基于微波加熱的瀝青路面車轍維修工藝研究

陳 莉

(河南省泌陽縣公路事業發展中心，河南 泌陽 463700)

0 引言

目前，我國95%以上路面面層以瀝青材料為主，與水泥混凝土材料相比，瀝青混凝土材料具有平整、無接縫、耐久性好、噪音小及行車舒適等優勢。然而，在長期實踐中發現，在行車荷載和自然因素的反復作用下，瀝青路面通車運營2～3年便會出現不同程度的損壞，其中車轍病害最為突出。車轍的出現，會破壞道路面層材料和結構，減弱路面的路用性能和強度，大大縮短工程使用壽命。微波加熱是一項高效、迅速的路面維修養護技術，將其用于瀝青路面車轍病害維修與養護，具有十分重要的現實意義。

1 車轍的分類及形成機理

通常來講，瀝青混合料攪拌均勻，尚未碾壓時多以松散狀態呈現。碾壓后，在高溫環境下，瀝青混合料內瀝青等材料由于碾壓作用將會嵌擠到礦料間隙。也就是說，在壓路機的碾壓作用下，瀝青混合料內的瀝青、礦料等材料將會被逐漸壓密，形成穩定性良好的路面結構。經過壓密處理后，瀝青路面在行車荷載作用下，具有較高的表面溫度。此時，瀝青混合料多呈半固態，隨著行車荷載與自然因素的反復長期作用，輪跡帶位置瀝青路面結構層會發生變形，進而導致瀝青路面出現應變，輪跡兩側隆起變形，最終形成車轍。

在行車荷載的長期作用下，極易出現車轍病害。按車轍形成原因，可以將車轍分為4種類型。

1)壓密型車轍。路面碾壓后，尚未達到完全致密時，瀝青混合料內仍存在很多孔隙。待竣工驗收后，在車輛的荷載作用下，瀝青路面的密實度將不斷提升，在輪跡帶等位置，很容易產生壓密型車轍。或者說，由于施工操作不規范、養護不到位等原因，也會出現壓密型車轍。

2)結構型車轍。在瀝青面層以下產生的車轍，可認為是結構型車轍。結構型車轍包括路基在內的路面所有結構層產生的永久變形。此類車轍形成的主要原因是行車荷載和路面各結構間強度的不同，當車輛通行時，將會產生結構型車轍，結構型車轍多呈凹陷式。

3)失穩型車轍。作為一種流動形式的車轍，失穩型車轍形成原因主要是因為瀝青混合料自身特性。瀝青材料在高溫環境下將會出現軟化。由于這一特性，在高溫條件下，加上車輛荷載作用，路面結構將產生較大剪切力，導致車輪輪跡帶位置變形，形成失穩型車轍。

4)磨耗型車轍。表面層材料在車輪磨耗等因素作用下，極易產生磨耗型車轍。在道路通行過程中路面表層材料磨耗性損失是不可避免的，因此，想要減少此類車轍病害，須在瀝青混合料設計及施工環節，采取有針對性的措施，有效提升路面面層材料的抗磨耗能力。

2 車轍的主要影響因素

1)瀝青是瀝青路面的主要材料，其性能直接影響路面的使用質量，尤其是瀝青的針入度對車轍的形成影響較大。作為衡量瀝青稠度及抗剪能力的技術指標，針入度可以體現瀝青混合料的抗剪強度的大小，若抗剪強度不足，很可能會引起車轍。瀝青混合料中，瀝青材料可以與礦料充分粘結，若瀝青含量太多，會加大瀝青流動性，導致集料間的嵌擠作用下降，進而降低混合料的抗剪強度，從而產生車轍病害。

2)環境溫度。溫度對瀝青材料性能影響較大，具有明顯的敏感性反應。在實際工程中，瀝青混合料具有吸熱特性，若外界氣溫較高，路面溫度也會隨之增長，尤其是夏季高溫時期，室外溫度達到35℃時，瀝青路面的溫度甚至可以達到50℃以上，這種情況下，將大大增加車轍病害發生的概率。

3)重載交通。在道路上若重載、超載問題嚴重，極易產生交通渠化現象，從而加重車轍病害。

4)層間結合處。在路面設計中，界面條件須達到完全、連續的狀態。若無法滿足該條件，則說明路面分層之后，各層之間的極限拉伸應力、應變不同，這種情況極易產生路面病害。

3 工程概況

某公路項目使用時間相對較長，路面病害問題越來越突出。經現場調查發現，本路段存在裂縫、龜裂、坑槽、車轍等病害，其中車轍病害最為嚴重。為了解決車轍病害，恢復路面使用性能，本文提出了微波加熱法。

3.1 微波加熱的原理及特點

作為電磁波的重要組成部分，微波應用范圍很廣，其頻率在300 MHz～300 GHz，日常生活中，人們接觸最多的微波類產品，便是微波爐，其主要利用了微波加熱原理。微波加熱的基本原理在于微波加熱所需介質的組成當中，主要構成為大量偶極子的分子。偶極子的兩端都帶有不同性質的電荷，兩端分別為正電、負電。當電場不存在的情況下，偶極子的分布毫無規律可言，是無序的、雜亂的。若為直流電場，受兩端電荷性質的作用，偶極子將會再次重新排列，具有規律性。若為交流電場，電場方向不斷變化，隨著電場方向的變化，偶極子也會快速擺動，在該過程中，由于分子的熱運動及其他分子的影響，偶極子之間很容易出現摩擦，并由此獲取能量，能量則會通過熱能的狀態呈現，溫度會有所提升。熱能的大小直接關系到外加電場的變化頻率與電場的強度，當電場變化頻率加快時，偶極子的擺動次數也會隨之增加，進而產生更多的熱能。同時，當電場強度不斷增加時，偶極子的擺動幅度也會越來越大，同樣也會產生大量熱量。在傳播中，微波具有吸收性、穿透性和反射性的特點，作為一種加熱方式，微波加熱時的特點如表1所示。

表1 微波加熱的特點

3.2 微波加熱在瀝青路面車轍病害維修中的應用要點

根據現場路面病害調查結果顯示，在本路段當中，車轍病害居多，且多為壓密型車轍和失穩型車轍。針對不同的車轍類型，可采用不同的施工方式，其中壓密型車轍處治可采用直接碾壓工藝，而失穩型車轍處治可采用耙松施工工藝。

3.2.1 直接碾壓工藝

根據直接碾壓工藝特點，在采用這種處理方法時，無需耙松施工。通過室內試驗了解到，微波加熱之后，應第一時間進行碾壓、整平施工，可用于補充壓實環節，基本上不會影響原路面結構。此外，還可充分利用原路面結構，尤其是在大壓實功條件下，這樣可以大幅降低混合料空隙率，提高路面密實度及抗變形能力。在壓密型車轍處治中，可采用直接碾壓工藝，具體施工技術要點如下。

1)清理路面。施工之前，要確定車轍處治范圍，清理干凈病害區域內的雜物，保證路面潔凈、無污染。

2)加熱處理。根據車轍深度確定加熱方法，車轍深度在2.5 cm以內，可采取直接加熱方式，以便加快施工進度，減少對交通的影響。車轍深度在2.5 cm以上，應先準確計算新料添加量，均勻攤鋪新料，并通過微波加熱設備進行路面加熱處理，控制好加熱深度，一般為10±2 cm。若車轍深度過高，屬于深層病害，可分層加熱。

3)深層處理。若車轍病害過于嚴重，須根據實際情況，做好深層處理。

4)攤鋪碾壓。均勻攤鋪，保證作業面平整，隨后通過小型壓路機進行壓實處理，并作壓實度檢測，保證壓實度滿足設計要求。

3.2.2 耙松施工工藝

瀝青路面失穩型車轍病害處治當中，耙松施工法應用效果良好，具體工藝要點如下。

1)病害區域清理。施工前，先準確確定車轍病害處理范圍，并將病害處理區域內的雜物清理干凈，保證作業面潔凈、干燥、無污染。

2)加熱施工。待清理干凈病害區域后，須及時通過微波法，對病害處理區域進行加熱，保證加熱溫度滿足設計要求。

3)耙松施工。病害處理區域加熱后，即可耙松軟化后的瀝青病害材料。

4)噴灑乳化瀝青。為了快速恢復病害處理區域內的瀝青材料性能，可均勻噴灑適量乳化瀝青材料，或者噴灑瀝青再生劑。

5)新料添加。詳細認真查看病害區域內舊料實際情況，根據舊料缺少量，填充新混合料。

6)攤鋪整平。待均勻拌合好新舊料后，便可進行攤鋪整平施工。

7)碾壓施工。碾壓施工時，可根據施工現場具體情況合理選擇壓路機類型，在本工程當中，可采取便攜式小型壓路機，同時，控制好碾壓遍數、碾壓速度等參數，保證碾壓質量符合規定要求。

3.3 微波加熱養護效果評價

微波加熱處理瀝青路面車轍病害問題之后，為保證施工質量，需要詳細檢測本路段的各項性能，準確評價養護效果。本次試驗中，均采用5個測點，即1～5編號，測量值取平均值，對比分析實測值和規范要求，查看是否滿足施工規定要求，具體結果如下。

1)滲水系數。表2為本路段測點1～5的滲水系數實測值，由此可見，本路段滲水系數最大值為73 mL/min，最小值為10 mL/min，平均值為41 mL/min，相比規范要求小于等于300 mL/min，本路段經微波加熱養護處理后，其滲水系數可滿足施工需要，具有良好的抗滲能力。

表2 滲水系數結果 單位：mL/min

2)壓實度。壓實度是否符合規范要求，直接關系到通車運營后路面是否會出現不均勻沉降，是否會過早出現早期病害，為此，必須嚴格控制路面壓實度。表3為本路段測點1～5的壓實度實測值，其中，壓實度最大值為97%，最小值為94%，平均值為95.6%，相比規范要求大于等于93%，均可滿足規定要求，壓實度效果良好。

表3 壓實度結果 單位：%

3)構造深度。在路面養護質量評價中，構造深度是十分關鍵的性能評價指標，表4為本路段測點1～5的構造深度實測值，所有測點的構造深度均在規定要求(≥0.55 mm)以上，可滿足規定要求。

表4 構造深度結果 單位：mm

4 結語

近年來，我國經濟迅速發展，交通運輸量持續增加，重載、超載問題嚴峻，加上雨水、高溫等因素影響，在瀝青路面運營期間極易產生車轍病害。本文結合具體案例，采取微波加熱處治方案，以壓密型車轍、失穩型車轍為例，通過直接碾壓工藝、耙松施工工藝進行重點分析，并通過工后養護效果檢測與評價分析，得出微波加熱處治瀝青路面車轍病害后，其滲水系數、壓實度及構造深度均可滿足規定要求，具有良好的應用價值，可達到恢復路面使用性能的目的。