本發(fā)明涉及一種功能性路面罩面結(jié)構(gòu)，特別是一種利于微波加熱的多功能路面罩面結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)80年代以來(lái)水泥混凝土路面一直作為公路路面的一種重要的結(jié)構(gòu)形式被廣泛地運(yùn)用，隨著使用時(shí)間的增加和交通量的驟增，水泥混凝土路面出現(xiàn)了斷裂、沉陷、破碎、板塊脫空等公路路面病害，影響了道路的使用功能，需要及時(shí)對(duì)舊路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。罩面層技術(shù)對(duì)路面的病害修復(fù)效果好，可以改善路面外觀、平整度和抗滑性，延長(zhǎng)路面使用壽命，是舊水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)和改建中常用的措施。
功能性罩面養(yǎng)護(hù)技術(shù)是利用罩面層提升路面的特定性能或賦予路面新的功能的一種養(yǎng)護(hù)技術(shù)，在中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮椤癱n201310176751.4”，專(zhuān)利名稱(chēng)為“一種鋪設(shè)融冰雪微表處薄層罩面的稀漿混合料及鋪設(shè)方法”的專(zhuān)利文件中，公開(kāi)了一種通過(guò)在乳化瀝青中添加融冰雪劑來(lái)使罩面層具備一定的融冰雪能力的薄層罩面稀漿混合料。在中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮椤癱n201310176616.x”，專(zhuān)利名稱(chēng)為“一種吸收汽車(chē)尾氣型超薄罩面的鋪設(shè)材料及鋪設(shè)方法”的專(zhuān)利文件中，公開(kāi)了一種薄層罩面鋪設(shè)材料，該材料采用吸收尾氣型高濃改性乳化瀝青，使成型后的罩面層具備一定尾氣降解能力。
由于舊水泥路面接縫與裂縫的存在，瀝青混凝土罩面層在使用過(guò)程中易出現(xiàn)反射裂縫，進(jìn)而引發(fā)其他病害，導(dǎo)致罩面層使用壽命縮短，雖然設(shè)置應(yīng)力吸收層、土工合成織物和格柵等防治措施能在一定程度上延緩反射裂縫的發(fā)生，但仍需對(duì)罩面層進(jìn)行定期的養(yǎng)護(hù)。瀝青具備很強(qiáng)的受熱自愈合能力，因此，對(duì)路面進(jìn)行定期的加熱整形，能加速瀝青路面的自愈合，有效抑制裂縫等路面病害的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)路面的無(wú)損預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，降低路面養(yǎng)護(hù)成本。微波加熱因?yàn)槠洵h(huán)保、節(jié)能、高效的加熱特點(diǎn)，逐漸成為路面加熱方式中的主流，但是，目前瀝青路面微波加熱的效率過(guò)低，限制了微波加熱技術(shù)的發(fā)展和推廣。造成微波加熱效率過(guò)低的原因主要由以下三個(gè)：1.瀝青幾乎不吸收微波，主要依靠集料吸收微波來(lái)加熱瀝青混合料，加熱效果太差；2.瀝青路面表面的微波反射率過(guò)高，微波加熱設(shè)備發(fā)射的微波很大一部分不能進(jìn)入到面層中被損耗；3.瀝青路面微波加熱深度過(guò)大，2.45ghz微波的加熱深度可達(dá)到15-20cm，但是除基層反射裂縫以外，需要進(jìn)行加熱養(yǎng)護(hù)的病害一般都發(fā)生在路表至路表以下10cm處，因此造成微波加熱效率的降低和能源的浪費(fèi)。以上三點(diǎn)同樣是路面微波加熱除冰效率過(guò)低的原因。在混合料中添加一定比例的微波吸收劑，如介電材料、鐵磁性物質(zhì)、金屬微粉等，可提高路面的微波吸收效率，但是，單純的添加微波吸收劑，往往摻入量過(guò)高，成本太大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，提供一種利于微波加熱的路面罩面結(jié)構(gòu)，罩面后路面的微波加熱效率顯著增強(qiáng)，通過(guò)微波加熱設(shè)備加熱路面，實(shí)現(xiàn)瀝青路面裂縫等病害的快速原位無(wú)損修復(fù)以及冬天快速融雪、除冰。
技術(shù)方案：本發(fā)明的一種利于微波加熱的多功能路面罩面結(jié)構(gòu)，從上至下依次包括微波阻抗匹配層、瀝青混凝土罩面層、微波反射層和舊水泥路面面層，其中微波阻抗匹配層和瀝青混凝土罩面層形成電磁參數(shù)漸變結(jié)構(gòu)。
其中：
所述微波阻抗匹配層由路用涂料噴涂而成，所述涂料的配比以重量比計(jì)為：水性環(huán)氧樹(shù)脂：微波吸收劑：助劑：固化劑＝(80-110):(5-15):(3-6):(4-8)，且所述涂料的噴涂量為0.4-0.6kg/m2。
所述微波吸收劑由碳化硅、石墨、碳纖維中的一種或多種組成。
所述助劑包括分散劑、成膜助劑和防沉劑，且質(zhì)量比為1:1:(0.5-1)。
所述涂料為電損耗型吸波材料，在2-6ghz的微波頻率范圍內(nèi)，室溫下，所述涂料的介電常數(shù)實(shí)部3＜ε′1＜10，介電常數(shù)虛部
所述瀝青混凝土罩面層的材料組合物采用sbs改性瀝青、集料和礦粉，其中，集料由質(zhì)量百分比為20％-50％鋼渣和50％-80％天然集料組成，礦粉由質(zhì)量百分比為40％-80％層片狀羰基鐵粉和20％-60％天然礦粉組成，所述瀝青混凝土罩面層厚度為4-8cm。
所述瀝青混凝土罩面層的材料組合物在2-6ghz的微波頻率范圍內(nèi)，室溫下，介電常數(shù)實(shí)部ε′2＞ε′1，介電常數(shù)虛部
所述微波阻抗匹配層和瀝青混凝土罩面層形成電磁參數(shù)漸變結(jié)構(gòu)，微波頻率在2-6ghz的范圍內(nèi)，室溫下，其表面平均微波反射率低于-5db。
所述微波阻抗匹配層和瀝青混凝土罩面層形成電磁參數(shù)漸變結(jié)構(gòu)，在微波頻率為2.45ghz時(shí)，其表面微波反射率低于-6db。
微波反射層由上下兩層無(wú)紡?fù)凉げ己椭虚g一層鍍鋁玻纖布粘結(jié)復(fù)合而成。
有益效果：
1.本發(fā)明通過(guò)將鋼渣替換瀝青混合料中的部分集料，層片狀羰基鐵粉替換部分礦粉，可改變?yōu)r青混凝土罩面層的電磁參數(shù)，顯著提高罩面層的微波吸收與加熱效率；
2.本發(fā)明中采用的鋼渣為工業(yè)固體廢棄物，成本低廉，來(lái)源廣泛；
3.本發(fā)明中的微波阻抗匹配層具有較強(qiáng)的的微波透射作用，其電磁參數(shù)在2-6ghz范圍里普遍小于罩面層，形成了從空氣、微波阻抗匹配層到罩面層的電磁參數(shù)漸變結(jié)構(gòu)，使得路表面處波阻抗與空氣波阻抗更為匹配，不但可減少微波在路表面的反射，還能使大部分微波耗散在罩面層內(nèi)，相比普通罩面層，被反射的微波減少，混合料損耗的微波增多，微波加熱效率更高。罩面層出現(xiàn)反射裂縫等病害時(shí)，只需利用2.45ghz或5.8ghz微波對(duì)路面進(jìn)行短時(shí)間的加熱，再通過(guò)簡(jiǎn)單的碾壓整形就能使路面恢復(fù)正常的使用性能，實(shí)現(xiàn)了路面的快速原位無(wú)損修復(fù)；
4.普通瀝青路面的微波加熱除冰原理是微波穿過(guò)冰層加熱路面中的吸波材料，吸波材料的熱量傳遞至冰層與路面結(jié)合處，融化結(jié)合處的冰層，除冰效率過(guò)低。本發(fā)明中的微波阻抗匹配層具備一定的微波損耗能力，在透射微波的同時(shí)，能吸收一部分微波轉(zhuǎn)化為熱能，這意味著利用微波加熱設(shè)備對(duì)路面進(jìn)行加熱時(shí)，位于路面與冰雪層結(jié)合界面處的匹配層會(huì)首先升溫，同時(shí)，穿透匹配層進(jìn)入罩面層的微波會(huì)加熱罩面層內(nèi)的吸波材料，熱量以熱傳導(dǎo)的形式傳遞到匹配層，輔助匹配層的升溫，進(jìn)而融化界面處的冰層，大幅提高路面的微波除冰效率；
5.本發(fā)明中的微波反射層是由無(wú)紡?fù)凉げ己湾冧X玻纖布粘結(jié)復(fù)合而成，在發(fā)揮加筋作用的同時(shí)，能將罩面層透射下來(lái)的大部分微波反射回罩面層重新吸收，克服了路面微波加熱深度過(guò)大的缺點(diǎn)，顯著提高微波的利用率和微波養(yǎng)護(hù)效率，節(jié)約養(yǎng)護(hù)時(shí)間和能源。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明中多功能路面罩面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖中有：微波阻抗匹配層1、瀝青混凝土罩面層2、微波反射層3、舊水泥路面面層4。
具體實(shí)施方式
為了不對(duì)正常情況下的電信、通訊等電磁信號(hào)傳輸產(chǎn)生干擾，國(guó)際上規(guī)定通常能用于工業(yè)加熱的微波頻率有945mhz、2.45ghz、5.8ghz三個(gè)頻段，其中，945mhz的微波加熱效率過(guò)低，目前開(kāi)發(fā)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程車(chē)大多采用2.45ghz微波加熱頻率，5.8ghz頻率微波在瀝青路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用還缺乏應(yīng)有的研究，但由于其具有加熱效率高、加熱深度適中等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)將成為瀝青路面微波養(yǎng)護(hù)和除冰領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
本發(fā)明適用的微波頻率為2-6ghz，尤其是2.45ghz。下面通過(guò)實(shí)施例，對(duì)發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
實(shí)施例
(一)瀝青混凝土電磁參數(shù)及微波反射率測(cè)試
(1)在實(shí)驗(yàn)室制備微波阻抗匹配層所用涂料，所述涂料的配比以重量比計(jì)為：水性環(huán)氧樹(shù)脂：微波吸收劑：助劑：固化劑＝100:8:5:7，其中助劑包括分散劑、成膜助劑和防沉劑，且質(zhì)量比為1:1:0.8，采用微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析法測(cè)得涂料在2-6ghz微波頻率下的電磁參數(shù)滿(mǎn)足介電常數(shù)實(shí)部3＜ε′1＜10，介電常數(shù)虛部
(2)在實(shí)驗(yàn)室按jtgf40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》制備ac-16瀝青混合料，所述混合料采用的瀝青為sbs改性瀝青，集料由質(zhì)量百分比為35％鋼渣和65％玄武巖集料組成，礦粉由質(zhì)量百分比為70％層片狀羰基鐵粉和30％石灰?guī)r礦粉組成，將制備好的瀝青混合料倒入模具成型300mmx300mmx50mm的瀝青混凝土試件b。采用微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析法測(cè)得所述瀝青混合料在2-6ghz微波頻率下的電磁參數(shù)滿(mǎn)足介電常數(shù)實(shí)部ε′2＞ε′1，介電常數(shù)虛部
(3)采用同樣的方法制備普通ac-16瀝青混合料，所述混合料采用sbs改性瀝青、玄武巖集料和石灰?guī)r礦粉，將制備好的瀝青混合料倒入模具成型300mmx300mmx50mm的瀝青混凝土試件a，混合料在2.45ghz下的電磁參數(shù)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。采用弓形法測(cè)試試件a在2.45ghz下的微波反射率，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。
(4)在試件b表面噴涂上(1)中所述涂料，噴涂量為0.5kg/m2，得到試件c，采用弓形法測(cè)得試件c在2-6ghz下的平均微波反射率低于-5db，試件c在2.45ghz下的反射率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。
表1
由表中數(shù)據(jù)可知，在2.45ghz下，普通瀝青混凝土試件a不具備磁損耗能力，且其微波反射率很大，達(dá)到了-1.2db，而采用鋼渣和羰基鐵粉的試件b，其電磁參數(shù)均較試件a大，且微波反射率遠(yuǎn)小于試件a，由此可推斷，試件a的微波加熱效率遠(yuǎn)不及試件b；試件b的電磁參數(shù)均大于涂料，試件b的反射率為-4.8db，而試件c的反射率只有-7.5db，在試件b表面噴涂涂料后形成的匹配層能明顯降低表面微波反射率，且可以推斷，試件c的微波加熱效率應(yīng)高于試件b。
(二)微波加熱瀝青混凝土升溫測(cè)試
為了驗(yàn)證本發(fā)明的微波加熱效果，在實(shí)驗(yàn)室采用以下步驟進(jìn)行測(cè)試：
第一步，在試件a、b、c的中心2cm深度處埋設(shè)熱電耦，將三個(gè)試件平置在水泥地板上，其中試件b和試件c底部均墊有鍍鋁玻纖布，并在各個(gè)試件四周設(shè)置好屏蔽裝置；
第二步，采用2.45ghz路面養(yǎng)護(hù)工業(yè)微波加熱器分別對(duì)三個(gè)試件進(jìn)行加熱，通過(guò)溫度巡檢儀記錄0min，2min時(shí)刻溫度數(shù)值。結(jié)果顯示，加熱2min后，試件c中心2cm深度處的溫度由20℃上升至72℃，試件b中心2cm深度處溫度由20℃上升至63℃，而試件a中心2cm深度處溫度僅僅由20℃上升至29℃。由測(cè)試結(jié)果可知，本發(fā)明中的罩面層微波加熱效率能達(dá)到普通罩面層的5倍以上。