可用微波加热的沥青混凝土中的矿粉及其应用.pdf

可用微波加热的沥青混凝土中的矿粉及其应用，其特征是在所述矿粉中，按重量百分比含有10％～100％的铁氧体；其应用是对于同一路段上的上面层、中面层和下面层沥青混凝土层，根据需要分别设定各层面上沥青混凝土中矿粉的铁氧体含量，从而调节微波能在路面深度方向上的分布，使各层面获得所需的加热温度，实现微波加热沥青混凝土的可控性。掺入本发明矿粉的沥青混凝土在用微波加热方面较之常规沥青混凝土有着更高的吸收效率，微波热能在沥青混凝土中的扩散更加均匀，并能有效控制微波能在路面深度方向的分布。

1、  可用微波加热的沥青混凝土中的矿粉，其特征是：
在所述矿粉中，按重量百分比含有10％～100％的铁氧体。

2、  权利要求1所述可用微波加热的沥青混凝土中矿粉的应用，其特征是对于同一路段上的上面层、中面层和下面层沥青混凝土层，根据需要分别设定各层面上沥青混凝土中矿粉的铁氧体含量，从而调节微波能在路面深度方向上的分布，使各层面获得所需的加热温度，实现微波加热沥青混凝土的可控性。

可用微波加热的沥青混凝土中的矿粉及其应用
技术领域
本发明涉及可用微波加热的沥青混凝土，更具体地说是一种可用微波加热的沥青混凝土中的矿粉及其应用。
背景技术
沥青混凝土路面有很多种养护方式，由本申请人提出的、申请号为“200910116510.4”、名称为“沥青路面预防性再生养护方法”的发明专利申请，是用微波加热沥青混凝土，而这种采用微波加热沥青混凝土的方式，针对现有的沥青混凝土在使用方面有很大的不适宜性，原因是：
微波加热不是靠热传导来进行的，它是靠热量辐射来加热的，介质材料吸收微波能量转化为热能，在微波电磁场的每秒钟千百万次的速度变化下，介质材料中会形成偶极子或已有的偶极子重新排列，并随着高频交变电磁场以每秒高达数亿次的速度摆动。分子要随着不断变化的高频电场的方向重新排列，就必须克服分子原有的热运动和分子相互间作用的干扰和阻碍，产生类似于摩擦的作用，实现分子水平的“搅拌”，从而产生大量的热，也就是微波加热靠材料自身吸热来升温的。这与常规加热不同，常规加热通过传导、对流、辐射的传热方式加热固体周围的环境或固体表面，使固体的表面得到热量，然后再通过热传导的方式将热量传到固体内部。微波加热能量吸收和众多因素有关，而其中外因包括频率、温度、组织内部的场强大小和密度等；内因方面，材料对微波能的吸收效率直接影响到自身的温升和微波在材料中的传播，通常以材料的电介质特性来表示。该特性主要与材料的电介质常数e’、电介质损耗因子e″以及材料的损耗角正切tanδ有关。电介质常数e’要影响材料在电场作用下能量的保存；电损耗因子e″表示微波能在材料传播中热损失的大小；损耗角正切tanδ＝e″/e’。一些常见材料的介质特性见表1。
表一

沥青本身对微波能的吸收效率极低，主要靠聚集料产生热量并将热量传给沥青料，而目前已有沥青混凝土中，聚集料对微波的吸收较低，如表1所示。
显然，沥青混凝土由于其构成材料沥青和一般的聚集料对微波的吸收效率较低且分布不均衡，所以沥青混凝土微波加热的热量扩散的均匀性不佳，微波能在路面深度方向的控制很难做到，比如，工程上希望下面层的温度更高、上面层的温度有所下降，但却难以做到。
按常规，沥青混凝土包含有作为粗聚料的10～15mm的小石子、5～10mm的碎石子、0～5mm的石屑，有作为细聚料的砂子，以及矿粉，所有物料按比例混配构成。在这一组成中，常规的粗聚料和细聚料主要含有闪长岩、石灰石、石英等，而这些材料对于微波的吸收率较低。但是，由于沥青混凝土中的粗聚料和细聚料用量巨大、分布不均，且对强度要求高，如果用吸波材料替代，难度很大。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可用微波加热的沥青混凝土中的矿粉及其应用，通过对沥青混凝土中的矿粉的成分及含量进行有效的选择，使掺入该矿粉的沥青混凝土在用微波加热方面较之常规沥青混凝土有着更高的吸收效率；使微波热能在沥青混凝土中的扩散更加均匀；甚至能有效控制微波能在路面深度方向的分布。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明可用微波加热的沥青混凝土中的矿粉的特点是：在所述矿粉中，按重量百分比含有10％～100％的铁氧体。
本发明可用微波加热的沥青混凝土中矿粉的应用，其特征是对于同一路段上的上面层、中面层和下面层沥青混凝土层，根据需要分别设定各层面上沥青混凝土中矿粉的铁氧体含量，从而调节微波能在路面深度方向上的分布，使各层面获得所需的加热温度，实现微波加热沥青混凝土的可控性。
吸波材料按材料耗损机理可分为电阻型，电介质型和磁介质型。
碳化硅、石墨等属于电阻型，电磁能主要衰减在电阻上；
钛酸钡之类属于电介质型，其机理为依靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化等驰豫、衰减、吸收电磁波；
铁氧体属于磁介质型，具有较高的磁损耗角正切，依靠磁滞损耗、畴壁共振和自然共振、后效损耗等磁极化机制衰减、吸收电磁波。
研究证实，铁氧体是一种价格低廉、吸波材料性能佳的材料，既具有强磁性，又具有一定的介电性，由于其电阻率较高，电磁波能有效进入其内部，在一定条件下，既可以产生电损耗又可以产生磁损耗，对电磁波具有良好的衰减作用，它具有吸收频段高、吸收率高、匹配厚度薄等特点。根据电磁波在介质中从低磁导向高磁导方向传播的规律，利用高磁导率铁氧体引导电磁波，通过共振，大量吸收电磁波的辐射能量，再通过耦合把电磁波的能量转变成热能。
铁氧体的电介质常数e’为10左右、电介质损耗因子e″为0.6左右，材料的损耗角正切tan5为0.06左右，具有较大磁导率的铁氧体具有良好的吸收电磁波的性能，吸波能力为一般材料的几百倍。铁氧体的缺点仅仅是密度大、温度稳定性较差。但这两方面对于本发明技术方案并不产生影响。
与已有技术相比，本发明以铁氧体部分或全部替代沥青混凝土中的矿粉可以达到如下技术效果。
1、由于铁氧体的微波吸收效率比普通矿粉高很多，因此，沥青混凝土的微波吸收效率得以大大提高。
2、由于铁氧体加工成粉状颗粒，颗粒小，可以在沥青混凝土中分布均衡，作为掺入料在沥青混凝土中形成很多微小的吸收微波的点，加热沥青混凝土，因此可以大大提高微波热能的扩散均匀性。
3、具体实施中，对于沥青混凝土路面的施工，可以在上面层、中面层和下面层的沥青混合料中设置铁氧体的不同的掺入量，从而设置各层沥青混凝土对微波的吸收效率，调节微波能在路面深度方向上的分布，有效提高了微波加热沥青混凝土的可控性。
以下通过具体实施方式，对本发明作进一步说明
具体实施方式
本实施例中，沥青混凝土及沥青混凝土中所加入的沥青的量均按常规形式进行组配，油石比(即沥青和石料的比重)按常规沥青混凝土组合。集聚料的比例也按常规筛分及组合进行，比如：按重量分，依序取10～15mm碎石、5～10mm碎石、0～5mm石屑、中砂、矿粉分别为27、22、35、12、4。
与已有技术所不同的是，本实施例中，将矿粉全部或部分以铁氧体替代，按重量百分比，铁氧体占矿粉总量的10％一100％。
实际应用中，对于同一路段上的上面层、中面层和下面层，依次增加铁氧体的含量，可以调节微波能在路面深度方向上的分布，有效提高了微波加热沥青混凝土的可控性。
沥青混凝土路面分为上面层、中面层和下面层，一般结构中，上面层是厚度h₁为3cm的细级配沥青混凝土，中面层是厚度h₂为4cm的中级配沥青混凝土，下面层是厚度h₃为7cm的粗级配沥青混凝土。在实际的试验工作中，测得在常规材料拌制的沥青混凝土中采用微波加热路面15分钟，表面层的加热温度为140～170℃，中面层温度为90～110℃，而下面层的温度仅为60～70℃。由于采用原路面不破坏压实的方法，压实机械对路面压实效果随路面的深度而降低，并且随沥青温度的降低而降低。为了达到深部的压实重塑效果，可以在下面层中以铁氧体100％替换矿粉，中面层按40％替换矿粉，上面层按10％替换矿粉。由于铁氧体吸波材料的吸波性能准确测量较为困难，测试仪器设备也较为复杂，根据论和计算分析，可以得出以下几点关于铁氧体吸波体的设计计算准则：
1、铁氧体吸波体设计的关键在于提高低频(即30MHz附近)部分的吸波性能；
2、在低频部分，铁氧体吸波体的吸波性能与其固有的磁损耗角正切有直接关系，提高铁氧体磁损耗角正切可以直接提高其低频吸波性能；
3、在低频部分，铁氧体吸波体的厚度对吸波性能具有显著影响，吸波体越厚其吸波性能越好，设计中应综合考虑吸波体的厚度及其重量的影响。
4、介电常数对吸波性能的影响主要在100MHz以上的高频部分.
由于沥青混凝土中能吸收微波能的基本是石料，沥青可以忽略不计。一般情况按铁氧体的吸波性能为天然石材的180倍计算，其微波热能的吸收按此比例设计。沥青混凝土中按照集聚料重量划分的比例，依序取10～15mm碎石、5～10mm碎石、0～5mm石屑、中砂、矿粉分别为27、22、35、12、4计算，沥青的吸波能力忽略不计，则100份集聚料中只有4份矿粉，假设天然石材吸波能力为1则铁氧体为180，各面层吸波能力比较如下。
原来各层：96+4＝100
上面层：96+4*0.9+4*0.1*180＝171.6
中面层：96+4*0.6+4*0.4*180＝387.2
下面层：96+4*180＝816
这样，各面层对微波的吸收能力抵消了深度的影响，使能量较为均匀地加到路面沥青混凝土中，同时对不需要加热的其他基层材料影响减少，提高了加热的针对性。上面层、中面层和下面层被加热的温度几乎相同，面层以下的底层几乎没有被加热，热量散失很少，微波加热15分钟，各层温度均为100～130℃。
利用本原理的微波加热的针对性，可以通过试验调整各层沥青混凝土的铁氧体的含量，调整各层吸收微波的量，达到调整各层需要加热的温度，满足压实机械压实的要求，符合设计要求。