摘 要

我国冬季道路上容易附着一层光滑的冰雪引起车辆打滑，这对人民的生命财产有极大的危害。而现有的一些除冰手段都具有一定的局限性，能够快速，便捷，高效的清除道路雪对冬季道路安全有着重大的意义。随着科技的发展我们对微波加热的了解越来越充分，在此基础上我们发明了微波除冰法。本文为提高道路混凝土在微波照射下的吸波能力，从而提升冬季利用微波进行的道路微波除冰效率，就混凝土的填材对混凝土的介电常数，电磁导率等微波吸收性能的影响进行了研究，在测量了不同填料方案试样的介电常数和磁导率后发现5%体积分数胶粉替代河沙的混凝土材料在3086M HZ频率的微波照射下介电常数最大，然后通过理论分析了胶粉对微波加热混凝土的促进作用，最后利用有限元的方法进行验证，证实了胶粉能够提高微波除冰的效率。

关键词：吸波能力；介电常数；微波除冰；胶粉

Abstract

In winter, a smooth layer of ice and snow easily adheres to roads in our country, causing vehicles to slip, which is extremely harmful to people's lives and property. However, some existing deicing methods have certain limitations. It is of great significance to road safety in winter to remove road snow quickly, conveniently and efficiently. With the development of science and technology, we know more and more about microwave heating. On this basis, we invented the microwave deicing method. In order to improve the microwave absorbing ability of road concrete under microwave irradiation, and thus improve the efficiency of road microwave deicing by microwave in winter, the influence of concrete filler on the microwave absorbing properties of concrete such as dielectric constant and electric permeability was studied. After measuring the dielectric constant and permeability of samples with different filler schemes, it was found that the concrete material with 5% volume fraction rubber powder instead of river sand had the largest dielectric constant under microwave irradiation at 3086M HZ frequency. Then, the promotion effect of rubber powder on microwave heating concrete is analyzed theoretically. Finally, the finite element method is used to verify that rubber powder can improve the efficiency of microwave deicing.

Key Words： Absorption capacity; dielectric constant; microwave deicing;Rubber powder

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景 1

1.2 选题的意义 2

1.3 微波除冰原理 2

1.4 混凝土吸波能力分析 2

1.5 微波除冰的优缺点 3

1.6 课题研究的内容 3

1.6.1 研究基本内容和目标 3

1.6.2 拟采用的技术方案与措施 4

第2章 实验分析填料对混凝土吸波能力的影响 5

2.1 填料方案 5

2.2 样品的制作 5

2.3 实验分析混凝土吸波能力的变化 5

2.3.1 实验理论分析 5

2.3.2 利用S参数法测量样本的介电常数及磁导率 6

2.3.3 数据采集 6

2.4 数据分析 7

2.4.1 素混凝土的吸波能力 7

2.4.2 胶粉的影响 8

2.5 本章小结 10

第3章 分析胶粉对除冰效率的影响 11

3.1 冰的黏附机理 11

3.2 胶粉对除冰的影响 11

3.2.1 物理学方面 11

3.2.2 热力学方面 11

3.3 本章小结 13

第4章利用有限元法验证混凝土加热效率 14

4.1 创建有限元模型 14

4.2 进行模型的求解 15

4.3 结果分析 17

4.4 本章小结 18

第5章 结论与展望 19

5.1 结论 19

5.2 展望 19

参考文献 21

致谢 22

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

我国冬季路面易结冰结冰， 特别是在北方地区，冬季长时间雨雪天气，导致路面往往产生很厚冰雪层，车辆行驶时很容易产生打滑现象，危害道路行驶安全。无论是混凝土路面还是沥青路面，冬季雨雪天气下发生交通事故的概率都远远大于平常，我国每年冬季因为路面造成的财产损失高达数亿元。而传统的除冰方法都具有一定的弊端，如机械法需要耗费大量的人力物力，而且效率不高。化学法会对环境产生污染，对人体健康有害。热力法会破坏道路的结构，得不偿失。因此，如何高效环保的进行除冰工作成为了眼下我们迫切需要解决的一个难题。而现如今随着我们对微波认知的加深，一种全新的加热方法步入了我们的眼帘，那就是微波加热法，在此基础上有人就提出了利用微波加热的原理对混凝土路面进行加热以达到分离路面冰层的目的，这种方法省时省力无污染，且不会破坏道路结构，很适合用于冬季道路除冰，但目前介于该技术除冰效率问题不够高且设备昂贵，微波除冰法难以得到更加广泛的应用。为了提高微波除冰法的应用价值，本文主要就如何提高混凝土对微波的吸收效率进而改善微波除冰技术的工作效益进行研究。

1986年由Howard K. Long最先提出了微波除冰的概念，他设想微波的选择加热性可以将道路上的冰层与路面分离，并在此基础上设计了微波除冰车的原型，并通过该项研究在国际上申请了专利，但是受限于当时的科技水平，微波除冰在实际的测试中未能达到预期的效果。后来随着美国公路战略研究计划项目的推进，该计划负责人也承认了微波除冰技术的可行性，并在此基础上进行了多次实验，但是由于微波加热设备价格昂贵，微波的泄露问题难以解决，该项目再次陷入难题无法进展。直到2005年美国的 Hopstock 提出了采用铁燧岩作为沥青路面的面层材料以提高路面的微波吸收效率并取得了一定的研究成果，微波除冰技术才取得了突破性的进展，该项研究的结果表明该技术在微波除冰和微波吸收方面有着良好的表现，本次研究的重点放到了道路对微波的吸收效率和微波的加热效率这一方面，并在此基础上取得了一定的成果。紧接着国际上对混凝土材料的吸波能力展开了更加深入的研究探讨并取得了相当可观的成果，如美国已研究出可以像海绵吸水一样高效吸收微波的“EMSS-Electromagnetic屏蔽喷射混凝土”并且实现了商业化生产，这一研究发明将成为核爆战争，电磁脉冲的一大克星。于此同时也为微波除冰技术指明了方向。