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(yè)發(fā)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(yōu)勢。然而，在長期實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在行車荷載和自然因素的反復(fù)作用下，瀝青路面通車運(yùn)營2～3年便會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞，其中車轍病害最為突出。車轍的出現(xiàn)，會(huì)破壞道路面層材料和結(jié)構(gòu)，減弱路面的路用性能和強(qiáng)度，大大縮短工程使用壽命。微波加熱是一項(xiàng)高效、迅速的路面維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)，將其用于瀝青路面車轍病害維修與養(yǎng)護(hù)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 車轍的分類及形成機(jī)理

通常來講，瀝青混合料攪拌均勻，尚未碾壓時(shí)多以松散狀態(tài)呈現(xiàn)。碾壓后，在高溫環(huán)境下，瀝青混合料內(nèi)瀝青等材料由于碾壓作用將會(huì)嵌擠到礦料間隙。也就是說，在壓路機(jī)的碾壓作用下，瀝青混合料內(nèi)的瀝青、礦料等材料將會(huì)被逐漸壓密，形成穩(wěn)定性良好的路面結(jié)構(gòu)。經(jīng)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(shí)，瀝青混合料多呈半固態(tài)，隨著行車荷載與自然因素的反復(fù)長期作用，輪跡帶位置瀝青路面結(jié)構(gòu)層會(huì)發(fā)生變形，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)應(yīng)變，輪跡兩側(cè)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(xiàn)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(dá)到完全致密時(shí)，瀝青混合料內(nèi)仍存在很多孔隙。待竣工驗(yàn)收后，在車輛的荷載作用下，瀝青路面的密實(shí)度將不斷提升，在輪跡帶等位置，很容易產(chǎn)生壓密型車轍?；蛘哒f，由于施工操作不規(guī)范、養(yǎng)護(hù)不到位等原因，也會(huì)出現(xiàn)壓密型車轍。

2)結(jié)構(gòu)型車轍。在瀝青面層以下產(chǎn)生的車轍，可認(rèn)為是結(jié)構(gòu)型車轍。結(jié)構(gòu)型車轍包括路基在內(nèi)的路面所有結(jié)構(gòu)層產(chǎn)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(jié)構(gòu)間強(qiáng)度的不同，當(dāng)車輛通行時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)型車轍，結(jié)構(gòu)型車轍多呈凹陷式。

3)失穩(wěn)型車轍。作為一種流動(dòng)形式的車轍，失穩(wěn)型車轍形成原因主要是因?yàn)闉r青混合料自身特性。瀝青材料在高溫環(huán)境下將會(huì)出現(xiàn)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(jié)構(gòu)將產(chǎn)生較大剪切力，導(dǎo)致車輪輪跡帶位置變形，形成失穩(wěn)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(chǎn)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(shè)計(jì)及施工環(huán)節(jié)，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(zhì)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(shù)指標(biāo)，針入度可以體現(xiàn)瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度的大小，若抗剪強(qiáng)度不足，很可能會(huì)引起車轍。瀝青混合料中，瀝青材料可以與礦料充分粘結(jié)，若瀝青含量太多，會(huì)加大瀝青流動(dòng)性，導(dǎo)致集料間的嵌擠作用下降，進(jìn)而降低混合料的抗剪強(qiáng)度，從而產(chǎn)生車轍病害。

2)環(huán)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(yīng)。在實(shí)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(huì)隨之增長，尤其是夏季高溫時(shí)期，室外溫度達(dá)到35℃時(shí)，瀝青路面的溫度甚至可以達(dá)到50℃以上，這種情況下，將大大增加車轍病害發(fā)生的概率。

3)重載交通。在道路上若重載、超載問題嚴(yán)重，極易產(chǎn)生交通渠化現(xiàn)象，從而加重車轍病害。

4)層間結(jié)合處。在路面設(shè)計(jì)中，界面條件須達(dá)到完全、連續(xù)的狀態(tài)。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(yīng)力、應(yīng)變不同，這種情況極易產(chǎn)生路面病害。

3 工程概況

某公路項(xiàng)目使用時(shí)間相對較長，路面病害問題越來越突出。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，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(yán)重。為了解決車轍病害，恢復(fù)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(diǎn)

作為電磁波的重要組成部分，微波應(yīng)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(chǎn)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(zhì)的組成當(dāng)中，主要構(gòu)成為大量偶極子的分子。偶極子的兩端都帶有不同性質(zhì)的電荷，兩端分別為正電、負(fù)電。當(dāng)電場不存在的情況下，偶極子的分布毫無規(guī)律可言，是無序的、雜亂的。若為直流電場，受兩端電荷性質(zhì)的作用，偶極子將會(huì)再次重新排列，具有規(guī)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(huì)快速擺動(dòng)，在該過程中，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)及其他分子的影響，偶極子之間很容易出現(xiàn)摩擦，并由此獲取能量，能量則會(huì)通過熱能的狀態(tài)呈現(xiàn)，溫度會(huì)有所提升。熱能的大小直接關(guān)系到外加電場的變化頻率與電場的強(qiáng)度，當(dāng)電場變化頻率加快時(shí)，偶極子的擺動(dòng)次數(shù)也會(huì)隨之增加，進(jìn)而產(chǎn)生更多的熱能。同時(shí)，當(dāng)電場強(qiáng)度不斷增加時(shí)，偶極子的擺動(dòng)幅度也會(huì)越來越大，同樣也會(huì)產(chǎn)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(diǎn)，作為一種加熱方式，微波加熱時(shí)的特點(diǎn)如表1所示。

表1 微波加熱的特點(diǎn)

3.2 微波加熱在瀝青路面車轍病害維修中的應(yīng)用要點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)場路面病害調(diào)查結(jié)果顯示，在本路段當(dāng)中，車轍病害居多，且多為壓密型車轍和失穩(wěn)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(wěn)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(jù)直接碾壓工藝特點(diǎn)，在采用這種處理方法時(shí)，無需耙松施工。通過室內(nèi)試驗(yàn)了解到，微波加熱之后，應(yīng)第一時(shí)間進(jìn)行碾壓、整平施工，可用于補(bǔ)充壓實(shí)環(huán)節(jié)，基本上不會(huì)影響原路面結(jié)構(gòu)。此外，還可充分利用原路面結(jié)構(gòu)，尤其是在大壓實(shí)功條件下，這樣可以大幅降低混合料空隙率，提高路面密實(shí)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(shù)要點(diǎn)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(qū)域內(nèi)的雜物，保證路面潔凈、無污染。

2)加熱處理。根據(jù)車轍深度確定加熱方法，車轍深度在2.5 cm以內(nèi)，可采取直接加熱方式，以便加快施工進(jìn)度，減少對交通的影響。車轍深度在2.5 cm以上，應(yīng)先準(zhǔn)確計(jì)算新料添加量，均勻攤鋪新料，并通過微波加熱設(shè)備進(jìn)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(yán)重，須根據(jù)實(shí)際情況，做好深層處理。

4)攤鋪碾壓。均勻攤鋪，保證作業(yè)面平整，隨后通過小型壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)處理，并作壓實(shí)度檢測，保證壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 耙松施工工藝

瀝青路面失穩(wěn)型車轍病害處治當(dāng)中，耙松施工法應(yīng)用效果良好，具體工藝要點(diǎn)如下。

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

2)加熱施工。待清理干凈病害區(qū)域后，須及時(shí)通過微波法，對病害處理區(qū)域進(jìn)行加熱，保證加熱溫度滿足設(shè)計(jì)要求。

3)耙松施工。病害處理區(qū)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(fù)病害處理區(qū)域內(nèi)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(xì)認(rèn)真查看病害區(qū)域內(nèi)舊料實(shí)際情況，根據(jù)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(jìn)行攤鋪整平施工。

7)碾壓施工。碾壓施工時(shí)，可根據(jù)施工現(xiàn)場具體情況合理選擇壓路機(jī)類型，在本工程當(dāng)中，可采取便攜式小型壓路機(jī)，同時(shí)，控制好碾壓遍數(shù)、碾壓速度等參數(shù)，保證碾壓質(zhì)量符合規(guī)定要求。

3.3 微波加熱養(yǎng)護(hù)效果評價(jià)

微波加熱處理瀝青路面車轍病害問題之后，為保證施工質(zhì)量，需要詳細(xì)檢測本路段的各項(xiàng)性能，準(zhǔn)確評價(jià)養(yǎng)護(hù)效果。本次試驗(yàn)中，均采用5個(gè)測點(diǎn)，即1～5編號，測量值取平均值，對比分析實(shí)測值和規(guī)范要求，查看是否滿足施工規(guī)定要求，具體結(jié)果如下。

1)滲水系數(shù)。表2為本路段測點(diǎn)1～5的滲水系數(shù)實(shí)測值，由此可見，本路段滲水系數(shù)最大值為73 mL/min，最小值為10 mL/min，平均值為41 mL/min，相比規(guī)范要求小于等于300 mL/min，本路段經(jīng)微波加熱養(yǎng)護(hù)處理后，其滲水系數(shù)可滿足施工需要，具有良好的抗?jié)B能力。

表2 滲水系數(shù)結(jié)果 單位：mL/min

2)壓實(shí)度。壓實(shí)度是否符合規(guī)范要求，直接關(guān)系到通車運(yùn)營后路面是否會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降，是否會(huì)過早出現(xiàn)早期病害，為此，必須嚴(yán)格控制路面壓實(shí)度。表3為本路段測點(diǎn)1～5的壓實(shí)度實(shí)測值，其中，壓實(shí)度最大值為97%，最小值為94%，平均值為95.6%，相比規(guī)范要求大于等于93%，均可滿足規(guī)定要求，壓實(shí)度效果良好。

表3 壓實(shí)度結(jié)果 單位：%

3)構(gòu)造深度。在路面養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價(jià)中，構(gòu)造深度是十分關(guān)鍵的性能評價(jià)指標(biāo)，表4為本路段測點(diǎn)1～5的構(gòu)造深度實(shí)測值，所有測點(diǎn)的構(gòu)造深度均在規(guī)定要求(≥0.55 mm)以上，可滿足規(guī)定要求。

表4 構(gòu)造深度結(jié)果 單位：mm

4 結(jié)語

近年來，我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，交通運(yùn)輸量持續(xù)增加，重載、超載問題嚴(yán)峻，加上雨水、高溫等因素影響，在瀝青路面運(yùn)營期間極易產(chǎn)生車轍病害。本文結(jié)合具體案例，采取微波加熱處治方案，以壓密型車轍、失穩(wěn)型車轍為例，通過直接碾壓工藝、耙松施工工藝進(jìn)行重點(diǎn)分析，并通過工后養(yǎng)護(hù)效果檢測與評價(jià)分析，得出微波加熱處治瀝青路面車轍病害后，其滲水系數(shù)、壓實(shí)度及構(gòu)造深度均可滿足規(guī)定要求，具有良好的應(yīng)用價(jià)值，可達(dá)到恢復(fù)路面使用性能的目的。