摘要：為研究導(dǎo)電瀝青在通電情況下的熱傳導(dǎo)特性，文章通過在石油瀝青和改性瀝青中摻入不同比例的自制導(dǎo)電膠漿，研究熱傳導(dǎo)效果以及導(dǎo)電膠漿摻量對(duì)復(fù)合瀝青軟化點(diǎn)的影響。研究表明：在石油瀝青和改性瀝青中摻入自制導(dǎo)電膠漿能夠?qū)щ姡瑢?dǎo)電膠漿摻入量＞35%時(shí)熱傳導(dǎo)效果顯著，升溫效果與導(dǎo)電膠漿呈線性相關(guān)，復(fù)合導(dǎo)電瀝青不僅具有較好的電熱特性，且軟化點(diǎn)也得到較大提升。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)電瀝青；升溫；熱傳導(dǎo)；軟化點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U414.1A180593

0 引言

為保障行車安全，季節(jié)性冰凍地區(qū)的高等級(jí)道路在冬季經(jīng)常需要進(jìn)行融雪除冰，傳統(tǒng)融雪除冰操作方法是向路面撒布除冰鹽和融雪劑，但是除冰鹽和融雪劑有可能滲入路面內(nèi)部甚至路基，誘發(fā)鹽漲現(xiàn)象，破壞道路結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性，使瀝青路面較早出現(xiàn)開裂和松散等一系列病害，加大道路運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的難度［1-2］。目前高等級(jí)道路電熱融雪除冰成為新的研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外有大量學(xué)者針對(duì)導(dǎo)電瀝青混凝土進(jìn)行了深入研究，但是瀝青混凝土在攪拌過程中加入的導(dǎo)電相材料不易控制走向，易結(jié)團(tuán)，使導(dǎo)電相材料不能均勻分散在瀝青混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致瀝青混凝土在通電后較難形成導(dǎo)電通路或隧道效應(yīng)，很難實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電［3-4］。

瀝青混凝土導(dǎo)電應(yīng)以瀝青導(dǎo)電為基礎(chǔ)和前提，制作導(dǎo)電瀝青混凝土必須先制作導(dǎo)電瀝青，瀝青的導(dǎo)電性能可以通過通電產(chǎn)生的電熱量體現(xiàn)。本文以石油瀝青和SBS改性瀝青為基礎(chǔ)制作導(dǎo)電瀝青，通過摻入自制導(dǎo)電膠漿，即在瀝青中分別摻入導(dǎo)電相材料和增溶劑［5］，進(jìn)行導(dǎo)電膠漿復(fù)合瀝青電熱特性與軟化點(diǎn)研究。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

本文使用70#石油瀝青和SBS改性瀝青，其基本參數(shù)見表1和表 使用的導(dǎo)電相材料為以環(huán)氧樹脂為基體的自制導(dǎo)電膠漿。

1.2 導(dǎo)電膠漿制備

導(dǎo)電膠漿各組成成分如表3所示。導(dǎo)電膠漿組成成分中的石墨具有極好的導(dǎo)電性能，且耐高溫，不與環(huán)氧樹脂等添加劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但易發(fā)生團(tuán)聚；氧化鋁具有良好的吸附作用，可以將石墨附著在其顆粒表面，避免了石墨團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生；氣相二氧化硅與環(huán)氧環(huán)狀分子鍵合作用，使分子間的鍵力提高，從而大幅度提高環(huán)氧樹脂的強(qiáng)度、韌性和延展度。其中，碳酸鈣的主要作用為增強(qiáng)膠體的黏度，硅酸鈉作為粘合劑，能有效地將各種材料粘結(jié)在一起，形成能耐高溫、導(dǎo)電性良好且性能均勻的導(dǎo)電膠漿，實(shí)物如圖1所示。

1.3 試件制備與試驗(yàn)方法

依照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011），將石油瀝青和SBS改性瀝青置于規(guī)定溫度下的烘箱內(nèi)，熔融至充分流動(dòng)狀態(tài)，在恒溫?cái)嚢杵髦凶⑷胍欢ㄙ|(zhì)量的液態(tài)瀝青，并加入提前預(yù)熱至70 ℃的導(dǎo)電膠漿和適量增溶劑。其中，導(dǎo)電膠漿加入量分別為瀝青質(zhì)量的35%、40%、50%。將試樣攪拌20 min，并仔細(xì)脫水至沒有泡沫為止，將制備好的混合瀝青膠漿徐徐澆筑于6.3 cm×6.3 cm×1 cm的正方形塑料模具中，分別制成導(dǎo)電膠漿含量為35%、40%、50%的3組復(fù)合石油瀝青與3組復(fù)合SBS改性瀝青混合料試件，并將其置于室溫下冷卻gt;12 h。其成型試件如圖2所示。

在制備好的試件模具兩端放入與橫截面積大小相同的銅片電極，對(duì)試件兩端施加電壓，通電30 min后，每間隔10 min記錄一次復(fù)合石油瀝青和復(fù)合SBS改性瀝青的內(nèi)部溫度。

2 導(dǎo)熱性能分析

對(duì)導(dǎo)電石油瀝青施加36 V電壓，在通電30 min后，每間隔10 min記錄一次導(dǎo)電石油瀝青和導(dǎo)電改性瀝青的內(nèi)部溫度。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)36 V電壓作用在導(dǎo)電改性瀝青上溫度變化不明顯，為了進(jìn)一步分析，采用56 V電壓［6-7］。導(dǎo)電石油瀝青和導(dǎo)電改性瀝青溫度隨時(shí)間變化規(guī)律分別如圖3和圖4所示。

根據(jù)圖3與圖4可知：在同一電壓作用下，在相同的規(guī)定測(cè)量時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)電膠漿摻入量越大，導(dǎo)電石油瀝青和導(dǎo)電改性瀝青內(nèi)部溫度升高越快；不論是施加36 V電壓還是56 V電壓，當(dāng)導(dǎo)電膠漿摻入量為35%時(shí)幾乎不發(fā)熱，而當(dāng)導(dǎo)電膠漿摻入量為40%和50%時(shí)升溫較為明顯，且呈良好的線性相關(guān)；在相同時(shí)間內(nèi)，當(dāng)導(dǎo)電膠漿摻入量為40%時(shí)，復(fù)合改性瀝青比復(fù)合石油瀝青升溫更為明顯，且溫度更高。

當(dāng)普通石油瀝青的導(dǎo)電膠漿摻入量在40%時(shí)，復(fù)合石油瀝青內(nèi)部溫度比摻入量為50%的內(nèi)部溫度升溫慢，在通電120 min后，瀝青內(nèi)部溫度僅為37 ℃，而當(dāng)導(dǎo)電膠漿的摻入量為50%時(shí)，瀝青內(nèi)部溫度高達(dá)58 ℃。對(duì)于復(fù)合改性瀝青而言，當(dāng)導(dǎo)電膠漿摻入量為40%時(shí)，復(fù)合改性瀝青在通電80 min內(nèi)的瀝青內(nèi)部溫度升溫較快，在通電80 min的瀝青內(nèi)部溫度到達(dá)51 ℃后，溫度上升趨勢(shì)有所減緩，但依然呈上升狀態(tài)，在通電180 min后，瀝青內(nèi)部溫度上升到65 ℃；而當(dāng)通電180 min后，導(dǎo)電膠漿摻入量為50%時(shí)，復(fù)合改性瀝青內(nèi)部溫度達(dá)到81 ℃，相比于導(dǎo)電膠漿的摻入量為40%時(shí)，溫度提升了24.6%。不論是導(dǎo)電膠漿的摻入量為40%還是50%，在通電180 min后兩者的內(nèi)部溫度均有提高，且均低于SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)溫度。

通電后，不同導(dǎo)電膠漿摻入量的復(fù)合石油瀝青和復(fù)合改性瀝青溫度都呈線性相關(guān)，為避免瀝青內(nèi)部溫度過高，而導(dǎo)致瀝青具有流動(dòng)性，從而影響鋪設(shè)好的瀝青混凝土在高溫條件下發(fā)生車轍等病害。故建議在通電一段時(shí)間后需斷電降溫，間歇性通電可使瀝青路面溫度維持在可控范圍內(nèi)，既起到導(dǎo)電的目的，又能很好地保護(hù)瀝青路面，從而減少由于溫度過高導(dǎo)致瀝青軟化和在壓力作用下發(fā)生的剪切破壞和拉拔破壞。

3 軟化點(diǎn)試驗(yàn)

由于添加了不同摻入量的導(dǎo)電膠漿，導(dǎo)電瀝青在通電后瀝青的溫度會(huì)持續(xù)增加，通電時(shí)間過長(zhǎng)可能使導(dǎo)電瀝青發(fā)生軟化而具有流動(dòng)性，從而對(duì)路面造成破壞。故開展不同導(dǎo)電膠漿摻入量下的復(fù)合石油瀝青和復(fù)合改性瀝青的軟化點(diǎn)研究，以此獲得最佳的通電時(shí)間。按照我國(guó)軟化點(diǎn)試驗(yàn)規(guī)范，分別進(jìn)行復(fù)合石油瀝青和復(fù)合改性瀝青的軟化點(diǎn)試驗(yàn)，如圖5所示。不同導(dǎo)電膠漿摻入量下軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果分別如圖6與圖7所示。

根據(jù)圖6、圖7可知：摻入一定量導(dǎo)電膠漿后，復(fù)合瀝青軟化點(diǎn)相比于原瀝青軟化點(diǎn)有較大提高。當(dāng)導(dǎo)電膠漿摻入量為35%時(shí)，復(fù)合石油瀝青軟化點(diǎn)比原石油瀝青軟化點(diǎn)高6.5 ℃；當(dāng)導(dǎo)電膠漿摻入量為40%時(shí)，導(dǎo)電石油瀝青軟化點(diǎn)比原石油瀝青軟化點(diǎn)高出8 ℃；當(dāng)導(dǎo)電膠漿摻入量為50%時(shí)，導(dǎo)電石油瀝青軟化點(diǎn)比原石油瀝青軟化點(diǎn)高出9.5 ℃。

當(dāng)導(dǎo)電膠漿的摻入量為35%和40%時(shí)，復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)提升較低，而當(dāng)導(dǎo)電膠漿摻入量為50%時(shí)，復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)有較大的提高。當(dāng)導(dǎo)電膠漿的摻入量為35%時(shí)，復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)比原SBS改性瀝青軟化點(diǎn)高0.5 ℃；當(dāng)導(dǎo)電膠漿的摻入量為40%時(shí)，復(fù)合改性瀝青的軟化點(diǎn)比原SBS改性瀝青軟化點(diǎn)高出2.5 ℃；當(dāng)導(dǎo)電膠漿的摻入量為50%時(shí)，復(fù)合改性瀝青的軟化點(diǎn)比原SBS改性瀝青軟化點(diǎn)高出6 ℃。

由此可見，摻入一定量導(dǎo)電膠漿后，瀝青的軟化點(diǎn)都有一定程度的提高。其中，導(dǎo)電膠漿摻量為35%、40%、50%的復(fù)合石油瀝青軟化點(diǎn)溫度分別為54.5 ℃、56 ℃、57.5 ℃，復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)溫度分別為89 ℃、90.5 ℃、94.5 ℃。由以上可知，摻入一定量導(dǎo)電膠后，軟化點(diǎn)的提高也提高了瀝青路面的高溫承受能力，從而提高了瀝青路面在通電時(shí)發(fā)生熱傳導(dǎo)效應(yīng)的最大溫度并相對(duì)延長(zhǎng)了通電時(shí)間，以達(dá)到最佳的融雪化冰效果，且在夏季高溫天氣也能有效控制路面車轍等病害的發(fā)生。

4 結(jié)語

（1）導(dǎo)電膠漿摻入量增大，導(dǎo)電石油瀝青和導(dǎo)電改性瀝青內(nèi)部溫度升高越多。導(dǎo)電膠漿摻入量為35%時(shí)幾乎不發(fā)熱，當(dāng)導(dǎo)電膠漿摻入量為40%和50%時(shí)升溫較快且與時(shí)間呈線性相關(guān)，說明導(dǎo)電膠漿復(fù)合瀝青具有良好的導(dǎo)電性。

（2）導(dǎo)電膠漿復(fù)合瀝青軟化點(diǎn)都有不同程度的提高。相比原石油、SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)，復(fù)合石油瀝青軟化點(diǎn)的提升最高達(dá)到9.5 ℃，最低為6.5 ℃；復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)最高高出6 ℃，最低為高出0.5 ℃，對(duì)瀝青性能有一定提升。

（3）導(dǎo)電膠漿的摻入，使復(fù)合瀝青的軟化點(diǎn)都有不同程度的增高，可以避免復(fù)合瀝青通電后內(nèi)部溫度逐漸升高而產(chǎn)生明顯軟化現(xiàn)象，但導(dǎo)電膠漿不同摻入量下復(fù)合瀝青的軟化點(diǎn)不同，在運(yùn)用中需結(jié)合實(shí)際情況決定通電時(shí)長(zhǎng)，控制導(dǎo)電瀝青內(nèi)部的溫度，不僅節(jié)能且便于達(dá)到最好的熱傳導(dǎo)效果。

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收稿日期：2023-10-20

作者簡(jiǎn)介：旦錦華（1986—），工程師，主要從事公路工程管理工作。