浅析微波加热技术在沥青路面养护中的应用

浅析微波加热技术在沥青路面养护中的应用
沥青路面因其行车舒适、噪音小、平整度良好等优势在高速公路建设中得到了广泛应用。

然而，在车辆荷载和自然因素的长期作用下，路面病害时常发生，尤其是裂缝、车辙、坑槽等较为普遍。

传统热补方法存在施工周期长、交通影响大、施工效率低等不足，微波加热技术作为一种新型的路面修补方法，其是一种修补迅速、效果良好的沥青路面养护技术，该技术可有效克服传统热补方法缺点，将其用于旧路养护维修具有重要的现实意义。

为此，本文在充分了解微波加热基本原理的基础上，分析了沥青混合料微波加热修复后的路用性能变化情况，并结合具体案例，探讨了微波加热技术在沥青路面养护中的应用要点。

标签：微波加热技术;沥青路面;养护维修;基本原理
1微波加热的基本原理
微波作为电磁波的一种常见类型，其频率范围为300兆兹～300千兆兹。

在微波加热中，主要分子组成成分为偶极子。

偶极子两端电荷为正、负电，性质各不相同。

在无电场条件下，偶极子的分布呈无序、杂乱状态，如图1。

当介质材料偶极子处于直流电场条件下，受两端电荷性质制约，偶极子排列顺序有所改变，呈规律性分布。

因此，在交流电场影响下，改变电场方向，偶极子的方向也将随之改变，如图2。

在偶极子方向变动中，周围分子及分子热运动均会对其变动造成影响，从而产生摩擦效应，在此条件下，分子可获取能量，并以热能形式体现，即升温。

研究表明，外加电场变化频率、电场强度均会对热量造成一定影响。

当电场变化频率增加，偶极子的摆动频率也会随之增加，同时热量也会由此增加，三者呈正比关系[1]。

2沥青混合料路用性能变化情况
2.1高温性能
采用微波加热技术修复后的沥青混合料性能存有一定变化，针对其高温性能本文采用60 ℃车辙试验进行评定分析。

车辙板试样尺寸为300 mm×300 mm×30 mm，在车辙板上橡胶轮（0.7M Pa压力）往返运动的频率为42次/min，测定其动稳定度。

检测结果为修复前动稳定度为6500次/min，修复后为7600次/min，由此可见，沥青混合料经微波加热修复后，其动稳定度大幅提升。

原因在于2点，第一，微波加热导致的老化问题并不严重，提升了抗变形能力。

第二，沥青混合料微波加热之后，再次经碾压施工后，大幅降低了混合料的空隙率和密实度，同样会增强抗变形能力[2]。

2.2低温性能
在低温性能检测中，本文采用了低温弯曲试验，以-10 ℃为试验温度，250 mm×30 mm×35mm为试件尺寸，50 mm/min为加载速率。

修复前，弯拉应变为
3500με;修复后，彎拉应变为2800με。

沥青混合料经微波加热后，可大幅降低其低温性能。

但相比现行规范要求2500με，修复后仍可满足规定[3]。

2.3水稳定性
当沥青混合料内部浸入雨水后，将会引发大量病害，增加水损坏程度。

因此，本文针对水稳定性检测，采用了两种试验方法，即浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验。

（1）浸水马歇尔试验。

在60 ℃水内，将沥青混合料马歇尔试件浸泡2 d，以此测取残留马歇尔稳定度。

（2）冻融劈裂试验。

在真空条件下，浸泡试件15 min，待恢复压力达到环境标准后，在水内浸泡试件30 min，随后在冰箱低温条件下（-18 ℃）进行16 h 冷冻存放，之后取出试样，浸泡热水（60 ℃）1 d。

最后，在25 ℃水内放置试样2 h，按照加载速率50 mm/min进行试验分析。

通过上述2项试验，可获取结果如表1所示。

由此可见，沥青混合料经微波加热处理后，将会影响混合料的水稳定性能。

但整体来讲，降低幅度不大，仍可达到规范要求。

修复后残留稳定度为82.00%，大于规范值≥80.00%，满足规定。

修复后冻融劈裂强度比为84.20%，大于规范值≥75.00%，满足规定。

通过上述分析，沥青混合料经微波加热处理后，高温性能、低温性能、水稳定性均受到一定影响，但均处于规范要求以内，具有可行性。

3工程概况
某高速公路工程全长143.57 km，其中一路段病害情况较多，如车辙、坑槽、横向裂缝等，为检验微波加热修复技术效果，选取其中650m为试验段，起讫桩号为K000+000～K000+650。

路面损坏分布情况如表2所示。

3.1车辙修复
经勘查分析可知，本路段多为失稳型车辙病害，在微波加热处理后，可直接采用压路设备进行碾压施工，主要施工流程如下：
（1）针对车辙病害区域，先清理干净，保证无杂物、积水等情况。

（2）微波加热车就位，按照120～150 ℃要求进行病害部位加热处理[4]。

（3）针对车辙病害严重程度，适当掺加填料。

（4）新添加材料处，可采用专用设备或工具进行整平、摊铺施工。

（5）采用相应的压路设备进行碾压施工。

（6）达到设计要求后，便可开放交通。

3.2裂缝修复
受施工材料、施工气温、交通量、行车荷载等多方因素制约，沥青路面裂缝产生的原因也多种多样，甚至是由多种原因共同引发病害。

根据微波加热技术原理，在修复裂缝病害时，可在灌缝前，先快速预热裂缝四周的原有材料，灌注施工后，通过微波加热处理的部位，将有效增强其周围原有材料和灌缝料之间的粘结性能，具体施工流程为：清理裂缝部位—微波养护设备就位—加热路面—沥青灌注—开放交通。

3.3坑槽修复
（1）在施工现场指定位置停放微波养护车，在病害部位布设加热装置，随后启动加热装置，按照路面深度情况，准确确定加热时间，加热温度控制在120～150 ℃。

加热时间不宜太久，防止沥青老化严重，对养护效果造成不利影响。

（2）沥青混合料加热后，需翻松坑槽病害处的原有材料[5]。

（3）按照0.5 L/m2的喷洒量均匀喷洒乳化沥青，在此阶段同时可进行翻拌处理，增加混合料的均匀度。

（4）依据坑槽病害实际情况，将一定量热拌沥青混合料掺加到位，保证摊铺质量。

（5）碾压时采用小型压实设备即可，保证路面平整度满足施工要求，并与旧路面高度一致。

（6）待各项指标满足设计要求后，即可开放交通。

4结语
综上所述，自改革开放以来，我国经济迅速腾飞，公路建设取得了令人瞩目的成绩，通车里程逐年增长。

截至2019年年末全国公路总里程501.25万km，高速公路里程14.96万km，位居世界第一。

沥青路面因其自身优势在高速公路建设中得到了广泛应用，然而，在行车荷载等因素长期影响下，路面病害情况加剧，常见路面损坏形式包括坑槽、车辙、裂缝等，如何快速、有效修复路面病害，改善路面使用性能成为了当前亟待解决的问题。

微波加热技术用于旧路病害养护维修，可大幅提高施工效率，且具有良好应用效果[6]。

参考文献
[1] 蔡园，冯旭，熊锐，等.吸波沥青混合料在路面工程中的应用研究进展[J].公路交通技术，2017（4）：32-36.
[2] 李峰.微波用于沥青混合料加热的优势分析[J].北方交通，2017（7）：137-139.
[3] 钱璞，李龙龙.沥青路面养护中微波加热技术的应用[J].交通标准化，2011（15）：69-72.
[4] 张天琦，焦生杰.在沥青路面养护中应用微波加热的安全性[J].筑路机械与施工机械化，2019（6）：103-109.
[5] 吴宝良.微波加热技术在沥青路面综合养护车上的应用[J].科技与企业，2013（13）：266.
[6] 李永旭.基于微波加热就地热再生技术在沥青路面养护中的应用[J].交通世界（建养.机械），2014（3）：96-97.。