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基于微波加热工艺的沥青路面养护维修及应用效果探讨

2024-11-02 76 上传者：管理员

摘要：文章分析了沥青路面工程中应用微波加热技术的常见工序，介绍了该技术的应用特点，探讨了应用微波加热技术开展沥青路面修复时可能存在的问题，比较了微波加热技术和环切重塑法在沥青路面养护维修中起到的效果差异。研究表明：微波加热技术可能存在电能保障、过加热、辐射泄漏等问题，因此须重视现场管理工作的开展；相较于传统工艺而言，微波加热工艺产生的废石量相对较小，施工结束后路面高度差相对较小且工期较短，在沥青路面工程的养护修复施工中具有良好的应用价值。

关键词：
修复效果
地面负载
微波加热
沥青路面
道路养护
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沥青路面作为施工周期短、应用效果良好的路面硬化成型工艺，在很多路面工程中都得到大量应用。沥青路面前期应用效果较好，但随着时间的推移，很容易在地面负载的影响下出现路面开裂、路面鼓包等问题，进而导致工程在应用后期常常需要进行大量维修养护以确保路面工程正常运行。在传统路面维修工程中，对沥青路面采用的养护方式通常是环切重塑法，这种方法的原理在于切割鼓包、剔除开裂，而后重新制备沥青料填满被剥离的区域，进而使沥青路面能够正常投入应用。环切重塑法应用过程中会产生大量的建筑垃圾，对环境产生一定污染，同时在已修复区域附近容易出现二次开裂问题，且施工周期较长，因而应用效果不佳。

随着科技发展，路面工程相关技术也得到了进一步发展，其中路面微波加热工艺在各种路面工程中逐渐得到应用[1-5]。相较于传统工艺而言，微波加热工艺不需要切割、剔除路面，同时施工周期较短、养护时间也较短，对环境造成的污染相对更小，施工期间不会对道路交通产生明显影响，因而具有良好的应用前景。

本文介绍了沥青路面养护维修施工中，微波加热工艺的应用步骤，并提出技术应用过程中的常见问题，进而总结相应的施工策略和管理方法，以期给有关从业人员带来启发。

1、路面微波加热技术的施工特征

1.1路面微波加热技术的创新点

微波加热技术应用过程中，需要使用微波加热设备来对路面表面下方8～12 cm的范围进行加热，使材料熔化后自行流动，流动的材料会自发填充到风化、裂缝或者鼓包的区域当中，实现道路修复的效果。具体应用在路面工程时，沥青材料熔化后通常会有一定下沉，导致道路沉降，因而还需要将一定的乳化沥青喷洒在路面上并进行压实，进而提高道路工程应用效果。环切重塑法和微波加热技术应用对比见图1。

图1传统修复与微波加热工艺的原理对比示意图

结合图1可知，将传统修复技术(环切后实施重塑)应用在沥青路面修复施工时，需要应用切割机来粉碎受损的路面，而后再应用新制备的沥青材料进行填充和压实洒砂；微波加热技术则是加热路面下方的沥青并实现重融以修复道路受损区域，最后喷洒乳化沥青后压实、洒砂来完成修复施工。两种施工工艺都能够有效解决路面工程起包、风化、裂缝等问题，但环切重塑法应用在路面工程时，道路必然出现环切缝等问题。与此同时，新配制的沥青料和初次施工所应用的沥青料之间必然存在材料配比等差异，因而固化效果可能也会存在一些差异，后续在路面工程的进一步应用时，很容易由于后加入的沥青与最初配制沥青的材料配合比不同，导致热膨胀系数不同引发开裂，最终导致路面二次受损。

1.2路面微波加热技术的实施

公路服役往往是长时间不间断运行，因而在实施公路路面修复时，就需要首先开展交通协调工作，避免车辆直接碾过路面修复区域，具体可以在施工位置附近设置醒目标识。如果需要修复高速公路，则还需要在修复路段附近设置限速设备并做好周边交通疏导。应用微波加热技术修复路面时，由于该技术施工周期和养护周期相对较短，因而修复持续时间相对更短，交通疏导工作的开展也不需要持续很长时间。完成路面养护维修施工之后，即可撤出施工设备，拆除限速牌等设施并恢复路面标线。

实际应用微波加热技术修复路面工程时，除了上述的交通规划等准备工作以外，具体工序主要包含五个内容：

(1)路面加热重融。

施工开始之前，应当运输相应设备进入施工现场，而微波加热所用到的设备具有一定微波辐射效果，可能会对周围过往人群产生负面影响，因而需要采取措施控制微波能量，避免可能造成的损害，通常会应用天线、磁控管等，或搭建电磁屏障。当路面修复已经进行到重融过程时，可以通过改性重融沥青来提高后续路面工程应用效果，例如可以结合所用材料性质，加入塑化剂、稳定剂等。目前沥青路面养护维修工程中通常应用的微波加热设备能够加热12～15 cm的路面，其中有效加热深度应≥8 cm。而当前我国道路工程中，沥青路面的单层沥青通常厚度也在8～12 cm,因而微波加热技术能够有效应用到沥青路面的修复养护工作中。与此同时，还有部分公路会采用多层沥青铺设的施工方式，初期摊铺的沥青厚度常>16 cm,处理该种路面的损伤问题时就应当应用沥青渗透效应，或者进行预破碎来提高处理深度，最终确保路面能够恢复正常运行状态。

(2)乳化沥青喷涂。

喷涂乳化沥青时，通常可以应用高温沥青喷涂车进行喷涂，喷涂开始之前加入调制好的塑化剂或者稳定剂、活性剂等掺加物，混合均匀后在喷涂车形成的气压下喷涂至指定部位，修复路面沉降。喷涂乳化沥青时，新制备的沥青温度较高，会在一定程度上加热周围的原有沥青材料，也能一定程度地促进沥青料之间完成混合。从这一点来看，喷洒高温状态下的乳化沥青也会对前一步加热重融产生影响，因而还需要确保沥青喷涂过程严格符合施工标准。

(3)撒砂。

撒砂工艺的目的在于进一步提升路面摩擦力，确保养护完成后的路面工程能够快速投入应用。具体开展这一工艺时应当注意即时性和均匀性，确保在完成乳化沥青喷涂之后快速而均匀地撒砂。环切重塑法工艺当中也存在撒砂工艺，两者之间并无差别，但微波加热技术会应用相对先进的养护车，可以依托养护车，在喷涂乳化沥青的同时完成撒砂，节约时间。

(4)压实。

完成撒砂工艺之后，为确保路面工程质量，还需要压实路面。具体开展这一工艺时需要通过选择合适的振动强度、调整适当的压路机工况来确保路面压实效果。相较于环切重塑法而言，微波加热法对于压实的质量要求更高。

(5)养护。

完成路面压实后，还需要开展养护来使得沥青正常固化，最终达成路面修复效果，这一点和环切重塑法中的养护措施并无明显差异。

2、微波路面加热工艺存在的问题与应对

2.1路面沥青过加热现象

沥青作为一种不完全玻璃质，属于有机液体物质，具有较高的黏度，同时在周围温度提升时会出现热分解甚至变性效果，微波路面加热工艺应用时如果加热效果不足，往往会导致修复效果不佳；而温度过高又会导致沥青变质，导致施工效果不好。沥青的有机变质析出曲线如图2所示。

图2沥青受热升温时的有机质变性析出曲线图

由图2可见，沥青有机质的变性过程会受到加热所用的温度、时间影响。其中，温度会通过影响气体析出速度来影响有机质的变性析出速度，而析出速度在220℃、450℃、760℃时分别达到一个峰值，在220℃时达到最大值。由此可见，加热过度导致沥青变性并非仅仅是由于温度过高，而是当温度处在220℃附近时会导致沥青加速变性，当温度达到400℃左右时则会在一定程度上抑制沥青变性效果。

2.2微波泄漏事故风险

国家相关规定要求施工过程中产生的微波背景辐射应当控制在<5 mW/cm2,而养护车辆在直接开始微波加热操作时产生的辐射通常高于这一数值，因而需要应用屏蔽网来覆盖微波加热相关部件，同时设置四角定位来降低微波泄漏效果。此外，还可以设置双重屏蔽门来进一步确保安全性。需要打开屏蔽门时，开启一道则必须要首先关闭另一道，确保始终有一道屏蔽门处于关闭状态。通常经过上述防范措施后，残留的微波背景辐射值能够始终控制在<3 mW/cm2,进而避免微波泄漏事故。但如果设备发生故障，则依旧存在微波泄漏事故发生风险，具体情况展示见图3。

图3微波辐射事故的故障树图

由图3可知，在实际开展微波加热工艺时，通常在没有误操作、违章指挥或者违章操作时，屏蔽门不会出现故障或者损坏问题，因而首先应当确保相应工作人员能够充分明确操作规章流程，确保工作人员能够严格按章执行。在此基础上，还需要强化安全管理工作，例如部分需要进入辐射范围内作业的工作人员在进入辐射范围之前，应当根据相关规范穿戴防护措施，检查无误后方可进入辐射区域。

2.3大功率的现场电能保障问题

沥青路面养护车辆运行时对电力有较高要求，尤其是执行微波加热工艺时的电需求量更大，因而需要进行外部供电以确保工作正常运转。高速公路施工过程常常在相对偏远的位置施工，路面有时难以提供供电条件，或者供电不足以支持设备正常运转。对此，还应当准备和养护车辆配套的移动发电车进行供电。

3、微波加热的实施效果分析

文章案例选取的高速公路路段上包含4处鼓包类损伤和6处风化类损伤，需要进行养护的面积最大为636 m2,最小为24 m2。文章选择5处损伤应用微波加热工艺，另外5处损伤则采用切割重塑工艺养护，而后对比两组损伤的养护效果，结果展示见表1。

表1实际路面养护效果对比表

结合表1数据可得，微波加热工艺和传统切割工艺所处理的路段面积相差不大，分别为1 221 m2和1 237 m2。后者修复共用时141 d,同时产生147.43 m3废石，而前者修复共用时80 d,同时产生5.15 m3废石。应用SPSS对数据进行比对，结果见表2。

表2实际养护误差均值对比表

在表2数据当中，养护过程中的平均工效可以通过修复面积除以完成时间获取，同时产生废石产生量认为是废石总量除以修复面积的数值，而后应用平均加权法进行计算，公式为：加权平均值=∑(单独修复地块面积/修复总面积)×误差率。

经计算可知，表2数据对比下，路块面积的t值>10,具体为89.635,除此之外的三项数据均具有明显的统计学差异，即t<10.000,P<0.01。

由此可知，微波加热工艺相较于传统的切割策略而言，平均标高的误差得到有效降低，节约的废石量为传统工艺产生废石量的28倍，同时微波加热工艺的平均工效提高了约1.74倍。除此之外，微波加热工艺中最终获取的废石并非切割路面所得，而是在工艺完成后清扫路面收集的。综上所述，相较于传统环切重塑法，微波加热法在沥青路面修复维护中具有更好的应用效果。

4、结语

微波加热法在沥青路面保养维修中具有明显的应用优势，具体体现为修复后路面高度差较小、工效较高、施工周期较短，同时产生的废石量也显著减少。但当前该技术应用过程中也可能会出现电能保障困难、微波辐射风险以及过加热等问题，影响修复工作开展。其中，电能保障和辐射风险都可通过严格遵守施工规范、开展有效现场管理等方式加以避免，因而微波加热工艺具有更好的应用效果，具备推广应用价值。

参考文献:

[1]张富强,焦生杰,马小康,等.三种吸波材料对微波加热效率的影响[J].筑路机械与施工机械化,2020,37(5):74-77.

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[4]朱洪洲,刘玉峰,袁海,等.基质沥青混合料宏观断裂微波自愈合性能[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2020,43(3):376-381.

[5]张永健,康爱红,李波,等.微波加热改善再生沥青混合料路用性能[J].河南科技大学学报(自然科学版),2021,42(1):76-80,86.

文章来源:李波.基于微波加热工艺的沥青路面养护维修及应用效果探讨[J].西部交通科技,2024,(11):68-70.