沥青路面养护维修中微波加热技术的应用.pdf

年 第 期(总第 期)黑龙江交通科技 .(.)沥青路面养护维修中微波加热技术的应用王贵波(山西交通控股集团有限公司长治高速公路分公司山西 长治)摘 要:在概述微波加热技术原理及特征优势的基础上以山西某病害高速公路沥青路面为例从再生设备选用、车辙病害微波加热修补、坑槽及裂缝病害微波加热修补等方面对微波加热技术的应用展开分析探讨 结果表明微波加热下旧沥青路面升温速度快、温度可控处治过程不产生废料满足国家所提倡的节约资源、保护环境、可持续发展的战略方针将微波加热技术应用于旧沥青路面病害处治对于旧路养护维修意义重大应当在国内沥青路面养护维修中大范围推广关键词:沥青路面养护维修微波加热技术病害应用中图分类号:.文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:王贵波()男山西长治人本科工程师研究方向:高速公路病害处治、公路养护 引 言沥青混凝土路面因使用性能优异而在我国高速公路建设中广泛应用但是使用期间因行车荷载反复作用及降雨等外界因素的影响会出现裂缝、坑槽、车辙等病害影响行车安全、舒适性及路用性能的正常发挥 传统的养护方式工期长、效率低、养护效果一般对病害旧料铣刨、挖除处理还会产生大量建筑废料 微波加热技术对于旧沥青路面裂缝、坑槽、车辙等病害修复效率高效果好且能充分利用旧料无建筑废料产生 但是该技术在国内并未得到大范围推广和应用为此依托具体公路沥青路面病害实际对微波加热技术原理及应用展开分析探讨以资借鉴 微波加热技术原理.技术原理及特征微波加热并非通过热传导过程达到加热目的而是依靠热量辐射实现加热介质材料在吸收微波能量后将其转化为热能并在微波电磁场的作用下在材料中偶极子此后随着高频交变电磁场摆动速度的增大分子必须克服原热运动及相互作用而重新排列 在重新排列的过程中分子之间的摩擦作用会释放大量热量最终达到介质材料自身吸热并升温的目的通过比较微波加热和常规加热过程见图 微波加热区箱体属于多模谐振腔该区域的微波功率主要用于腔壁能耗、腔体内能量储存、充填介质功率损耗 箱体采用金属材料故腔壁因吸收微波而产生的损耗占比并不大腔体内所进入的微波能量大部分均能被充填介质所吸收说明微波加热技术具有能量利用率较高的优势 图中、分别表示温度梯度方向、热量传递方向及蒸汽扩散方向 充填介质对微波功率的损耗按照下式确定.()式中:为单位体积充填介质对微波功率的损耗量/为微波频率 为电场强度为充填介质相对介电常数 为充填介质损耗因子图 微波加热技术与常规加热技术的比较根据热传递方程 式中:为介质导热系数为 微分因子为结构中心实际温度 为介质比热 为介质密度为水气蒸发所需要的热量为介质传送过程中热量流失程度 介质热量为介质所吸收的热量和水分蒸发所需热量、物料运输损失热量之和 若介质处于热平衡状态同时假设介质水分蒸发过程不存在则结构中心温度可按下式求取 (/)()/()式中:为结构周边温度 为结构内部平均功率总第 期黑龙江交通科技第 期密度 为结构外径 为结构内径 为热量散失系数其余参数含义同前 据此可以得出微波加热技术加热均匀且高效微波加热介质自身即为发热体无需热传导 可在短时间内达到预计加热效果.微波加热对沥青温度的影响性能试验在该工程试验室进行采用 台额定功率 频率.容量为 的微波炉进行沥青、集料和混合料微波加热以模拟微波加热施工过程 加热时将沥青等材料均放置在透明的耐热玻璃烧杯中按照试验规程进行加热加热过程中沥青等材料温度通过红外温度计实时测量根据测量结果将沥青材料在微波炉中的温度随加热时间的变化趋势绘制成曲线沥青的微波升温曲线及室温环境下降温曲线见图 由图可知沥青材料对微波具有一定的吸收效果将沥青从 加热至 所需要的时间为 升温过程近似呈线性趋势且升温速率基本稳定在./()降温速率则与环境温差有关环境温差越大则降温速度越快图 微波加热过程中沥青温度变化曲线根据试验结果微波加热次数分别为 次、次和 次时针入度依次下降.、.和.延度分别减小.、.和.软化点依次增大.、.和.随着微波加热次数的增多沥青材料老化特征明显为此应当严格控制沥青材料加热时间和加热次数 工程概况山西某高速公路于 年建成运营因公路建筑材料选用、施工工艺等要求较为严格在公路运行前几年沥青路面各类病害较少 此后随着交通量的逐渐增长交通运营逐渐表现出车辆大型化、超载化趋势特征再加上降雨等不利环境部分路段沥青路面先后出现车辙、裂缝、水损等病害为积极探索养护新技术、新工艺及新养护机械在该病害路段中应用的可行性公路管理部门采用沥青道路微波养护车和微波加热技术对该公路沥青路面病害进行处治和修复 在病害处治前通过常规路面检测车及人工对病害路段路面损坏情况展开调研并将病害分成横向裂缝、车辙、坑槽、沉陷等种类记录病害具体位置坐标及严重程度 微波加热技术应用.再生设备选用该沥青路面微波加热施工的主要设备是热再生机组加热墙是提供辐射热能的关键部件对旧路面既要控制加热时间和深度又要避免因加热时间过长、温度过高而造成沥青材料老化影响再生性能 该路面所使用的微波加热设备同时具备热铣刨、新混合料添加及拌和、摊铺等功能 该设备发电机组输出功率为 额定频率 正常加热深度为 持续加热时间为 其加热墙分隔为数个区域能在 以内将厚度为 的沥青路面加热至 高温状态 辅料加热器则能按照 /的量固定供应热沥青混合料 通过装置所喷洒的乳化沥青可同时作为再生剂和粘结层使用 该设备还以水冷型大功率磁控管为功率源冷却效果好 微波加热养护设备功能模量及技术特点如表 所示表 微波加热养护设备功能模量及技术特点功能模块技术特征加热墙 内可将沥青路面加热至要求温度加热均匀、高效、环保辅料加热器作为混合料微波加热腔体加热效率高乳化沥青喷洒装置采用压缩空气动力源通过空气喷枪喷洒乳化沥青再升剂弥补旧沥青混合料损失增强路面和路基结构的粘合性能路面压实机械使再生沥青路面达到设计压实度性能稳定动力强劲.微波加热修补车辙该沥青路面车辙类型分为压密型和失稳型两种根据车辙类型及微波加热技术原理可将车辙修复工艺分为直接碾压和耙松两种两者分别适用于压密型和失稳型车辙的修复()直接碾压 根据室内试验结果在利用微波加热设备加热后立即碾压能在不破坏原路面结构的基础上起到较好的补充压实效果尤其在较大的压实功下会明显减小沥青混合料孔隙率提升旧沥青路面抗变形性能和密实度 在施工开始前将病害区域杂物、积水、尘土等彻底清除确保待处理路面清洁干燥对于宽度在.以内的车辙直接加热而对于宽度超出.的车辙必须量化确定出所掺加新混合料的数量将新混合料均匀摊铺于旧沥青路面后再通过加热设备予以加热对第 期王贵波:沥青路面养护维修中微波加热技术的应用总第 期于深层车辙为保证处治效果必须分层加热分层压实()耙松 与直接碾压施工一样在施工前将病害区域杂物、积水、尘土等彻底清除使待处理路面保持清洁干燥通过施工机械微波加热病害区再将加热后软化的病害区耙松通过向耙松料中喷洒乳化沥青使沥青性能快速恢复再按照设计要求添加新混合料并拌和均匀后铺平使用微波加热设备的压实功能碾压修补区域至设计压实度和平整度旧沥青路面表层混合料经耙松处理后均匀性显著提升但对原路面结构会造成一定程度的破坏修复的混合料稳定度会降低孔隙率提高即使施工温度和压实功与新建路面相同力学性能也无法达到相等水平.微波加热修补裂缝在应用常规灌缝修补工艺时灌缝料与周围旧沥青料粘结难度大影响灌缝修补效果 而微波加热技术可快速预热裂缝周围旧沥青料加强灌缝料和旧料的粘结效果 在加热前彻底清扫裂缝病害部位通过微波养护车将裂缝四周旧料加热至 灌注沥青灌缝料待修补后的区域材料温度降至环境温度时即可开放交通.微波加热修复坑槽使用微波加热设备直接加热该公路病害沥青路面坑槽部位待加热至设计温度后再喷洒改性沥青再生剂翻拌、碾压后达到路面热再生的目的基于微波加热的旧沥青路面坑槽修补过程工艺简单、加热速度快可有效避免传统坑槽修补方法对旧料的铣刨、切割、破碎和挖除能充分利用旧料废料产生率为零还能省去现场熬制沥青的环节直接喷洒改性沥青再生剂实现旧料性能的恢复与再生将微波加热养护设备停放至坑槽上方打开加热开关后结合病害深度确定加热时间此后将病害区域持续加热至 这一过程中应严格控制加热时间避免因加热过长引发沥青性能老化 使用铁锹等工具将加热后的病害区域旧料全部疏松翻拌再按照./的使用量向翻松的旧料均匀喷洒乳化沥青边喷洒边翻拌确保拌和均匀 结合试验段所确定的松铺系数及病害面积掺加热拌沥青混合料按设计要求摊铺至设计平整度 最后通过微波加热养护设备多遍碾压达到设计压实度和平整度并不得与原路面存在高差坑槽处治结束后按照公路沥青路面养护技术规范 、公路路基路面现场测试规程 等规定应用 直尺测量路面平整度使用核子密度仪检测压实度并采用相应检测技术展开对表面构造深度及渗水系数等参数值的检测 在试验段共设置 个测点检测结果如表 所示 应用微波加热养护技术处治后沥青路面压实度、平整度及构造深度均满足相关规范也说明微波加热技术对具体沥青路面病害处治较为适用表 坑槽处治施工效果检测指标压实度/构造深度/平整度/测点实测值.规范值.结 论综上所述应用微波加热技术处治病害沥青路面后可使沥青混合料高温抗变形性能显著提升水稳性和低温性能略微降低 车辙修复后混合料密实度、动稳定度均有所提高对于车辙修复期间可能出现的泛油问题可在旧料加热后温度较高期间均匀撒布粒径 粗砂并碾压平整以有效解决 微波加热修复裂缝后接缝处与灌缝材料可较好结合养护质量有保证 坑槽病害的微波加热处治和修复不会像常规铣刨、挖除处理过程产生大量旧料而是在旧料上均匀喷洒乳化沥青再生剂改性后重新利用旧料处治效果完全符合相关规范经济效益、社会效益和环境效益十分显著参考文献:王鑫淼.微波加热技术在沥青路面养护维修中的应用.交通世界():.杜永刚.微波加热技术在沥青路面养护维修设计中的应用.合成材料老化与应用():.吴振宇.浅析沥青路面微波加热养护技术的应用.技术与市场():.张集海.微波加热技术在沥青路面养护维修中的应用研究.中国公路():.杨伦磊郭柏甫漆建平等.沥青道路微波养护车结构组成及技术特点.筑路机械与施工机械化():.