微波加熱技術在瀝青路面養(yǎng)護維修中的應用

王鑫淼

（河北省高速公路京雄籌建處，河北 保定 071700）

0 引言

瀝青路面作為一種重要的路面硬化成形工藝，在我國的機場跑道、城市快速路以及高速公路等高等級路面工程中應用廣泛。但瀝青路面在重載作用下易發(fā)生鼓包、開裂等病害，給瀝青路面后期增加了許多維護工作量。傳統(tǒng)的瀝青路面維修一般是對其進行切割剔除，并將新的瀝青料灌注于相應剝離區(qū)域，以此實現(xiàn)路面修復。但該種維護手段在實施中存在工期長、產(chǎn)生大量建筑垃圾、對環(huán)境污染較大、路面“創(chuàng)口”大以及接縫處易二次開裂等問題，并逐漸演變?yōu)闉r青路面難以根治的頑疾。

隨著科技水平的發(fā)展，路面微波加熱工藝逐步在近些年得到使用[1-5]。該工藝能有效借助原先的路面瀝青設備，并基于程控成型技術，無創(chuàng)化地對路面實施快速修復。在應用該技術時，不用切割路面，也不會產(chǎn)生大量的環(huán)境污染物和建筑垃圾，且完工后的養(yǎng)護周期較短，維修期間對道路的通行功能基本不會產(chǎn)生影響。

本文對瀝青路面微波加熱工藝的主要步驟進行介紹，探討以微波加熱技術實現(xiàn)路面修復過程中的難題與措施，總結標準性的工藝管理與施工策略。

1 路面微波加熱技術的施工特征

1.1 路面微波加熱技術的創(chuàng)新點

微波加熱技術的基本原理是對路面以下8～12cm范圍借助微波加熱裝備實行加熱重融，使其能夠在自重作用下進行自流動，并以此修復既有的鼓包、風化以及裂縫等病害缺陷。加熱重融后，路面將會有一定的下沉位移，為此可對沉降區(qū)域再填充相應的乳化瀝青（一般采用噴灑形式進行），接著實施壓實與灑砂等工序，最終重塑完整的瀝青路面。如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)修復與微波加熱工藝的原理對比

在圖1 中，傳統(tǒng)的路面修復技術（圖1 上）往往是利用切割機對受損路面區(qū)域進行切割、粉碎與脫離，再進行新瀝青料充填、壓實與灑砂程序，完成路面修復；而微波加熱修復技術（圖1下）則主要對受損區(qū)域實行微波加熱重融，再以乳化瀝青對重融后沉降區(qū)域進行噴涂，然后同樣經(jīng)過壓實、灑砂等措施，實現(xiàn)路面修復。對比兩種工藝可知，若采取傳統(tǒng)修復工藝，路面將不可避免地會出現(xiàn)環(huán)切縫，同時凹陷區(qū)域所充填的新瀝青料與原先路面瀝青料的配比情況肯定存在差異，由此將會導致不同的固化時間，因此后期路面服役時，由于新舊瀝青料熱脹系數(shù)不同而引發(fā)的開裂問題將不可避免，極易造成已修復完成路面的二次受損。

1.2 路面微波加熱技術的實施

高速公路往往有不間斷運行的要求，當高速公路的瀝青路面需要應用微波加熱工藝進行修復時，則需要高效規(guī)劃路面修復期間的交通協(xié)調與導流管理等調度難題，可于施工地段設置明顯標志，并在相應路段設置臨時限速設備，實現(xiàn)維修路面區(qū)段的限速以及周邊路口的交通疏導。這個階段基本與傳統(tǒng)路面修復時一樣。但微波加熱技術的施工周期相對較短，故交通調度的壓力稍小些。路面修復結束后，應拆除臨時交通導流標志與限速牌等，同時將現(xiàn)場施工設備與人員撤出，并恢復先前的路面標線。

在實際的微波加熱技術修復瀝青路面過程中，在交通規(guī)劃和物資調度的基礎上，主要還包括下列5個方面的施工工序：

（1）路面加熱重融。瀝青路面微波加熱裝備進場后，對于其應用的微波能量，一般通過天線、諧振腔、波導以及磁控管等實現(xiàn)有效控制，并采取一定的避免微波泄露的措施，以防傷害周圍人員，如現(xiàn)場應用電磁屏蔽罩等。路面發(fā)生重融后，為提升其重融質量，可采取對重融瀝青進行改性的措施，如添加穩(wěn)定劑、活性劑以及塑化劑等。目前在工程中應用的微波加熱裝備，其加熱深度在一般工況下為12～15cm，而有效加熱深度則為8～12cm。對于絕大多數(shù)的瀝青路面，其鋪設的單層瀝青厚度一般為8～12cm，因此可實現(xiàn)較好的重融效果；但對于采取多層路面瀝青鋪設的路面，其初期的瀝青鋪設厚度可達16～24cm，在此情況下，為能有效充填路面下層的裂縫，可借助重融瀝青的滲透效應，必要時也可進行瀝青路面的預破碎工作，從而提升充填效果。

（2）乳化瀝青噴涂。穩(wěn)定劑、活性劑以及塑化劑等可以通過專門的乳化瀝青噴涂車與高溫乳化瀝青實現(xiàn)混合，再經(jīng)由噴涂車的氣壓工作原理，噴涂于瀝青重融后的基礎沉降部位。對于原先的瀝青而言，高溫乳化瀝青的噴涂也能起到一定程度的二次加熱作用，促進瀝青料的混合。因此，高溫乳化瀝青也影響著瀝青重融的施工質量效果，嚴格高質量地噴涂高溫乳化瀝青，既有利于后續(xù)路面的沉降控制，也能提升微波加熱工藝的修復效果，對保證工程質量具有重要意義。

（3）灑砂。灑砂能一定程度上提升路面的摩擦力，故應在噴涂完乳化瀝青后的基礎表面處及時均勻地鋪灑。傳統(tǒng)的瀝青路面修復工藝中也有灑砂工序，微波加熱工藝中的灑砂操作與其基本一致，對于當下一些較新型的養(yǎng)護車來說，灑砂可以在瀝青噴涂的過程中同步完成。

（4）壓實。灑砂之后，須對相應的修復區(qū)域路面進行壓實處理，壓實時注意合理選擇壓路機工況、振動強度等，保證壓實效果。同樣，傳統(tǒng)瀝青路面修復過程中也有壓實工序，但微波加熱工藝中的壓實工藝選擇有著更新更高的要求。

（5）養(yǎng)護。對壓實處理結束后的路面進行必要的養(yǎng)護，以保證瀝青能完成固化過程，實現(xiàn)路面修復效果。傳統(tǒng)的瀝青路面修復技術中也有養(yǎng)護工序，兩者基本相同。

2 微波路面加熱工藝存在的問題與應對

2.1 路面瀝青過加熱現(xiàn)象

瀝青是一種高黏度的有機液體物質，為不完全玻璃質，因此其在受熱升溫時存在熱分解變性的過程，若加熱不夠充分，則瀝青流動性將無法滿足修復要求；而當加熱過度時，瀝青又會由于有機質熱分解變性這一反應而降低其綜合性能。其熱變性特征如圖2所示。

圖2 瀝青受熱升溫時的有機質變性析出曲線

由圖2可知，瀝青中有機質的熱分解變性過程既與加熱時間有關，也有加熱溫度有關。溫度對于有機質變性析出的影響主要表現(xiàn)為分解氣體的析出凈速度，過程中存在三個峰值：220℃時出現(xiàn)第一峰值，也是最大峰值，450℃時發(fā)生第二峰值，第三峰值出現(xiàn)于約760℃。其中，析出速度最大的為第一峰值。從最大析出速度位于第一峰值的220℃處可知，所謂的瀝青加熱過度并不是單純指溫度過高現(xiàn)象，而加熱過程中溫度長期保持在220℃時更會促使瀝青有機質發(fā)生熱變性過程。最適宜的加熱溫度約為400℃，此時曲線呈現(xiàn)為低谷處，析出速度最慢，約為4.2mg/5min，能夠實現(xiàn)穩(wěn)定加熱。

2.2 微波泄漏事故風險

對于工作場地的微波背景輻射值，國家相關的硬性規(guī)定為不超過5mW/cm2。當瀝青路面養(yǎng)護車進行微波加熱操作時，一般會由三層屏蔽網(wǎng)將諧振腔以及與微波有關部件進行覆蓋，并設有四角定位裝備。同時，對于易引起微波泄漏處（如給料斗位置），一般也設置有雙重屏蔽門，且兩道屏蔽門不會在同一時間同時被允許打開，其中一道門始終保持關閉狀態(tài)。在正常使用條件下，瀝青路面養(yǎng)護車周邊現(xiàn)場的微波背景輻射值小于3mW/cm2，滿足國家強制安全要求；但當相關設備存在故障時，則將有可能在微波加熱過程中發(fā)生微波泄漏事故。其故障樹如圖3。

圖3 微波輻射事故的故障樹

在圖3中，假定屏蔽門在路面修復過程中發(fā)生損壞或故障，此時設施的自保護裝置將會發(fā)出報警并鎖閉設備，若現(xiàn)場沒有誤操作、違章指揮、違章操作等情況，則不會導致微波泄漏事故出現(xiàn)。可見，故障樹中的薄弱環(huán)節(jié)即為誤操作、違章操作、違章指揮。因此，為有效避免現(xiàn)場微波泄漏事故發(fā)生，關鍵在于實施嚴格的現(xiàn)場安全管理。另外，對于可能將進入輻射范圍的人員，要求其穿戴好防輻射外衣并做好相關勞動保護措施，也能有效規(guī)避現(xiàn)場微波輻射事故。

2.3 大功率的現(xiàn)場電能保障問題

對于瀝青路面養(yǎng)護車，為實施路面修復的微波加熱操作，一般需要外部供電。而當在高速公路條件下進行路面修復時，往往存在難以滿足路邊供電條件或供電不足等問題。因此，為提供瀝青路面養(yǎng)護車所需的電能，保證工藝的順利實施，應配備相應的移動式發(fā)電車。相比傳統(tǒng)進行路面切割的重塑過程，基于微波加熱的瀝青路面養(yǎng)護車實施過程更快，所需時間更短，因此可將路面施工區(qū)段的范圍適當延長，從而容納更多的養(yǎng)護設備，提供更多的現(xiàn)場電能。

3 微波加熱的實施效果分析

高速公路某區(qū)段的養(yǎng)護任務包括10 處損傷，含鼓包類4 處，裂痕風化類6 處。養(yǎng)護面積最大區(qū)域和最小區(qū)域分別為635m2、24m2。為驗證微波加熱工藝的實施效果，選擇5 處損傷，采取傳統(tǒng)的切割重塑后養(yǎng)護措施，另外5處進行微波加熱修復，將兩種方式的養(yǎng)護效果進行對比分析，如表1。

由表1 可知，傳統(tǒng)切割工藝共完成1 237m2的路塊修復，完成時長共141d，產(chǎn)生廢石147.43m3；微波加熱工藝共完成1 221m2的路塊修復，完成時長共80d，產(chǎn)生廢石5.15m3。對上述數(shù)據(jù)應用SPSS 進行數(shù)據(jù)分析對比，得出數(shù)據(jù)如表2。

表1 實際路面養(yǎng)護效果對比

在表2中，將完成修復的總面積除以完成總時長即得該養(yǎng)護措施下的平均工效，平均廢石量為產(chǎn)生的總廢石量與完成修復的總面積之間的比值，采用加權平均法求取平均高差，具體為：

SPSS分析結果顯示，在表2的四類對比項中，路塊面積的t值為89.635，大于10.000，除此之外，其他三項均滿足t＜10.000，P=0.000＜0.01，即具備顯著的統(tǒng)計學差異。

表2 實際養(yǎng)護誤差均值對比

綜上所述，由實際路面養(yǎng)護效果與養(yǎng)護誤差均值對比可知，相比傳統(tǒng)切割措施，使用微波加熱工藝的平均工效提高1.74倍，平均標高誤差降低近7成，每平方米節(jié)省的廢石量約為傳統(tǒng)的28倍。同時，微波加熱工藝所產(chǎn)生的廢石與傳統(tǒng)切割不同，其主要為路面清掃與收尾所得，而非對路面進行環(huán)切破碎所致。因此，微熱瀝青路面維修相比傳統(tǒng)環(huán)切重塑方法，技術優(yōu)勢顯著。

4 結語

相較于傳統(tǒng)環(huán)切重塑方法，微波加熱瀝青路面維修工藝在工效、修復后路面高差狀況、廢石產(chǎn)生量等方面均具有明顯優(yōu)勢，且實施工期較短。微波加熱瀝青路面維修工藝在施工中也存在一些新的問題，如存在過加熱現(xiàn)象、有微波輻射泄漏風險以及電能保障困難等，但過加熱現(xiàn)象在傳統(tǒng)修復方法中也有類似問題。另外，輻射風險以及電能保障等均可通過有效的現(xiàn)場管理得以解決。因此，在合理的技術分析與科學的現(xiàn)場管理條件下，瀝青路面修復的微波加熱工藝具有較好的推廣應用前景。