文献梳理[重点产业—高碳产业(钢铁)]|含钢渣沥青混合料的微波除冰特性及碳排放评价

文章亮点：

1．研究了SS的电磁性能，评价了其吸波性能。

2．本研究了不同SS含量对加热性能、表面温度、加热均匀性和融冰时间的影响。

钢铁随着可持续发展成为一项基本的社会目标，它促进了资源的节约和资源的高效有效利用，以实现可持续的基础设施。道路是国家经济和发展的重要基础设施，沥青道路主导着当今的交通系统。沥青路面是由沥青混合料制成的，这是一种由集料、填料、沥青粘合剂和空气组成的复合材料。由于其优越的化学机械和性能特性以及相对较低的成本，这种材料通常用于路面施工。沥青粘结剂和天然骨料是不可再生的化石材料和资源。

因此，它们的过度开采和开发会导致它们的枯竭和巨大的能源消耗。石灰石是道路建设中最常用的骨料之一，储量有限，如果广泛开采，将迅速枯竭，对环境造成重大影响。因此，寻找一种材料来代替天然骨料用于道路建设是迫在眉睫的。

图1显示了SSAM的表面温度。模拟了不同冰冻温度下的沥青路面。从图7(a)中可以看出，除SSAM-0外，所有沥青混合料在微波辐射30 s后从10◦C升温至超过0◦C。这意味着用微波炉加热沥青混合料30秒就能除去路面上的冰。SSAM-75在升温速率为0.4℃/s时，前30 s的升温效率最高，分别是其他样品的1.22、1.14、1.19、1.08倍。(ssam-0 - ssam-100)然而，SSAM-100在随后的辐射时间内逐渐具有最大的升温速率。SSAM-100在整个加热过程中的升温速率为0.24℃/s，分别是其他样品的1.32、1.25、1.21、1.16倍。(ssam-0 - ssam-75)同样，在图7(b)中也可以看到同样的现象，图7(b)是不同混合物在初始温度20◦C时的表面温度。

不同的是，在较低的温度下，沥青混合料的加热效率降低。从图中可以看出，与10◦C相比，试件在20◦C时表面温度超过0◦C的时间延迟了30秒。除SSAM-0和SSAM-50外，大多数样品的表面温度在60 s后都超过了0℃，其中SSAM-75在前60 s的升温速率仍然最高，为0.42℃/s。同样，SSAM-100在180 s辐射中具有0.27◦C/s的最高加热速率。

图1：SSAM的表面温度

从图2可以看出，IMT对SS含量不是很敏感。此外，所有样本的实际IMT都比理想IMT长。这表明冰或水分对微波效率有显著影响。冰的介电常数相对较小，约为2.8，这意味着冰几乎不吸收和反射微波。

在初始加热阶段，SSAM-75和SSAM-100表面有较多的温度峰。这种情况导致温度峰值以下的冰迅速融化到水中，而其他地区仍处于冰中。水的介电常数比冰大得多，约为78 。这种水分吸收和反射微波，使样品的微波效率降低。

其他试样受热均匀性好，接触面温差不显著，在一定程度上降低了整体粘附力。SSAM-50在所有样本中IMT最短。与SSAM-0相比，当起始温度为10◦C时，1、2和3 cm冰厚的IMT分别降低了37.02%、44.33%和28.57%。同样，当起始温度为20◦C时，减少率分别为32.89%，46.18%和32.94%。虽然SSAM-50在某些条件下并没有表现出最短的融化时间，例如在10◦C初始温度下的1和3 cm冰层，但它们的融化时间并没有太大差异。考虑到加热均匀性和IMT较短、较好，建议钢渣含量为50%。

图2：不同初始温度和不同冰层条件下sams的IMT

本研究扩展了以往关于路面除冰的学术研究。为固体废物处理提供了合适的解决方案，是微波加热理论在道路冬季养护中的创新应用。此外，本工作还对含ss路面的全生命周期碳排放进行了评估，为道路建设的可持续发展做出贡献。可以得出以下主要结论:钢渣(SS)相对于石灰石具有更好的静磁性和吸波性能，因此更适合微波加热。SS还能以基本线性的方式促进沥青混合料的温度升高。辐射过程中存在加热不均匀的现象，SS含量为50%的沥青混合料可以达到优异的加热均匀性和微波除冰效率。与传统路面相比，含有SS的路面在道路寿命期间的排放量相似，但含有SS的路面表现出更好的经济和环境效益。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723078191或直接点击“阅读原文”跳转到原文网站。

论文引用：

Zhang,F.,Falchetto,A.,Wang,D.,Cao,Y.Microwave deicing properties and carbon emissions assessment of asphalt mixtures containing steel slag towards resource conservation and waste reuse[J]Science of The Total Environment,2024,doi:org/10.1016/j. scitotenv.2023.169189

图文 王倩蓉

责编 毕春玉

制作 杨东青 许秦豫

审核 田文娟 黎梦平 马新媛