CN112194984A - 微波除冰路面功能涂层及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波除冰路面功能涂层及制作方法，微波除冰路面功能涂层，其组分质量份数如下：基体材料：59~77份；漂珠：6~8份，粉煤灰漂珠作为成孔组分；微波吸收剂：15~35份。本发明的微波除冰路面功能涂层，由三种组分构成，是一种具有较高微波吸收能力的路面材料，能显著提高路面微波除冰效率。其制作方法如下：步骤一，按照工艺要求准备原料，粒度满足要求；步骤二，按工艺配比称取基体材料、漂珠、锰锌铁氧体和碳化硅粉末，进行搅拌以混合均匀，得到微波除冰路面功能涂层材料；步骤三，将制得的微波除冰路面功能涂层材料按0.6‑0.8kg/m2的量以涂刷的方式涂抹在普通混凝土或普通沥青路面上，破乳稳定后得到微波除冰路面功能材料。

Description

微波除冰路面功能涂层及制作方法

技术领域

本发明涉及功能性混凝土材料制备技术领域，尤其涉及一种微波除冰功能涂层及涂层的制作方法。

背景技术

我国冬季寒冷地区常因路面积雪发生严重的交通事故，积雪使车轮与路面摩擦力减小，冰雪层路面摩擦系数仅为正常路面20%~30%，导致车辆的操控性降低，极易诱发安全事故。为缓解路面冰雪带来的许多问题，国内外学者探究了多种除冰方法，例如机械法、融雪剂法、人工法、热力融冰法等，但存在能耗高、污染环境、损害路面以及除冰效率低等问题。

因为微波加热存在如下优点：1、具有穿透性；微波透入介质时，由于介质损耗引起的介质温度升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规解热中的热传导时间，物料内外加热均匀一致。2、能选择性加热；物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定，介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强；由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点；物质不同，产生的热效果也不同；3、热惯性小；微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低；另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。现有技术中微波除冰是一种机械除冰与路面微波加热相结合的新型道路除冰方式，除冰过程环保无污染、加热均匀且对路面没有损害。但普通水泥混凝土以及普通沥青路面并无微波吸收剂，其受到微波辐照后温度提升有限，因此其除冰效率低下进而影响其实际应用。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明第一目的是提供一种具有较高微波吸收能力的路面材料——微波除冰路面功能涂层，以提高路面微波除冰效率；第二目的是提供一种在普通混凝土或普通沥青路面上，涂刷微波除冰路面功能涂层形成具有较高微波吸收能力的微波除冰路面功能材料。

为了解决所述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

微波除冰路面功能涂层，其特征在于：组分质量份数如下：

基体材料：59~77份；

漂珠：6~8份，粉煤灰漂珠作为成孔组分；

微波吸收剂：15~35份。

这样，本发明的微波除冰路面功能涂层，由三种组分构成，是一种具有较高微波吸收能力的路面材料，能显著提高路面微波除冰效率。

进一步地，所述基体材料为阳离子型乳化沥青。

进一步地，所述漂珠为粉煤灰漂珠，其粒径为180-250μm。

进一步地，所述微波吸收剂为锰锌铁氧体与碳化硅粉末，其组分质量份数如下：

锰锌铁氧体：40—80份；

碳化硅粉末：20—60份。

进一步地，所述锰锌铁氧体与碳化硅粉末，其粒径小于150μm。

进一步地，所述锰锌铁氧体在2‒6GHz频段内，值大于。

进一步地，所述碳化硅粉末在2‒6GHz频段内，值大于。

微波除冰路面功能涂层形成路面功能材料的制作方法，其特征在于包括如下步骤，

步骤一，按照工艺要求准备原料，基体材料、漂珠、锰锌铁氧体和碳化硅粉末，粒度满足要求；

步骤二，按工艺配比称取基体材料、漂珠、锰锌铁氧体和碳化硅粉末，进行搅拌以混合均匀，得到微波除冰路面功能涂层材料；

步骤三，将制得的微波除冰路面功能涂层材料按0.6-0.8kg/m2的量以涂刷的方式涂抹在普通混凝土或普通沥青路面上，破乳稳定后得到微波除冰路面功能材料。

将微波除冰路面功能涂层涂刷在普通混凝土或普通沥青路面上，形成稳定的功能涂层，经30s微波辐照后表面温度由室温升至106.3℃，除冰效率显著提高，其粘结性能、抗滑性能、耐水性均满足公路路面设计规范要求。

与现有技术相比，本发明得到的微波除冰路面功能涂层及制作方法，具有如下有益效果：

（1）本发明解决了现有微波除冰功能路面微波吸收能力弱，除冰效率较低的问题。

（2）经过试验，本发明制得的微波除冰路面材料对于环境温度‒20℃，厚度1cm的冰层的融冰时间为52.3s，经30s微波辐照后表面温度由室温升至106.3℃，除冰效率显著提高，其粘结性能、抗滑性能、耐水性均满足公路路面设计规范要求。本发明适用于融化去除冬季路面的冰雪，是一种适用于严寒环境下微波除冰用的路面材料。

附图说明

图1是本发明 AC-13级配曲线图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合具体实例对本发明做进一步详细说明。

本发明的微波除冰路面功能涂层材料，其组分的质量份数如下：

基体材料59~77份，其中基体材料的作用是分散微波吸收剂的介质材料，并提供涂覆于路面之上的粘结力；较优的基体材料为阳离子乳化沥青；

漂珠6~8份；其中漂珠的作用是改善涂层材料与空气界面的阻抗匹配特性，提高涂层材料吸波效率；较优的漂珠为粉煤灰漂珠；

微波吸收剂15~35份，锰锌铁氧体与碳化硅粉末作为微波吸收功能组分。

粉煤灰漂珠是指粉煤灰中密度小于水的空心玻璃微珠,是粉煤灰珠状颗粒中的一种，因能漂浮在水上而得名。它的产生是当煤粉在热电厂锅炉内燃烧时，粘土质物质熔融成微液滴,在炉内湍流的热空气作用下高速自旋,形成浑圆硅铝球体。其呈灰白色，壁薄中空，重量很轻，容重为720kg/m3（重质），418.8kg/m3（轻质），粒径约0.1毫米，表面封闭而光滑，热导率小，耐火度≥1610℃。

本发明的锰锌铁氧体与碳化硅粉末均为市售，是现有的复介质材料，具有优良的磁性与导电性，可通过磁损耗与介电损耗大量吸收微波的能量，并转化为热能来达到吸收微波的效果。这两种锌铁氧体与碳化硅粉末混合作为微波吸收剂，两者能够相互增强，提高微波吸收能力，提高冰层的升温效率，缩短冰层的融冰时间。

本发明为使涂层材料与空气自由界面达到阻抗匹配，加入一定粒径的粉煤灰漂珠以改善涂层的电磁参数，以此达到阻抗调节的目的。

其中，所述锰锌铁氧体在2-6GHz频段内，值大于；所述碳化硅粉末在2-6GHz频段内，值大于。与分别为电损吸波材料的介电损耗正切值与磁损耗角正切值，其数值越大，其微波吸收性能越好，所述锰锌铁氧体在低频段内的值小于，说明其是以磁损耗为主的损耗方式对微波进行衰减，所述碳化硅粉末在低频段内的值大于，说明其是以电损耗为主的损耗方式对微波进行衰减。

其中，所述的基体材料为阳离子乳化沥青。

其中，所述的漂珠为粉煤灰漂珠，其粒度范围为180-250μm。

其中，微波吸收剂为锰锌铁氧体与碳化硅粉末的混合物，其粒度应小于150μm。

微波除冰路面材料，其特征在于，包括基体材料、漂珠与微波吸收剂混合制得，粘度满足工艺要求，其组分质量份数如下：

基体材料59~77份；

漂珠6~8份；

微波吸收剂15~35份。

进一步地，所述基体材料为阳离子乳化沥青。

微波除冰路面功能涂层形成路面功能材料的制作方法，其特征在于包括如下步骤，

步骤一，按照工艺要求准备原料，基体材料、漂珠、锰锌铁氧体和碳化硅粉末，粒度满足要求；

步骤二，按工艺配比称取基体材料、漂珠、锰锌铁氧体和碳化硅粉末，进行搅拌以混合均匀，得到微波除冰路面功能涂层材料；

步骤三，将制得的微波除冰路面功能涂层材料按0.6-0.8kg/m2的量以涂刷的方式涂抹在普通混凝土或普通沥青路面上，破乳稳定后得到微波除冰路面功能材料。

实例例1

本实施例的一种微波除冰路面功能涂层材料，采用如下质量份比例的组分：

阳离子乳化沥青60份；

粉煤灰漂珠8份；

微波吸收剂32份。

上述材料混合用以制备微波除冰路面功能涂层，制备完成后，按0.6kg/m²的量以涂刷的方式涂抹在预先制备好的普通砂浆板状试件上得到微波除冰功能路面材料。

其中，将标准砂与普通硅酸盐水泥按质量比3:1混合，水灰比为0.5制备出尺寸为300mm×300mm×30mm的普通砂浆板状试件；

其中，普通沥青板状试件采用AC-13级配，油石比为4.75%，制备成尺寸为300mm×300mm×30mm的普通沥青板状试件。

实例2中所用的普通沥青板状试件级配曲线图与级配设计质量通过率如图1与表1所示。

表1 AC-13级配设计质量通过率

筛孔/mm	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
											级配上限	100	100	85	68	50	38	28	20	15	8
级配下限	100	90	68	38	24	15	10	7	5	4
											级配中值	100	95	76.5	53	37	26.5	19	13.5	10	6
设计级配	100	98.9	79.9	50.5	29.4	23.1	17.6	13.8	11.7	4.8

以上各实施例制备的微波除冰功能路面材料所采用的的评价指标以及检测方法如下：

微波辐照温度：将普通砂浆与普通沥青平板试件置于60 ± 5℃烘箱内烘至恒重，冷却至室温后放入850W微波炉中加热30s，采用FLIR T540红外热像仪每隔5s测试平板试件的表面温度。

融冰时间：将平板材料置于–20℃环境中，使之在上部冻结1cm厚的冰层，使用850W微波炉加热，将冰层从试件表面滑落的时间记为融冰时间。

参考《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60‒2008），采用粘结性能测定仪测试涂层的粘结性能；参考标准《路面标线涂料》（JT/T 280‒2004）测试涂层的耐水性。

以上各实施例制备的微波除冰功能水泥基材料的性能测试结果

表2 各实例制备的微波除冰功能路面材料的性能测试结果

性能测试结果	实施例1	实施例2
			微波辐照后温度/℃	103.7	106.3
融冰时间/s	58.1	52.3
			涂层粘结强度（MPa）	0.53	0.62
耐水性	良好	良好

从表3中可以看出，本发明制备的微波除冰功能路面材料经30s微波辐照后最高温度分别可达103.7℃与106.3℃，融冰时间分别为58.1s与52.3s，提高了路面材料的微波吸收能力，增大了微波除冰效率。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.微波除冰路面功能涂层，其特征在于：组分质量份数如下：

基体材料：59~77份；

漂珠：6~8份，粉煤灰漂珠作为成孔组分；

微波吸收剂：15~35份。

2.根据权利要求1所述的微波除冰路面功能涂层，其特征在于，所述基体材料为阳离子型乳化沥青。

3.根据权利要求1或2所述的微波除冰路面功能涂层，其特征在于，所述漂珠为粉煤灰漂珠，其粒径为180-250μm。

4.根据权利要求1或2所述的微波除冰路面功能涂层，其特征在于，所述微波吸收剂为锰锌铁氧体与碳化硅粉末，其组分质量份数如下：

锰锌铁氧体：40—80份；

碳化硅粉末：20—60份。

5.根据权利要求4所述的微波除冰路面功能涂层，其特征在于，所述锰锌铁氧体与碳化硅粉末，其粒径小于150μm。

6.根据权利要求4或5所述的微波除冰路面功能涂层，其特征在于，所述锰锌铁氧体在2‒6GHz频段内，值大于。

7.根据权利要求4或5所述的微波除冰路面功能涂层，其特征在于，所述碳化硅粉末在2‒6GHz频段内，值大于。

8.微波除冰路面功能涂层形成路面功能材料的制作方法，其特征在于包括如下步骤，

步骤一，按照工艺要求准备原料，基体材料、漂珠、锰锌铁氧体和碳化硅粉末，粒度满足要求；

步骤二，按工艺配比称取基体材料、漂珠、锰锌铁氧体和碳化硅粉末，进行搅拌以混合均匀，得到微波除冰路面功能涂层材料；

步骤三，将制得的微波除冰路面功能涂层材料按0.6-0.8kg/m2的量以涂刷的方式涂抹在普通混凝土或普通沥青路面上，破乳稳定后得到微波除冰路面功能材料。

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