微波屏蔽混凝土路基、微波屏蔽道路及其制造方法和道路除冰融雪的方法与流程

本发明属于微波屏蔽材料制造技术领域，特别是涉及一种微波屏蔽混凝土路基、微波屏蔽道路及其制造方法和道路除冰融雪的方法。

背景技术：

我国幅员辽阔，气候复杂多样。在冬季，我国超过60％的国土、60％以上的道面会受冰雪天气影响，尤其在北方地区和一些高寒地区，道路易发生积雪凝冰现象，显著增加了路面物资运输的效率与难度。目前，国内外路面融雪化冰技术普遍采取的措施仍是机械除冰雪或者撒布融冰雪剂。虽然传统的机械除雪的效率高，但是该方法对于已经冰冻的路面，尤其是较厚积冰的清除效果并不理想，且，如果强制铲除积冰的话则可能对道面造成较严重的损害。而撒布融冰雪剂的方法则绝大多数的效率低、费用高、污染环境，且，会对道面造成严重的腐蚀。

微波融雪除冰技术作为一种先进的除冰融雪技术，因其效率高、环保、节能等特点，目前已在国外开始得到应用。但是，由于我国传统的道路基层混凝土并无微波屏蔽效果；且，即使后期铺设了专门适应先进的微波融雪除冰技术的路基，但是由于所铺设的路基对于微波的屏蔽效果较差，使得由微波除冰机械所发射的微波大部分会穿透路基而散失，使其无法在路面表层转化成有效的热能，故在我国推行微波除冰技术时往往需要应用超大功率的电源，一方面微波散失后造成环境污染，另一方面也使微波除冰技术推广的成本增加，因此微波除冰技术在我国的推广应用受到了限制。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种微波屏蔽混凝土路基、微波屏蔽道路及其制造方法和道路除冰融雪的方法，所要解决的技术问题是使应用所述微波屏蔽混凝土路基的道路能够屏蔽微波除冰机发射的微波，使微波除冰机能够较好地除冰雪，扩大微波除冰机在我国的推广应用，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种微波屏蔽混凝土路基，其包括：

屏蔽层，采用混凝土铺筑形成，其厚度15～20cm；

多孔网层，铺设于所述屏蔽层上；

多孔网保护层，铺设于所述多孔网层上，其厚度2～3cm；所述多孔网保护层采用混凝土铺筑形成；

反射层，铺设于所述多孔网保护层上；其中，

所述混凝土中包括导电集料和阻抗性掺合料；所述导电集料选自磁铁矿、铁尾矿砂和赤铁矿中的至少一种；所述阻抗性掺合料选自鳞片石墨、炭黑、钢渣粉、铁粉中的至少一种。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的微波屏蔽混凝土路基，其中所述混凝土的强度等级为c40级，其水胶比为0.3～0.4。

优选的，前述的微波屏蔽混凝土路基，其中所述磁铁矿和/或所述铁尾矿砂作为混凝土中的细集料；以质量计，所述磁铁矿的含量为所述细集料总量的40％～60％；所述铁尾矿砂的含量为所述细集料总量的20％～40％；所述赤铁矿作为混凝土中的粗集料；所述赤铁矿的含量为所述粗集料总量的25％～30％。

优选的，前述的微波屏蔽混凝土路基，其中所述阻抗性掺合料作为混凝土中的胶凝材料；以质量计，所述鳞片石墨的含量为所述胶凝材料总量的10％～15％；所述炭黑的含量为所述胶凝材料总量的5％～10％；所述钢渣粉的含量为所述胶凝材料总量的20％～30％；所述铁粉的含量为所述胶凝材料总量的5％～10％。

优选的，前述的微波屏蔽混凝土路基，其中所述多孔网层为钢丝网或者炭纤维网；所述钢丝网的丝径为0.4cm～1cm，网格为边长1cm～10cm的四边形；所述炭纤维网的丝径为0.1cm～0.3cm，网格为边长0.5cm～1cm的四边形。

优选的，前述的微波屏蔽混凝土路基，其中所述反射层为聚合物涂层；所述聚合物涂层中包含成膜物和吸收剂；所述吸收剂均匀分散于所述成膜物中。

优选的，前述的微波屏蔽混凝土路基，其中所述成膜物选自环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂和聚苯乙烯中的至少一种；所述吸收剂为纳米氧化铝、氧化铁和氧化钛的至少一种；以质量百分含量计，所述成膜物的含量为60％～80％，所述吸收剂的含量为20％～40％。

优选的，前述的微波屏蔽混凝土路基，其对于2.45ghz的微波的屏蔽效能≥50db。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种微波屏蔽道路，其包括：

前述的微波屏蔽混凝土路基；

沥青混凝土路面，铺设于所述微波屏蔽混凝土路基上。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种微波屏蔽道路的制造方法，其包括以下步骤：

铺设屏蔽层，所述屏蔽层采用混凝土铺筑形成，其厚度15～20cm；

铺设多孔网层，所述多孔网层铺设于所述屏蔽层上；

铺设多孔网保护层，所述多孔网保护层铺设于所述多孔网层上；所述多孔网保护层采用混凝土铺筑形成，其厚度为2～3cm；

铺设反射层，所述反射层铺设于所述多孔网保护层上；

铺设沥青混凝土路面，所述沥青混凝土路面铺设于所述反射层上；

其中，所述混凝土中包括导电集料和阻抗性掺合料；所述导电集料选自磁铁矿、铁尾矿砂和赤铁矿中的至少一种；所述阻抗性掺合料选自鳞片石墨、炭黑、钢渣粉、铁粉中的至少一种。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的制造方法，其中所述混凝土铺筑的施工温度为5℃～25℃。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种道路除冰融雪的方法，所述道路为前述的微波屏蔽道路，使用微波照射所述的道路。

借由上述技术方案，本发明提出的一种微波屏蔽混凝土路基、微波屏蔽道路及其制造方法和道路除冰融雪的方法至少具有下列优点：

1、本发明提出的微波屏蔽混凝土路基、微波屏蔽道路及其制造方法，其使用“屏蔽层+多孔网层+多孔网保护层+反射层”的复合结构，微波除冰机发射的微波首先通过表面的反射层进行反射，使多数的微波能够停留在道路的表面，减少其穿透路面的程度；进一步的，穿透反射层的微波通过下面的“屏蔽层+多孔网层+多孔网保护层”进行屏蔽，使其几乎不能穿透所述的屏蔽层，尽量将微波停留在道路上，提高微波除冰机对于微波的利用率，提高其微波除冰的效果，使微波除冰技术能够在我国推广应用；

2、本发明提出的微波屏蔽混凝土路基、微波屏蔽道路及其制造方法，其通过上述的四层复合结构，既反射微波又屏蔽微波；进一步的，通过混凝土强度等级的限定使其能够满足道路的承载功能，即使在混凝土中混以一定量的导电集料和自抗性掺合料，所述的混凝土路基依然能够达到道路承载的功能要求；同时，在混凝土中混以一定的导电集料和阻抗性掺合料，赋予了混凝土以屏蔽微波的功能；进一步的，在混凝土中间设置了多孔网进一步地提高了复合混凝土层的屏蔽效能；同时，在多孔网上设置多孔网保护层，使得多孔网在使用中不容易被破坏，能够延长混凝土路基的微波屏蔽效能时间，延长了道路的使用寿命；

3、本发明提出的微波屏蔽混凝土路基、微波屏蔽道路及其制造方法和道路除冰融雪的方法，其对于2.45ghz微波的屏蔽效能高达50db以上，为冰雪路面应用微波快速安全融雪除冰，确保运输道路安全畅通提供技术支撑。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明提出的微波屏蔽混凝土路基的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种微波屏蔽混凝土路基、微波屏蔽道路及其制造方法和道路除冰融雪的方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明提出一种微波屏蔽混凝土路基，如附图1所示，其包括：

屏蔽层1，采用混凝土铺筑形成，其厚度15～20cm；所述混凝土中包括导电集料和阻抗性掺合料；所述屏蔽层1用于屏蔽微波除冰机的微波；

多孔网层2，铺设于所述屏蔽层1上；所述多孔网层2用于屏蔽微波除冰机的微波；

多孔网保护层3，铺设于所述多孔网层2上，其厚度2～3cm；所述多孔网保护层3采用混凝土铺筑形成；所述混凝土中包括导电集料和阻抗性掺合料；所述多孔网保护层3一方面用于保护所述的多孔网层2不受破坏，另一方面用于屏蔽微波除冰机的微波；

反射层4，铺设于所述多孔网保护层上；所述反射层4用于反射微波除冰机发射的微波，使微波最大程度地不因其穿透路基而部分散失，从而提高微波除冰机的除冰雪效果。

上述技术方案中，所述导电集料选自磁铁矿、铁尾矿砂和赤铁矿中的至少一种；所述阻抗性掺合料选自鳞片石墨、炭黑、钢渣粉、铁粉中的至少一种。

所述混凝土的各项性能指标均需满足常用基层混凝土材料的指标要求，均能够满足传统的基层混凝土的承载功能；同时所述屏蔽层和所述多孔网保护层中均添加了导电集料和阻抗性掺合料，使其具备微波屏蔽的功能；进一步的，所述微波屏蔽混凝土路基中设置了多孔网层进行微波屏蔽，并在表层设置了反射层对微波进行反射。通过多种技术手段的综合应用，得到了一种微波屏蔽混凝土路基。所述的微波屏蔽混凝土路基既具有通常混凝土路基的承载功能，同时又能反射微波除冰机发射至路面的微波，部分穿过所述反射层的微波能够通过设置于其下面的多孔网保护层、多孔层和屏蔽层组成的屏障将所述的微波进行屏蔽，减少了微波除冰机发射的微波损失，从而提高微波对地面的作用，从而获得较好的除冰效果。

铺筑所述屏蔽层的混凝土与铺筑所述多孔网保护层的混凝土的组成配比可以完全相同，也可以组成配比不同，只要混凝土的组成配比符合本发明技术方案的限定范围即可实现本发明的技术效果。

优选的，所述混凝土的强度等级为c40级，其水胶比为0.3～0.4。

根据道路承载功能的不同，以及添加导电集料和阻抗性掺合料之后的性能水平的变化，本发明技术方案中的混凝土的基础配比优选c40级混凝土的配比设计。如果混凝土强度等级过低时，则会影响道路本身的承载功能，使得道路容易被损坏并具有安全风险；而如果混凝土强度等级过高时，则会使得整个道路的造价提高，成本不经济。本发明的技术方案综合考虑上述两个维度的因素，优选混凝土的强度等级为c40级。

通过限定所述混凝土的强度等级，可以基本确定所述混凝土中的粗集料、细集料和胶凝材料之间的比例关系。所述强度等级为c40的混凝土，其材料组成会因为所使用的水泥标号的不同而略有不同。本发明的实施例中，以42.5标号的普通水泥为基准确定配方，所述胶凝材料(包括水泥以及少量粉煤灰)与所述集料(粗集料和细集料的总量)的质量比为450kg：1750kg；所述集料中的粗集料和细集料的比例关系以砂率确定，本发明实施例中采用砂率为43％；所述的砂率为细集料在粗、细集料总量中的质量占比。

所述水胶比是指水与混凝土中的胶凝材料之间的质量比。

优选的，所述混凝土包括粗集料和细集料；所述磁铁矿和/或所述铁尾矿砂作为混凝土中的细集料；以质量计，所述磁铁矿的含量为所述细集料总量的40％～60％；所述铁尾矿砂的含量为所述细集料总量的20％～40％；所述赤铁矿作为混凝土中的粗集料；所述赤铁矿的含量为所述粗集料总量的25％～30％。

所述导电集料可以根据现场实际情况单独添加或者复合添加。

优选的，所述混凝土包括胶凝材料；所述阻抗性掺合料作为混凝土中的胶凝材料；所述阻抗性掺合料选自鳞片石墨、炭黑、钢渣粉、铁粉中的至少一种；以质量计，所述鳞片石墨的含量为所述胶凝材料总量的10％～15％；所述炭黑的含量为所述胶凝材料总量的5％～10％；所述钢渣粉的含量为所述胶凝材料总量的20％～30％；所述铁粉的含量为所述胶凝材料总量的5％～10％。

所述阻抗性掺合料可以根据现场实际情况单独添加或者复合添加。

优选的，所述多孔网层为钢丝网或者炭纤维网；所述钢丝网的丝径为0.4cm～1cm，网格为边长1cm～10cm的四边形；所述炭纤维网的丝径为0.1cm～0.3cm，网格为边长0.5cm～1cm的四边形。

所述多孔网主要用于微波屏蔽，其和所述的多孔网保护层以及屏蔽层共同屏蔽未被反射层完全反射的部分微波。

目前微波除冰机发射的微波的波长为2.45ghz，因此为了保证微波屏蔽的效果，所述的多孔网的材质以及网孔的尺寸均需考虑波长匹配的问题。本发明技术方案中优选多孔网为钢丝网，所述钢丝网的网孔可以是边长为1cm～10cm的正方形，也可以是边长为1cm～10cm的菱形，其形状不同对其微波屏蔽效果影响不大；优选正方形网眼，旨在考虑正方形网眼的钢丝网为市场常规产品，容易采购。所述钢丝网的网眼尺寸设置旨在考虑其介电常数和微波的波长匹配。本发明技术方案还优选多孔网为炭纤维网，所述炭纤维网的网孔可以是边长为0.5cm～1cm的正方形，也可以是边长为0.5cm～1cm的菱形；优选正方形网眼；所述炭纤维网的网眼尺寸设置旨在考虑其介电常数和微波的波长匹配。随着微波除冰机发射的微波的波长变化，可以调整所述多孔网的材质与尺寸，以适应其工作波长。

优选的，所述反射层为聚合物涂层；所述聚合物涂层中包含成膜物和吸收剂；所述吸收剂均匀分散于所述成膜物中。

优选的，所述成膜物选自环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂和聚苯乙烯中的至少一种；所述吸收剂为纳米氧化铝、氧化铁和氧化钛的至少一种；以质量百分含量计，所述成膜物的含量为60％～80％，所述吸收剂的含量为20％～40％。

优选的，其对于2.45ghz的微波的屏蔽效能≥50db。

本发明还提出一种微波屏蔽道路，其包括：前述的微波屏蔽混凝土路基，并在所述微波屏蔽混凝土路基上铺设沥青混凝土路面。

所述道路除了具有良好的承载性能之外，其同时还具备较好的微波屏蔽效能。当所述道路上存在积雪或结冰后，可以通过微波除冰机进行除冰，其对于波长2.45ghz的微波的屏蔽效能到达50db以上，可以较好的除去道路上的结冰和积雪。

本发明还提出一种微波屏蔽道路的制造方法，其包括以下步骤：

铺设屏蔽层，所述屏蔽层采用混凝土铺筑形成，其厚度15～20cm；

铺设多孔网层，所述多孔网层铺设于所述屏蔽层上；

铺设多孔网保护层，所述多孔网保护层铺设于所述多孔网层上；所述多孔网保护层采用混凝土铺筑形成，其厚度为2～3cm；

铺设反射层，所述反射层铺设于所述多孔网保护层上；

铺设沥青混凝土路面，所述沥青混凝土路面铺设于所述反射层上；

其中，所述混凝土中包括导电集料和阻抗性掺合料；所述导电集料选自磁铁矿、铁尾矿砂和赤铁矿中的至少一种；所述阻抗性掺合料选自鳞片石墨、炭黑、钢渣粉、铁粉中的至少一种。

具体的，将包含导电集料和阻抗性掺合料的混凝土中加水，拌和，得拌和物；所述拌合物可以提前在工厂拌和，然后通过混凝土罐车运输到施工现场进行施工；摊铺拌和物，摊铺厚度为15cm～20cm，得屏蔽层；在所述屏蔽层上摊铺多孔网层；所述摊铺多孔网层可以在屏蔽层摊铺之后立即进行，而无需进行等待；在所述多孔网层上摊铺拌和物，摊铺厚度为2cm～3cm，得多孔网保护层；所述多孔网保护层可以采用与屏蔽层组成相同的混凝土进行摊铺；所述多孔网保护层可以在多孔网摊铺之后立即摊铺，而无需进行等待；优选洒水养护3天，使上述的混凝土初步硬化；然后，在所述多孔网保护层上涂覆反射层；所述反射层涂料可以采用喷涂工艺进行施工。

优选的，所述混凝土铺筑的施工温度为5℃～25℃。

施工温度对路基的屏蔽效能影响不大，但是对于路基的施工性能以及承载性能会有较大的影响。为了确保微波屏蔽混凝土路基施工后的综合性能，所述的微波屏蔽混凝土路基的施工温度优选5℃～25℃。若施工时的环境温度低于5℃时，则需加入防冻剂调节；若施工时的环境温度高于25℃时，则需加入缓凝剂以调节其硬化速度。

本发明还提出一种道路除冰融雪的方法，所述道路为前述的微波屏蔽道路，使用微波照射所述的道路。

当使用微波照射结冰的路面时，所述微波可以穿透所述冰层，在冰层与路面的结合处发热，使所述冰层从所述路面上脱离，然后脱离下来的冰层使用铲车等清运工具运走，以免其发生二次冰冻。

所述微波穿透所述冰层时基本不会发生损失，因此除冰时与所述冰层的厚度关系不大；当冰层较厚时，其差异仅在于微波穿透冰层的时间会略长，对除冰效果影响不大。

所述微波发射的频率可以变化，优选2.45ghz。

所述微波发射的功率可以变化，根据需要被微波找照射的面积、除冰速度的需求以及道路屏蔽效应参数有关，在实际工作中需做适应性调整。

下面以更具体的实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。其中，所使用的原料，如无特别说明，均为任意的市售产品；所采用的性能检测方法均为本领域常规采用的检测方法。为了能够平行比较各实施例中的抗压强度和屏蔽效能的结果，下述的实施例中的屏蔽层厚度均采用15cm，多孔网保护层厚度均采用2cm。在实际工程施工中，屏蔽层的厚度可以采用15～20cm，多孔网保护层的厚度可以采用2～3cm。当增加屏蔽层的厚度和多孔网保护层的厚度时，其对于微波的屏蔽效能会进一步提高。

实施例1

本实施例中的混凝土配比按照c40级混凝土的强度等级。以质量计，其胶凝材料与集料(细集料和粗集料之和)的比例为450kg：1750kg；其砂率为43％；所述的砂率是指“细集料质量/(细集料质量+粗集料质量)”。

所述的细集料按照磁铁矿砂60wt％、铁尾矿砂30wt％和中粗砂10wt％的比例配制；所述的粗集料按照赤铁矿石30wt％和普通石子70wt％的比例配制；所述的胶凝材料按照鳞片石墨10wt％、炭黑5％和42.5普通水泥85wt％的比例配制。

按照水胶比0.35的比例计量水和混凝土，将其加入到混凝土搅拌器中，搅拌15分钟，形成拌和物，也即得到用于制备屏蔽层和多孔网保护层的混凝土；所述混凝土由混凝土罐车运送到拟建的道路施工现场。

根据路面设计要求，在拟建的道路上铺筑上述的拌和物，摊铺厚度为15cm。所述路基按照我国《公路路基设计》(jdgd30)规定的方法检测。路基的各项技术指标应符合我国《公路路基施工技术规范》(jtjf10)规定。

在摊铺好的屏蔽层上摊铺钢丝网，也即多孔网层；所述钢丝网的钢丝丝径为4mm，正方形网孔，其网孔的边长为50mm。

在上述的多孔网层上继续摊铺所述的拌和物，形成多孔网保护层；所述多孔网保护层的摊铺厚度为2cm。

洒水养护3天后；在所述的多孔网保护层上喷涂反射层涂料，所述反射层的湿膜厚度为2mm；所述反射层涂料包括环氧树脂70wt％和氧化钛30wt％。

使用上述完全相同的方法制备尺寸为172mm×172mm×172mm的立方体混凝土路基试块，分别以《平面型电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法》(gb/t30142-2013)测试其28d龄期的屏蔽效能，以《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb/t50081-2002)对其3d、7d和28d龄期的混凝土抗压强度进行测量。检验结果如下表1所示。

实施例2

制备方法同实施例1。变化点如下：

所述的细集料按照磁铁矿砂40wt％、铁尾矿砂40wt％和中粗砂20wt％的比例配制；所述的胶凝材料按照鳞片石墨15wt％和42.5普通水泥85wt％的比例配制。

所述多孔网层的钢丝网中，其钢丝的丝径为10mm，网孔的边长为100mm。

所述反射层涂料包括不饱和聚酯树脂60wt％和纳米氧化铝40wt％。

检验方法同实施例1，检验结果如下表1所示。

实施例3

制备方法同实施例1。变化点如下：

所述的细集料按照磁铁矿砂50wt％和中粗砂50wt％的比例配制；所述的粗集料按照赤铁矿石25wt％和普通石子75wt％的比例配制；所述的胶凝材料按照炭黑10wt％、铁粉5％和42.5普通水泥85wt％的比例配制。

所述多孔网层的炭纤维网中，其炭纤维的丝径为1mm，网孔的边长为5mm。

所述反射层涂料包括酚醛树脂80wt％和氧化铁20wt％。

检验方法同实施例1，检验结果如下表1所示。

实施例4

制备方法同实施例1。变化点如下：

所述的细集料按照磁铁矿砂50wt％、铁尾矿砂20wt％和中粗砂30wt％的比例配制；所述的粗集料按照赤铁矿石25wt％和普通石子75wt％的比例配制；所述的胶凝材料按照炭黑10wt％、铁粉10％和42.5普通水泥80wt％的比例配制。

所述多孔网层的炭纤维网中，其炭纤维的丝径为3mm，网孔的边长为10mm。

所述反射层涂料包括聚苯乙烯树脂70wt％、氧化钛10wt％、纳米氧化铝10wt％和氧化铁10wt％。

检验方法同实施例1，检验结果如下表1所示。

表1实施例1至实施例4的性能检测数据

由表1所示的测试数据可见，本发明的技术方案制备微波屏蔽混凝土路基其力学性能好，3d抗压强度均高于28mpa，7d抗压强度均高于39mpa，28d抗压强度均高于46mpa，完全能够满足混凝土路基的承载功能；其对于2.45ghz波长的微波的屏蔽效能均大于51db，完全能够满足道路对于微波除冰机发射的微波的反射和屏蔽作用，使微波除冰机能够较好地除冰雪，扩大了微波除冰机在我国的推广应用。

实施例5

按照实施例4的组分配比以及施工方法在东北某地区进行微波屏蔽道路的施工，进行实际除冰融雪性能测试。分别在温度-10℃、-20℃、-30℃、-40℃的环境下，测量冰层厚度为10cm时的除冰效果。

所述测试中，微波发射频率为2.45ghz，以所述微波照射结冰的道路，测量冰层与路面的脱离速度。结果如下：

-10℃时冰层与路面的脱离速度为0.5m/min；

-20℃时冰层与路面的脱离速度为0.48m/min；

-30℃时冰层与路面的脱离速度为0.45m/min；

-40℃时冰层与路面的脱离速度为0.40m/min。

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。