石墨烯导电沥青混凝土制备及性能研究
发布时间：2021-06-23 21:06
我国在冬季低温情况下存在大量道路结冰现象,对于沥青混凝土路面而言,道路结冰会极大的威胁行车安全和舒适性,对国民经济也会产生较大不利影响,因而对道路的融雪化冰研究具有极大的意义。在众多融雪化冰方案中,导电沥青混凝土具备除冰过程不影响交通、应用方便、时效性高、绿色环保等优点,是目前的研究热点。参考目前的研究成果,发现导电沥青混凝土的导电相材料大多数集中在石墨、钢纤维、碳纤维上,这些材料存在掺量过大、导电效果不佳、对路用性能负面影响较大等不足,对导电沥青混凝土在融雪化冰中的应用产生了较大的限制。因此,本文基于石墨烯和碳纤维复掺作为导电相材料,在合理的掺量下制备出路用性能和导电性能、电热性能都较为优异的导电沥青混凝土,从而保证我国寒冷地区道路在冬季正常使用,解决道路结冰对交通运输造成的不利影响。首先,本文对导电相材料、集料、沥青等原材料进行了性能试验,通过对比采用不同导电相材料制备的导电沥青混凝土导电性能,从而确定了复掺石墨烯和碳纤维作为导电相材料的导电方案。并对石墨烯和碳纤维在导电沥青混凝土中的分散性进行了研究,基于导电相材料在不同沥青混凝土结构类型中的分布特征,确定了采用AC-20作为导电...
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯试验采用价格较低的多层石墨烯作为导电相材料，通过对KNG-G2-2型石墨
112.1.3.2碳纤维碳纤维（carbonfiber，简称CF），是目前在导电沥青混凝土制备过程中研究较多的一种导电相材料[39]。碳纤维除了具备碳素元素拥有的高导电导热性能外，还非常柔软，同时具备极高的韧性，其质量比绝大部分金属轻，但是其强度高于大部分金属，耐腐蚀性能也非常优异，是一种易于加工的高韧性和高强度材料。图2-2PAN基碳纤维对于导电沥青混凝土而言，碳纤维具备优异的导电性能，且由于其具有很好的韧性，可以在混凝土内部形成稳定的三维导电网络，是一种较为理想的导电相材料。本文选择以聚丙烯腈基碳纤维作为试验导电相材料，其基本性能参数如表2.6所示。表2.6聚丙烯腈基碳纤维基本性能参数试验项目参数单丝直径7～10μm抗拉强度3.6～3.8GPa杨氏模量220～240GPa含碳量≥95%伸长率1.5%密度1.6～1.76g/cm3电阻率8.4472×10-5Ω·m2.1.3.3石墨、膨胀石墨石墨具备优异的化学稳定性和高温稳定性，且其导电导热性能优异，它与绝大多数的酸、碱、盐都不起反应，耐腐蚀性能优异，抗氧化能力强。其中鳞片石墨因其优异的导电导热性能，相对低廉的成本，是目前导电沥青混凝土研究中常见的导电相材料。
12图2-3石墨本文选用400目鳞片状石墨作为备用导电相材料。其基本性能指标见表2.7。表2.7石墨基本性能参数密度电导率粒径含碳量外观2.2g/cm33.2×103S/cm30μm99%黑色粉末膨胀石墨[40](ExpandedGraphite，简称EG)是用天然石墨鳞片作为原材料，采用插层、水洗、干燥、高温膨化等工艺制备出的一种疏松多孔的蠕虫状碳元素材料。膨胀石墨温度适应性好，耐腐蚀性能优异，且由于其蓬松的结构具备很好的吸附性能，在高温情况下，其体积可以瞬间膨胀150～300倍，由片状变为蠕虫状，蠕虫状石墨之间可自行嵌合形成较为稳定的结构。在导电沥青混凝土结构中，导电相材料主要通过接触效应进行电流传输，相对于石墨，膨胀石墨可以在较小的掺量下形成较为稳定的导电网络，可以极大的减少石墨掺量过大对道路路用性能造成的负面影响，是一种值得研究的导电相材料。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢纤维对导电沥青混凝土路面性能的影响[J]. 朱泽远,王卓然,段建平,郭泽琛,马新伟. 混凝土与水泥制品. 2018(03)
[2]老化SBS改性沥青再生性能试验研究[J]. 孙宁,周志刚,杨文灿,王彦霖. 公路. 2017(10)
[3]碳纤维沥青混凝土导电特性研究[J]. 胡天文,霍海峰,张佩浩,王加宝,黄贵涛. 新型建筑材料. 2017(10)
[4]石墨烯制备方法及粒径对复合材料热导率的影响[J]. 于伟,谢华清,陈立飞,汪明珠,余应好,倪佳禄. 工程热物理学报. 2016(01)
[5]三相导电混凝土强度及导电性能试验研究[J]. 欧阳平. 混凝土与水泥制品. 2015(09)
[6]导电沥青混凝土路用性能影响因素的灰关联分析[J]. 蒋建国,张学磊,刘小明,邓云东,董立明. 铁道科学与工程学报. 2015(04)
[7]有效介质理论在复合型导电高分子材料研究中的应用[J]. 宋固全,陈忠良,陈煜国. 化工新型材料. 2013(11)
[8]再生纤维增强沥青路面低温抗裂性能评价[J]. 王瑞涛,刘红,曹东伟. 中外公路. 2012(06)
[9]短切PAN基碳纤维导电沥青混合料性能试验研究[J]. 查旭东,陈勇强,程景. 功能材料. 2012(07)
[10]氯盐融雪剂对SBS改性沥青混合料路用性能的影响分析[J]. 查旭东,任旭,傅广文. 交通科学与工程. 2012(01)
博士论文
[1]基于细观力学的导电沥青混凝土力学性能及导电机理研究[D]. 杨怡.南昌大学 2016
[2]电场作用下高密度聚乙烯/纳米石墨微片导电复合材料非线性导电行为研究[D]. 周丽春.华侨大学 2009
[3]导电沥青混凝土的机敏特性研究[D]. 刘小明.武汉理工大学 2007
[4]沥青混合料高温稳定性评价指标和级配设计方法研究[D]. 杜顺成.长安大学 2007
硕士论文
[1]碳纤维导电改性沥青混合料性能试验研究[D]. 曹艳霞.长沙理工大学 2013
[2]复合型导电集料及其水泥基复合材料的制备与性能研究[D]. 刘文博.武汉理工大学 2012
[3]导电沥青混凝土应用技术的研究[D]. 米轶轩.武汉理工大学 2011
[4]碳纤维石墨导电沥青混凝土的制备与导电性能研究[D]. 高宇星.武汉理工大学 2011
[5]多相复合导电沥青混凝土的制备与性能研究[D]. 张园.武汉理工大学 2010
[6]碳纤维导电混凝土在路面结构中的应用研究[D]. 魏晓冬.浙江大学 2010
[7]导电沥青混凝土的制备与研究[D]. 磨炼同.武汉理工大学 2004
本文编号：3245657
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯试验采用价格较低的多层石墨烯作为导电相材料，通过对KNG-G2-2型石墨
112.1.3.2碳纤维碳纤维（carbonfiber，简称CF），是目前在导电沥青混凝土制备过程中研究较多的一种导电相材料[39]。碳纤维除了具备碳素元素拥有的高导电导热性能外，还非常柔软，同时具备极高的韧性，其质量比绝大部分金属轻，但是其强度高于大部分金属，耐腐蚀性能也非常优异，是一种易于加工的高韧性和高强度材料。图2-2PAN基碳纤维对于导电沥青混凝土而言，碳纤维具备优异的导电性能，且由于其具有很好的韧性，可以在混凝土内部形成稳定的三维导电网络，是一种较为理想的导电相材料。本文选择以聚丙烯腈基碳纤维作为试验导电相材料，其基本性能参数如表2.6所示。表2.6聚丙烯腈基碳纤维基本性能参数试验项目参数单丝直径7～10μm抗拉强度3.6～3.8GPa杨氏模量220～240GPa含碳量≥95%伸长率1.5%密度1.6～1.76g/cm3电阻率8.4472×10-5Ω·m2.1.3.3石墨、膨胀石墨石墨具备优异的化学稳定性和高温稳定性，且其导电导热性能优异，它与绝大多数的酸、碱、盐都不起反应，耐腐蚀性能优异，抗氧化能力强。其中鳞片石墨因其优异的导电导热性能，相对低廉的成本，是目前导电沥青混凝土研究中常见的导电相材料。
12图2-3石墨本文选用400目鳞片状石墨作为备用导电相材料。其基本性能指标见表2.7。表2.7石墨基本性能参数密度电导率粒径含碳量外观2.2g/cm33.2×103S/cm30μm99%黑色粉末膨胀石墨[40](ExpandedGraphite，简称EG)是用天然石墨鳞片作为原材料，采用插层、水洗、干燥、高温膨化等工艺制备出的一种疏松多孔的蠕虫状碳元素材料。膨胀石墨温度适应性好，耐腐蚀性能优异，且由于其蓬松的结构具备很好的吸附性能，在高温情况下，其体积可以瞬间膨胀150～300倍，由片状变为蠕虫状，蠕虫状石墨之间可自行嵌合形成较为稳定的结构。在导电沥青混凝土结构中，导电相材料主要通过接触效应进行电流传输，相对于石墨，膨胀石墨可以在较小的掺量下形成较为稳定的导电网络，可以极大的减少石墨掺量过大对道路路用性能造成的负面影响，是一种值得研究的导电相材料。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢纤维对导电沥青混凝土路面性能的影响[J]. 朱泽远,王卓然,段建平,郭泽琛,马新伟. 混凝土与水泥制品. 2018(03)
[2]老化SBS改性沥青再生性能试验研究[J]. 孙宁,周志刚,杨文灿,王彦霖. 公路. 2017(10)
[3]碳纤维沥青混凝土导电特性研究[J]. 胡天文,霍海峰,张佩浩,王加宝,黄贵涛. 新型建筑材料. 2017(10)
[4]石墨烯制备方法及粒径对复合材料热导率的影响[J]. 于伟,谢华清,陈立飞,汪明珠,余应好,倪佳禄. 工程热物理学报. 2016(01)
[5]三相导电混凝土强度及导电性能试验研究[J]. 欧阳平. 混凝土与水泥制品. 2015(09)
[6]导电沥青混凝土路用性能影响因素的灰关联分析[J]. 蒋建国,张学磊,刘小明,邓云东,董立明. 铁道科学与工程学报. 2015(04)
[7]有效介质理论在复合型导电高分子材料研究中的应用[J]. 宋固全,陈忠良,陈煜国. 化工新型材料. 2013(11)
[8]再生纤维增强沥青路面低温抗裂性能评价[J]. 王瑞涛,刘红,曹东伟. 中外公路. 2012(06)
[9]短切PAN基碳纤维导电沥青混合料性能试验研究[J]. 查旭东,陈勇强,程景. 功能材料. 2012(07)
[10]氯盐融雪剂对SBS改性沥青混合料路用性能的影响分析[J]. 查旭东,任旭,傅广文. 交通科学与工程. 2012(01)
博士论文
[1]基于细观力学的导电沥青混凝土力学性能及导电机理研究[D]. 杨怡.南昌大学 2016
[2]电场作用下高密度聚乙烯/纳米石墨微片导电复合材料非线性导电行为研究[D]. 周丽春.华侨大学 2009
[3]导电沥青混凝土的机敏特性研究[D]. 刘小明.武汉理工大学 2007
[4]沥青混合料高温稳定性评价指标和级配设计方法研究[D]. 杜顺成.长安大学 2007
硕士论文
[1]碳纤维导电改性沥青混合料性能试验研究[D]. 曹艳霞.长沙理工大学 2013
[2]复合型导电集料及其水泥基复合材料的制备与性能研究[D]. 刘文博.武汉理工大学 2012
[3]导电沥青混凝土应用技术的研究[D]. 米轶轩.武汉理工大学 2011
[4]碳纤维石墨导电沥青混凝土的制备与导电性能研究[D]. 高宇星.武汉理工大学 2011
[5]多相复合导电沥青混凝土的制备与性能研究[D]. 张园.武汉理工大学 2010
[6]碳纤维导电混凝土在路面结构中的应用研究[D]. 魏晓冬.浙江大学 2010
[7]导电沥青混凝土的制备与研究[D]. 磨炼同.武汉理工大学 2004
本文编号：3245657
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