CN108532430A - 基于高介电常数材料覆盖沥青路面的微波加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高介电常数材料覆盖沥青路面微波加热方法，主要解决路面微波加热过程中有热转化效率偏低、深度不易控制、加热不均匀的问题。其实现方法为：对沥青路面进行简单清洁后，在路面上方依次铺置弹性材料层(6)和高介电常数材料层(5)；在高介电常数材料层(5)上方电镀出T形金属导带(1)和金属导体平面(2)，形成共面波导结构；通过同轴线(3)给共面波导馈电，在弹性材料层下方形成谐振表面波，从而给沥青路面加热，实现沥青路面温度的迅速升高。本发明提高了微波能量的转化效率，提高了微波加热均匀性，实现沥青路面高效就地加热再生，可用于对沥青路面的维护。
Description
方法领域
本发明属于路面处理技术领域，特别涉及一种沥青路面微波加热方法，可用于对沥青路面的维护。
背景方法
在公路养护和维修方法中，沥青混合料就地热再生技术因其所具有的独特优势，受到了越来越多的关注。目前在沥青路面养护领域，沥青混合料就地热再生所采用方法有明火、红外方法或微波加热等。
对现有沥青路面的加热是沥青就地热再生的关键方法之一。沥青路面在进行热再生前必须加热，使其能够在较短的时间内消耗较低的能源，加热至所需要的温度，才能用于热再生。加热温度太低，路面软化程度不够、不宜耙松，并导致拌和温度太低，影响产品质量；反之，加热温度太高，旧沥青容易分解，导致沥青的老化、焦化，最终影响沥青混合料的路用性能。
在多种沥青混合料就地加热方法中，微波加热具有加热速度快、穿透能力强等优点，能够有效避免沥青混合料局部被过量加热进而导致的老化和加热不均匀的现象，也有效避免了沥青组成成分加热挥发所造成的环境问题。
近年来，研究人员通过在沥青路面喷洒混合乳化剂的方法，进一步提高了微波加热的效率，大大缩短了工作时间，使得大规模路面养护重铺成为可能。但是，微波就地加热沥青路面方法中，依然存在诸多的难点，主要有热转化效率偏低、加热深度不易控制，这些缺点制约了产业的发展。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有沥青路面微波加热方法中的不足，提供一种基于高介电常数覆盖沥青路面的微波就地加热方法，以提高微波热转化效率，便于加热深度控制。
为了实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：
1)选择介电常数大于3.7的高介电常数材料，将其置于沥青路面上，且在沥青路面层与高介电常数材料之间添加介电常数大于3.7的弹性材料层，以保证高介电常数材料层与沥青路面的最大程度的贴合；
2)在高介电常数材料的上方，构建基于共面波导方式的激励源；
在高介电常数材料层上表面的中心放置为一个T型金属导体带(1)，该T型金属导体带的四周设有金属导体平面(2)，两者之间设有缝隙，形成共面波导，且T型导体金属带(1)的一端延伸到高介电常数材料层的边缘与同轴线(3)的内导体连接，金属导体平面(2)与同轴线(3)的外导体连接，同轴线(3)为整个共面波导馈电；
3)将同轴线(3)与电源连接，激励共面波导，使共面波导工作在谐振状态，以在高介电常数弹性材料层的下表面生成表面波，该表面波将微波能量汇聚在路面沥青层，实现对沥青路面进行快速加热，以回收利用。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明采用共面波导激励覆盖于沥青路面上的高介电常数材料，可以加强路面附近分布的场强强度，从而大大增加沥青路面对微波的能量吸收，提高微波热转化效率。
2.本发明采用高介电常数材料的引入，可以将微波能量有效控制在所需要的加热深度内，从而避免能量在不必要的传播过程中的耗散。
3.本发明通过在高介电常数弹性材料底层实现谐振表面波，使得微波能量在待加热路面沥青层均匀分布，从而提高了加热的均匀性。
4.本发明由于将高介电常数材料层作为共面波导的一部分直接用于沥青加热，不同于以往在沥青层上放置天线辐射装置的做法，避免了微波能量的二次损耗。
5.本发明所采用的沥青微波加热方法，不仅具有受环境影响小的特点，而且更高的微波加热效率使得路面沥青层迅速升温，实现对沥青料的高效再回收利用，节省了沥青资源。
附图说明
下面结合附图对本发明进行进一步的描述。
图1为本发明的实现流程图；
图2为本发明中使用的沥青路面加热装置侧面示意图；
图3为本发明中使用的沥青路面加热装置俯视图；
图4为本发明中使用的加热装置使待加热沥青路面吸收的微波能量示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通方法人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，本发明的微波加热方法包括以下步骤：
步骤1：对待加热路面进行简单清洁。
为防止待加热沥青路面上有垃圾等覆盖，影响高介电常数材料与沥青路面的贴合，使得加热效果变差，因此在加热前，利用现有的路面清洁设备要先对路面进行简单清洁，为后续路面的有效加热提供保障。
步骤2：高介电常数材料覆盖
参照图2，在完成路面清洁后，将弹性材料层(6)铺设于待加热沥青路面之上，在弹性材料(6)之上放置高介电常数材料层(5)。弹性材料(6)的引入，可以避免由于路面不平整而导致的贴合不密，使得本加热装置与待加热沥青路面达到最紧密的贴合，从而达到最理想的加热效果。
本实施例中所选择但不限制高介电常数材料(5)是相对介电常数为30的陶瓷材料，该材料的厚度为6mm，宽度为150mm，长度为225mm，整体呈现规则的长方形形状。高介电常数材料5的其他尺寸参数和形状可根据具体应用环境确定。
本实例中所选择的弹性材料层(6)为介电常数大于3.7的高介电常数弹性材料，该材料的厚度为4mm，宽度为150mm，长度为225mm，整体呈现规则的长方形形状。弹性材料(6)的其他尺寸参数和形状可根据具体应用环境确定。
步骤3：路面加热
传统的沥青路面微波加热领域普遍使用天线型辐射加热器，为改善微波能量利用效率，本领域的技术人员往往通过改变天线的类型或在天线型辐射加热器的下面铺设电磁超材料，这些做法不仅增加了微波路面加热的成本，而且会造成微波能量的二次损耗，本实例使用高介电常数材料覆盖沥青路面的方式来实现对沥青路面的微波加热。
参照图3，本实例中T型金属导体带(1)的底部是宽度为3mm长度为200mm的矩形金属导体，T型金属导体带(1)的顶部是宽度为3mm长度为15mm的矩形金属导体；金属导体平面(2)对称分布于T型金属导体带(1)的两侧，金属导体平面(2)与T型金属导体带(1)之间的缝隙宽度均为1.5mm。T型金属导体带(1)和金属导体平面(2)的材料都为铜。
本实例是在陶瓷材料层(5)的上表面按T型金属导体带(1)和金属导体平面(2)的尺寸参数和位置关系进行镀铜处理，镀铜的厚度为1mm，由于镀铜具有极强的附着性，这样三者就成为一个整体即共面波导，并由同轴线(3)为该共面波导进行馈电，即选用RG-7U型号的同轴线(3)，且将同轴线(3)的外导体与金属导体平面2连接，将同轴线(3)的内导体与T型金属导体带(1)连接。
当给同轴线(3)通电后，共面波导开始工作，由于弹性材料层(6)和沥青路面层7紧密贴合，弹性材料层下表面能够生成谐振表面波，谐振表面波迅速加热沥青路面，达到快速加热沥青路面的效果。
本发明的效果可以通过以下仿真进一步说明：
1.仿真实验
对陶瓷材料层(5)、弹性材料层(6)、T型金属导体带(1)、金属导体平面(2)的尺寸参数进行三维建模，为达到全真模拟的效果，在弹性材料层下表面设置厚度为100mm的沥青路面，共面波导之上设置为空气，设置工作频率为2.45GHz；
将上述实施例的过程在三维电磁仿真软件HFSS中进行仿真，得到弹性材料层与路面之间形成谐振表面波的情况，结果如图4所示。图4中颜色的深浅代表沥青层吸收微波能量的程度大小。
2.仿真结果分析
从图4可见，在2.45GHz的工作频率下，本发明所示的路面微波加热方法，在待加热的沥青层实现了微波能量高效且均匀的吸收。该微波路面加热方法在弹性层材料层地面形成谐振表面波，谐振的表面波在路面表层电场强度较大，大大提高了表层微波热转化效率，达到57％。因此，沥青路面的温度可以得到快速的提升，可实现沥青路面能就地快速加热的目的。
综上所述，本发明的一种基于高介电常数材料覆盖路面微波沥青路面加热方法，可以极大地提高微波能量的转化效率，提高加热均匀性，达到沥青路面高效就地加热再生的效果，达到工程实用化。
以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本方法领域的方法人员在本发明揭露的方法范围内，可轻易想到变化或替换，如变换同轴线馈电为其他馈电形式，变换共面波导激励为其他激励形式，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种高介电常数材料覆盖沥青路面微波加热方法，其特征在于，包括：
1)选择介电常数大于3.7的高介电常数材料，将其置于沥青路面上，且在沥青路面层与高介电常数材料之间添加介电常数大于3.7的弹性材料层，以保证高介电常数材料层与沥青路面的最大程度的贴合；
2)在高介电常数材料的上方，构建基于共面波导方式的激励源；
在高介电常数材料层上表面的中心放置为一个T型金属导体带(1)，该T型金属导体带的四周设有金属导体平面(2)，两者之间设有缝隙，形成共面波导，且T型导体金属带(1)的一端延伸到高介电常数材料层的边缘与同轴线(3)的内导体连接，金属导体平面(2)与同轴线(3)的外导体连接，同轴线(3)为整个共面波导馈电；
3)将同轴线(3)与电源连接，激励共面波导，使共面波导工作在谐振状态，以在高介电常弹性材料层的下表面生成表面波，该表面波将微波能量汇聚在路面沥青层，实现对沥青路面进行快速加热，以回收利用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用的高介电常数材料为陶瓷材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，T型金属导体带(1)的底部采用宽度为3mm-6mm，长度为200mm-300mm的矩形金属导体，T型金属导体带的顶部采用宽度为3mm-6mm，长度为15mm-25mm的矩形金属导体。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，金属导体平面(2)对称分布于T型金属导体带的两侧，金属导体平面(2)与T型金属导体带(1)之间的缝隙宽度均为T型金属导体带宽度的一半。
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