一种养护用沥青混合料导电桥接工艺的控制方法

1.本发明涉及养护用沥青混凝土制备领域，尤其涉及一种养护用沥青混合料导电桥接工艺的控制方法。


背景技术：

2.养护用沥青混凝土路面是在混凝土材料内部添加一定量的导电材料(石墨、钢纤维等)，使得路面具有一定的导电能力，能够实现自愈合、融雪化冰和自监测等养护功能。由于养护用沥青混凝土路面内纤维状导电材料能够桥接其它导电材料形成电路闭环，缩短电荷的运行线路，形成导通捷径，所以桥接后导电率会呈几何倍数增加，有效提高导电率。
3.现有养护用沥青混凝土的制备技术是在拌和过程中直接添加导电材料，缺少桥接导电材料的过程，制备的养护用沥青混凝土内导电材料桥接效果不佳，没有最大程度地利用导电材料。因此，亟需一种养护用沥青混合料导电桥接工艺的控制方法，通过控制桥接工艺参数，最大限度地提升导电材料的桥接率和导电率，从而增强养护效果。


技术实现要素：

4.本发明目的是提供一种养护用沥青混合料导电桥接工艺的控制方法，定量确定桥接装置中电磁铁的最小电流、施工时最低温度等参数，对于提高养护用沥青混凝土的桥接效果具有重要意义。
5.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种养护用沥青混合料导电桥接工艺的控制方法，具体按照以下步骤实施：
6.一种养护用沥青混合料导电桥接工艺的控制方法，包括如下步骤：
7.s1：钢纤维进入退磁器进行退磁，通过高斯计测得钢纤维进入退磁器前磁感应强度最大值b
max1
和离开退磁器后磁感应强度最大值b
max2
，计算钢纤维退磁率β，重复此步骤，直至β≤20％，得到退磁次数n；
8.s2：根据沥青型号和沥青高温温度和密度方程及相关系数，设定施工温度、电流作用时间、磁场强度参数；
9.s3：计算在磁场中，导电沥青混凝土中钢纤维所受磁力f
钢
；
10.s4：通入电流时，导电沥青混凝土中石墨在磁场下的抗磁力f1，导电沥青混凝土中石墨和钢纤维之间的安培力f2，石墨、钢纤维分别在沥青中运动所受到的粘滞阻力f
石墨
和f
钢
；
11.s5：根据f
钢
、f1、f2、f
石墨
、f
钢
和v
石墨
＝a
石墨
t，分别对石墨和钢纤维进行受力分析,计算各力的大小；
12.s6：判定受力情况是否符合运动条件，调整施工温度、电流作用时间、磁场强度参数。
13.优选的，所述s1中计算钢纤维退磁率β的公式为：
[0014][0015]
其中，β—钢纤维退磁率，b
max1
—钢纤维进入退磁器前磁感应强度最大值，b
max2
—离开退磁器后磁感应强度最大值。
[0016]
优选的，所述s3中导电沥青混凝土中钢纤维所受磁力f
钢
的公式为：
[0017][0018]
其中，f
钢
—导电沥青混凝土中钢纤维所受磁力，μ0—真空磁导率，x
钢
—钢纤维的磁化率，v
钢
—钢纤维的材料体积，b
钢
—钢纤维周围磁感应强度，由高斯计测得。
[0019]
优选的，所述s4中计算石墨在磁场下的抗磁力f1的公式为：
[0020][0021]
其中，f1—石墨在磁场下的抗磁力，μ0—真空磁导率，x
石墨
—石墨的磁化率，v
石墨
—石墨的材料体积，b
石墨
—石墨周围磁感应强度，由高斯计测得；
[0022]
所述s4中计算石墨、钢纤维之间的安培力f2的具体步骤为：
[0023]
s4.1：计算载流钢纤维周围的磁感应强度b'，公式为：
[0024][0025]
其中，b'—载流钢纤维的磁感应强度，μ0—真空磁导率，u—外接电压值，r0—石墨至钢纤维的垂直距离，r—导电沥青混凝土的电阻，由绝缘电阻仪测得，θ1—石墨与钢纤维上端点的夹角；θ2—石墨与钢纤维下端点的夹角；
[0026]
s4.2：计算石墨与钢纤维之间的安培力f2，公式为：
[0027][0028]
其中，f2—相邻同向电流的钢纤维、石墨所受的安培力，u—外接电压值，r—导电沥青混凝土的电阻，由绝缘电阻仪测得，b'—钢纤维周围的磁感应强度，l—钢纤维长度。
[0029]
优选的，所述s4中计算石墨、钢纤维在沥青中运动所受到的粘滞阻力f
石墨
、f
钢
的公式为：
[0030]
v
石墨
＝a
石墨
t
[0031]
f
石墨
＝6πμ'rv
[0032]
其中，f
石墨
—石墨在沥青中受到的粘滞阻力，μ'—沥青动力粘度，r—石墨半径，v
石墨
—石墨运动速度，a
石墨
—石墨运动加速度，t—电磁场作用时间；
[0033]
f
钢
＝2μ'r
钢
l
钢
a
钢
[0034]
其中，f
钢
—钢纤维在沥青中受到的粘滞阻力，μ'—沥青动力粘度，r
钢
—钢纤维底面半径，l
钢
—钢纤维长度，a
钢
—钢纤维运动加速度。
[0035]
所述s6中，当受力分析后，石墨、钢纤维所受合力不能使两者相互吸引而运动时，改变施工温度、电流作用时间、磁场强度设定参数，重新计算，直至计算结果符合条件。
[0036]
与现有技术相比，本发明提供了一种养护用沥青混合料导电桥接工艺的控制方法，具备以下有益效果：
[0037]
1、本发明提出了一种养护用沥青混合料导电桥接工艺的控制方法，通过安培力与粘滞阻力的计算确定导电材料受力情况，从而确定能否桥接，通过控制温度、电流作用时间、磁场强度等参数控制桥接效果。对于利用磁场、电场桥接沥青混凝土中导电材料和形成长路径导电通路提供重要理论依据。
[0038]
2、本发明提出的一种养护用沥青混合料导电桥接工艺的控制方法，可用于反向推算确定电极作用时间、电极电流大小等参数，对于设计桥接导电材料的装置具有重要意义。
[0039]
因此，本发明能够提高导电材料的桥接率，提高导电率，从而增强路面养护效果。
附图说明
[0040]
图1为一种养护用沥青混合料导电桥接工艺的控制方法的流程图。
具体实施方式
[0041]
以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
[0042]
实施例一
[0043]
实施例采用的沥青为重交ah
‑
110沥青，温度为160℃，集料为玄武岩，由粗到细分为四档规格，分别为16～9.5mm、9.5～4.75mm、4.75～2.36mm及小于2.36mm。石墨采用高纯胶体石墨，掺量为20％，磁化率为
‑
22.5
×
10
‑6emu/g，直径为0.5mm。钢纤维掺量为4％，长度为9mm。电磁铁磁场设在导电沥青混凝土前后侧。正负电极板分别设在导电沥青混凝土左右侧，永磁体磁感应强度设定为1特斯拉，外接电压220v，电流作用时间为1s。
[0044]
s1：由于钢纤维容易因摩擦产生磁化，因此需要先进行退磁，减少团聚现象。钢纤维进入退磁器进行退磁，通过高斯计测得钢纤维进入退磁器前磁感应强度最大值b
max1
和离开退磁器后磁感应强度最大值b
max2
，计算钢纤维退磁率β，重复此步骤，直至β≤20％，得到退磁次数n；
[0045]
n＝1时，
[0046][0047]
n＝2时，
[0048][0049]
其中，β—钢纤维退磁率，b
max1
—钢纤维进入退磁器前磁感应强度最大值，b
max2
—离开退磁器后磁感应强度最大值。
[0050]
因此退磁次数n＝2。
[0051]
s2：(1)根据表1沥青高温温度和密度方程及相关系数，计算施工时沥青最低温度。
[0052]
表1沥青高温温度和密度方程及相关系数
[0053][0054][0055]
由沥青高温温度和密度方程
[0056]
y＝
‑
0.0006x+1.0161
[0057]
其中，x—温度，y—密度。
[0058]
计算可得110号沥青加热至160℃时，密度约为0.9201g/cm3。
[0059]
(2)计算沥青动力粘度：
[0060]
μ'＝d
×
y
[0061]
其中，μ'—动力粘度，d—运动粘度，y—密度；
[0062]
计算得到此时110号沥青动力粘度为0.065pa
·
s。
[0063]
s3：在永磁体磁场作用下，钢纤维沿平行于磁力线方向移动。受力时间为1s，计算在磁场中，磁场导电沥青混凝土中钢纤维所受磁力f
钢
；
[0064][0065]
其中，f
钢
—导电沥青混凝土中钢纤维所受磁力，μ0—真空磁导率，x
钢
—钢纤维的磁化率，v
钢
—钢纤维的材料体积，b
钢
—钢纤维周围磁感应强度，由高斯计测得。
[0066]
s3：通入电流时，导电沥青混凝土中石墨由于具有抗磁力，在磁场下受到的抗磁力f1。由于两导体同向电流会相互吸引，导电沥青混凝土中石墨和钢纤维之间产生安培力f2。同时，石墨、钢纤维分别在沥青中运动所受到的粘滞阻力f3和f
钢
'；
[0067]
s3中计算石墨在磁场下的抗磁力f1的公式为：
[0068]
[0069]
其中，f1—石墨在磁场下的抗磁力，μ0—真空磁导率，x
石墨
—石墨的磁化率，v
石墨
—石墨的材料体积，b
石墨
—石墨周围磁感应强度，，由高斯计测得。
[0070]
s3.1：计算载流钢纤维周围的磁感应强度b'，公式为：
[0071][0072]
其中，b'—载流钢纤维的磁感应强度，μ0—真空磁导率，u—外接电压值，r0—石墨至钢纤维的垂直距离，r—导电沥青混凝土的电阻，由绝缘电阻仪测得，θ1—石墨与钢纤维上端点的夹角；θ2—石墨与钢纤维下端点的夹角；
[0073]
s3.2：计算石墨与钢纤维之间的安培力f2，公式为：
[0074][0075]
其中，f2—相邻同向电流的钢纤维、石墨所受的安培力，u—外接电压值，r—导电沥青混凝土的电阻，由绝缘电阻仪测得，b'—钢纤维周围的磁感应强度，l—钢纤维长度。
[0076]
s3.3：通入电流时间为1s，s3中计算石墨、钢纤维在沥青中运动所受到的粘滞阻力f
石墨
、f
钢
的公式为：
[0077]
v
石墨
＝a
石墨
t
[0078]
f
石墨
＝6πμ'rv＝6πμ'
×
0.5
×
10
‑3a
石墨
[0079]
＝9.4248
×
0.065
×
10
‑3×
a
石墨
＝6.1261
×
10
‑4a
石墨
[0080]
其中，f
石墨
—石墨在沥青中受到的粘滞阻力，μ'—沥青动力粘度，r—石墨半径，v
石墨
—石墨运动速度，a
石墨
—石墨运动加速度，t—电流作用时间；
[0081]
f
钢
＝2μ'r
钢
l
钢
a
钢
＝2π
×
0.065
×
0.5
×
10
‑3×9×
10
‑3a
钢
[0082]
＝1.8378
×
10
‑6a
钢
[0083]
其中，f
钢
—钢纤维在沥青中受到的粘滞阻力，μ'—沥青动力粘度，r
钢
—钢纤维底面半径，l
钢
—钢纤维长度，a
钢
—钢纤维运动加速度。
[0084]
s4：根据f
钢
、f1、f2、f
石墨
、f
钢
和v
石墨
＝a
石墨
t，分别对石墨和钢纤维进行受力分析,计算各力的大小；
[0085]
计算后得到，f
石墨
＝1.2179
×
10
‑4n，f
钢
＝1.2188
×
10
‑4n，因此石墨和钢纤维能够在安培力的作用下相互吸引，同时钢纤维能够平行于磁感线方向运动，设定参数符合条件。
[0086]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。