新型沥青混凝土——导电沥青混凝土

    导读

    普通沥青混凝土的电阻率高，电阻率一般在106～109Ω·cm范围内，属电的不良导体。对于交流电来讲，干燥的沥青混凝土是良好的绝缘体，其电阻率约为1013Ω·cm。然而，还存在一种会导电的混凝土——导电沥青混凝土！那什么是导电沥青混凝土呢？在道路建设和养护运用中有什么特殊的功能呢？  
   

 1、什么是导电混凝土？

    导电沥青混凝土是一种具有符合规定的电性能和一定的力学性能的特种新型混凝土，其基本原理是，在普通沥青混凝土中加入一定量的导电材料，即导电材料部分或全部取代混凝土中的普通骨料，在不影响沥青混凝土路用性能的同时，使其具有一定的电学性能。
    导电沥青混凝土主要是依靠导电材料的相互接触进行导电的。目前可以作为导电混凝土导电相的材料有导电粉末、导电纤维、导电集料三类，主要有石墨、炭黑、碳纤维、钢纤维、钢渣等。导电材料可取代部分骨料掺入或作为单独组分直接掺入。现在研究最多的是碳纤维导电混凝土和石墨导电混凝土。

    2、导电混凝土的功能

    导电沥青混凝土具备热和电的感知和转换能力，这就使得它具有特殊的功能。对于道路领域导电沥青混凝土具有两方面的功能：一方面可以利用路用性能变化与其电阻变化之间的关系，对沥青混凝土内部的疲劳损伤进行判断，进而确定沥青混凝土路面的养护时机；一方面可以利用其电阻性能，在路面两端施加一个安全电压，使导电沥青混凝土加热升温融化道路表面的冰雪。
    导电沥青混凝土可以利用沥青路面受到车载的作用后输出的电阻值的变
    化来判断路面的服役状态。导电沥青混凝土在受到荷载后的电阻变化可分为四个阶段（图3）：
    ①初压实阶段A-B，在该阶段中，导电沥青混凝土刚刚受压发生形变，导电填料开始相互接触，电阻开始下降；
    ②无损伤阶段B-C，在该阶段中，导电沥青混凝土不断受压，导电填料接触的更加严密，同时内部也产生了许多细小的微裂纹，导致导电通路的生成和破坏速率相同，电阻变化非常小；
    ③有损伤阶段C-D，在该阶段中，导电沥青混凝土的形变达到极限，导电填料不再被压缩，导电通路不再增加，同时，内部的微裂纹逐渐扩大，大多数导电通路不断被破坏，导致电阻开始增加；
    ④破坏阶段D-E，在该阶段中，导电沥青混凝土被破坏，导电通路被彻底破坏，电阻陡然上述。

 

     因此，导电沥青混凝土可以通过电阻的变化来判断内部的损失和疲劳，从而确定沥青混凝土的养护时机，并及时进行养护，延长使用寿命，确保了沥青混凝土路面的服役年限。图4为导电沥青混凝土养护时机判断示意图。利用导电沥青混凝土的电阻变化来确定养护时机，在预测沥青混凝土路面疲劳寿命，智能养护管理方面具有很大的发展潜力。

    （2）应用于道路融冰雪

    冬季的降雪为道路交通安全和经济发展带来了极大的影响。为了保障道路行车安全，保证经济通道的畅通，路面及时有效的除雪方式是研究的热点之一。
    目前，主要的融雪化冰的方法是机械清除法和撒盐融化法。机械除雪法是利用机械设备除雪，但是除雪不彻底，机械使用效益低；撒盐融化法是利用盐降低水的冰点，从而使冰雪融化，但是盐的腐蚀性对沥青混凝土的损害大，同时也造成周围环境和水源的污染。
    导电沥青混凝土通过添加导电材料，降低了沥青混合料的电阻率，并使沥青混合料具有了一定的导热能力。
    导电沥青混凝土在不同功率下通电发热升温模拟曲线。对导电沥青混合料施加不同的功率，可以在不同的时间内使沥青混凝土快速的升温到冰点以上，从而达到融雪化冰的目的。利用导电沥青混凝土的电阻加热可以及时有效的融雪化冰，在道路安全和畅通方面具有重要意义。
 

   结语

    导电沥青混凝土是一种新型的特种功能混凝土，具备热和电的感知和转换能力，是一种“智能”型材料。导电沥青混凝土具有材料来源广泛，制备简单，经济等特性。随着科学技术的发展，今后在道路建设和养护领域将会被广泛应用。