CN113072325A - 一种微波高敏感型沥青混合料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种微波高敏感型沥青混合料及其制备方法和应用，具体涉及道路材料的技术领域。一种微波高敏感型沥青混合料及其制备方法和应用，由如下体积分数的原料构成：39.6％～43.5％的粗集料(钢渣)、38.7％～42.8％的细集料(石灰岩)、1.5％～2.4％的矿粉、2％～3％的钢纤维和9％～11.5％的沥青。采用本发明技术方案解决了现有的沥青混合料的微波吸收能力低的问题，可用于沥青路面的裂缝愈合、以及融雪除冰。
Description
技术领域
本发明涉及道路材料的技术领域，特别涉及一种微波高敏感型沥青混合料及其制备方法和应用。
背景技术
微波加热具有节能、高效、加热均匀的优点，微波加热已用于沥青路面裂缝愈合、融雪除冰，延长路面使用寿命，能够节约资源，缓解环境污染。微波加热作为道路行业养护管理新方式，具有广阔的应用前景，传统沥青混合料的微波吸收能力有限，严重限制了微波加热在沥青混合料中的应用。
发明内容
本发明意在提供一种微波高敏感型沥青混合料，解决了现有的沥青混合料的微波吸收能力低的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种微波高敏感型沥青混合料及其制备方法和应用，由如下体积分数的原料构成：39.6％～43.5％的粗集料(钢渣)、38.7％～42.8％的细集料(石灰岩)、1.5％～2.4％的矿粉、2％～3％的钢纤维和9％～11.5％的沥青。
进一步的，所述粗集料(钢渣)及石料要求表观密度≥2.6(t/m3)、吸水率≤2.0％、洛杉矶磨耗值≤28％、压碎值≤26，所述钢纤维的平均长度为4.2mm。
本发明的另一种技术方案，一种微波高敏感型沥青混合料及其制备方法和应用，包括如下步骤：
S1、按照如下体积分数的原料备料：39.6％～43.5％的粗集料(钢渣)、38.7％～42.8％的细集料(石灰岩)、1.5％～2.4％的矿粉、2％～3％的钢纤维和9％～11.5％的沥青；
S2、将S1的粗集料(钢渣)和细集料(石灰岩)加热至170℃～180℃，沥青加热至155℃～165℃备用；
S3、将S2中加热后的粗集料(钢渣)和细集料(石灰岩)均放入拌锅中，再向拌锅中加入钢纤维并在170℃～180℃温度下干拌30s，然后向拌锅中加入S2的沥青并拌合90s，最后加入矿粉并在170℃～180℃温度下拌合90s；
S4、将S3的拌锅中拌合的混合物在165℃～175℃下浇筑成型并养护，即得到微波敏感型沥青混合料。
本发明的又一种技术方案，一种微波高敏感型沥青混合料的应用，将上述的所述微波高敏感型沥青混合料利用于快速、高效地修复路面表层和深层次的病害及融雪化冰。
与现有技术相比，本方案的有益效果：
钢渣能够有效的将微波电磁能转化为热能，同时钢纤维均匀分布在沥青胶浆中，增加了韧性的同时高效转化电磁能，由于钢渣和钢纤维的共同作用，使混合料可在微波作用下快速升温至60℃～80℃。第一，能够解决北方冬季路面冰雪问题，可高效融雪化冰代替除冰效率低的人工除冰法。第二，可以用到道路养护方面，利用沥青本身热修复作用，使路面微裂缝快速愈合。
附图说明
图1是本发明中一种微波高敏感型沥青混合料与普通沥青混合料的复介电常数实部对比图；
图2是本发明中一种微波高敏感型沥青混合料与普通沥青混合料的复介电常数虚部对比图；
图3是本发明中一种微波高敏感型沥青混合料与普通沥青混合料的复磁导率数实部对比图；
图4是本发明中一种微波高敏感型沥青混合料与普通沥青混合料的复磁导率数虚部对比图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
实施例1
如附图1和图3所示：一种微波高敏感型沥青混合料，由如下体积分数的原料构成：43％的粗集料(钢渣)、41％的细集料(石灰岩)、2％的矿粉、2％的钢纤维、10％的沥青和钢渣粉2％。上述的粗集料采用钢渣，粗集料(钢渣)中粒径为9.5-16mm占总原料的体积分数为21％，粒径为4.75-9.5mm占总原料的体积分数为22％。上述细集料采用石灰岩，细集料(石灰岩)中粒径为2.36-4.75mm占总原料的体积分数为21％，粒径为0-2.36mm占总原料的体积分数为20％。粗集料(钢渣)及石料要求表观密度≥2.6(t/m3)、吸水率≤2.0％、洛杉矶磨耗值≤28％、压碎值≤26，所述钢纤维的平均长度为4.2mm。
实施例2
一种微波高敏感型沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照如下体积分数的原料备料：43％的粗集料(钢渣)、41％的细集料(石灰岩)、2％的矿粉、2％的钢纤维、10％的沥青和2％的钢渣粉；
S2、将S1的粗集料(钢渣)和细集料(石灰岩)加热至170℃，70#基质沥青加热至160℃备用；
S3、将S2中加热后的粗集料(钢渣)和细集料(石灰岩)均放入拌锅中，再向拌锅中加入钢纤维并在170℃的温度下干拌30s，然后向拌锅中加入S2的沥青并拌合90s，最后加入矿粉并在170℃的温度下拌合90s；
S4、将S3的拌锅中拌合的混合物在165℃～175℃下浇筑成型，即得到微波敏感型沥青混合料。
实施例3
一种微波高敏感型沥青混合料的应用，其中微波高敏感型沥青混合料的制备方法包括如下步骤：
S1、按照如下体积分数的原料备料：43％的粗集料(钢渣)、41％的细集料(石灰岩)、2％的矿粉、2％的钢纤维、10％的沥青和钢渣粉2％。上述的粗集料采用钢渣，粗集料(钢渣)中粒径为9.5-16mm占总原料的体积分数为21％，粒径为4.75-9.5mm占总原料的体积分数为22％。上述细集料采用石灰岩，细集料(石灰岩)中粒径为2.36-4.75mm占总原料的体积分数为21％，粒径为0-2.36mm占总原料的体积分数为20％。粗集料(钢渣)及石料要求表观密度≥2.6(t/m3)、吸水率≤2.0％、洛杉矶磨耗值≤28％、压碎值≤26，所述钢纤维的平均长度为4.2mm。
S2、将S1的粗集料(钢渣)和细集料(石灰岩)加热至170℃，70#基质沥青加热至160℃备用；
S3、将S2中加热后的粗集料(钢渣)和细集料(石灰岩)均放入拌锅中，再向拌锅中加入钢纤维并在170℃的温度下干拌30s，然后向拌锅中加入S2的沥青并拌合90s，最后加入矿粉并在170℃的温度下拌合90s；
S4、将S3的拌锅中拌合的混合物在165℃～175℃下浇筑成型，即得到微波敏感型沥青混合料。
将上述制得的微波敏感型沥青混合料制成车辙板，其原料采用AC-13级配。上述车辙板制作完成后，将其切割成长为150mm、宽为150mm、高为50mm的正方体试件，并放入-20℃的环境箱中，试件表面不断喷水使之结冰，并使表面冰层为3mm～4mm之间，从而用以模拟真实雨雪天气，然后放入微波炉中，并利用微波加热2min，同时利用红外热像仪记录试件的温度。结果表明，微波加热两分钟后，试件的温度从-20℃升温到35℃，其表面的冰已成水，微波敏感型沥青混合料可高效融雪化冰。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于：原料组成不一样，本对比例的普通沥青混合料由如下体积分数的原料构成：43％的石灰岩粗集料、41％的石灰岩细集料、6％的矿粉和10％的沥青。上述的石灰岩粗集料中粒径为9.5-16mm占总原料的21％，粒径为4.75-9.5mm占总原料体积分数的22％。上述的石灰岩细集料中粒径为2.36-4.75mm占总原料体积分数的21％，粒径为0-2.36mm占总原料体积分数的20％。上述的普通沥青混合料采用AC-13级配。
将实施例1-3中制得的微波敏感型沥青混合料和对比例1中制得的普通沥青混合料均通过Superpave旋转压实仪制作成直径为150mm、高为210mm的沥青混合料试件，将上述沥青混合料试件切割旋转压实得到半圆试件，半圆试件的直径为150mm、宽为50mm，将半圆试件进行断裂-愈合-断裂试验为保证愈合前后断裂面相同，在底部中心切割一条宽为2mm、长为10mm的缺口。把半圆试件放入0℃的保温箱中放置两小时，在环境温度为0℃条件下进行半圆弯曲断裂实验，然后将断裂的试件在微波炉中微波愈合2min，然后常温养护2小时，再放入0℃的保温箱中放置两小时，再进行半圆弯曲断裂实验，通过对比愈合前后的最大断裂力来表征愈合程度。
结果表明：对比例1的沥青混合料在微波愈合后半圆试件愈合率为54％，而实施例1的微波高敏感沥青混合料在微波愈合后半圆试件愈合率为85％以上，其效果显著，说明微波高敏感沥青混合料能够使路面微裂缝快速愈合，并达到一定的强度。
本方案的原理：
微波敏感型沥青混合料改善了普通沥青混凝土的电磁参数，电磁参数主要包括复磁导率、复介电常数。材料的复介电常数和复磁导率一般可以表示为：
ε＝ε′-ε″
μ＝μ′-μ″
其中ε′和μ′分别为介电常数和磁导率的实部，表征材料的储能容量，如电能和磁能；
而虚部μ″和ε″表示材料的损耗因子，反映了介质材料对电磁波的吸收能力。虚部越大，材料对电磁波的损耗能力越强，材料对微波的吸收能力主要取决于材料的介电损耗和导磁损耗。本方案测定了微波敏感型沥青混合料和普通沥青混合料的电磁参数，由附图1-4可知，在不同微波频率下微波敏感型沥青混合料的介电常数和磁导率皆大于普通沥青混合料，提高了沥青混合料的储能容量和吸波能力。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (4)
1.一种微波高敏感型沥青混合料，其特征在于：由如下体积分数的原料构成：39.6％～43.5％的粗集料(钢渣)、38.7％～42.8％的细集料(石灰岩)、1.5％～2.4％的矿粉、2％～3％的钢纤维和9％～11.5％的沥青。
2.根据权利要求1所述的一种微波高敏感型沥青混合料，其特征在于：所述粗集料(钢渣)及石料要求表观密度≥2.6(t/m3)、吸水率≤2.0％、洛杉矶磨耗值≤28％、压碎值≤26，所述钢纤维的平均长度为4.2mm。
3.一种微波高敏感型沥青混合料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、按照如下体积分数的原料备料：39.6％～43.5％的粗集料(钢渣)、38.7％～42.8％的细集料(石灰岩)、1.5％～2.4％的矿粉、2％～3％的钢纤维和9％～11.5％的沥青；
S2、将S1的粗集料(钢渣)和细集料(石灰岩)加热至170℃～180℃，沥青加热至155℃～165℃备用；
S3、将S2中加热后的粗集料(钢渣)和细集料(石灰岩)均放入拌锅中，再向拌锅中加入钢纤维并在170℃～180℃温度下干拌30s，然后向拌锅中加入S2的沥青并拌合90s，最后加入矿粉并在170℃～180℃温度下拌合90s；
S4、将S3的拌锅中拌合的混合物在165℃～175℃下浇筑成型并养护，即得到微波敏感型沥青混合料。
4.一种微波高敏感型沥青混合料的应用，其特征在于：将权利要求1的所述微波高敏感型沥青混合料利用于快速、高效地修复路面表层和深层次的病害及融雪化冰。
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