提高電加熱融冰雪路面的效率和解決既有方案的不足，提出了一種電熱瀝青膜除冰雪方案，并對其材料組成和材料性能進(jìn)行了深入研究．電熱瀝青膜所用導(dǎo)電膠漿由石墨、短切碳纖維與瀝青混合而成，其電阻率低至1×10-2Ω·m，可按黏層或封層工藝鋪筑于層間．模擬工程狀態(tài)進(jìn)行的導(dǎo)電性能試驗表明，按黏層用量鋪設(shè)的瀝青膜即可達(dá)到融冰功率所需的電阻值，且其連續(xù)性不受施工過程顯著影響．同時，力學(xué)性能試驗表明，導(dǎo)電膠漿鋪設(shè)的瀝青膜完全滿足層間抗剪切和抗拉拔的技術(shù)要求．

道路工程；電熱瀝青膜；抗剪切試驗；電阻率；碳纖維；石墨

0 引 言

冬季的降雪積冰嚴(yán)重影響道路交通安全和順暢通行，而人為促進(jìn)消融并配合機(jī)械清掃是除冰雪的基本途徑．在促進(jìn)路面冰雪融化方面，目前除了撒除冰鹽或融雪劑的化學(xué)方法，工程領(lǐng)域還發(fā)展了電熱、流體管加熱、路面外源加熱等物理方法．其中，由來已久的電熱法簡單高效，應(yīng)用相對廣泛[1]，且隨著路面分布式發(fā)電等能源技術(shù)的進(jìn)展也不乏發(fā)展前景．基于不同的供電和鋪設(shè)方式，道路工作者先后提出了3種不同的典型加熱結(jié)構(gòu)：導(dǎo)電發(fā)熱電纜、導(dǎo)電發(fā)熱瀝青或水泥鋪裝層、電熱格柵[2]．為將融冰雪功能與路面工作特性相結(jié)合，電熱路面要同時考慮用電安全、高效融冰雪、結(jié)構(gòu)耐久性以及建設(shè)與運營成本可控的技術(shù)要求[3]．理論上來說，不論哪種電熱方式，為消融同條件下的等量路面冰雪所消耗的能量相同．但是，不同電熱方式對滿足上述四方面的技術(shù)要求各有側(cè)重，也就存在截然不同的技術(shù)優(yōu)勢和不足，尋找更優(yōu)的技術(shù)方案一直是工程研究的主要目標(biāo)．由此，本文提出一種采用電熱瀝青膜的改進(jìn)技術(shù)方案，并論述基于該方案的材料開發(fā)與性能研究．

1 既有電熱方式的特點及電熱瀝青膜

1.1 既有的電熱方式

(1)導(dǎo)電發(fā)熱電纜

有絕緣層的發(fā)熱電纜可以方便地接入電路來產(chǎn)出熱能，原理簡單，應(yīng)用亦不復(fù)雜，19世紀(jì)60年代初國外就有用于橋面融冰雪的實踐[4]．目前，國內(nèi)外已經(jīng)形成了一定規(guī)模的發(fā)熱電纜采暖和融冰雪供需市場．但是，發(fā)熱電纜用于瀝青路面融冰雪也存在明顯的技術(shù)缺陷．首先，由于瀝青路面的工作特性，需要將發(fā)熱電纜埋置在一定深度(4～6 cm)之下才能有效保護(hù)電纜自身和結(jié)構(gòu)的耐久性，而瀝青混合料本身導(dǎo)熱不良，埋深與電纜絕緣層對其向上傳熱效率影響巨大，進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)耐久性與融冰雪效率的一對矛盾．其次，電纜鋪設(shè)間距視融冰雪所需單位面積上的加熱功率與電纜的線發(fā)熱功率而定，通常為10～20 cm[5]．間距過大使電纜間冰雪在一定環(huán)境條件下無法完全消融或局部加熱溫度過高，間距過小則建設(shè)成本上升，這也形成一對矛盾．同時，發(fā)熱電纜以串聯(lián)或局部串聯(lián)接入電路，損壞后局部失效面積較大．

(2)導(dǎo)電發(fā)熱瀝青鋪裝層

導(dǎo)電瀝青混合料概念源于導(dǎo)電水泥混凝土，可追溯到19世紀(jì)60年代[6]，通過在路面材料中摻入石墨、導(dǎo)電纖維及導(dǎo)電集料等導(dǎo)電性物質(zhì)實現(xiàn)絕緣體向?qū)w的轉(zhuǎn)變[7-8]，從而通電發(fā)熱．導(dǎo)電瀝青混合料或?qū)щ娝嗷炷恋穆酚眯阅躘9]與普通路面材料無明顯的差異，用于鋪裝層不影響結(jié)構(gòu)受力，局部破損失效范圍較小，從而保證結(jié)構(gòu)耐久性無虞．

通過接入直流或交流浮地電路，理論上允許把非絕緣的導(dǎo)電發(fā)熱系統(tǒng)設(shè)計成磨耗層，但是當(dāng)前用作磨耗層的實踐還只是限于導(dǎo)電水泥混凝土[10-11]．相對而言，導(dǎo)電瀝青混合料用于表層時的老化、開裂等問題對電阻率都有顯著影響[12]，同時，按照跨步電壓設(shè)計的開放式浮地電路并非絕對安全(或至少使人心理上如此)，導(dǎo)電瀝青混合料作為表層的研究方案基本都停留在理論分析及小板試驗階段．出于安全考慮，大多數(shù)研究還是將其設(shè)定成夾在有一定絕緣能力的路面材料結(jié)構(gòu)層之間的“三明治”方案[13]．“三明治”方案難以避免發(fā)熱層相當(dāng)大的自身蓄熱與向上傳熱的雙重耗能，相對而言能耗高而效率低[14]．

(3)電熱格柵

電熱格柵方案源于發(fā)熱電纜．由于發(fā)熱電纜分布稀疏導(dǎo)致表面加熱不均勻，而絕緣保護(hù)層降低了加熱效率；當(dāng)使用分布密集而纖細(xì)的電纜(電阻絲)時，又擔(dān)心腐蝕與瀝青路面的變形將損傷電纜或整個加熱系統(tǒng)．碳纖維強(qiáng)度高、模量大、熱轉(zhuǎn)化效率高，隨著碳纖維工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了用碳纖維發(fā)熱線代替發(fā)熱電纜，用碳纖維絲代替電阻絲的探索性研究．蔡浩田[15]提出在1.5～2.0 cm水泥混凝土下鋪設(shè)連續(xù)碳纖維絲作為融冰雪熱源的技術(shù)設(shè)想，Zhao等[16]提出將碳纖維發(fā)熱線埋置在路面結(jié)構(gòu)中使碳纖維絲通電實現(xiàn)發(fā)熱，姜寶龍[17]又將其發(fā)展為單向?qū)щ姷母駯牛@種格柵制作簡單、安裝容易，除了發(fā)熱功能之外，對瀝青路面的受力也有利．分析表明，電熱格柵自身很少蓄熱且均勻分布的特性使其比“三明治”式導(dǎo)電瀝青混合料鋪裝層和發(fā)熱電纜的效率有所提高．但是，用少量涂料或瀝青黏附在格柵上的碳纖維絲未被有效絕緣或為不可靠絕緣，當(dāng)前按照可靠絕緣的發(fā)熱電纜進(jìn)行的電路與結(jié)構(gòu)設(shè)計的系統(tǒng)存在安全問題，且局部損壞即會導(dǎo)致大面積失效的可能．

1.2 電熱瀝青膜

電熱瀝青膜是作者提出的新方案，它采用導(dǎo)電瀝青膠漿，按封層或黏層工藝鋪設(shè)在瀝青上面層與瀝青下面層或是磨耗層與下承層之間，接入直流或者交流的浮地電路．相對于發(fā)熱電纜和電熱格柵，電熱瀝青膜方案不改變路面結(jié)構(gòu)，應(yīng)用工藝簡單，發(fā)熱均勻，局部損壞后系統(tǒng)不失效；而相對于導(dǎo)電瀝青混合料鋪裝層，電熱瀝青膜自身的蓄熱很少，發(fā)熱與傳熱效率更高，成本也低得多．其布置方案如圖1所示.

圖1 電熱瀝青膜方案示意圖Fig.1 Schematic diagram of the electric heatingnasphalt film scheme

電熱瀝青膜的接電方式與“三明治”結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電瀝青混合料鋪裝層相同，為了產(chǎn)生足夠的單位面積熱功率，導(dǎo)體斷面遠(yuǎn)小于后者的電熱瀝青膜必須采用電阻率足夠低的材料，否則就要突破安全電壓或采用密集布置的電極．因此，用于電熱瀝青膜的導(dǎo)電瀝青材料的開發(fā)就成為了本方案的技術(shù)關(guān)鍵．

2 電熱瀝青膜材料的開發(fā)

2.1 材料開發(fā)目標(biāo)

若已知輸入電壓且設(shè)定目標(biāo)發(fā)熱功率(設(shè)電熱轉(zhuǎn)化效率100%)，可按式(1)計算導(dǎo)體的電阻；已知導(dǎo)體尺寸的情況下，則可進(jìn)一步由式(2)推算導(dǎo)體的電阻率．

R=U2/P

(1)

ρ=RS/L

(2)

式中：R為電阻，Ω；U為電壓，V；P為功率，W；ρ為電阻率，Ω·m；S為導(dǎo)體橫截面積，m2；L為導(dǎo)體長度，m．

研究表明，在典型冬季負(fù)溫環(huán)境下，能夠有效持續(xù)融雪的路面發(fā)熱功率為300～400 W/m2[2,10]．設(shè)目標(biāo)發(fā)熱功率不低于400 W/m2，每米的輸入電壓為72 V(按跨步電壓為36 V安全電壓控制)，算得每平方米導(dǎo)電黏層的電阻應(yīng)小于13 Ω；若電熱瀝青膜厚度為1～2 mm(按黏層兼起封層作用時的用量為1～2 L/m2計)，則此時電熱瀝青膜材料的電阻率要低于1.3×10-2～2.6×10-2Ω·m．在這個目標(biāo)基礎(chǔ)之上，電阻率越低則越有利于在低電壓條件下提高發(fā)熱功率或節(jié)省電極材料．

鋪設(shè)在瀝青鋪裝層間，起到黏結(jié)、防水、加熱功能的材料還應(yīng)考慮常溫與特定加熱溫度下的抗剪切和抗拉拔能力．根據(jù)仿真與化冰試驗分析，融冰雪時層間電熱瀝青膜最高加熱溫度遠(yuǎn)低于夏季高溫天氣時的溫度，所以電熱瀝青膜的抗剪與抗拉拔強(qiáng)度至少要優(yōu)于黏層材料．另外鑒于施工過程上層熱鋪瀝青混合料可能對已成型電熱瀝青膜的影響，開發(fā)目標(biāo)中還應(yīng)加入電熱瀝青膜抗施工擾動能力的探究．

除導(dǎo)電和力學(xué)指標(biāo)外，施工工藝相關(guān)指標(biāo)及改善措施如乳化或稀釋也應(yīng)被考慮，限于篇幅本文暫不討論．

2.2 組成材料選擇

出于功能、成本兩方面考慮，電熱瀝青膜的基礎(chǔ)材料選用石油瀝青．而為使屬于絕緣材料的瀝青導(dǎo)電則需根據(jù)復(fù)合材料導(dǎo)電機(jī)理添加導(dǎo)電材料．復(fù)合材料的導(dǎo)電機(jī)理主要可分為3種：a.隧道效應(yīng)理論或場致發(fā)射效應(yīng)理論；b.通道理論；c.滲流理論[18]．前兩種理論從微觀角度來解釋復(fù)合材料的導(dǎo)電現(xiàn)象，用于描述弱導(dǎo)電效應(yīng)或是伴隨導(dǎo)電的情況．而滲流理論解釋的是宏觀上當(dāng)復(fù)合材料中導(dǎo)電組分達(dá)到足夠的比例——滲濾閾值，復(fù)合材料內(nèi)導(dǎo)電材料相互接觸形成良好導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的情況．

為不影響路用性能并達(dá)到合適的電阻率，與本文相近的導(dǎo)電瀝青混合料開發(fā)中[19]，常用的添加材料包括導(dǎo)電纖維、導(dǎo)電集料和導(dǎo)電填料3類．其中，金屬纖維、碳纖維及鋼渣等是按照理論c添加的導(dǎo)電材料；而石墨或炭黑通常是按照理論a和b所添加的材料．顯然，若使電熱瀝青膜這種瀝青膠漿的電阻率盡可能小，按理論c考慮的接觸導(dǎo)電是最有效的形式，因此本研究選取單絲豐富的碳纖維作為主要的導(dǎo)電添加材料，進(jìn)一步根據(jù)理論a和b，引入石墨來增強(qiáng)導(dǎo)電效果與傳熱效果．

同時選擇這兩種導(dǎo)電添加材料的理論依據(jù)是：(1)石墨粉末粒子彌補碳纖維絲不能完全搭接的缺點，而碳纖維為石墨顆粒間發(fā)生躍遷的電子提供流通路徑，兩者互相作用提高瀝青膠漿的導(dǎo)電性；(2)瀝青膠漿中可容納分散的纖維絲和石墨的數(shù)量都受限，過多則影響分散均勻性及基礎(chǔ)路用性能，均勻分布于瀝青中的石墨可以減少瀝青與纖維的離析，起到穩(wěn)定體系的作用；(3)兩種添加材料的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，高溫下仍可保持本身特性，有利于電熱瀝青膜的耐久性，同時普遍認(rèn)為纖維可顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能；(4)控制成本也是同時選擇這兩種導(dǎo)電添加材料的考慮因素．

理論上，除石墨與碳纖維摻量之外，碳纖維長度對膠漿的導(dǎo)電性和力學(xué)性能也將產(chǎn)生影響，相同摻量時碳纖維越長越有利于相互搭接形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)降低材料的電阻率．作者同時采用6 mm和12 mm兩種規(guī)格的碳纖維進(jìn)行的膠漿導(dǎo)電對比試驗也證明：相同摻量條件下(2%碳纖維，5%～10%石墨)后者比前者的電阻率降低1/3～1/2．但是，考慮膠漿與混合料的不同，較長纖維不利于攪拌分散和薄膜成型時的施工，本研究選取了較短的6 mm碳纖維．

表1、表2、表3分別列出了本研究所采用的石油瀝青、短切碳纖維和石墨的技術(shù)參數(shù)．

表1 石油瀝青技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of petroleum asphalt

表2 短切碳纖維技術(shù)參數(shù)Tab.2 Technical parameters of short carbon fiber

表3 石墨技術(shù)參數(shù)Tab.3 Technical parameters of graphite

2.3 以導(dǎo)電性為控制指標(biāo)的配比優(yōu)化

涂川俊等[20]、程景[21]的相關(guān)研究及試驗表明，瀝青混合料中石墨的摻量不宜超過瀝青用量的25%，而碳纖維的摻量宜在1%～3%．同時在國內(nèi)外相關(guān)研究中，普遍采用滲濾閾值確定導(dǎo)電材料的最佳摻量．本研究采用同樣的理論，設(shè)計了兩因素多水平均勻試驗方法以尋求碳纖維與石墨的最佳摻量及其導(dǎo)電性影響規(guī)律．其中，碳纖維摻量c1取瀝青質(zhì)量的1%、2%和3% 3個水平；而石墨摻量c2取0～20%，級差5%，5個水平．

2.3.1 試件制備 試拌表明，保證膠漿充分混合的條件是較低的瀝青黏度與足夠的攪拌時間，保證碳纖維均勻分散的拌合投料工序是熔融熱瀝青→石墨→碳纖維．制備時瀝青加熱溫度高于150 ℃，每步攪拌時間宜控制在3～5 min．

將熔融態(tài)的膠漿澆筑于5 cm×2 cm×1 cm的長條形陶瓷模具中并修平表面，條形模具兩端放入與截面大小相同的網(wǎng)狀金屬電極并引出導(dǎo)線，試件冷卻至室溫后以伏安法測電阻．

2.3.2 配比優(yōu)化 按照前述試驗方法得到的測試結(jié)果列于表4．

表4 各摻配比例下膠漿電阻率測試結(jié)果Tab.4 The test results of mortar resistivity at different mixing ratios

測試結(jié)果顯示，碳纖維與石墨摻量都對電阻率具有明顯的影響．不同石墨摻量情況下，3%碳纖維摻量的電阻率相對1%碳纖維摻量平均下降78%，而相對2%碳纖維摻量平均下降69%；2%與3%碳纖維摻量相對1%碳纖維摻量的差距為9%，由此可以確定碳纖維的導(dǎo)電滲濾閾值為1%～2%．不同碳纖維摻量情況下，膠漿電阻率隨石墨摻量提高而降低，但5%石墨摻量處具有明顯的拐點，這說明石墨的滲濾閾值在5%左右．按1.3×10-2～2.6×10-2Ω·m的目標(biāo)，同時考慮成本控制，2%的碳纖維與5%的石墨是最優(yōu)的配比組合．該配比電阻率達(dá)到目標(biāo)指標(biāo)的低限，完全滿足作為電熱瀝青膜的導(dǎo)電性要求．

3 導(dǎo)電層的導(dǎo)電及力學(xué)性能

采用導(dǎo)電膠漿制作黏層模型試件，黏層材料用量用Q表示，進(jìn)行不同膠漿用量下的導(dǎo)電性試驗與抗剪切、抗拉拔試驗，以檢驗材料在結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電性和力學(xué)表現(xiàn)．同時，試件的制作方法模擬實際施工過程，以檢驗施工擾動的影響．

3.1 試件準(zhǔn)備

試件準(zhǔn)備步驟如下：a.首先制備尺寸為30 cm×30 cm×5 cm的SMA-16輪碾成型試件；b.按電熱瀝青膜厚度估算膠漿用量，將熔融膠漿均勻涂敷于受碾表面，在一對平行邊緣粘貼1 cm寬銅網(wǎng)作為電極并引出導(dǎo)線；c.涂敷后的黏層表面稀疏灑布石屑；d.置涂敷黏層的試件于30 cm×30 cm×10 cm試模底部作為復(fù)合試件下層，在剩余槽深內(nèi)投入SMA-13混合料，輪碾壓成型作為復(fù)合試件上層；e.室溫冷卻后脫模．復(fù)合車轍試件示意圖見圖2.

圖2 復(fù)合車轍試件示意圖Fig.2 Schematic diagram of compound rutting sample

所制試件先用于測電阻，然后切割成10 cm×10 cm×10 cm的試塊進(jìn)行抗剪切和抗拉拔試驗．為進(jìn)行力學(xué)性能對比評價，按除c步驟之外的前述方法，以90#基質(zhì)瀝青、普通乳化瀝青和SBR乳化瀝青為黏層材料制作對比組試件．

3.2 導(dǎo)電性能

取0.4～2.0 L/m2的5組不同導(dǎo)電膠漿用量，按前述方法制作復(fù)合試件，以模擬黏層瀝青膜厚度為0.4～2.0 mm(膠漿密度約為1 g/cm3)的情況，按伏安法測得電阻來驗證制成瀝青膜后是否能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，并檢驗施工擾動對瀝青膜導(dǎo)電性的影響．試驗表明，0.4 L/m2組無法形成連續(xù)瀝青膜，電路表現(xiàn)為斷路．將其他4組數(shù)據(jù)與計算電阻繪于圖3.

圖3 實測電阻與計算電阻對比Fig.3 Contrast of measured resistance andncalculated resistance

圖3數(shù)據(jù)顯示實測瀝青膜電阻隨導(dǎo)電膠漿用量的變化較為顯著，用量為0.8 L/m2時的電阻較1.2 L/m2高得多，而0.4 L/m2組表現(xiàn)為斷路，所以推斷這是由瀝青膜厚度與連續(xù)性狀態(tài)所引致的結(jié)果．當(dāng)膠漿用量超過1.2 L/m2后瀝青膜的電阻變化不再明顯，實測結(jié)果亦與計算結(jié)果差異不大，其電阻率計算結(jié)果差異也可能是瀝青膜估算厚度的誤差所致．上述分析說明，若需形成連續(xù)的導(dǎo)電通路，導(dǎo)電瀝青膠漿的用量至少要達(dá)到1.2 L/m2．

另一方面，層間瀝青膜的導(dǎo)電連續(xù)性可能會在上層施工時被破壞．但是當(dāng)導(dǎo)電膠漿用量高于1.2 L/m2時，實測電阻與按電阻率計算所得電阻相差無幾．因此可以認(rèn)為：當(dāng)導(dǎo)電膠漿用量高于1.2 L/m2時，上層鋪筑不會對瀝青膜的導(dǎo)電連續(xù)性造成顯著影響，其抗施工擾動能力較強(qiáng)．

3.3 抗剪切性能

抗剪切試驗溫度為25 ℃，采用異形夾具以θ=45°斜剪模擬實際受力狀態(tài)，加載速率為20 mm/min，其試驗裝置示意圖見圖4，試驗結(jié)果繪于圖5.

圖4 抗剪切試驗裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram of shear test device

由圖5可見，4種材料的抗剪強(qiáng)度都在0.8～1.2 L/m2取得峰值，而導(dǎo)電瀝青膠漿的峰值相對偏后，該最大抗剪強(qiáng)度用量能同時保證達(dá)到合理的電阻率水平．導(dǎo)電瀝青膠漿的抗剪強(qiáng)度小于SBR乳化瀝青，但好于普通乳化瀝青和90#基質(zhì)瀝青，滿足目標(biāo)要求.

圖5 抗剪強(qiáng)度對比曲線Fig.5 Contrast curves of anti-shear strength

3.4 抗拉拔性能

抗拉拔試驗的試驗溫度為25 ℃，以環(huán)氧樹脂粘貼試件頂部和底部于夾具上，然后進(jìn)行直接拉伸，加載速率為20 mm/min，其試驗裝置示意圖見圖6，試驗結(jié)果繪于圖7.

圖6 抗拉拔試驗裝置示意圖Fig.6 Schematic diagram of anti-drawing test device

圖7 抗拉拔強(qiáng)度對比曲線Fig.7 Contrast curves of anti-drawing strength

由圖7可知，不同黏層材料的抗拉拔強(qiáng)度隨用量的變化趨勢與抗剪強(qiáng)度基本相同，隨用量的增加表現(xiàn)為先增大再減小，存在一個0.8～1.2 L/m2的最優(yōu)用量范圍．與抗剪強(qiáng)度相同，導(dǎo)電瀝青膠漿的抗拉拔強(qiáng)度峰值也出現(xiàn)在1.2 L/m2．上述的強(qiáng)度峰值恰好與合理電阻水平相契合，充分滿足預(yù)期設(shè)想．同時其強(qiáng)度高于90#基質(zhì)瀝青與普通乳化瀝青，也達(dá)到了目標(biāo)需求．

4 材料成本分析

按第3章結(jié)論，同時滿足導(dǎo)電與力學(xué)性能指標(biāo)的導(dǎo)電瀝青膠漿的建議用量為1.2～1.6 L/m2，取中間用量1.4 L/m2；而膠漿中含碳纖維2%、石墨5%，即每平方米使用碳纖維約26 g，使用石墨約65 g．按瀝青4 000 元/t、碳纖維150 元/kg、石墨20 元/kg計，則電熱瀝青膜的成本約為10.8 元/m2；若考慮電熱瀝青膜本身替代黏層或封層，則增加的成本僅為5.2 元/m2．

就材料成本將電熱瀝青膜方案與同為“三明治”結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電瀝青混合料方案進(jìn)行對比，后者的碳纖維用量約為混合料用量的0.1%[12,17-18,21]，按5 cm層厚計算的碳纖維用量約為120 g/m2，增加的成本為18 元/m2．可見導(dǎo)電膠漿的材料成本不到導(dǎo)電瀝青混合料的1/3．另外同為“三明治”結(jié)構(gòu)的兩種方案的接電方式接近或相同，但電熱瀝青膜結(jié)構(gòu)的單位面積電阻為550～1 100 Ω，而導(dǎo)電瀝青混合料為1 000～2 000 Ω(按5 cm層厚、電阻率50～100 Ω·m)，這樣前者所耗用的電極材料的用量(長度)約為后者的一半．

5 結(jié) 論

(1)提出了通電加熱融冰雪的電熱瀝青膜方案．該方案采用開放的浮地電路，相對發(fā)熱電纜或電熱格柵具有不影響路面結(jié)構(gòu)，局部損傷不失效的優(yōu)點；相對導(dǎo)電瀝青混合料方案自身蓄熱少、能耗低．

(2)基于試驗得出適于電熱瀝青膜的材料優(yōu)化配比為石墨5%、6 mm碳纖維2%，該配比的電阻率約為1×10-2Ω·m，達(dá)到導(dǎo)電性能要求．

(3)通過黏層復(fù)合試件的導(dǎo)電與力學(xué)性能測試試驗，驗證了電熱瀝青黏層在路面結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電性能．同時，滿足薄層結(jié)構(gòu)導(dǎo)電性能的膠漿用量需高于1.2 L/m2，該用量與抗剪切和抗拉拔試驗的峰值用量相契合，從而使電熱瀝青膜(黏層)能同時滿足導(dǎo)電發(fā)熱的功能性要求和作為黏層的力學(xué)性能要求．并且該用量下電熱瀝青膜連續(xù)性得到保證，具有一定抗施工擾動能力．

(4)滿足相同發(fā)熱功率要求的電熱瀝青膜的材料所增加成本不到導(dǎo)電瀝青混合料鋪裝層方案的1/3，且耗用的電極材料相對更少．

綜上所述，采用所提出的電熱瀝青膜方案和所開發(fā)的導(dǎo)電瀝青膠漿鋪筑融雪化冰路面值得進(jìn)一步研究．

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Material development and performance study for electric heating asphalt film

WANG Liming*,WU Wenjie

(School of Civil Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China )

In order to improve the efficiency of electric heating system for deicing pavement and solve problems of current techniques, an electric heating asphalt film scheme for deicing is proposed and the advanced study on its material components and performance is carried out. The electric heating asphalt film is made of conductive mortar which is a mixture of graphite, short carbon fiber and asphalt. The film whose resistivity could be low as 1×10-2Ω·m can be paved between layers by the construction technology of tack coat or seal coat. Conductive performance tests conducted by the engineering state simulation prove that it has achieved the resistance value of deicing power when it is paved with the dosage of tack coat and the construction process does not significantly affect its continuity. At the same time, the mechanical property tests show that the asphalt film made of conductive mortar can fully meet the interlayer anti-shear and anti-drawing technical requirements.

road engineering; electric heating asphalt film; shear test; resistivity; carbon fiber; graphite

1000-8608(2017)04-0396-07

2016-10-17；

2017-05-20．

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目(2572014CB22).

王黎明*(1975-)，男，博士，副教授，E-mail:wlmdxx@126.com；吳文杰(1991-)，男，碩士生，E-mail:530744416@qq.com.

U414

A

10.7511/dllgxb201704010