基于微波加熱工藝的瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修及應(yīng)用效果探討

摘要：文章分析了瀝青路面工程中應(yīng)用微波加熱技術(shù)的常見工序，介紹了該技術(shù)的應(yīng)用特點，探討了應(yīng)用微波加熱技術(shù)開展瀝青路面修復(fù)時可能存在的問題，比較了微波加熱技術(shù)和環(huán)切重塑法在瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修中起到的效果差異。研究表明：微波加熱技術(shù)可能存在電能保障、過加熱、輻射泄漏等問題，因此須重視現(xiàn)場管理工作的開展；相較于傳統(tǒng)工藝而言，微波加熱工藝產(chǎn)生的廢石量相對較小，施工結(jié)束后路面高度差相對較小且工期較短，在瀝青路面工程的養(yǎng)護(hù)修復(fù)施工中具有良好的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；道路養(yǎng)護(hù)；微波加熱；修復(fù)效果

中圖分類號：U416.217" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.022

文章編號：1673-4874（2024）11-0068-03

0引言

瀝青路面作為施工周期短、應(yīng)用效果良好的路面硬化成型工藝，在很多路面工程中都得到大量應(yīng)用。瀝青路面前期應(yīng)用效果較好，但隨著時間的推移，很容易在地面負(fù)載的影響下出現(xiàn)路面開裂、路面鼓包等問題，進(jìn)而導(dǎo)致工程在應(yīng)用后期常常需要進(jìn)行大量維修養(yǎng)護(hù)以確保路面工程正常運(yùn)行。在傳統(tǒng)路面維修工程中，對瀝青路面采用的養(yǎng)護(hù)方式通常是環(huán)切重塑法，這種方法的原理在于切割鼓包、剔除開裂，而后重新制備瀝青料填滿被剝離的區(qū)域，進(jìn)而使瀝青路面能夠正常投入應(yīng)用。環(huán)切重塑法應(yīng)用過程中會產(chǎn)生大量的建筑垃圾，對環(huán)境產(chǎn)生一定污染，同時在已修復(fù)區(qū)域附近容易出現(xiàn)二次開裂問題，且施工周期較長，因而應(yīng)用效果不佳。

隨著科技發(fā)展，路面工程相關(guān)技術(shù)也得到了進(jìn)一步發(fā)展，其中路面微波加熱工藝在各種路面工程中逐漸得到應(yīng)用［1-5］。相較于傳統(tǒng)工藝而言，微波加熱工藝不需要切割、剔除路面，同時施工周期較短、養(yǎng)護(hù)時間也較短，對環(huán)境造成的污染相對更小，施工期間不會對道路交通產(chǎn)生明顯影響，因而具有良好的應(yīng)用前景。

本文介紹了瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修施工中，微波加熱工藝的應(yīng)用步驟，并提出技術(shù)應(yīng)用過程中的常見問題，進(jìn)而總結(jié)相應(yīng)的施工策略和管理方法，以期給有關(guān)從業(yè)人員帶來啟發(fā)。

1路面微波加熱技術(shù)的施工特征

1.1路面微波加熱技術(shù)的創(chuàng)新點

微波加熱技術(shù)應(yīng)用過程中，需要使用微波加熱設(shè)備來對路面表面下方8～12 cm的范圍進(jìn)行加熱，使材料熔化后自行流動，流動的材料會自發(fā)填充到風(fēng)化、裂縫或者鼓包的區(qū)域當(dāng)中，實現(xiàn)道路修復(fù)的效果。具體應(yīng)用在路面工程時，瀝青材料熔化后通常會有一定下沉，導(dǎo)致道路沉降，因而還需要將一定的乳化瀝青噴灑在路面上并進(jìn)行壓實，進(jìn)而提高道路工程應(yīng)用效果。環(huán)切重塑法和微波加熱技術(shù)應(yīng)用對比見圖1。

結(jié)合圖1可知，將傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)（環(huán)切后實施重塑）應(yīng)用在瀝青路面修復(fù)施工時，需要應(yīng)用切割機(jī)來粉碎受損的路面，而后再應(yīng)用新制備的瀝青材料進(jìn)行填充和壓實灑砂；微波加熱技術(shù)則是加熱路面下方的瀝青并實現(xiàn)重融以修復(fù)道路受損區(qū)域，最后噴灑乳化瀝青后壓實、灑砂來完成修復(fù)施工。兩種施工工藝都能夠有效解決路面工程起包、風(fēng)化、裂縫等問題，但環(huán)切重塑法應(yīng)用在路面工程時，道路必然出現(xiàn)環(huán)切縫等問題。與此同時，新配制的瀝青料和初次施工所應(yīng)用的瀝青料之間必然存在材料配比等差異，因而固化效果可能也會存在一些差異，后續(xù)在路面工程的進(jìn)一步應(yīng)用時，很容易由于后加入的瀝青與最初配制瀝青的材料配合比不同，導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)不同引發(fā)開裂，最終導(dǎo)致路面二次受損。

1.2路面微波加熱技術(shù)的實施

公路服役往往是長時間不間斷運(yùn)行，因而在實施公路路面修復(fù)時，就需要首先開展交通協(xié)調(diào)工作，避免車輛直接碾過路面修復(fù)區(qū)域，具體可以在施工位置附近設(shè)置醒目標(biāo)識。如果需要修復(fù)高速公路，則還需要在修復(fù)路段附近設(shè)置限速設(shè)備并做好周邊交通疏導(dǎo)。應(yīng)用微波加熱技術(shù)修復(fù)路面時，由于該技術(shù)施工周期和養(yǎng)護(hù)周期相對較短，因而修復(fù)持續(xù)時間相對更短，交通疏導(dǎo)工作的開展也不需要持續(xù)很長時間。完成路面養(yǎng)護(hù)維修施工之后，即可撤出施工設(shè)備，拆除限速牌等設(shè)施并恢復(fù)路面標(biāo)線。

實際應(yīng)用微波加熱技術(shù)修復(fù)路面工程時，除了上述的交通規(guī)劃等準(zhǔn)備工作以外，具體工序主要包含五個內(nèi)容：

（1）路面加熱重融。施工開始之前，應(yīng)當(dāng)運(yùn)輸相應(yīng)設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場，而微波加熱所用到的設(shè)備具有一定微波輻射效果，可能會對周圍過往人群產(chǎn)生負(fù)面影響，因而需要采取措施控制微波能量，避免可能造成的損害，通常會應(yīng)用天線、磁控管等，或搭建電磁屏障。當(dāng)路面修復(fù)已經(jīng)進(jìn)行到重融過程時，可以通過改性重融瀝青來提高后續(xù)路面工程應(yīng)用效果，例如可以結(jié)合所用材料性質(zhì)，加入塑化劑、穩(wěn)定劑等。目前瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修工程中通常應(yīng)用的微波加熱設(shè)備能夠加熱12～15 cm的路面，其中有效加熱深度應(yīng)≥8 cm。而當(dāng)前我國道路工程中，瀝青路面的單層瀝青通常厚度也在8～12 cm，因而微波加熱技術(shù)能夠有效應(yīng)用到瀝青路面的修復(fù)養(yǎng)護(hù)工作中。與此同時，還有部分公路會采用多層瀝青鋪設(shè)的施工方式，初期攤鋪的瀝青厚度常＞16 cm，處理該種路面的損傷問題時就應(yīng)當(dāng)應(yīng)用瀝青滲透效應(yīng)，或者進(jìn)行預(yù)破碎來提高處理深度，最終確保路面能夠恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

（2）乳化瀝青噴涂。噴涂乳化瀝青時，通?？梢詰?yīng)用高溫瀝青噴涂車進(jìn)行噴涂，噴涂開始之前加入調(diào)制好的塑化劑或者穩(wěn)定劑、活性劑等摻加物，混合均勻后在噴涂車形成的氣壓下噴涂至指定部位，修復(fù)路面沉降。噴涂乳化瀝青時，新制備的瀝青溫度較高，會在一定程度上加熱周圍的原有瀝青材料，也能一定程度地促進(jìn)瀝青料之間完成混合。從這一點來看，噴灑高溫狀態(tài)下的乳化瀝青也會對前一步加熱重融產(chǎn)生影響，因而還需要確保瀝青噴涂過程嚴(yán)格符合施工標(biāo)準(zhǔn)。

（3）撒砂。撒砂工藝的目的在于進(jìn)一步提升路面摩擦力，確保養(yǎng)護(hù)完成后的路面工程能夠快速投入應(yīng)用。具體開展這一工藝時應(yīng)當(dāng)注意即時性和均勻性，確保在完成乳化瀝青噴涂之后快速而均勻地撒砂。環(huán)切重塑法工藝當(dāng)中也存在撒砂工藝，兩者之間并無差別，但微波加熱技術(shù)會應(yīng)用相對先進(jìn)的養(yǎng)護(hù)車，可以依托養(yǎng)護(hù)車，在噴涂乳化瀝青的同時完成撒砂，節(jié)約時間。

（4）壓實。完成撒砂工藝之后，為確保路面工程質(zhì)量，還需要壓實路面。具體開展這一工藝時需要通過選擇合適的振動強(qiáng)度、調(diào)整適當(dāng)?shù)膲郝窓C(jī)工況來確保路面壓實效果。相較于環(huán)切重塑法而言，微波加熱法對于壓實的質(zhì)量要求更高。

（5）養(yǎng)護(hù)。完成路面壓實后，還需要開展養(yǎng)護(hù)來使得瀝青正常固化，最終達(dá)成路面修復(fù)效果，這一點和環(huán)切重塑法中的養(yǎng)護(hù)措施并無明顯差異。

2微波路面加熱工藝存在的問題與應(yīng)對

2.1路面瀝青過加熱現(xiàn)象

瀝青作為一種不完全玻璃質(zhì)，屬于有機(jī)液體物質(zhì)，具有較高的黏度，同時在周圍溫度提升時會出現(xiàn)熱分解甚至變性效果，微波路面加熱工藝應(yīng)用時如果加熱效果不足，往往會導(dǎo)致修復(fù)效果不佳；而溫度過高又會導(dǎo)致瀝青變質(zhì)，導(dǎo)致施工效果不好。瀝青的有機(jī)變質(zhì)析出曲線如圖2所示。

由圖2可見，瀝青有機(jī)質(zhì)的變性過程會受到加熱所用的溫度、時間影響。其中，溫度會通過影響氣體析出速度來影響有機(jī)質(zhì)的變性析出速度，而析出速度在220 ℃、450 ℃、760 ℃時分別達(dá)到一個峰值，在220 ℃時達(dá)到最大值。由此可見，加熱過度導(dǎo)致瀝青變性并非僅僅是由于溫度過高，而是當(dāng)溫度處在220 ℃附近時會導(dǎo)致瀝青加速變性，當(dāng)溫度達(dá)到400 ℃左右時則會在一定程度上抑制瀝青變性效果。

2.2微波泄漏事故風(fēng)險

國家相關(guān)規(guī)定要求施工過程中產(chǎn)生的微波背景輻射應(yīng)當(dāng)控制在＜5 mW/cm2，而養(yǎng)護(hù)車輛在直接開始微波加熱操作時產(chǎn)生的輻射通常高于這一數(shù)值，因而需要應(yīng)用屏蔽網(wǎng)來覆蓋微波加熱相關(guān)部件，同時設(shè)置四角定位來降低微波泄漏效果。此外，還可以設(shè)置雙重屏蔽門來進(jìn)一步確保安全性。需要打開屏蔽門時，開啟一道則必須要首先關(guān)閉另一道，確保始終有一道屏蔽門處于關(guān)閉狀態(tài)。通常經(jīng)過上述防范措施后，殘留的微波背景輻射值能夠始終控制在＜3 mW/cm2，進(jìn)而避免微波泄漏事故。但如果設(shè)備發(fā)生故障，則依舊存在微波泄漏事故發(fā)生風(fēng)險，具體情況展示見圖3。

由圖3可知，在實際開展微波加熱工藝時，通常在沒有誤操作、違章指揮或者違章操作時，屏蔽門不會出現(xiàn)故障或者損壞問題，因而首先應(yīng)當(dāng)確保相應(yīng)工作人員能夠充分明確操作規(guī)章流程，確保工作人員能夠嚴(yán)格按章執(zhí)行。在此基礎(chǔ)上，還需要強(qiáng)化安全管理工作，例如部分需要進(jìn)入輻射范圍內(nèi)作業(yè)的工作人員在進(jìn)入輻射范圍之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范穿戴防護(hù)措施，檢查無誤后方可進(jìn)入輻射區(qū)域。

2.3大功率的現(xiàn)場電能保障問題

瀝青路面養(yǎng)護(hù)車輛運(yùn)行時對電力有較高要求，尤其是執(zhí)行微波加熱工藝時的電需求量更大，因而需要進(jìn)行外部供電以確保工作正常運(yùn)轉(zhuǎn)。高速公路施工過程常常在相對偏遠(yuǎn)的位置施工，路面有時難以提供供電條件，或者供電不足以支持設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對此，還應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)備和養(yǎng)護(hù)車輛配套的移動發(fā)電車進(jìn)行供電。

3微波加熱的實施效果分析

文章案例選取的高速公路路段上包含4處鼓包類損傷和6處風(fēng)化類損傷，需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的面積最大為636 m2，最小為24 m2。文章選擇5處損傷應(yīng)用微波加熱工藝，另外5處損傷則采用切割重塑工藝養(yǎng)護(hù)，而后對比兩組損傷的養(yǎng)護(hù)效果，結(jié)果展示見表1。

結(jié)合表1數(shù)據(jù)可得，微波加熱工藝和傳統(tǒng)切割工藝所處理的路段面積相差不大，分別為1 221 m2和1 237 m2。后者修復(fù)共用時141 d，同時產(chǎn)生147.43 m3廢石，而前者修復(fù)共用時80 d，同時產(chǎn)生5.15 m3廢石。應(yīng)用SPSS對數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，結(jié)果見表2。

在表2數(shù)據(jù)當(dāng)中，養(yǎng)護(hù)過程中的平均工效可以通過修復(fù)面積除以完成時間獲取，同時產(chǎn)生廢石產(chǎn)生量認(rèn)為是廢石總量除以修復(fù)面積的數(shù)值，而后應(yīng)用平均加權(quán)法進(jìn)行計算，公式為：加權(quán)平均值=∑（單獨修復(fù)地塊面積/修復(fù)總面積）×誤差率。

經(jīng)計算可知，表2數(shù)據(jù)對比下，路塊面積的t值＞10，具體為89.635，除此之外的三項數(shù)據(jù)均具有明顯的統(tǒng)計學(xué)差異，即t＜10.000，P＜0.01。

由此可知，微波加熱工藝相較于傳統(tǒng)的切割策略而言，平均標(biāo)高的誤差得到有效降低，節(jié)約的廢石量為傳統(tǒng)工藝產(chǎn)生廢石量的28倍，同時微波加熱工藝的平均工效提高了約1.74倍。除此之外，微波加熱工藝中最終獲取的廢石并非切割路面所得，而是在工藝完成后清掃路面收集的。綜上所述，相較于傳統(tǒng)環(huán)切重塑法，微波加熱法在瀝青路面修復(fù)維護(hù)中具有更好的應(yīng)用效果。

4結(jié)語

微波加熱法在瀝青路面保養(yǎng)維修中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，具體體現(xiàn)為修復(fù)后路面高度差較小、工效較高、施工周期較短，同時產(chǎn)生的廢石量也顯著減少。但當(dāng)前該技術(shù)應(yīng)用過程中也可能會出現(xiàn)電能保障困難、微波輻射風(fēng)險以及過加熱等問題，影響修復(fù)工作開展。其中，電能保障和輻射風(fēng)險都可通過嚴(yán)格遵守施工規(guī)范、開展有效現(xiàn)場管理等方式加以避免，因而微波加熱工藝具有更好的應(yīng)用效果，具備推廣應(yīng)用價值。

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作者簡介：李波（1982—），工程師，研究方向：道路與橋梁工程。

收稿日期：2024-05-16