在瀝青路面養(yǎng)護中應(yīng)用微波加熱的安全性

張?zhí)扃?，焦生?/p>

（1.江蘇威拓公路養(yǎng)護設(shè)備有限公司，江蘇 宿遷 223600；2.長安大學(xué) 公路養(yǎng)護裝備國家工程實驗室，陜西 西安 710064）

0 引 言

近幾年關(guān)于微波加熱技術(shù)在瀝青路面養(yǎng)護中的應(yīng)用的研究日益增加，其中98%以上的研究結(jié)果表明該技術(shù)具有以下顯著優(yōu)勢［1－4］：選擇性、無惰性加熱，對瀝青損傷??；穿透性加熱，溫度均勻、梯度小，加熱效率高，達到施工溫度的加熱時間短；填補料就地加熱，即用即取，不依賴攪拌站；舊料利用率高，可節(jié)約不可再生的瀝青和礦料資源，節(jié)能、環(huán)保，施工成本低；只要路面無流淌水就可施工，施工條件受氣候條件影響小。

由于一些學(xué)者對微波加熱的認知不同，他們對這一技術(shù)提出質(zhì)疑，擔(dān)心存在安全性問題。涉及安全從無小事，尤其電磁輻射對環(huán)境和人的影響是隱形的。筆者以親歷的試驗研究和對該技術(shù)的認知為基礎(chǔ)，對微波養(yǎng)護設(shè)備施工中可能遇到的安全性問題，使用理論分析和試驗驗證相結(jié)合的方法加以論證，力求用標準法規(guī)解讀，以期共同解惑，使該技術(shù)和設(shè)備能得到正確的運用和推廣。

1 微波泄露輻射對人體的影響

1.1 相關(guān)法規(guī)和標準

人類生活的空間密布著各種電磁波，任何電磁波輻射對環(huán)境（包括人體）都會產(chǎn)生一些影響，但是只有在達到一定的強度和接受劑量的情況下才會產(chǎn)生不良影響。目前關(guān)于微波泄露限值的國家標準有以下幾個。

（1）《電熱裝置的安全 第6部分 工業(yè)微波加熱設(shè)備的安全規(guī)范》（GB 5959.6—2008），等同于IEC 60519-6：2002，其中規(guī)定：處于“正常狀態(tài)下”的微波加熱設(shè)備，在距其0.05m內(nèi)微波泄露的功率密度應(yīng)不大于50W·m－2，處于“非正常狀態(tài)下”的設(shè)備，則不應(yīng)超過100W·m－2。

（2）《家用和類似用途電器的安全微波爐，包括組合型微波爐的特殊要求》（GB 4706.21—2008），等同于IEC 60335-2-25：2006，適用于家用微波爐。目前，用于瀝青路面養(yǎng)護的微波源基本上采用家用微波爐的連續(xù)波磁控管，將其工業(yè)化改造后按照需要陣列起來，所以該標準有參考價值。其對微波泄露的限值為：在微波爐外表50mm或以上任何一處微波泄露的功率密度應(yīng)不超過50W·m－2，與GB 5959.6—2008的要求一致。

（3）《作業(yè)場所微波輻射衛(wèi)生標準》（GB 10436—1989）針對的是接觸微波設(shè)備的各類作業(yè)，雖然已于2017年3月廢止，但其中涉及到人體接受微波的累積作用（即劑量）更為直觀，值得借鑒。對連續(xù)微波源，該標準規(guī)定作業(yè)人員操作位容許微波輻射的平均功率密度應(yīng)符合：每天8h暴露的平均功率密度為50μW·cm－2，小于或大于8h暴露的平均功率密度應(yīng)按下式計算（即日劑量不超過400 μW·h·cm－2）。

式中：Pd為容許輻射平均功率密度（μW·cm－2）；t為受輻射時間（h）。

1.2 微波養(yǎng)護設(shè)備屏蔽措施及自動檢測

微波養(yǎng)護設(shè)備微波泄露的主要位置是內(nèi)部陣列磁控管的路面加熱器四周，如圖1所示。在微波養(yǎng)護設(shè)備上，有多重措施抑制微波泄露。

1.2.1 路面加熱器離地保護裝置

圖1 微波養(yǎng)護設(shè)備

將路面加熱器放置在路面后，若路面不平，4個支腳就會有一個翹起，屏蔽裝置若與地面接觸不充分，磁控管供電電源就無法啟動，同時給出警示，需要檢查屏蔽裝置與地面的接觸情況，必要時調(diào)整加熱器位置或用金屬絲網(wǎng)輔助屏蔽。在加熱過程中因路面軟化造成某一支腳離地時，會立即自動斷掉磁控管電源，停止加熱。只要加熱器離開地面，就會自動斷電停止加熱或無法啟動加熱。

同時，在控制程序上保證：若沒有斷開磁控管電源，加熱器在任何方向的移動動作都無法執(zhí)行。

1.2.2 微波泄露屏蔽裝置

如圖2所示，抑制微波泄露有3層屏蔽、1道自動檢測裝置。

（1）扼流槽彈片：安裝在路面加熱器有效加熱面積外的四周，作為第1層防護，可以使向外泄漏的微波能量產(chǎn)生嚴重的失配，并使大部分微波束返回加熱裝置內(nèi)，只有極少部分微波能向外耗散［5］。

圖2 路面加熱器微波屏蔽及檢測

（2）雙層屏蔽鏈網(wǎng)：安裝扼流槽彈片外側(cè)，作為第2層防護。用不銹鋼環(huán)編織成網(wǎng)簾狀，垂懸在路面加熱器四周，特殊的專利結(jié)構(gòu)設(shè)計可以很好地適應(yīng)路面各種凸凹不平的復(fù)雜狀況。當圓形孔或矩形孔的寬邊長縮短（即孔的面積減小）到一定值時，金屬網(wǎng)孔會對微波產(chǎn)生吸收損耗、反射損耗和多次反射損耗，屏蔽微波外泄。

（3）反射板：安裝在路面加熱器外側(cè)的四周，是針對穿過路面不同介質(zhì)表面的反射微波束設(shè)置的。反射進入金屬屏蔽殼體內(nèi)的微波束在其中傳播時，由于衰減而產(chǎn)生吸收損耗。

（4）線形檢測天線：4條線形檢測天線分別安裝在四周反射板邊緣的內(nèi)側(cè)，專利電路設(shè)計和程序可以保證沿路面加熱器和路面接觸的四周在任何點處微波泄露量接近限值時會報警提示，超過限值時自動切斷磁控管電源。

1.3 權(quán)威機構(gòu)檢測

廣東省環(huán)境輻射研究監(jiān)測中心按照《輻射環(huán)境保護管理導(dǎo)則-電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》（HJ／T 10.2—1996）對樣機進行了全面檢測。檢測點在水平方向離加熱墻分別為0.2、0.5、1.0、3.0、5.0m，離地面高度分別為0.5、1.5m，測得功率密度最大值為26.12μW·cm－2，最小值為0.06μW·cm－2；在橋下離橋底0.5m處的5個不同位置上測得最大值為6.15μW·cm－2；操作位最大值為1.6μW·cm－2；在距反射板邊緣50mm處的功率密度最大值為37.6μW·cm－2，只有 GB 5959.6—2008和 GB 4706.21—2008規(guī)定限值的0.75%。

當時的屏蔽措施還沒有前文所述的反射板和線形檢測天線，后期增加反射板后，相應(yīng)點處的泄露微波功率密度可減小50%。

1.4 操作人員接受微波劑量計算

養(yǎng)護作業(yè)以每天10h計算，每個作業(yè)循環(huán)從加熱、翻勻、平整到壓實，累計時間平均約30min，其中加熱的時間平均為15min，則每天啟動加熱20次，有微波輻射的時間為5h。操作面板處的人員距加熱器最近，假設(shè)人員在整個加熱過程始終處于該位置，此處的微波功率密度的最大值為1.6 μW·cm－2，最小值為1.0μW·cm－2，按最大值計算，其每天可能接受的輻射劑量為8.0μW·h·cm－2，是GB 10436—1989中限值400μW·h·cm－2的2%。

實際作業(yè)中，加熱前只需要設(shè)定加熱時間，啟動加熱后若無異常，操作人員就可以離開操作位（處于交通安全考慮），加熱完成后設(shè)備會自動停止加熱，每次啟動后滯留最多1min，操作人員實際受輻射的時間每天只有20min，劑量為0.138W·h·cm－2，是標準限值的0.12%，所以不用擔(dān)心微波劑量超標的安全問題。

2 對瀝青混合料的損傷

有文獻提出：利用微波加熱瀝青混合料，因瀝青和骨料的溫升速率不同，所以存在著“5%瀝青煮熱95%骨料的現(xiàn)象”，不但使瀝青快速老化，還會延長加熱時間；巨大的微波電磁振蕩會導(dǎo)致瀝青分子長鏈斷裂，分子量發(fā)生變化，最終會使瀝青性能發(fā)生根本改變；溫控系統(tǒng)是根據(jù)表面溫度來執(zhí)行的，因此混合料里面的瀝青膜溫就會瞬間超過240℃，致使瀝青膜老化。

這種觀點沒有理論依據(jù)，也沒有試驗數(shù)據(jù)的證明，且事實恰恰與上述觀點相反。

2.1 微波加熱機理

在微波加熱瀝青混合料技術(shù)中最關(guān)鍵的核心優(yōu)勢就是“選擇性”和“穿透性”。

嚴格意義上講，“微波加熱”應(yīng)該是“微波使熱”。微波是一種無熱感的能量形式，當物料處在高頻的微波場中，物料中極性分子隨高頻變化的微波場極性從原來的隨機分布狀態(tài)取向按照電場的極性重新排列，這種高速的輪擺運動致使分子與分子相互摩擦，從而產(chǎn)生熱量，將微波能轉(zhuǎn)換為物料自身的熱能，使自身溫度升高。物料將微波能轉(zhuǎn)換為自身熱能的能力就是其吸收微波的能力。

路面瀝青混合料通常由4%～6% 的瀝青、50%～70% 的粗集料、20%～40% 的細集料和10% 以下的礦粉組成。也就是4%～5%的瀝青以薄膜的狀態(tài)裹附在94%～96%的集料和礦粉表面，使它們膠結(jié)在一起，形成具有良好路用性能的瀝青混凝土。它們在微波場作用下自身產(chǎn)生的熱量是不同的，取決于各種組分的復(fù)介電常數(shù)，尤其是介質(zhì)損耗因子tanδ的大小。

單位體積物料吸收微波的能力（功率）

式中：f為微波頻率（Hz）；E為電場強度（W·cm）；tanδ為介質(zhì)損耗系數(shù)；εr為物料的相對介電常數(shù)；P為單位體積瀝青混合料所吸收的功率（W·cm－3）。

由式（2）可知，介電常數(shù)和損耗因子越高，該組分吸收微波能產(chǎn)生熱量的能力就越強，反之就越弱。美的集團與電子科技大學(xué)聯(lián)合實驗室測得，純?yōu)r青的介質(zhì)損耗因子為0.001，而集料為0.015～0.036，所以微波加熱集料產(chǎn)生熱量的能力遠遠大于純?yōu)r青。在微波場中，微波束穿過瀝青膜使集料和礦粉自身發(fā)熱，然后再將熱量傳遞給裹附其上的瀝青薄膜，使其軟化，讓整個瀝青混合料達到符合施工條件的流動性，這時瀝青混合料的溫度即為可施工溫度。因此，不是“5%瀝青煮熱95%骨料”，而是“95%骨料和粉料溫度升高暖熱瀝青，使其軟化”。而且，這種加熱是穿透性的，是對微波能有效加熱深度范圍內(nèi)（80mm）的整體加熱，所以溫升是均勻的，不會存在表“焦”里“生”的現(xiàn)象，這正是微波能加熱瀝青混合料的最大優(yōu)勢，這一點和傳統(tǒng)瀝青混合料加熱生產(chǎn)過程的工藝是一致的。

同時，也正因為純?yōu)r青是非極性材料，不吸收微波能，在微波場下分子不會產(chǎn)生高速輪擺運動，不存在其分子長鏈斷裂、分子量發(fā)生變化的可能性。

再者，在微波波段，與χ射線和γ射線相比其頻率不高，所以其量子能量不足以破壞任何物質(zhì)的分子和原子結(jié)構(gòu)，只能提供熱能形式影響其物理特性，而對其化學(xué)結(jié)構(gòu)及性能不會造成影響。

反觀采用紅外線輻射加熱瀝青混合料，恰恰吻合了“5%瀝青煮熱95%骨料”觀點。紅外線對物料的穿透深度只有十幾微米至幾毫米，再向深處加熱主要靠熱傳導(dǎo)。《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》（GB 50176—2016）中查得瀝青的導(dǎo)熱系數(shù)為0.17～0.27W·m－1·K－1，屬于熱的不良導(dǎo)體，建筑工程中常用作隔熱保溫材料。混合料中主要成分骨料（石灰?guī)r或是玄武巖）的導(dǎo)熱系數(shù)也不高，一般為1.16～3.49W·m－1·K－1。如前所述，在瀝青混合料中瀝青以薄膜的形式裹附在骨料和粉料的表面，熱能必須先通過這一保溫薄膜傳入骨料，使骨料產(chǎn)生溫升，這樣一層一層傳遞的過程遵循傅立葉定律：要想熱量傳遞快，就要增大溫度梯度，所以經(jīng)常會存在外“焦”里“生”的不均勻的狀況。

2.2 微波加熱的溫度控制

研究中發(fā)現(xiàn)，在微波場中要即時準確測量溫度是個難題，溫度的顯示會失真，所以微波養(yǎng)護設(shè)備不用即時測溫，溫度的控制是靠選擇不同的加熱模式來實現(xiàn)的。以常用的瀝青混合料分類為基礎(chǔ)，再按瀝青牌號、改性成分、骨料粒徑、骨料種類進行組合，建立加熱至理想施工溫度所需時間的數(shù)據(jù)庫，使用時只用選擇相應(yīng)的模式即可，加熱完畢自動停機。

在不能明確瀝青混合料種類的情況下，可以現(xiàn)場加熱，按實際最佳效果定制特定的加熱模式。在路面加熱器內(nèi)也設(shè)有自動測溫系統(tǒng)，只是需要在測溫時斷開微波電源。雖然測得的溫度是路表面的，但如前所述，微波加熱的瀝青路面在60～80mm深度范圍內(nèi)溫度是均勻的（溫差不會大于20℃），具有代表性。

2.3 試驗驗證

美的集團與長安大學(xué)聯(lián)合實驗室按照《公路瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ 052—2000）的要求，對微波和紅外線2種加熱方式引起的瀝青老化程度及對路用性能指標的影響做了對比試驗。粗集料為安山巖，結(jié)合料為SBSI-D改性瀝青，混合料級配使用AC-13粗型，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 微波與紅外線加熱瀝青混合料試驗結(jié)果對比

對比2種加熱方式對瀝青三大指標（延度、化點、針入度）的影響發(fā)現(xiàn)，微波加熱后瀝青性能變化程度小于紅外線加熱。

殘留穩(wěn)定度與凍融試驗是檢驗瀝青混合料抗水損害的指標，微波加熱后瀝青混合料這2組數(shù)據(jù)均優(yōu)于紅外線加熱后的數(shù)據(jù)。紅外線加熱的瀝青混合料凍融試驗甚至達不到規(guī)范要求，可見在瀝青混合料抗水損害方面微波加熱有優(yōu)勢。文獻［6］和［7］也有相同的結(jié)論。

從低溫劈裂試驗結(jié)果看，微波加后的數(shù)據(jù)高于紅外線加熱后的數(shù)據(jù)，說明在低溫下微波加熱的瀝青混合料的路用性能優(yōu)于紅外線加熱。這與“紅外加熱的劈裂抗拉強度比經(jīng)微波加熱后小，說明經(jīng)過紅外加熱瀝青混合料的老化比經(jīng)過微波加熱后嚴重，影響了混合料的低溫抗裂性，使其低溫性能變差”的結(jié)論一致。

車轍試驗微波加熱后動穩(wěn)定度為5 932次·mm－1，紅外線加熱后為8 029次·mm－1。表面上，紅外線加熱后，瀝青混合料的抗車轍能力提高了。薛亮等也得到“經(jīng)過紅外加熱后密級配AC-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性明顯優(yōu)于正常加熱和微波加熱”的結(jié)果。筆者分析認為，車轍試驗是檢驗瀝青混合料抗高溫變形能力的，瀝青老化使得混合料變硬，從而使車轍數(shù)據(jù)上升，車轍數(shù)據(jù)上升得越多，老化程度就越大。這不是優(yōu)勢，因為瀝青結(jié)合料的過度老化會使修復(fù)的路面很快產(chǎn)生新的病害。

曾紅雄等利用微波對相同級配、不同種類的4組瀝青混合料進行多次加熱，結(jié)論為：瀝青混合料的水穩(wěn)定性對微波加熱有一定敏感性，這種敏感性對于瀝青混合料二次加熱是有益的；瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性對微波加熱的敏感性很微弱，幾乎沒有什么影響。這兩點說明微波加熱瀝青混合料對其的損傷度非常小。

3 檢查井周邊修復(fù)的安全性

在瀝青路面上分布著眾多污水井、電力井、通訊井、雨水井、煤氣井和有線電視井等檢查井，在筑路時檢查井周邊易存在攤鋪和壓實不均勻、壓實度不夠等缺陷，加上周邊瀝青混凝土與井蓋之間彈性模量的突變，致使檢查井井圈周邊路面破損頻繁，是維修瀝青路面的一大難題。

目前，用于瀝青混合料加熱的微波頻率為（2 450±50）MHz或（5 800±75）MHz，符合國家工業(yè)和信息化部2017年第46號令《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》的要求，所以不會對地下偶遇淺埋處通訊線纜信號產(chǎn)生干擾。

另外，微波的穿透加熱深度遠遠達不到地下通訊電纜的埋深，所以不會因熱效應(yīng)損毀通訊電纜。

對于污水井和雨水井，可能存在濃度較高的沼氣（甲烷和一氧化碳），另外還有復(fù)合材料的井圈或井蓋。這種情況下，微波加熱更具優(yōu)勢，因為微波源是冷源，加熱完成整個受熱的空間內(nèi)的任何物體的溫度不可能超過被加熱路面的溫度（160℃）；大地是最大的電容，與瀝青路面充分接觸的任何金屬物體在微波場中都不會聚集電荷，所以在加熱過程中不存在放電、打火引燃沼氣的可能性。

實際上，針對利用微波加熱修復(fù)檢查井蓋，已形成了一套成熟、安全、方便的在填補料的同時進行加熱的專利方法。如圖3所示，因檢查井蓋周邊的瀝青混合料時常是松散的，不可避免會造成嚴重污染，需要開挖廢棄并重新填補新料。在利用微波路面加熱器加熱時，只需將井蓋去掉，將井圈周邊清理干凈（不需要冷開挖周邊損壞和被污染的瀝青混合料），將按井口形狀制作的金屬容器放置在井圈上，在其中放入所需要的填補瀝青混合料冷料；若是復(fù)合材料井圈（可能會吸收微波），用懸掛在金屬容器周邊的屏蔽鏈網(wǎng)遮蔽好，井圈就不會受到微波輻射；然后按正常程序加熱，達到施工溫度后，很容易鏟去被污染的瀝青混合料，用金屬容器中被同時加熱的填補料替代，整理井圈（或更換），最后經(jīng)翻勻、平整、壓實等完成修復(fù)。

圖3 微波加熱修復(fù)檢查井

該方法有如下優(yōu)點：保護井圈（特別是復(fù)合材料）不被加熱變形；不必動用風(fēng)鎬等對井圈進行冷開挖；同時提供填補料，更換井蓋周邊被污染的瀝青混合料；“熱坑熱料”不會出現(xiàn)“弱接面和弱接縫”；即使井內(nèi)淺層有電纜等物體，金屬容器和屏蔽鏈網(wǎng)都能有效避免微波的輻射。

相反，用紅外線加熱修復(fù)檢查井蓋，因紅外線發(fā)射源本身的溫度就很高，有時還會產(chǎn)生明火，沼氣的燃點一般為520℃左右，如果井內(nèi)沼氣含量過高則容易引燃爆炸，所以紅外線加熱污水和天然氣檢查井蓋時，若不采取有效措施就會有巨大的危險；復(fù)合材料的井圈或井蓋直接受到紅外線加熱時會燒損、變形、焦化，甚至報廢。

特別說明，按有可燃氣體檢查井施工規(guī)范的要求，為防止其他因素引燃可燃氣體的意外，施工前要先通風(fēng)，并檢測可燃氣體濃度。

4 橋面和白加黑路面的修復(fù)安全性

有文獻質(zhì)疑：微波加熱致使水泥混凝土結(jié)構(gòu)松散，會導(dǎo)致水泥與鋼筋結(jié)合力下降而剝落；在升溫過程中預(yù)應(yīng)力鋼筋會發(fā)生應(yīng)力松弛，致使其抗拉強度減小［8］。

這種質(zhì)疑雖然有一定的道理的，但沒有量化影響程度。

（2）疊前道集資料的精細預(yù)處理是提高AVO檢測精度的關(guān)鍵。疊前道集資料處理必須進行高保真度、高信噪比和高分辨率的處理，尤其不能破壞地震振幅的相對關(guān)系。

微波是穿透性加熱，加熱深度D的定義為：介質(zhì)內(nèi)部功率密度為表面的1／e（e為自然常數(shù)，2.718）或36.8%處的深度，其計算公式為：

若微波頻率為2.45GHz，λ≈12cm，骨料為閃長巖的瀝青路面，則加熱深度D≈23.8cm。

《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2004）要求高速公路和一級公路上的特大橋、大橋宜采用瀝青混凝土橋面鋪裝，其厚度（上面層、下面層）不宜小于7cm，一般在10cm左右，微波是可以穿透瀝青混凝土層對水泥混凝土橋板進行加熱的，而且在8cm深處的溫度基本就是養(yǎng)護施工的溫度（160℃），到10cm后溫度就會急劇下降（比8cm深處低50℃左右），亦即橋板最高溫度有可能達到160℃，經(jīng)翻松、翻勻、平整、壓實等約15min后溫度會降至100℃左右。

由于時間短，且維修是局部的，所在車道是封閉的，可不考慮高溫下的情況，只需分析高溫后的影響。

4.1 對普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋屈服強度的影響

高溫后熱軋鋼筋屈服強度的退化折減系數(shù)［9］

式中：fy（T）為高溫后屈服強度；fy為原狀態(tài)屈服強度；T為溫度。

微波加熱至橋板的溫度不會超過160℃，所以對熱軋鋼筋的屈服強度不會有影響。

高溫后冷拔低碳鋼絲和冷拔高強鋼絲屈服強度的退化折減系數(shù)［10］

式中：σ02（T）為高溫后屈服強度；σ02為原狀態(tài)時屈服強度。

在160℃后冷拔低碳鋼絲和冷拔高強鋼絲屈服強度的退化折減系數(shù)為0.96，即降低4%。

4.2 對混凝土強度和彈性模量的影響

微波加熱只會影響橋板上表面，不用考慮對抗拉強度的影響。

高溫自然冷卻后混凝土抗壓強度的折減系數(shù)式中：fc（T）為高溫后混凝土抗壓強度；fc為原狀態(tài)下混凝土抗壓強度。

在160℃后混凝土抗壓強度的折減系為1。

四川消防研究所給出在200℃時噴水冷卻后的抗壓強度折減系數(shù)為0.87，不適應(yīng)養(yǎng)護加熱的工況。

高溫后混凝土彈性模量的折減系數(shù)

式中：Ec（T）為高溫后混凝土彈性模量；Ec為原狀態(tài)下混凝土彈性模量。

在160℃后混凝土彈性模量的折減系為0.93，即降低7%。

4.3 對鋼筋和混凝土黏附力的影響

現(xiàn)有文獻中沒有發(fā)現(xiàn)高溫對鋼筋和混凝土黏附力的影響，推薦使用以下公式

式中：τu（T）、Su（T）分 別為 高 溫時 的 鋼 筋 和 混 凝 土 黏接強度和極限滑移量；τc和Sc為原始狀態(tài)下黏接強度和極限滑移量；A、B、C、D 為系數(shù)，在文獻［9］中查取。

在160℃后鋼筋和混凝土黏強度和極限滑移率折減系數(shù)分別為0.91和1.0。

以上的折減系數(shù)都是基于如火災(zāi)這種大面積、長時間高溫后試驗數(shù)據(jù)的回歸結(jié)果，對于微波養(yǎng)護局部的影響應(yīng)該符合與溫度的相關(guān)性規(guī)律。

用微波加熱養(yǎng)護橋面和白加黑路面時，由于2.45GHz頻率的微波加熱深度可以穿透瀝青混凝土層，故對水泥混凝土進行加熱，160℃溫度后對局部的鋼筋、混凝土和鋼筋與混凝土之間的黏附力等性能指標會有一定影響［11－12］。鑒于此，建議盡量避免在橋面和白加黑路面上連續(xù)大面積使用微波加熱。

實際上，在橋面和白加黑路面鋪裝時，水泥混凝土層上面只有薄薄一層防水層，瀝青混凝土的攤鋪溫度在130℃～180℃，且是連續(xù)大面積、大厚度攤鋪，與水泥混凝土結(jié)合層的最高溫度也只有160℃。同時，以上計算公式是基于火災(zāi)情況的試驗數(shù)據(jù)回歸的，在低溫（160℃）下未必準確，所以這種影響可以不予考慮。

要徹底消除該疑慮，建議采用5.8GHz頻率的微波。由式（3）可知，2.45GHz的加熱深度D≈23.8cm，在相同路面材料情況下5.8GHz的加熱深度D≈10cm，在6cm左右會與施工溫度一致，該深度已經(jīng)可以滿足養(yǎng)護施工的要求，到橋面（10cm）時基本衰減不足以產(chǎn)生太大溫升。同時，若5.8GHz和2.45GHz采用相同功率的磁控管，由于5.8GHz的加熱深度只是2.45GHz的42%，也就是在加熱器面積相同的情況下，加熱瀝青混合料的體積和重量減少58%就能滿足養(yǎng)護要求，可以使加熱時間縮短一半以上，不但可以提高加熱效率，同時還可以減低能耗。另外，搭載5.8GHz微波源的養(yǎng)護設(shè)備用來除冰會有更大優(yōu)勢，只是5.8GHz磁控管市場用量少，成本偏高。

5 結(jié) 語

綜合以上研究，可得出如下結(jié)論。

（1）微波路面加熱裝置采用適合各種路面平整度的屏蔽措施后，微波泄露功率密度最大值只是相關(guān)國家標準規(guī)定限值的0.75%；操作人員可能接受微波的最大劑量只是相關(guān)國家標準規(guī)定限值的2%，實際只有0.12%，所以對處于設(shè)備周圍的人員是安全的。

（2）微波加熱對瀝青的老化程度、瀝青混合料路用性能指標（除車轍動穩(wěn)定度）的影響程度是輕微的，均優(yōu)于紅外線加熱方式。紅外線加熱的車轍的動穩(wěn)定度高于微波加熱，這是紅外線加熱使瀝青過度老化所致。

（3）利用微波加熱瀝青混合料的溫度是可控的，在有效加熱深度（80mm）內(nèi)溫升是均勻柔和的，是“95%骨料和粉料溫度升高暖熱瀝青使其軟化”，不會出現(xiàn)表“焦”里“生”現(xiàn)象。

（4）對檢查井蓋維修時，不會對路面下通訊電纜等的通訊信號產(chǎn)生干擾；因微波源是“冷”的，加熱過程不會引燃沼氣，安全性遠高于紅外線加熱。采用文中談到的專利方法，可以在加熱去除井圈被損壞和污染的材料的同時填補新料。

（5）由于微波加熱的穿透深度大，使橋面和白加黑的水泥混凝土溫度升高，對冷拔鋼筋的屈服強度、水泥混凝土的彈性模量、鋼筋和混凝土黏附力有一定的影響，但不會大于路面攤鋪時的影響程度。要徹底消除這種安全疑慮，建議采用5.8GHz微波源，減小加熱深度，還可以將加熱時間減少一半以上，節(jié)省約58%的燃料消耗。