CN106082740B - 一种能采用微波加热快速修复的沥青路面材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能采用微波加热快速修复的沥青路面材料，这种沥青路面所使用的沥青混合料中的集料部分或全部被一种改性钢渣替代。这种改性钢渣以工业固体废弃物普通钢渣为原料，通过表面成分转化或改性的方式将普通钢渣表面的Fe₂O₃部分或全部转化为具有磁性的Fe₃O₄。这种改性钢渣被均匀分散在沥青路面中，使得沥青路面具有均匀的微波吸收能力，并获得均匀的加热效果。在利用微波进行加热修复的过程中，包裹在改性钢渣表面的沥青膜能够快速恢复流动性，从而大大提高了沥青路面的微波加热效率和微波修复速度。这种沥青路面的吸波效率和升温速率是传统沥青路面的2倍以上，而且造价低廉，大大提高了沥青路面养护和修复的效果和工作效率。

Description

一种能采用微波加热快速修复的沥青路面材料

技术领域

本发明涉及到一种沥青路面，尤其是一种利用微波加热快速修复的沥青路面。

背景技术

由于自然环境和车辆荷载等因素，沥青路面经常会发生结构上的松散甚至变形等病害，如果不及时修复，其破坏的速度会大大加快。一旦路面发生功能或结构性破坏，通常需要先将路面铣刨，将旧料加热后重新铺筑。传统方法不仅成本高，且由于混合料级配的改变，翻新路面的舒适度也会显著下降。实践证明，如果定期或在适当时机对沥青路面进行快速修复，可以有效延长沥青路面的使用寿命。沥青路面主要由沥青(包括改性沥青)与石料、矿粉等组成，路面的松散变形主要由于沥青疲劳、脆性开裂造成。而沥青具有极强的受热自愈合功能，当加热温度高于沥青的玻璃化温度时，其自愈合的效果更好。因此，只要设法增强沥青路面的热流动性，即可实现沥青路面的原位加热修复、整形，可大幅降低沥青路面的养护成本。

目前的沥青路面的热修复技术，主要采用以液化石油气或柴油等为燃料加热红外辐射板的方法，不仅热效率较低，加之红外线波长短，对沥青路面的穿透深度很浅(4cm左右)，且从上至下传热，受热不均，易造成沥青冒烟焦化。微波加热相对高效、节能和环保，已经被成功地应用于沥青混合料的加热和路面的快速修复开发中。由于沥青混合料的微波吸收率很低，导致微波加热沥青路面的效率很低。因此，可向混合料中添加一定比例的微波吸收剂，如介电材料、金属微粉、铁氧体等，但是这些微波吸收剂通常较贵，且掺入量较高。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种能采用微波加热快速修复的沥青路面材料，增强沥青路面中集料或石料表面的微波吸收能力，用于沥青路面裂缝等损害的快速修复。

技术方案：我们知道，沥青路面的加热修复过程，主要是其中石料(集料)表面的沥青膜融化，以增加石料之间的流动性。而沥青膜的融化仅需要石料表面发热即可。因此，通过增强石料表面的微波吸收，可大幅提高路面的热修复流动性，显著降低微波的能耗，缩短微波加热时间，提高预防养护和维修的效率，节约养护成本。

本发明所采用的技术方案是：该路面材料采用沥青和粗集料及细集料，其中，粗集料或细集料部分或全部采用经表面改性的钢渣，这种改性钢渣的表面Fe₃O₄含量不低于5％。所述的表面改性的钢渣以普通钢渣为原料，普通钢渣中含有的Fe₂O₃质量分数大于5％。

所述的改性钢渣是对普通钢渣颗粒进行表面改性而得到，通过这种方式提高掺入了这种改性钢渣的沥青路面的微波吸收效率。

这种改性钢渣吸收微波后，其表面能够均匀发热，并将热量快速均匀地传递给包裹的沥青膜，使沥青快速软化恢复流动性，能耗低、加热效率高。

所述的对普通钢渣颗粒进行表面改性的方法为：

1.)化学共沉淀法：采用原料有氨水或NaOH溶液、FeCl₂、HCl溶液、Fe₂O₃质量含量大于5％的普通钢渣；反应原理为6HCl+Fe₂O₃→2FeCl₃+3H₂O；2FeCl₃+FeCl₂+8NH₄·H₂O→Fe₃O₄+4H₂O+8NH₄Cl；根据化学方程式选取适量的反应原料进行反应，最后将得到的产品进行退火结晶处理并干燥。

2.)所述的对普通钢渣颗粒进行表面改性的方法为：

活性炭还原法：主要是利用碳的还原性来使钢渣中的Fe₂O₃还原成Fe₃O₄，反应原理为：原料为活性炭，Fe₂O₃质量含量大于5％的普通钢渣；根据化学方程式选取适量的反应原料进行反应。

有益效果：本发明具有如下优点：

1.采用化学或物理处理方式增加普通钢渣表面的Fe₃O₄含量，并部分或全部替换集料，可显著改变沥青路面的电磁参数，提高微波吸收和加热效率，降低微波功耗，减少浪费；

2.采用改性钢渣部分或全部替换沥青路面中的集料，这种钢渣表面的Fe₃O₄提高了微波的磁损耗，从而增强掺入了这种改性钢渣的沥青混合料的微波吸收效率。这种改性钢渣均匀分布在路面中，且被沥青膜包覆，因此，改性后的混合料或路面将具有均匀的微波吸收能力，并获得均匀的微波加热效果，从而显著降低微波加热的能耗，缩短微波加热时间，提高预防养护和维修的效率，节约养护成本。

3.采用一种工业固体废弃物—普通钢渣作为原料，来源广泛，成本低廉，而且也为工业废料的再利用创造了新途径。

具体实施方式

沥青路面中所使用的沥青混合料中的粗集料或细集料被改性钢渣部分或全部替换，这种改性钢渣以普通钢渣为原料，经过化学或物理方式将普通钢渣表面的Fe₂O₃部分或全部转化成为具有磁性的Fe₃O₄。钢渣表面的Fe₃O₄将通过提高微波的磁损耗方式增强掺入了这种改性钢渣的沥青混合料的微波吸收效率。由于粗集料和细集料均匀分布在路面中，且被沥青膜包覆，因此，改性后的混合料或路面将具有均匀的微波吸收能力，并获得均匀的微波加热效果。

所述的普通钢渣为一种工业固体废弃物，炼钢排除的渣，其中Fe₂O₃含量大于5％。

所述的对普通钢渣颗粒进行表面改性的方法有以下两种：

1)化学共沉淀法：采用原料有氨水或NaOH溶液，FeCl₂，HCl溶液，Fe₂O₃含量大于5％的普通钢渣；反应原理为6HCl+Fe₂O₃→2FeCl₃+3H₂O；2FeCl₃+FeCl₂+8NH₄·H₂O→Fe₃O₄+4H₂O+8NH₄Cl；根据化学方程式选取适量的反应原料进行反应，最后将得到的产品进行退火结晶处理并干燥。

2)活性炭还原法：主要是利用碳的还原性来使钢渣中的Fe₂O₃还原成Fe₃O₄，反应原理为：原料为活性炭，Fe₂O₃含量大于5％的普通钢渣；根据化学方程式选取适量的反应原料进行反应。

所述的改性钢渣表面Fe₃O₄含量明显增加。

所述的沥青路面中的粗集料或细集料部分或全部被转化得到的改性钢渣代替。

下面给出本发明的具体实施方式：

实施例1：

第一步，采用共沉淀法将普通钢渣转化为改性钢渣。

①用电子天平称取Fe₂O₃质量分数为20％的普通钢渣20份，倒入烧杯中；

②根据称取的钢渣量，量取一定量的浓盐酸(盐酸浓度为12mol/L)；然后将盐酸倒入装有钢渣的烧杯中；

③根据浓盐酸的量，称取相应量的FeCl₂，将固体FeCl₂配制成5mol/L的溶液；

④将配制好的FeCl₂溶液倒入装有钢渣和盐酸的烧杯中；

⑤根据添加的盐酸的量，确定氨水的用量，考虑到使生成的Fe₃O₄量尽可能多，故氨水用量在理论用量的1.5-2倍之间；

⑥将称取的浓氨水迅速倒入FeCl₂和FeCl₃混合溶液中，并将溶液放在磁力搅拌器上搅拌并加热，约10min；上述步骤均是在隔氧手套箱中进行；然后将烧杯放入100℃的烘箱中加热退火，约4个小时后，将生成物放入70℃的烘箱中加热干燥，直至完全干燥。最后将干燥后的混合物加热使NH₄Cl分解除去。

⑦重复上述试验步骤，转化足够的钢渣细集料。

第二步，将得到的钢渣细集料进行筛分以得到符合级配要求的细集料。选取90#基质沥青、玄武岩粗集料、石灰岩矿粉以及转化得到的改性钢渣细集料，根据马歇尔体积设计法成型沥青混合料。

实施例2：

第一步，采用碳还原法转法将普通钢渣转化为改性钢渣。

①选取Fe₂O₃质量分数为20％的普通钢渣，根据上述反应方程式，反应过程中活性炭和钢渣的质量配比为1:200。根据活性炭和钢渣质量配比称取适宜质量的活性炭和钢渣，置于真空高温电炉内；

②通氮气来隔绝氧气或空气，加热原材料，反应时间30min，使其充分的反应；

③重复上述步骤，转化出足够的钢渣细集料。

第二步，将得到的钢渣细集料进行筛分以得到符合级配要求的细集料。选取90#基质沥青、玄武岩粗集料、石灰岩矿粉以及转化得到的改性钢渣细集料，根据马歇尔体积设计法成型沥青混合料。

为了验证上述沥青路面材料微波加热的效果，在实验室中采用以下步骤进行测试：

第一步，按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0703-2011“沥青混合料试件制作方法(轮碾法)”，在轮碾成型机上，成型300mm×300mm×200mm的AC-20试件；

第二步，采用路面养护工业微波加热器进行加热；通过红外热像仪对微波加热后的试件进行拍摄红外成像，可得到沥青混合料试件整个表面的温度分布。分别测试微波加热0min，3min，6min时刻温度变化情况。结果显示，实施例1在加热6分钟后，试件的温度由20℃上升到了75.8℃，实施例2在加热6分钟后，试件的温度由20℃上升到了77.6℃，加热效率是是普通沥青混合料的2倍；

第三步，根据变形稳定期(45min到60min)内每产生1mm变形车轮碾压次数即动稳定度来表征这种沥青混合料的高温性能。

试验结果见下表：

由表中数据可知，该沥青混合料的高温稳定性能很好的满足规范的要求，因此可以应用到实际路面工程中。

Claims (2)

1.一种能采用微波加热快速修复的沥青路面材料，其特征在于该路面材料采用沥青和粗集料及细集料，其中，粗集料或细集料部分或全部采用经表面改性的钢渣，这种改性钢渣的表面Fe₃O₄质量分数大于5％；

其中，所述的改性钢渣是对普通钢渣颗粒进行表面改性而得到，通过这种方式提高掺入了这种改性钢渣的沥青路面的微波吸收效率；

所述的对普通钢渣颗粒进行表面改性的方法为：

化学共沉淀法：采用原料有氨水、FeCl₂、HCl溶液、Fe₂O₃质量含量大于5％的普通钢渣；反应原理为

6HCl+Fe₂O₃→2FeCl₃+3H₂O；

2FeCl₃+FeCl₂+8NH₄·H₂O→Fe₃O₄+4H₂O+8NH₄Cl；根据化学方程式选取适量的反应原料进行反应，最后将得到的产品进行退火结晶处理并干燥。

2.如权利要求1所述的能采用微波加热快速修复的沥青路面材料，其特征在于所述的对普通钢渣颗粒进行表面改性的方法还可以用活性炭还原法替代所述的化学共沉淀法，

活性炭还原法：主要是利用碳的还原性来使钢渣中的Fe₂O₃还原成Fe₃O₄，反应原理为：原料为活性炭，Fe₂O₃质量含量大于5％的普通钢渣；根据化学方程式选取适量的反应原料进行反应。