基于微波模拟的除雪化冰装置及方法

本发明涉及道路工程，具体地涉及基于微波模拟的除雪化冰装置及方法。

背景技术：

1、路的积雪结冰问题在全世界都是一个非常普遍并亟待解决的问题。目前，除雪化冰的现有技术普遍为机械除雪或撒布融雪剂进行道路的融雪化冰。

2、传统的机械除雪的优势在于除雪效率高；机械除雪的缺陷在于：

3、1.由于机械除雪大多仅适用于未经碾压的新雪，从而对于已冰冻路段的清除效果并不理想；

4、2.由于机械除雪需要对道路进行物理接触，从而导致强制铲除对路面损害严重，并进一步造成道路养护费用的额外支。

5、融雪剂的缺陷在于：融雪剂大多效率低，费用高，且污染环境，对路面及桥面结构腐蚀严重。

6、因此，综合考虑寒冷地区冰雪对道路交通的危害以及现有融雪化冰方法存在的缺陷，如何进行科学有效、环保经济的道路，尤其是高寒地区融雪化冰已成为急需解决的问题。

7、为解决上述问题，现有技术中有一种是采用微波除雪化冰，其主要原理为利用微波穿透冰层加热路面，路面升温后使得冰层与路面之间界面分离，达到除冰目的。

8、但当前对于微波除雪的研究尚浅，尚无准确的采用微波技术除雪的研究和应用。尤其对于微波吸收材料的吸波机理和影响因素，选取微波材料进行加热融冰试验，为微波除冰雪技术的推广应用提供实践依据，尚无相关研究。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提供基于微波模拟的除雪化冰装置及方法，其目的在于更好的吸收微波加快路面冰雪的融化；使涂层材料更好的附着在沥青混凝土表面，且不会对试验结果造成任何干扰；减少微波外泄，防止路面再次结冰；选出更优的涂层材料用到实际工程中，进一步减少人力物力的消耗，节省资金；结构简单、成本低、操作方便，模拟出不同涂层材料对路面冰雪融化的效果。

2、为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

3、一种基于微波模拟的除雪化冰装置，包含膨胀石墨、四氧化三铁、沥青混凝土、冰层、便携式微波除冰车、红外线测温仪、硅酸钠溶液、电冰箱、热电偶、玻璃棒、烧杯、毛刷、硅胶、铝箔胶带、电偶显示屏、吸水海绵、亚克力方盒、透明塑料袋、纸盒、铁质滑道、金属挡板；其中：

4、所述膨胀石墨作为吸波材料涂刷在所述沥青混凝土的表面，用于吸收更多由便携式微波除冰车发射出的微波，加快路面冰雪的融化；

5、所述四氧化三铁作为吸波材料涂刷在所述沥青混凝土的表面，用于吸收更多由便携式微波除冰车发射出的微波，加快路面冰雪的融化；

6、所述沥青混凝土用于在室内浇筑试件，以此模拟路面；

7、所述便携式微波除冰车用于向路面的发射微波；

8、所述红外线测温仪用于读取所述冰层融化后的水温、接触面的冰块温度；

9、所述硅酸钠溶液用于作为涂层黏结溶剂；

10、所述烧杯用于配置涂层悬浮液；

11、所述电偶显示屏主要用于显示所述热电偶的数据变化；

12、所述吸水海绵用于吸收残余微波，以减少微波外泄，且用于吸收微波融化并雪后的积水，以防止路面再次结冰；

13、所述金属挡板用于防止微波穿透。

14、优选地，所述冰层厚度为5cm，由所述电冰箱制成；

15、所述便携式微波除冰车内部安装有2.45ghz磁控管和所述吸水海绵。

16、优选地，所述热电偶埋设在沥青混凝土浇筑的试件表面里，且埋设过程在微波暗室中进行操作。

17、优选地，所述涂层悬浮液在所述烧杯中配置完毕后，通过所述玻璃棒搅拌均匀，然后通过所述毛刷均匀涂在所述沥青混凝土浇筑的试件的表面；然后将试件置于通风处晾干；

18、所述热电偶的金属部分通过所述硅胶紧密粘贴在彻底晾干涂层后的试件的表面；

19、所述热电偶的导线采用铝箔胶带严密包裹。

20、优选地，所述吸水海绵安装在所述便携式微波除冰车的底部的四周；

21、所述金属挡板安装在所述便携式微波除冰车的底部的四周。

22、优选地，所述亚克力方盒的内部用于承载带冰的涂层试件；所述亚克力方盒的上部两条长边安装有所述铁质滑道；

23、所述便携式微波除冰车安放在所述铁质滑道上，并沿所述铁质滑道前后滑动。

24、一种利用了上述基于微波模拟的除雪化冰装置的基于微波模拟的除雪化冰方法，包含以下步骤：

25、s100.用所述沥青混凝土浇筑多个试件；然后将试件养护到人工预设的天数，直至每个试件的力学强度与人工预设的实际工程需求相符合；

26、s200.配置多种所述涂层材料悬浮液；

27、s300.在达到人工预设的强度的所述沥青混凝土浇筑的试件的表面刷一层所述硅酸钠溶液；然后分别用所述毛刷将不同的所述涂层材料悬浮液制成的涂层材料均匀涂在所述沥青混凝土浇筑的试件的表面；然后将试件置于通风处晾干；

28、s400.在晾干的刷有所述涂层材料的所述沥青混凝土浇筑的试件的表面安装所述热电偶；然后用所述硅胶将所述热电偶的金属部分紧密粘贴在涂层试件的表面；然后用所述铝箔胶带将所述热电偶的导线严密包裹；

29、s500.在带有不同涂层的试件的表面制冻人工预设厚度的所述冰层；

30、s600.将刷有所述涂层材料并附着有所述冰层的所述沥青混凝土浇筑的试件置于所述亚克力方盒内；然后将所述便携式微波除冰车的滚轮嵌入安装到所述亚克力方盒的上端的所述铁质滑道内；

31、s700.取出所述电偶显示屏；然后通过控制系统调整微波加热时间；然后启动所述便携式微波除冰车；然后根据所述热电偶显示的数据记录时间、温度；同时利用所述红外线测温仪测量所述冰层融化后的水温；

32、s800.对每一种所述涂层材料重复s100～700的步骤，观察并记录试件表面微波加热时温度随时间的变化值，最终分析不同涂层试件吸收微波并产热的能力，直至所有所述涂层材料都完成测试。

33、优选地，s100中用所述沥青混凝土浇筑的试件的厚度为5cm。

34、优选地，所述涂层材料悬浮液包含膨胀石墨涂层悬浮液和四氧化三铁涂层悬浮液；

35、s200中配置多种所述涂层材料悬浮液具体包含以下步骤：

36、s210.在所述烧杯中加入所述膨胀石墨；

37、s220.用玻璃棒搅拌均匀后制成所述膨胀石墨涂层悬浮液；

38、s230.在所述烧杯中加入所述四氧化三铁；

39、s240.用玻璃棒搅拌均匀后制成所述四氧化三铁涂层悬浮液。

40、优选地，s500具体包含以下步骤：

41、s510.在所述透明塑料袋中加水至5cm；

42、s520.将经过s510加水后的所述透明塑料袋放入到所述纸盒中，再放置在所述电冰箱中冷冻；

43、s530.在所述热电偶显示温度为-20℃时，将所述纸盒取出；

44、s540.迅速将带冰层的试件、所述纸盒、所述透明塑料袋剥离。

45、本发明与现有技术对比，具有以下优点：

46、1.由于本发明使用膨胀石墨作为涂层材料，从而能更好的吸收微波加快路面冰雪的融化；

47、2.由于本发明使用硅酸钠溶液作为涂层黏结溶剂，从而能使涂层材料更好的附着在沥青混凝土表面，且进一步来说，当硅酸钠溶液中的水分蒸发后，硅酸钠并不吸收微波产热，也不会对试验结果造成任何干扰；

48、3.由于本发明在便携式微波除冰车底端装有金属挡板和吸水海绵，而金属挡板能有效防止微波穿透，吸水海绵一方面用于吸收残余微波，从而能减少微波外泄，另一方面还可以吸收部分冰雪融化的水，防止路面再次结冰；

49、4.由于本发明能够较为简洁模拟不同涂层材料对路面冰雪融化效果，从而可以选出更优的涂层材料用到实际工程中，进一步减少了人力物力的消耗，节省了资金；

50、5.由于本发明的整个装置较为便捷，可以在室内进行，不会受到地形、空间等因素影响，从而节省了大量的劳动力和经费；且进一步由于结构简单、成本低、操作方便，还可以较好的模拟出不同涂层材料对路面冰雪融化的效果，具有广泛的工程实践意义及应用前景。