淺析微波加熱技術(shù)在瀝青路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

摘? 要：瀝青路面因其行車舒適、噪音小、平整度良好等優(yōu)勢在高速公路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，在車輛荷載和自然因素的長期作用下，路面病害時(shí)常發(fā)生，尤其是裂縫、車轍、坑槽等較為普遍。傳統(tǒng)熱補(bǔ)方法存在施工周期長、交通影響大、施工效率低等不足，微波加熱技術(shù)作為一種新型的路面修補(bǔ)方法，其是一種修補(bǔ)迅速、效果良好的瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)，該技術(shù)可有效克服傳統(tǒng)熱補(bǔ)方法缺點(diǎn)，將其用于舊路養(yǎng)護(hù)維修具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為此，本文在充分了解微波加熱基本原理的基礎(chǔ)上，分析了瀝青混合料微波加熱修復(fù)后的路用性能變化情況，并結(jié)合具體案例，探討了微波加熱技術(shù)在瀝青路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：微波加熱技術(shù);瀝青路面;養(yǎng)護(hù)維修;基本原理

中圖分類號(hào)：U4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2020）02-0000-00

1微波加熱的基本原理

微波作為電磁波的一種常見類型，其頻率范圍為300兆茲～300千兆茲。在微波加熱中，主要分子組成成分為偶極子。偶極子兩端電荷為正、負(fù)電，性質(zhì)各不相同。在無電場條件下，偶極子的分布呈無序、雜亂狀態(tài)，如圖1。當(dāng)介質(zhì)材料偶極子處于直流電場條件下，受兩端電荷性質(zhì)制約，偶極子排列順序有所改變，呈規(guī)律性分布。因此，在交流電場影響下，改變電場方向，偶極子的方向也將隨之改變，如圖2。在偶極子方向變動(dòng)中，周圍分子及分子熱運(yùn)動(dòng)均會(huì)對(duì)其變動(dòng)造成影響，從而產(chǎn)生摩擦效應(yīng)，在此條件下，分子可獲取能量，并以熱能形式體現(xiàn)，即升溫。研究表明，外加電場變化頻率、電場強(qiáng)度均會(huì)對(duì)熱量造成一定影響。當(dāng)電場變化頻率增加，偶極子的擺動(dòng)頻率也會(huì)隨之增加，同時(shí)熱量也會(huì)由此增加，三者呈正比關(guān)系[1]。

2瀝青混合料路用性能變化情況

2.1高溫性能

采用微波加熱技術(shù)修復(fù)后的瀝青混合料性能存有一定變化，針對(duì)其高溫性能本文采用60 ℃車轍試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定分析。車轍板試樣尺寸為300 mm×300 mm×30 mm，在車轍板上橡膠輪（0.7M Pa壓力）往返運(yùn)動(dòng)的頻率為42次/min，測定其動(dòng)穩(wěn)定度。檢測結(jié)果為修復(fù)前動(dòng)穩(wěn)定度為6500次/min，修復(fù)后為7600次/min，由此可見，瀝青混合料經(jīng)微波加熱修復(fù)后，其動(dòng)穩(wěn)定度大幅提升。原因在于2點(diǎn)，第一，微波加熱導(dǎo)致的老化問題并不嚴(yán)重，提升了抗變形能力。第二，瀝青混合料微波加熱之后，再次經(jīng)碾壓施工后，大幅降低了混合料的空隙率和密實(shí)度，同樣會(huì)增強(qiáng)抗變形能力[2]。

2.2低溫性能

在低溫性能檢測中，本文采用了低溫彎曲試驗(yàn)，以-10 ℃為試驗(yàn)溫度，250 mm×30 mm×35mm為試件尺寸，50 mm/min為加載速率。修復(fù)前，彎拉應(yīng)變?yōu)?500με;修復(fù)后，彎拉應(yīng)變?yōu)?800με。瀝青混合料經(jīng)微波加熱后，可大幅降低其低溫性能。但相比現(xiàn)行規(guī)范要求2500με，修復(fù)后仍可滿足規(guī)定[3]。

2.3水穩(wěn)定性

當(dāng)瀝青混合料內(nèi)部浸入雨水后，將會(huì)引發(fā)大量病害，增加水損壞程度。因此，本文針對(duì)水穩(wěn)定性檢測，采用了兩種試驗(yàn)方法，即浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)。

（1）浸水馬歇爾試驗(yàn)。在60 ℃水內(nèi)，將瀝青混合料馬歇爾試件浸泡2 d，以此測取殘留馬歇爾穩(wěn)定度。

（2）凍融劈裂試驗(yàn)。在真空條件下，浸泡試件15 min，待恢復(fù)壓力達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)后，在水內(nèi)浸泡試件30 min，隨后在冰箱低溫條件下（-18 ℃）進(jìn)行16 h冷凍存放，之后取出試樣，浸泡熱水（60 ℃）1 d。最后，在25 ℃水內(nèi)放置試樣2 h，按照加載速率50 mm/min進(jìn)行試驗(yàn)分析。

通過上述2項(xiàng)試驗(yàn)，可獲取結(jié)果如表1所示。

由此可見，瀝青混合料經(jīng)微波加熱處理后，將會(huì)影響混合料的水穩(wěn)定性能。但整體來講，降低幅度不大，仍可達(dá)到規(guī)范要求。修復(fù)后殘留穩(wěn)定度為82.00%，大于規(guī)范值≥80.00%，滿足規(guī)定。修復(fù)后凍融劈裂強(qiáng)度比為84.20%，大于規(guī)范值≥75.00%，滿足規(guī)定。

通過上述分析，瀝青混合料經(jīng)微波加熱處理后，高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性均受到一定影響，但均處于規(guī)范要求以內(nèi)，具有可行性。

3工程概況

某高速公路工程全長143.57 km，其中一路段病害情況較多，如車轍、坑槽、橫向裂縫等，為檢驗(yàn)微波加熱修復(fù)技術(shù)效果，選取其中650m為試驗(yàn)段，起訖樁號(hào)為K000+000～K000+650。路面損壞分布情況如表2所示。

3.1車轍修復(fù)

經(jīng)勘查分析可知，本路段多為失穩(wěn)型車轍病害，在微波加熱處理后，可直接采用壓路設(shè)備進(jìn)行碾壓施工，主要施工流程如下：

（1）針對(duì)車轍病害區(qū)域，先清理干凈，保證無雜物、積水等情況。

（2）微波加熱車就位，按照120～150 ℃要求進(jìn)行病害部位加熱處理[4]。

（3）針對(duì)車轍病害嚴(yán)重程度，適當(dāng)摻加填料。

（4）新添加材料處，可采用專用設(shè)備或工具進(jìn)行整平、攤鋪施工。

（5）采用相應(yīng)的壓路設(shè)備進(jìn)行碾壓施工。

（6）達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，便可開放交通。

3.2裂縫修復(fù)

受施工材料、施工氣溫、交通量、行車荷載等多方因素制約，瀝青路面裂縫產(chǎn)生的原因也多種多樣，甚至是由多種原因共同引發(fā)病害。根據(jù)微波加熱技術(shù)原理，在修復(fù)裂縫病害時(shí)，可在灌縫前，先快速預(yù)熱裂縫四周的原有材料，灌注施工后，通過微波加熱處理的部位，將有效增強(qiáng)其周圍原有材料和灌縫料之間的粘結(jié)性能，具體施工流程為：清理裂縫部位—微波養(yǎng)護(hù)設(shè)備就位—加熱路面—瀝青灌注—開放交通。

3.3坑槽修復(fù)

（1）在施工現(xiàn)場指定位置停放微波養(yǎng)護(hù)車，在病害部位布設(shè)加熱裝置，隨后啟動(dòng)加熱裝置，按照路面深度情況，準(zhǔn)確確定加熱時(shí)間，加熱溫度控制在120～150 ℃。加熱時(shí)間不宜太久，防止瀝青老化嚴(yán)重，對(duì)養(yǎng)護(hù)效果造成不利影響。

（2）瀝青混合料加熱后，需翻松坑槽病害處的原有材料[5]。

（3）按照0.5 L/m2的噴灑量均勻噴灑乳化瀝青，在此階段同時(shí)可進(jìn)行翻拌處理，增加混合料的均勻度。

（4）依據(jù)坑槽病害實(shí)際情況，將一定量熱拌瀝青混合料摻加到位，保證攤鋪質(zhì)量。

（5）碾壓時(shí)采用小型壓實(shí)設(shè)備即可，保證路面平整度滿足施工要求，并與舊路面高度一致。

（6）待各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后，即可開放交通。

4結(jié)語

綜上所述，自改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)迅速騰飛，公路建設(shè)取得了令人矚目的成績，通車?yán)锍讨鹉暝鲩L。截至2019年年末全國公路總里程501.25萬km，高速公路里程14.96萬km，位居世界第一。瀝青路面因其自身優(yōu)勢在高速公路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，然而，在行車荷載等因素長期影響下，路面病害情況加劇，常見路面損壞形式包括坑槽、車轍、裂縫等，如何快速、有效修復(fù)路面病害，改善路面使用性能成為了當(dāng)前亟待解決的問題。微波加熱技術(shù)用于舊路病害養(yǎng)護(hù)維修，可大幅提高施工效率，且具有良好應(yīng)用效果[6]。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡園，馮旭，熊銳，等.吸波瀝青混合料在路面工程中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].公路交通技術(shù)，2017（4）：32-36.

[2] 李峰.微波用于瀝青混合料加熱的優(yōu)勢分析[J].北方交通，2017（7）：137-139.

[3] 錢璞，李龍龍.瀝青路面養(yǎng)護(hù)中微波加熱技術(shù)的應(yīng)用[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2011（15）：69-72.

[4] 張?zhí)扃股?在瀝青路面養(yǎng)護(hù)中應(yīng)用微波加熱的安全性[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化， 2019（6）：103-109.

[5] 吳寶良.微波加熱技術(shù)在瀝青路面綜合養(yǎng)護(hù)車上的應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2013（13）： 266.

[6] 李永旭.基于微波加熱就地?zé)嵩偕夹g(shù)在瀝青路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用[J].交通世界（建養(yǎng).機(jī)械），2014（3）：96-97.

收稿日期：2020-01-06

作者簡介：張永方（1986—），男，河南內(nèi)黃人，本科，工程師，研究方向：交通工程。