本发明涉及一种微波吸收增强剂、该微波吸收增强剂的制备方法、以及将其用于沥青混合料中的应用，属于沥青路面加热技术。
背景技术：
众所周知，沥青路面加热技术广泛应用于路面养护、再生、融雪除冰等领域，常用的加热技术有热风加热、红外加热和微波加热，其中，微波加热通过增加材料分子运动的动能来使被加热物体升温，属体积加热，具有深度加热、热惯性小、控制容易的优点，尤其适合导热性能差的沥青混合料的加热，是目前路面加热技术中的主要研究对象。
沥青混合料的微波吸收能力主要来源于集料，但一般的集料吸收微波的能力并不强，不能很好地满足路面快速升温的需求。目前，增强沥青混合料微波加热效率的方法主要是在沥青混合料中掺入微波吸收能力强的材料，吸波材料的掺入方式有替代集料或矿粉、与沥青混合等。然而，直接掺入的方式都存在着明显的缺陷，将吸波粉体替代矿粉掺入到混合料中，不但成本较高，而且搅拌过程容易导致吸波粉体团聚、分散不均等问题，进而导致路面加热的不均匀性；将磁铁矿、钢渣等吸波颗粒代替粗、细集料掺入到混合料中，会在一定程度上影响沥青混合料的路用性能；将吸波粉体或者纤维与沥青混合得到的改性沥青，虽然微波吸收能力得到提升，但却在制备和存储过程中容易产生吸波材料的分散不均、沉淀等问题，而且不同路面所用的沥青种类不同，工程应用中，需要对相应的沥青进行改性，极为不便。
申请号为“201610410532.1”，名称为“一种能采用微波加热快速修复的沥青路面材料”的中国发明专利中，公开了一种能增强沥青路面微波吸收效率的改性钢渣集料，该发明通过化学方法将钢渣表面的fe2o3转化为具有磁性的fe3o4，进一步增强了钢渣的微波吸收能力，用在沥青路面中不但能增强路面的微波加热效率，还为钢渣废弃物的回收利用提供了新途径，但普通钢渣本身所含fe2o3只有20％左右，表面参与反应的fe2o3更少，改性钢渣表面生成的fe3o4十分有限，而且钢渣本身参与化学反应，其作为集料的强度等力学性能势必受到影响，此外，考虑到钢渣膨胀的可能性，这种改性钢渣的掺量不能过大，钢渣自身内部也会损耗较多的微波，微波利用率和传热效率仍然不高。
技术实现要素：
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种微波利用率和传热效率高的微波吸收增强剂，并提供该微波吸收增强剂的制备方法；另外，本发明还提供了一种该微波吸收增强剂用于沥青混合料的应用。
技术方案：本发明所述的微波吸收增强剂，其为表面附着一层纳米fe3o4磁性材料膜的路用石料，微波吸收增强剂中，纳米fe3o4磁性材料的质量分数为5～15％。
其中，路用石料为石灰岩或玄武岩。
本发明所述的一种微波吸收增强剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将亚铁盐和铁盐溶于蒸馏水中分别配制成浓度为0.5～10mol/l的溶液；
(2)在隔氧环境下，将亚铁盐溶液、铁盐溶液和氨水按摩尔比fe2+:fe3+:oh－＝1:1.6～2:8～16的量先后喷洒在路用石料表面，然后加热并搅拌20～30min，加热搅拌过程中控制路用石料表面温度不超过50℃；
(3)将表面反应后的路用石料放入50℃～70℃的烘箱中加热直至完全干燥；
(4)将干燥后的石料加热至80℃使反应残留物分解除去，得到微波吸收增强剂。
上述步骤(1)中，亚铁盐优选为fecl2·4h2o晶体或feso4·7h2o晶体。铁盐优选为fecl3·6h2o晶体或fe2(so4)3固体。
步骤(2)中，氨水的质量分数为10％～25％。
本发明所述的一种微波吸收增强剂用于沥青混合料的应用，是将微波吸收增强剂作为沥青混合料中的粗集料或细集料使用，其可替代沥青混合料中全部的粗集料或细集料，也可仅替代部分的粗集料或细集料。
较优的，将微波吸收增强剂用作沥青混合料中的粗集料。使用微波吸收增强剂替代粗集料的升温效果比替代细集料的更好。
发明原理：本发明的微波吸收增强剂由普通路用石料表面改性而来，其内部的微波吸收能力很弱，而表面的纳米fe3o4磁性材料则对微波有强烈的耗散作用，这种将微波的耗散集中在表面的方式，避免了微波对沥青混合料中集料的整体加热，热量在混合料中的传递速度更快，微波能量的利用率更高；将这种微波吸收增强剂部分或全部替代普通集料加入到沥青混合料中，在微波照射下，磁性fe3o4快速耗散微波使增强剂表面积聚大量的热量，这些热量会使紧密包裹在增强剂表面的沥青膜温度快速升高，从而显著提升沥青混合料的微波加热升温速率和微波能量利用率，使沥青混合料的微波加热效率得到显著增强。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的微波吸收增强剂化学性质稳定，便于储存，且能均匀分布在沥青混合料中，微波加热效果均匀；(2)本发明的微波吸收增强剂的制备工艺简单，成本低廉，可在短时间内大量生产，有利于工业化；(3)本发明的微波吸收增强剂用作沥青混合料集料时，能够显著增强沥青混合料的微波加热效率，而且，形成的沥青混合料的力学性能达到普通沥青混合料的性能水平，其各项路用性能不会受到不良影响；此外，因为纳米fe3o4的微观性质以及石料表面的化学反应过程是在碱性环境下进行等因素，微波吸收增强剂与沥青的黏附性较普通集料反而得到一定的提升。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明的微波吸收增强剂，为表面附着一层纳米fe3o4磁性材料膜的路用石料，其中，路用石料可为石灰岩或玄武岩；微波吸收增强剂中，纳米fe3o4磁性材料的质量分数为5％～15％。
该微波吸收增强剂由普通路用石料、亚铁盐、铁盐、氨水、蒸馏水经过化学反应，在路用石料表面沉淀一层致密、均匀的纳米fe3o4磁性材料膜后制得；这种微波吸收增强剂利用纳米fe3o4磁性材料对微波强烈的磁损耗能力，使微波能量的耗散集中在表面膜层，进而实现其表面在微波照射下的快速升温。将这种微波吸收增强剂部分或全部替代普通集料加入到沥青混合料中，在微波照射下，磁性fe3o4快速耗散微波使增强剂表面积聚大量的热量，这些热量会使紧密包裹在增强剂表面的沥青膜温度快速升高，从而显著提升沥青混合料的微波加热升温速率和微波能量利用率。
实施例1制备微波吸收增强剂
(1)分别称取320g玄武岩粗、细集料，倒入烧杯中；
(2)称取19.9gfecl2·4h2o和54gfecl3·6h2o，即fe2+和fe3+的摩尔比为1:2，用蒸馏水溶解分别配置成2mol/l的溶液，将溶液装入喷枪中待用；
(3)将fecl2·4h2o溶液和fecl3·6h2o溶液分别全部喷洒在玄武岩粗、细集料表面后，再喷洒280ml质量分数为15％的氨水，然后将烧杯放在磁力搅拌器上搅拌并加热20min，加热搅拌过程控制石料表面温度不超过50℃；上述步骤均在隔氧手套箱中完成；
(4)将表面反应后的石料放入50℃的烘箱中加热直至完全干燥；
(5)将干燥后的石料加热至80℃使反应残留物分解除去，得到微波吸收增强剂。
石料经上述步骤处理后，表面理应生成大约23g的纳米fe3o4，考虑到生成的纳米fe3o4会有少量沉淀附着在烧杯内部，按本实施例中各原料的比例进行反应，可在石料表面生成质量分数约为6％的纳米fe3o4。
重复上述步骤，制备足够多的微波吸收增强剂。
使用标准套筛将制备好的微波吸收增强剂进行筛分，得到符合级配的不同档次的集料(以下简称为改性粗、细集料)，用于制备沥青混合料。将微波吸收增强剂置于输出功率为800w，频率为2.45ghz微波炉内加热10秒，采用非接触式红外测温仪测得微波吸收增强剂表面温度上升42.6℃，而普通玄武岩集料加热同样时间，表面温度只上升了5.2℃。
实施例2制备微波吸收增强剂
(1)分别称取320g石灰岩粗、细集料，倒入烧杯中；
(2)称取53.9gfeso4·7h2o和62gfe2(so4)3，即fe2+和fe3+的摩尔比为1:1.6，用蒸馏水溶解分别配置成0.5mol/l的溶液，将溶液装入喷枪中待用；
(3)将feso4·7h2o溶液和fe2(so4)3溶液分别全部喷洒在石灰岩粗、细集料表面后，再喷洒300ml质量分数为25％的氨水，然后将烧杯放在磁力搅拌器上搅拌并加热30min，加热搅拌过程控制石料表面温度不超过50℃；上述步骤均在隔氧手套箱中完成；
(4)将表面反应后的石料放入50℃的烘箱中加热直至完全干燥；
(5)将干燥后的石料加热至80℃使反应残留物分解除去，得到微波吸收增强剂。
石料经上述步骤处理后，表面理应生成大约36g的fe3o4，考虑到生成的纳米fe3o4会有少量沉淀附着在烧杯内部，按本实施例中各原料的比例进行反应，可在石料表面生成质量分数约为10％的纳米fe3o4。
将制得的微波吸收增强剂置于输出功率为800w，频率为2.45ghz微波炉内加热10秒，采用非接触式红外测温仪测得微波吸收增强剂表面温度上升50.2℃，而普通石灰岩集料加热同样时间，表面温度只上升了4.8℃。
实施例3制备微波吸收增强剂
(1)分别称取320g玄武岩粗、细集料，倒入烧杯中；
(2)称取53gfecl2·4h2o和129.7gfecl3·6h2o，即fe2+和fe3+的摩尔比为1:1.8，用蒸馏水溶解分别配置成10mol/l的溶液，将溶液装入喷枪中待用；
(3)将fecl2·4h2o溶液和fecl3·6h2o溶液分别全部喷洒在玄武岩粗、细集料表面后，再喷洒400ml质量分数为20％的氨水，然后将烧杯放在磁力搅拌器上搅拌并加热20min，加热搅拌过程控制石料表面温度不超过50℃；上述步骤均在隔氧手套箱中完成；
(4)将表面反应后的石料放入50℃的烘箱中加热直至完全干燥；
(5)将干燥后的石料加热至80℃使反应残留物分解除去，得到微波吸收增强剂。
石料经上述步骤处理后，表面理应生成大约56g的fe3o4，考虑到生成的纳米fe3o4会有少量沉淀附着在烧杯内部，按本实施例中各原料的比例进行反应，可在石料表面生成质量分数约为14％的纳米fe3o4。
将制得的微波吸收增强剂置于输出功率为800w，频率为2.45ghz微波炉内加热10秒，采用非接触式红外测温仪测得微波吸收增强剂表面温度上升53.7℃，而普通玄武岩集料加热同样时间，表面温度只上升了5.2℃。
实施例4制备沥青混合料(采用微波吸收增强剂代替粗集料)
第一步，在实验室按jtgf40-2004《公路沥青路面施工技术规范》制备ac-16沥青混合料，混合料采用的沥青为90#基质沥青，矿粉为石灰岩矿粉，粗集料为实施例1制得的改性粗集料，细集料为玄武岩细集料，将制备好的沥青混合料倒入模具成型300mmx300mmx100mm的沥青混合料试件1。
第二步，在试件3cm和6cm深度处埋设热电偶，试件四周设置好屏蔽装置后，采用2.45ghz的路面养护工业微波加热器从上方对试件进行加热。使用非接触式红外测温仪测试试件表面温度变化情况，温度巡检仪测试试件内部温度，试件1在加热2分钟后，试件表面温度由20℃上升至75.2℃，3cm和6cm深度处的温度由20℃分别上升至81.5℃、70.4℃；而全部采用玄武岩集料制备的普通沥青混合料试件表面温度仅由20℃上升至32.7℃，3cm和6cm深度处的温度由20℃分别上升至33.9℃、30.0℃。试件1的微波加热效率是普通沥青混合料的4倍以上。
实施例5制备沥青混合料(采用微波吸收增强剂代替细集料)
第一步，在实验室按jtgf40-2004《公路沥青路面施工技术规范》制备ac-16沥青混合料，所述混合料采用的沥青为90#基质沥青，矿粉为石灰岩矿粉，粗集料为玄武岩粗集料，细集料为实施例1制得改性细集料，将制备好的沥青混合料入模具成型300mmx300mmx100mm的沥青混合料试件2。
第二步，在试件3cm和6cm深度处埋设热电偶，试件四周设置好屏蔽装置后，采用2.45ghz的路面养护工业微波加热器从上方对试件进行加热。使用非接触式红外测温仪测试试件表面温度变化情况，温度巡检仪测试试件内部温度，试件1在加热2分钟后，试件表面温度由20℃上升至68.7℃，3cm和6cm深度处的温度由20℃分别上升至74.3℃、62.4℃；而全部采用玄武岩集料制备的普通沥青混合料试件表面温度仅由20℃上升至32.7℃，3cm和6cm深度处的温度由20℃分别上升至33.9℃、30.0℃。试件2的微波加热效率是普通沥青混合料的4倍。
从实施例4和5可知，采用本发明的沥青混合料，其表面和内部的微波加热升温速率均得到了显著提高，本发明的沥青混合料可广泛应用于沥青路面热修复和融雪除冰领域。
混合料试件1和试件2中的粗集料与细集料的质量比都约为1:1，但对比实施例4和5的升温测试结果可知，使用微波吸收增强剂替代粗集料的升温效果比替代细集料的更好。在本发明的工程应用中，建议优先选择微波吸收增强剂替代粗集料制备沥青混合料。
为检测采用微波吸收增强剂的沥青混合料的路用性能，从沥青混合料的高温性能、低温抗裂性和水稳定性进行了相关的测试，测试结果见下表1：
表1不同沥青混合料的路用性能
注：以上各个测试结果的取值均为采用对应沥青混合料成型三个相同试件后测得的实验数据的均值。
由表1可知，改性集料沥青混合料的高温性能、低温抗裂性和水稳定性都能很好地满足规范要求；改性集料沥青混合料的浸水残留稳定度和残留强度比较普通玄武岩沥青混合料有一定的增长，主要是由于纳米fe3o4的微观性质以及石料表面的反应过程是在碱性环境下进行等因素，增强了微波吸收增强剂与沥青的黏附性；而其他性能指标都与普通玄武岩沥青混合料相差很小，由此推断，采用本发明的沥青混合料，其路用性能基本不会受到不良影响，可广泛应用于工程实践中。