CN104310860A - 一种吸收微波的沥青路面混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸收微波的沥青路面混合料，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青4％～5.5％、粗集料33％～65％、细集料25％～55％、矿粉2％～5％、羟基铁粉3％～7％；另外，本发明还公开了制备所述吸收微波的沥青路面混合料的方法，该方法为：一、将原料预热；二、将原料混合后搅拌，得到吸收微波的沥青路面混合料。本发明的沥青路面混合料铺筑于路面表层时，能够显著增强路面表层吸收微波的能力，微波穿透冰层能够使路面表层快速发热升温，通过热传导将能量传递给冰雪层，使冰雪层熔化为液态水，从而使冰层和路面剥离，然后再采用人工或机械的方式清除冰雪，极大地提高了微波除冰雪方法的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于路面功能材料技术领域，具体涉及一种吸收微波的沥青路面混合料及其制备方法。
背景技术
我国北方地区及高海拔的山区普遍具有较长的冰雪期，有的甚至超过半年，积雪、积冰对道路交通及机场飞机起降造成了严重的影响。目前，国内比较常用的除冰雪方法有人工法、机械法和化学方法。然而这些方法均需要投入大量的人力物力，人工作业劳动强度大，作业效果低，且易造成二次结冰。
近年来，已经有学者开发研究了利用微波加热路面原理将路面和冰层分离，进而采用人工、机械振捣等方法彻底清除冰雪的微波除冰雪方法。目前微波除冰雪方法的不足之处在于：1.冰的介质损耗角正切tanδ很小，基本不吸收微波，而且路面材料吸收微波的能力不足，除冰雪效率极低；2.除冰雪微波常用频率下的加热厚度为十几厘米，路面表层的能量不足，造成能量浪费，制约了除冰雪效率。
专利号为200910254549.2和200910219359.7的发明专利中公开了利用磁性粉和磁性冶金矿渣或磁性砂、碳化硅砂等全部或部分取代传统沥青混合料中石灰质矿粉和粗集料，从而获得具有微波吸收沥青混凝土路面材料的专利，其不足之处在于：1.不同磁性矿粉的吸波特性不同，对不同频率微波的吸收能力差异很大，专利中未明确磁性矿粉的种类、含量、微波频率等与所制备路面材料吸收微波能力的关系，过于笼统；2.磁性矿粉与粗集料的置换比例过高，易造成所制备的微波吸收路面材料的路用性能发生较大变化，同时成本过高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种吸收微波的沥青路面混合料及其制备方法。该沥青路面混合料铺筑于路面表层时，能够显著增强路面表层吸收微波的能力，当使用微波除冰雪方法融化冰雪时，微波能够穿透冰层，使路面表层快速发热升温，通过热传导将能量传递给冰雪层，使冰雪层熔化为液态水，从而使冰层和路面剥离，然后再采用人工或机械的方式清除冰雪，极大地提高了微波除冰雪方法的工作效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种吸收微波的沥青路面混合料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青4％～5.5％、粗集料33％～65％、细集料25％～55％、矿粉2％～5％、羟基铁粉3％～7％，其中所述矿粉和所述羟基铁粉的质量百分数之和不大于9％；所述改性沥青为SBS改性沥青或SBR改性沥青，所述羟基铁粉中铁的质量含量不低于97.5％，羟基铁粉的平均粒度不大于5μm。
上述的一种吸收微波的沥青路面混合料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青4.5％～5.5％、粗集料41.5％～50％、细集料35.5％～45％、矿粉2％～4％、羟基铁粉5％～7％。
上述的一种吸收微波的沥青路面混合料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青5％、粗集料46％、细集料40％、矿粉2％、羟基铁粉7％。
进一步，本发明还提供了一种制备上述吸收微波的沥青路面混合料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将改性沥青预热至165℃～170℃，将矿粉和羟基铁粉混合后预热至185℃～195℃，将粗集料和细集料混合后预热至190℃～220℃；
步骤二、将步骤一中预热后的矿粉、羟基铁粉、改性沥青、粗集料和细集料混合后搅拌60s，得到吸收微波的沥青路面混合料。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的沥青路面混合料铺筑于路面表层时，能够显著增强路面表层吸收微波的能力，当使用微波除冰雪方法融化冰雪时，微波能够穿透冰层，使路面表层快速发热升温，通过热传导将能量传递给冰雪层，使冰雪层熔化为液态水，从而使冰层和路面剥离，然后再采用人工或机械的方式清除冰雪，极大地提高了微波除冰雪方法的工作效率。
2、本发明制备的沥青路面混合料中添加羟基铁粉作为吸波材料，首先将羟基铁粉与适量矿粉混合，在引入吸波功能的同时，充分发挥矿粉的活性作用，由于在进一步将各原料混合时，矿粉和改性沥青混合后能够形成沥青胶浆，提高沥青路面混合料的强度和稳定性，因此本发明的沥青路面混合料能够在保证路用性能的情况下，显著提高其吸收微波的能力，将该沥青路面混合料经摊铺工艺摊铺在路面作为上面层，在采用微波除冰雪的方法过程中，选择频率为1GHz～10GHz的微波对路面进行加热时的吸收效率最佳。
3、本发明的沥青路面混合料制备工艺简单，成本相对低廉，且具有较广的适用性，对地域限制少，适合规模化推广使用，与微波除冰雪设备结合使用，能够快速剥离路面冰层，显著提高冬季除冰雪效率。
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明实施例中粗集料、细集料、矿粉、SBS改性沥青和SBR改性沥青均满足《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)和《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关技术要求，所述粗集料为粒径不小于4.75mm的集料，所述细集料为粒径小于4.75mm的集料，实施例1～3中羟基铁粉为江苏天一超细金属粉末有限公司生产的牌号为RW的羟基铁粉，实施例4～6中羟基铁粉为江苏天一超细金属粉末有限公司生产的牌号为YW1的羟基铁粉，其相关性能参数如表1所示。
表1两种牌号的羟基铁粉的相关性能参数
实施例1
本实施例吸收微波的沥青路面混合料，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青5％、粗集料46％、细集料40％、矿粉2％、羟基铁粉7％；所述改性沥青为SBS改性沥青，本实施例吸收微波的沥青路面混合料的级配类型为AC-13。
本实施例制备吸收微波的沥青路面混合料的方法包括以下步骤：
步骤一、将改性沥青预热至165℃，将矿粉和羟基铁粉混合后预热至190℃，将粗集料和细集料混合后预热至200℃；
步骤二、将步骤一中预热后的矿粉、羟基铁粉、改性沥青、粗集料和细集料混合后搅拌60s，得到吸收微波的沥青路面混合料。
对比例1
本对比例的沥青路面混合料，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青5％、粗集料46％、细集料44％、矿粉5％；所述改性沥青为SBS改性沥青，本对比例沥青路面混合料的级配类型为AC-13。
本对比例制备的沥青路面混合料的方法与实施例1相同，其不同之处在于：步骤一中不添加羟基铁粉。
实施例2
本实施例吸收微波的沥青路面混合料，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青4.5％、粗集料41.5％、细集料45％、矿粉4％、羟基铁粉5％；所述改性沥青为SBR改性沥青，本实施例吸收微波的沥青路面混合料的级配类型为AC-13。
本实施例制备吸收微波的沥青路面混合料的方法包括以下步骤：
步骤一、将改性沥青预热至170℃，将矿粉和羟基铁粉混合后预热至185℃，将粗集料和细集料混合后预热至195℃；
步骤二、将步骤一中预热后的矿粉、羟基铁粉、改性沥青、粗集料和细集料混合后搅拌60s，得到吸收微波的沥青路面混合料。
实施例3
本实施例吸收微波的沥青路面混合料，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青5.5％、粗集料50％、细集料35.5％、矿粉3％、羟基铁粉6％；所述改性沥青为SBS改性沥青，本实施例吸收微波的沥青路面混合料的级配类型为AC-13。
本实施例制备吸收微波的沥青路面混合料的方法包括以下步骤：
步骤一、将改性沥青预热至170℃，将矿粉和羟基铁粉混合后预热至185℃，将粗集料和细集料混合后预热至190℃；
步骤二、将步骤一中预热后的矿粉、羟基铁粉、改性沥青、粗集料和细集料混合后搅拌60s，得到吸收微波的沥青路面混合料。
实施例4
本实施例吸收微波的沥青路面混合料，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青4％、粗集料33％、细集料55％、矿粉5％、羟基铁粉3％；所述改性沥青为SBR改性沥青，本实施例吸收微波的沥青路面混合料的级配类型为AC-16。
本实施例制备吸收微波的沥青路面混合料的方法包括以下步骤：
步骤一、将改性沥青预热至168℃，将矿粉和羟基铁粉混合后预热至190℃，将粗集料和细集料混合后预热至210℃；
步骤二、将步骤一中预热后的矿粉、羟基铁粉、改性沥青、粗集料和细集料混合后搅拌60s，得到吸收微波的沥青路面混合料。
实施例5
本实施例吸收微波的沥青路面混合料，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青4.8％、粗集料49％、细集料40％、矿粉3％、羟基铁粉3.2％；所述改性沥青为SBS改性沥青，本实施例吸收微波的沥青路面混合料的级配类型为AC-16。
本实施例制备吸收微波的沥青路面混合料的方法包括以下步骤：
步骤一、将改性沥青预热至165℃，将矿粉和羟基铁粉混合后预热至185℃，将粗集料和细集料混合后预热至190℃；
步骤二、将步骤一中预热后的矿粉、羟基铁粉、改性沥青、粗集料和细集料混合后搅拌60s，得到吸收微波的沥青路面混合料。
实施例6
本实施例吸收微波的沥青路面混合料，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青5％、粗集料65％、细集料25％、矿粉2％、羟基铁粉3％；所述改性沥青为SBR改性沥青，本实施例吸收微波的沥青路面混合料的级配类型为AC-13。
本实施例制备吸收微波的沥青路面混合料的方法包括以下步骤：
步骤一、将改性沥青预热至170℃，将矿粉和羟基铁粉混合后预热至190℃，将粗集料和细集料混合后预热至200℃；
步骤二、将步骤一中预热后的矿粉、羟基铁粉、改性沥青、粗集料和细集料混合后搅拌60s，得到吸收微波的沥青路面混合料。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，分别利用实施例1～6的吸收微波的沥青路面混合料和对比例1的沥青路面混合料制备车辙板试件。
在微波频率为2.45GHz，发射功率为800W，波导口距离为250mm，室温为29.1℃的条件下，利用行波对各车辙板试件均加热60s，分别测量各车辙板试件的表面温度升高值，每个车辙板试件均测试4次取平均升高值，试验结果如表2所述。
表2各车辙板试件的微波加热测试结果
| 材料 | 初温(℃) | 平均末温(℃) | 平均升高值(℃) |
| 实施例1制备的车辙板试件 | 29.1 | 68.5 | 39.4 |
| 对比例1制备的车辙板试件 | 29.1 | 48.5 | 19.4 |
| 实施例2制备的车辙板试件 | 29.1 | 63.4 | 34.3 |
| 实施例3制备的车辙板试件 | 29.1 | 55.6 | 26.5 |
| 实施例4制备的车辙板试件 | 29.1 | 55.2 | 26.1 |
| 实施例5制备的车辙板试件 | 29.1 | 55.5 | 26.4 |
| 实施例6制备的车辙板试件 | 29.1 | 55.4 | 26.3 |
从表1中可以看出，相比较于利用未添加羟基铁粉的沥青路面混合料制备的车辙板试件，利用实施例1～6的沥青路面混合料制备的车辙板试件在采用微波加热的条件下，表面温度的平均升高值显著增大，这说明实施例1～6沥青路面混合料具有较强的吸波能力。
因此，采用本发明吸收微波的沥青路面混合料摊铺的路面在冬季路面表层覆盖较厚冰雪而采用微波除冰雪时，路面表层的温度升高幅度会较大，能够极大地提高微波除冰雪的效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种吸收微波的沥青路面混合料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青4％～5.5％、粗集料33％～65％、细集料25％～55％、矿粉2％～5％、羟基铁粉3％～7％，其中所述矿粉和所述羟基铁粉的质量百分数之和不大于9％；所述改性沥青为SBS改性沥青或SBR改性沥青，所述羟基铁粉中铁的质量含量不低于97.5％，羟基铁粉的平均粒度不大于5μm。
2.按照权利要求1所述的一种吸收微波的沥青路面混合料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青4.5％～5.5％、粗集料41.5％～50％、细集料35.5％～45％、矿粉2％～4％、羟基铁粉5％～7％。
3.按照权利要求2所述的一种吸收微波的沥青路面混合料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：改性沥青5％、粗集料46％、细集料40％、矿粉2％、羟基铁粉7％。
4.一种制备如权利要求1、2或3所述吸收微波的沥青路面混合料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将改性沥青预热至165℃～170℃，将矿粉和羟基铁粉混合后预热至185℃～195℃，将粗集料和细集料混合后预热至190℃～220℃；
步骤二、将步骤一中预热后的矿粉、羟基铁粉、改性沥青、粗集料和细集料混合后搅拌60s，得到吸收微波的沥青路面混合料。
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