一种可卷曲的融雪化霜型预制导电混凝土罩面的制作方法

本发明涉及道路工程领域，特别是涉及一种可卷曲的融雪化霜型预制导电混凝土罩面及其制备方法和用途。

背景技术：

路面冰雪病害是长期影响路面安全及路面结构寿命的一大因素，如能在短期内降低其影响程度便能产生极大的社会效益和经济效益。导电混凝土罩面便是利用电热转换产生热量来高效地融雪化冰，对快速开放交通提高行车安全极为有利。目前各地推广的融雪化霜技术仅针对新建路面，而处于公路交通“咽喉”的在役道路却无相关配套技术。同时，一些技术存在工作时间长、污染严重、可回收利用性不强等缺陷。因此，开发具有融雪化霜功能且兼顾施工便捷性的预制导电混凝土罩面是提升融雪化霜效率，拓展融雪化霜技术受益面，发展旧路面低成本快速改造技术的关键。预制导电混凝土罩面便是将融雪化霜与预制卷曲结合在一起，使其能够完成融雪化霜功能的同时又具备良好的施工便捷性，以应用于道路表面，既能实现调温功能，又能保证路用性能，适用于新建路面及旧路面的升级改造。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可卷曲的融雪化霜型预制导电混凝土罩面及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种可卷曲的融雪化霜型预制导电混凝土罩面，包括聚氨酯层，所述聚氨酯层中分布有碳纤维发热线，所述聚氨酯层的上表面分布有碎石，所述聚氨酯层的下表面设有铝箔。

本发明所提供的融雪化霜型预制导电混凝土罩面中，所述罩面可以包括磨耗层、功能层和隔热层，所述磨耗层、功能层和隔热层可以自上而下依次分布。

本发明所提供的融雪化霜型预制导电混凝土罩面中，所述功能层通常为分布有碳纤维发热线的聚氨酯层，所述碳纤维发热线通常可以与外接电源连接，当通电时，可以利用碳纤维发热线的电热转换特性，产生热能，从而使得混凝土罩面可以产生热能，其整体上的温度也可以被调节。例如，当混凝土罩面上有积雪时，可以通过碳纤维发热线产生热能，使路面和/或混凝土罩面上的积雪融化。再例如，当环境温度降低时，可以通过碳纤维发热线产生热能，使得混凝土罩面和/或路面的温度被调整至一期望的范围。

本发明所提供的融雪化霜型预制导电混凝土罩面中，聚氨酯层通常具有一定的柔性，使得镶嵌碳纤维发热线的聚氨酯层仍具有一定的弯曲变形能力。在本发明一些实施方式中，所述聚氨酯可以为热塑型聚氨酯弹性体，具体可以是聚酯型和/或聚醚型弹性体，聚氨酯的相对密度可以为1.10～1.25，聚氨酯的玻璃化转变温度可以为100.6～122.8℃，聚氨酯的脆性温度通常低于-62℃，聚氨酯的邵氏硬度可以为60a～90a。

本发明所提供的融雪化霜型预制导电混凝土罩面中，合适聚氨酯层的厚度可以使得碳纤维发热线有足够的空间进行分布。在本发明一些实施方式中，所述聚氨酯层的厚度为3～4mm。

本发明所提供的融雪化霜型预制导电混凝土罩面中，本领域技术人员可选择合适种类和比例的碳纤维发热线分布于聚氨酯层中，从而作为所述混凝土罩面中主要的发热源。在本发明一些实施方式中，所述碳纤维发热线规格为24k，外径通常可以为2.5～4mm。在本发明一些实施方式中，所述碳纤维发热线以嵌入的方式分布于聚氨酯层中，更具体的，所述碳纤维发热线可以均匀分布于聚氨酯层中，分布方式可以为迂回状分布，例如，可以以连续、往复的分布方式，各排线体之间可以平行间隔。所述碳纤维发热线与聚氨酯层的面积比可以为0.03～0.1，更具体的，以垂直于聚氨酯层表面的方向进行投影，计算两者的面积比例。

本发明所提供的融雪化霜型预制导电混凝土罩面中，所述磨耗层通常包括碎石，所述碎石可以给予所述混凝土罩面一定的强度，能够有效延长混凝土罩面的使用时间。在本发明一些实施方式中，所述碎石为玄武岩碎石和/或黑刚玉碎石。在本发明一些实施方式中，所述碎石粒径为3～5mm。

本发明所提供的融雪化霜型预制导电混凝土罩面中，所述碎石可以通过粘合的方式分布于功能层的上表面。在本发明一些实施方式中，所述碎石通过环氧树脂和固化剂的混合物粘合于聚氨酯层的上表面，所述环氧树脂和固化剂的混合物通常具有一定的柔性，从而不会影响混凝土罩面整体上的柔性，在本发明一些实施方式中，环氧树脂与固化剂通常可以在常温下固化，混合固化后硬度(邵氏)可以为40d～70d。

本发明所提供的融雪化霜型预制导电混凝土罩面中，所述环氧树脂通常为软性环氧树脂，在本发明一些实施方式中，所述环氧树脂的导热率可以≥0.58w/mk以上，动力粘度可以为5000～6000cps，环氧值可以为0.25～0.45mol/100g。在本发明一些实施方式中，所述固化剂为胺类固化剂，更具体可以为聚酰胺固化剂，更具体可以为v125型聚酰胺固化剂。在本发明一些实施方式中，所述固化剂的热变形温度可以为70-85℃，抗弯强度可以为880-1020kg/cm²，抗压强度可以为540kg/cm²，伸长率可以≥8％，布氏硬度可以为65-75。

本发明所提供的融雪化霜型预制导电混凝土罩面中，所述隔热层通常为铝箔，从而可以使得混凝土罩面中功能层的热能尽量向上表面传播，最大限度地发挥碳纤维发热线所产生的热能所带来的控温效果。在本发明一些实施方式中，所述铝箔的厚度可以为0.05～0.2mm。在本发明一些实施方式中，所述铝箔可以通过压敏胶(压敏胶粘剂，是一类具有对压力有敏感性的胶粘剂)粘合于聚氨酯层的下表面，所用压敏胶可以为树脂型压敏胶，更具体可以为聚氨酯类压敏胶、聚丙烯酸酯类压敏胶、有机硅类树脂型压敏胶等中的一种或多种的组合。

本发明所提供的融雪化霜型预制导电混凝土罩面中，所述混凝土罩面通常指覆盖于混凝土基材表面的罩面(薄层罩面)，从而可以使得混凝土路面结构整体上具有调温的功能，其整体厚度通常可以为8-10mm，所述混凝土基材通常指由混凝土浇筑成型的固形物(例如，路面、墙体、板材等)。在本发明一些实施方式中，所述预制导电混凝土罩面为混凝土调温罩面。在本发明一些实施方式中，所述混凝土罩面为沥青混凝土罩面和/或水泥混凝土罩面。

本发明第二方面提供所述可卷曲的融雪化霜型预制导电混凝土罩面的制备方法，包括如下步骤：

1)将碳纤维发热线嵌入聚氨酯层中；

2)在所得聚氨酯层的一面粘结铝箔，另一面涂覆环氧树脂和固化剂的混合物；

3)在涂覆有环氧树脂和固化剂的混合物的一面均匀铺撒碎石；

4)固化后即得所述混凝土罩面。

本领域技术人员可根据所需的碳纤维发热线的分布形状，在聚氨酯层表面形成合适的线槽，用于嵌入碳纤维发热线，例如，可以通过刻蚀的方式在聚氨酯层表面形成线槽。

本领域技术人员可根据固化剂和/或环氧树脂的种类，选择合适的固化时间。在本发明一些实施方式中，固化时间≥36小时。

本发明第三方面提供所述可卷曲的融雪化霜型预制导电混凝土罩面在构建混凝土路面结构中的用途。

本发明第四方面提供一种混凝土路面结构，包括混凝土基材和覆盖于所述混凝土基材上的所述可卷曲的融雪化霜型预制导电混凝土罩面，还包括向碳纤维发热线供电的供电装置。所述供电装置通常可以提供与碳纤维发热线所匹配的电源，本领域技术人员可以根据碳纤维发热线的种类对电源的种类和/或强度进行选择。所述供电装置通常可以通过碳纤维发热线形成一个或多个回路，例如，当罩面中的碳纤维发热线均为连续的线体时，罩面中的碳纤维发热线的两端可以被引出并连接在供电装置上，从而形成一个电流回路；再例如，当罩面中的碳纤维发热线包括多组线体时，各线体的两端可以分别被引出并连接在供电装置上，从而形成多个电流回路。在本发明一些实施方式中，所述混凝土罩面为沥青混凝土罩面和/或水泥混凝土罩面。

本发明所提供的预制导电混凝土罩面可以作为调温混凝土薄层罩面，其能够有效克服冰雪病害对路面结构和路面安全的影响。具体来说，所述预制导电混凝土罩面碳纤维发热线的电热转换特性提供调温功能，以环氧树脂和固化剂作为主要粘结材料，从而可以在环境温度变化时释放其产生的热能，以缓解一些道路有害状况的发生(例如，缓解冰层的形成、加速路面降雪的融化)。可见，本发明所提供的预制导电混凝土罩面一定程度上解决了路面冰雪病害的问题，提高了行车安全，延长了路面结构寿命，可卷曲的薄层罩面作为一种简易的表面处置方式，可灵活加铺于新旧路面，保护新路面结构延长旧路面寿命，且不影响路用性能，耐久性强，更换方便。

附图说明

图1显示为本发明实施例1聚氨酯层制备示意图。

图2显示为本发明实施例结构示意图。

图3显示为本发明实施例1结果示意图。

图4显示为本发明实施例2结果示意图。

元件标号说明

1磨耗层

2功能层

3隔热层

4混凝土基材

5线槽

6聚氨酯层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例中所使用的各物料信息如下：

聚氨酯：热塑性聚酯型聚氨酯弹性板，规格30cm×30cm×0.35cm；

碳纤维发热线：24k，外径3mm；

环氧树脂：hasuncast142sw型软性环氧树脂；

固化剂：v125型聚酰胺固化剂；

碎石：3～5mm玄武岩碎石；

铝箔：0.15mm厚。

实施例1

按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程(jtge20-2011)中t0703沥青混合料试件制作方法(轮碾法)，公路沥青路面施工技术规范(jtgf40-2015)中密集配沥青混凝土ac-13级配标准，采用玄武岩集料，制成沥青混凝土板两块，一块做实验组一块做对照组。按照如下步骤制作预制导电混凝土薄层罩面：

1)按图1所示在截面为正方形(长30cm，宽30cm，厚3.5mm)的聚氨酯层表面刻蚀线槽，线槽为连续的往复排布，互相之间平行，按线槽的中心计，线槽之间的间隔为50mm，两边的线槽与聚氨酯层边缘的间隔均为75mm，两边线槽的直线部分长度为225mm，中间线槽直线部分的长度为150mm，各平行线槽之间通过r＝25mm的半圆连接，线槽宽度为3mm，深度为3mm，将碳纤维嵌入聚氨酯层中；

2)在所得聚氨酯层的一面粘结铝箔，另一面涂覆环氧树脂和固化剂的混合物(环氧树脂：固化剂为5:1，共180g)；

3)在涂覆有环氧树脂和固化剂的混合物的一面均匀铺撒碎石；

4)36h固化后即得所述预制导电混凝土薄层罩面；

5)进一步在上述沥青混凝土板表面涂覆环氧树脂和固化剂的混合物，将预制导电混凝土薄层罩面铝箔一侧粘结到沥青混凝土板上(通过有机硅类树脂型压敏胶)，36h后固化完成，应用预制导电混凝土薄层罩面(如图2所示)，作为实验组。

将对照组和实验组进行性能测试，具体为在实验组和对照组表面均匀撒铺冰霜，对实验组接通220v交流电源，并实时监控表面温度，经过22分钟的加热后，实验组冰霜的融化情况明显好于对照组的融化情况。数据制成图表可得(见图3)，当时间为0min时，实验组温度为-0.9℃，对照组温度为-1℃；当时间为6min时，实验组的温度上升到0℃，对照组的温度上升到-0.4℃；从6min直到实验结束的22min，实验组的温度明显地上升到了15.1℃，而对照组的温度逐渐上升到了4.5℃。

经计算实验组的电热转换效率可达43.62％。

实施例2

按照前述预制导电混凝土薄层罩面的制备方法制备成型试件，具体制备方法参见实施例1。

利用人工测量卷曲的方式表征其可卷曲性，经测试，该预制导电混凝土薄层罩面的曲率半径可达到至少0.5m的要求，具体实验结果如图4所示。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。