微波養(yǎng)護(hù)車在瀝青路面坑槽修補(bǔ)中的應(yīng)用

張雷鳴

摘 要：【目的】研究微波養(yǎng)護(hù)車在坑槽修補(bǔ)中的應(yīng)用?！痉椒ā恳云胀▏?guó)省道日常養(yǎng)護(hù)坑槽修補(bǔ)為工程背景，采用室內(nèi)模擬與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的方法對(duì)微波養(yǎng)護(hù)車的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及技術(shù)亮點(diǎn)進(jìn)行研究。【結(jié)果】探明了微波坑槽修補(bǔ)的作用機(jī)理，提高了熱挖熱補(bǔ)的界面黏結(jié)強(qiáng)度，計(jì)算得出微波輻射值平均為0.57 mW/cm?，安全環(huán)保。依托徐州S344新徐大道進(jìn)行微波養(yǎng)護(hù)車坑槽修補(bǔ)應(yīng)用，坑槽修補(bǔ)可節(jié)約時(shí)間15 min，可實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)交通。【結(jié)論】研發(fā)的JCM100E微波熱風(fēng)養(yǎng)護(hù)車在蘇州、徐州等地區(qū)開展了工程應(yīng)用，提高了公路養(yǎng)護(hù)管理水平。

關(guān)鍵詞：JCM100E微波養(yǎng)護(hù)車；瀝青路面；坑槽修補(bǔ)；效益分析

中圖分類號(hào)：TU312.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1003-5168（2024）06-0070-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.06.014

Application of Microwave Maintenance Vehicle in Repairing Pits on

Asphalt Pavement

ZHANG Leiming

（Nanjing Public Engineering Construction Center， Nanjing 210019， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to study the application of microwave curing vehicles in pit repair.[Methods] Based on the engineering background of daily maintenance pothole repair of ordinary national and provincial highways， the key technical parameters and technical highlights of microwave maintenance vehicles are studied by means of indoor simulation and field application. [Findings] The mechanism of microwave pit repair has been explored， and the interfacial bonding strength of hot excavation and repair has been improved. The average microwave radiation value calculated is 0.57 mW/cm?， which is safe and environmental-friendly. Relying on the S344 Xinxu Avenue in Xuzhou， a microwave maintenance vehicle was applied to repair the pit and groove. The pothole repair can save 15 minutes and achieve rapid traffic recovery. [Conclusions] The JCM100E microwave hot air maintenance vehicle developed has been applied in engineering projects in Suzhou， Xuzhou， and other regions， improving the level of highway maintenance management.

Keywords： JCM100E microwave maintenance vehicle; asphalt pavement; pothole repair; benefit analysis

0 引言

瀝青路面作為典型的路面結(jié)構(gòu)，在服役周期內(nèi)會(huì)出現(xiàn)不同類型的病害，嚴(yán)重影響人們的出行，其中坑槽在瀝青路面服役早期頻發(fā)。謝會(huì)申［1］對(duì)坑槽的形成原因與關(guān)鍵修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行了研究。常見的坑槽修補(bǔ)材料有熱拌和冷拌混合料，其中冷拌混合料有磷酸鎂水泥、冷補(bǔ)瀝青混合料，熱拌混合料有環(huán)氧樹脂RAP材料、熱拌瀝青混合料等［2-5］。王超群和原磊［6-7］圍繞坑槽產(chǎn)生的原因、破壞機(jī)理以及相應(yīng)的修補(bǔ)方法進(jìn)行研究，研究提出主要坑槽修補(bǔ)工藝有熱挖熱補(bǔ)和冷切冷補(bǔ)技術(shù)。針對(duì)傳統(tǒng)坑槽修補(bǔ)工藝存在的問(wèn)題，微波坑槽修補(bǔ)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。王鍇［8］研究了微波敏感材料在坑槽修補(bǔ)中的應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)微波加熱5 min混合料溫度可達(dá)到130 ℃，加熱效率顯著。劉春生等［9］對(duì)微波加熱技術(shù)中的加熱深度、加熱效率等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，提出了坑槽修補(bǔ)工藝。王健等［10］基于微波加熱技術(shù)，分析了微波坑槽修補(bǔ)在高等級(jí)公路瀝青路面中的應(yīng)用效果。

針對(duì)傳統(tǒng)坑槽修補(bǔ)存在的接縫、水損害頻發(fā)情況，本研究依托徐州S344新徐大道微波坑槽修補(bǔ)工程，對(duì)JCM100E微波養(yǎng)護(hù)車養(yǎng)護(hù)工藝進(jìn)行研究。

1 JCM100E微波養(yǎng)護(hù)車

針對(duì)公路瀝青路面水損害引發(fā)的坑槽類病害，為提高路面養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和達(dá)到快速開放交通的目的，項(xiàng)目組聯(lián)合徐工研發(fā)了JCM100E微波養(yǎng)護(hù)車，該設(shè)備由底架、加熱攪拌系統(tǒng)、熱瀝青系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。①加熱攪拌系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對(duì)瀝青混合料進(jìn)行均勻加熱、攪拌，施工時(shí)應(yīng)設(shè)置熱風(fēng)循環(huán)加熱，提高熱能利用率，減少煙塵排放，料倉(cāng)外壁應(yīng)設(shè)置保溫層。設(shè)置除塵裝置，減少加熱攪拌過(guò)程中的煙塵排放。②熱瀝青系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有加熱、儲(chǔ)存、噴灑瀝青功能，設(shè)置兩路瀝青出口，一路進(jìn)入加熱系統(tǒng)，以滿足在加熱過(guò)程中添加熱瀝青，另一路通過(guò)電加熱軟管把瀝青噴灑到坑槽中。③上料系統(tǒng)。其具有自動(dòng)上料功能，上料斗容積>200 kg。④電氣控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)整臺(tái)設(shè)備的智能化運(yùn)行，具有關(guān)鍵參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制、故障報(bào)警、連鎖保護(hù)等功能。JCM100E微波養(yǎng)護(hù)車的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2 關(guān)鍵技術(shù)亮點(diǎn)

2.1 工作機(jī)理

微波養(yǎng)護(hù)車坑槽修補(bǔ)時(shí)，其發(fā)射的電磁波到達(dá)路面后，由于傳導(dǎo)介質(zhì)（外部環(huán)境與材料）的阻抗不同，一部分電磁波會(huì)率先在路面表面發(fā)生反射，一部分則進(jìn)入到路面的內(nèi)部隨著面層材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)或自身性質(zhì)的影響而被吸收或轉(zhuǎn)換成其他形式的能量而損耗，剩余部分則透過(guò)材料繼續(xù)進(jìn)行傳遞。由于瀝青不吸收微波，依靠骨料間接加熱，微波產(chǎn)生的能量主要由集料吸收，通過(guò)熱傳導(dǎo)加熱瀝青，使得面層混合料松散，避免了瀝青老化、烤焦現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)無(wú)煙和綠色環(huán)保。

要使路面材料吸收電磁波必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：①當(dāng)電磁波射到路面時(shí)，電磁波進(jìn)入路面內(nèi)部，而不是被反射；②當(dāng)電磁波進(jìn)入路面內(nèi)部時(shí)，電磁波需被快速的吸收，路面材料應(yīng)滿足衰減匹配，具有較高的電磁損耗特性。因此，為提高微波坑槽修補(bǔ)的效率，可在冷補(bǔ)料中添加微波敏感材料，從而提高微波養(yǎng)護(hù)車的工作效率。

2.2 高效環(huán)保，無(wú)損養(yǎng)護(hù)

相較于傳統(tǒng)的加熱方式，采用微波養(yǎng)護(hù)車坑槽修補(bǔ)方式具有穿透能力強(qiáng)、加熱均勻性好、路面各結(jié)構(gòu)層溫度梯度小等優(yōu)勢(shì)，避免了傳統(tǒng)加熱導(dǎo)致的瀝青老化和環(huán)境污染問(wèn)題。

2.3 熱挖熱補(bǔ)，界面黏結(jié)強(qiáng)度高

微波養(yǎng)護(hù)車坑槽修補(bǔ)采用熱挖熱補(bǔ)的工藝，微波就地加熱原路面及新加瀝青混合料，施工工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保性好，同時(shí)，新加入的微波敏感瀝青混合料能夠有效地與坑槽周圍充分黏結(jié)，黏結(jié)力比傳統(tǒng)修補(bǔ)工藝提高了50%左右，熱補(bǔ)與冷補(bǔ)接縫強(qiáng)度對(duì)比如圖1所示。

2.4 安全可靠

微波養(yǎng)護(hù)車在坑槽修補(bǔ)過(guò)程中對(duì)微波加熱墻工作過(guò)程中的微波輻射情況進(jìn)行測(cè)試，微波輻射值平均為0.57 mW/cm?，微波泄漏遠(yuǎn)小于《作業(yè)場(chǎng)所微波輻射衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB1043—89）要求的5 mW/cm?，具有較高安全性。微波養(yǎng)護(hù)車的微波發(fā)射腔周邊配備微波防泄漏裝置，可有效避免微波輻射范圍的擴(kuò)散，微波輻射值與家用電器差不多，確保了設(shè)備的使用安全。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

S344新徐大道作為徐州市省道，貫通徐州市的重工業(yè)基地，由于物流貿(mào)易發(fā)達(dá)，重型車輛較多，瀝青路面損壞嚴(yán)重，遇雨水天氣，坑槽量銳增，如何對(duì)坑槽類進(jìn)行修補(bǔ)成為養(yǎng)護(hù)管理單位面臨的難題。

在S344新徐大道日常養(yǎng)護(hù)中，其坑槽修補(bǔ)的工程量為1 500 m2/年，養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)80萬(wàn)元/年，傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)模式為坑槽冷補(bǔ)，養(yǎng)護(hù)質(zhì)量較差，易出現(xiàn)屢修屢壞、屢壞屢修的情況。針對(duì)坑槽類病害的修補(bǔ)，項(xiàng)目組將微波養(yǎng)護(hù)車進(jìn)行了工程應(yīng)用，并對(duì)養(yǎng)護(hù)效果進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)。

3.2 微波養(yǎng)護(hù)車坑槽修補(bǔ)工藝

微波養(yǎng)護(hù)車應(yīng)用于坑槽修補(bǔ)的施工流程為：施工前準(zhǔn)備—施工控制區(qū)設(shè)置—清理坑槽—噴乳化瀝青—添加新料（微波輔助加熱填料）—微波加熱—耙松整平—碾壓—開放交通，具體步驟如下。

①施工前準(zhǔn)備。材料要求準(zhǔn)備：冷拌瀝青混合料、乳化瀝青；設(shè)備（工具）準(zhǔn)備：微波綜合養(yǎng)護(hù)車、耙子、紅外線測(cè)溫儀、三米直尺、鐵鍬、掃帚等；人員準(zhǔn)備要求：交通安全疏導(dǎo)員、工人、操作手等；天氣要求：室外氣溫低于10 ℃，雨雪天氣不宜進(jìn)行坑槽修補(bǔ)工作。

②施工控制區(qū)的設(shè)置。按交通規(guī)范要求設(shè)置警告區(qū)、上游過(guò)渡區(qū)、緩沖區(qū)、作業(yè)區(qū)、下游過(guò)渡區(qū)、終止區(qū)等控制區(qū)，控制區(qū)布設(shè)安全警示標(biāo)志，由專人指揮交通。

③清理坑槽。按照“圓洞方補(bǔ)、斜洞正補(bǔ)”的原則，確定坑槽的修補(bǔ)范圍，并將坑槽清理干凈。

④噴灑乳化瀝青。根據(jù)坑槽維修范圍，計(jì)算乳化瀝青的用量，將乳化瀝青均勻?yàn)⒉加诳硬鬯闹芎涂硬鄣撞俊?/p>

⑤添加新料。待乳化瀝青破乳后，將適量的預(yù)制冷料（微波輔助加熱填料）添加到坑槽內(nèi)，將預(yù)制松散冷料均勻攤平。

⑥微波加熱。將加熱墻從微波綜合養(yǎng)護(hù)車上移出、放平，將微波加熱墻對(duì)準(zhǔn)坑槽，通過(guò)控制面板設(shè)定坑槽修補(bǔ)面積，啟動(dòng)微波裝置對(duì)路面進(jìn)行加熱，直至路面溫度在130～160 ℃之間。

⑦耙松整平。移開微波加熱墻，采用鐵鍬將松軟的瀝青混合料均勻耙松，處置深度為5～10 cm，耙松整平過(guò)程中，應(yīng)保證混合料均勻，避免集料離析。

⑧碾壓。對(duì)平整好的坑槽進(jìn)行碾壓，碾壓順序?yàn)橛蛇吘壪蛑虚g，確保接縫位置的平整度較好，壓實(shí)度應(yīng)大于96%。

⑨開放交通。待鋪筑好的混合料溫度與原路面溫度相同時(shí)，便可開放交通。

4 綜合效益分析

4.1 坑槽修補(bǔ)工序?qū)Ρ?/p>

將微波坑槽修補(bǔ)和傳統(tǒng)冷切熱補(bǔ)工序時(shí)間差異進(jìn)行對(duì)比，相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

由表2可知，采用微波養(yǎng)護(hù)車進(jìn)行坑槽修補(bǔ)時(shí)，單個(gè)坑槽修補(bǔ)時(shí)間為35 min，而采用傳統(tǒng)冷切熱補(bǔ)進(jìn)行坑槽修補(bǔ)時(shí)，單個(gè)坑槽修補(bǔ)時(shí)間為50 min。將微波養(yǎng)護(hù)車應(yīng)用于坑槽修補(bǔ)可節(jié)約時(shí)間15 min，并可快速恢復(fù)交通。

4.2 與傳統(tǒng)道路養(yǎng)護(hù)車對(duì)比

將微波養(yǎng)護(hù)車與傳統(tǒng)道路養(yǎng)護(hù)車應(yīng)用于坑槽修補(bǔ)工作的情況進(jìn)行對(duì)比分析，見表3。

綜合傳統(tǒng)的道路養(yǎng)護(hù)車與微波養(yǎng)護(hù)車工作性能對(duì)比情況可知，使用瀝青路面微波養(yǎng)護(hù)車進(jìn)行坑槽修補(bǔ)，可顯著降低養(yǎng)護(hù)施工成本，增加施工環(huán)保性，縮短施工周期，降低勞工強(qiáng)度，提高路面養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，延長(zhǎng)路面使用壽命。

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，可實(shí)現(xiàn)微波熱風(fēng)復(fù)合加熱技術(shù)在瀝青路面大面積病害快速養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域的工程應(yīng)用。進(jìn)行修補(bǔ)工作時(shí)，將微波熱風(fēng)雙熱源輸入，可有效避免瀝青的烤焦老化現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)舊料的高效高質(zhì)量再生。該施工方式綠色環(huán)保，瀝青煙氣、粉塵的排放量??；靜音發(fā)電機(jī)組使用，滿足夜間施工的環(huán)保要求。上述措施的實(shí)施，有利于實(shí)現(xiàn)舊料的高效高質(zhì)量再生，使瀝青道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)向綠色、環(huán)保、高質(zhì)方向推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)瀝青路面病害的高質(zhì)量養(yǎng)護(hù)，推動(dòng)瀝青路面綠色施工技術(shù)的發(fā)展。

JCM100E微波養(yǎng)護(hù)車集成了獨(dú)創(chuàng)微波加熱、高效均勻攪拌、高效環(huán)保等技術(shù)，具有綠色環(huán)保、安全可靠等特點(diǎn)。該產(chǎn)品在蘇州、呼和浩特、長(zhǎng)春、徐州、錦州等地區(qū)開展了工程應(yīng)用和施工演示，得到了用戶的廣泛認(rèn)可，普遍認(rèn)為該設(shè)備坑槽修補(bǔ)質(zhì)量好、施工效率高、施工環(huán)保、操作方便、安全可靠，能夠很大程度減少養(yǎng)護(hù)成本，提高公路養(yǎng)護(hù)管理水平。

5 結(jié)論

本研究針對(duì)坑槽修補(bǔ)出現(xiàn)的問(wèn)題，依托S344新徐大道日常養(yǎng)護(hù)工程微波養(yǎng)護(hù)車開展坑槽修補(bǔ)工作，通過(guò)對(duì)微波養(yǎng)護(hù)車養(yǎng)護(hù)工藝進(jìn)行綜合效益評(píng)估，主要得出以下結(jié)論。

①通過(guò)微波坑槽修補(bǔ)，界面黏結(jié)力提高50%，微波輻射值平均為0.57 mW/cm?，安全環(huán)保。

②微波熱風(fēng)養(yǎng)護(hù)車應(yīng)用于坑槽修補(bǔ)可節(jié)約時(shí)間15 min，可快速恢復(fù)交通。微波加熱，可避免瀝青老化，同時(shí)使用靜音發(fā)電機(jī)組，也滿足夜間施工的環(huán)保要求。

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