浅析微波加热技术在沥青路面修补中的应用

摘要：微波加热技术是一项路面养护的新技术，本文介绍了微波加热技术修补沥青路面的施工步骤，以及微波加热技术的优点和施工时应注意的事项和局限性，最后提出微波加热技术的关键点和发展方向。

关键词：微波加热技术沥青路面 热修补 养护

由于沥青路面良好的路用性能，沥青混凝土路面在公路路面中所占的比重越来越高，我国高等级公路中沥青路面占90％以上。沥青路面在长期的使用过程中,由于日晒雨淋和车辆长期作用的结果, 不可避免会出现各种各样的损坏。诸如坑槽、拥包、网裂和松散为表现形态的各种病害。严重影响道路的通行效率, 且是不安全的重要因素之一如何保证沥青路面的养护质量，在沥青路面出现病害时，采取有效的方法或手段，及时地进行修复，同时对旧沥青混合料进行再生利用，又不使旧沥青混合料老化而降低混合料的路用性能，是沥青路面养护工作中的一项重要课题。道路管理和养护部门迫切需要一种先进的沥青路面养护工艺及其配套的机械设备来解决这些问题。沥青路面的病害的修复方法, 一般主要有常温修补或热修补方法。常温修补的方法主要是利用人工或机械方式直接挖掘破损路面, 然后添加、压实新沥青混合料; 而热修补则是先对沥青路面进行加热,使混合料变为松软状态再进行铲挖。

1 微波加热技术简介

利用微波能加热和烘干沥青料及加热修补沥青路面的方法, 在20世纪80年代国外一些发达国家就已经开始尝试了。经研究发现, 微波加热沥青路面最大深度可达125 mm, 而且不会把表面烧焦。此外,路面材料经微波处理后沥青料与聚焦料的结合黏性有明显的改善。沥青路面在修补中由于采用快速加热, 不但可以减轻沥青材料的老化, 而且修补后的沥青表面抗水腐性能有所增强, 这样就可以进一步保证路面的修补质量。同时, 微波加热技术在沥青路面修补中的使用带来的经济效益也是非常可观的。据估算, 微波加热再生沥青路面比传统加热方法要节省30%～40%的费用。微波加热技术还有一些特殊的应用, 如壶形坑洞的修补、纵向路面接缝的加热和修补、乳化沥青的加热拌和等。

1.1微波加热系统的主要构成

（1）微波加热系统是由磁控管、电源、波导、天线或谐振腔以及微波隔离装置构成； （2）磁控管是真空电子管的一种，通常作为微波能发生器；磁控管按工作状态分，分为脉冲磁控管和连续波磁控管，微波加热主要采用连续波磁控管；（3）电源是驱动磁控管起振并产生微波的装置；（4）波导承担微波的传送；（5）天线负责发射微波；（6）炉腔是微波加热的腔体；（7）微波隔离装置包括微波屏蔽炉门或微波屏蔽装置等。

1.2微波加热技术施工的主要步骤

a) 路面加热。 使用路面加热设备加热路面，由于微波的特性，最大加热深度可以达到15～18，加热效果最好是8～12。

b) 添加活性剂。 微波路面养护设备上面带有乳化沥青喷洒装置，用气压原理把乳化沥青喷洒在翻松的沥青混凝土上。

c) 加入新的沥青混合料。 威特综合养护车如微波王、风驰上带有沥青混合料加热装置，只需用做好的混合料块加热就可以了。

d) 压实。 微波王、灵特养护车上面都带有压路机。根据病害大小选择冲击夯或压路机对中层进行碾压。

e) 洒沙。 为了提高路面表面的抗滑能力，提早开放交通，最好在压好的路面上均匀喷洒少量的乳化沥青，并撤上一层干净的细砂。

2 微波加热技术的特点

热修补技术主要有红外线加热技术和微波加热技术，本文主要就这两种加热技术进行比较。虽然目前红外加热技术在沥青路面现场维修中到广泛使用, 但由于采用连续辐射加热方式, 在对沥青路面加热时, 一方面路面面层会被烧焦, 另一方面, 路面内层没有达到施工温度, 降低了路面的实际施工质量。而微波加热则可以弥补传统加热方法的不足, 更适合于沥青路面现场维修。经过对微波加热技术的使用与研究发现, 微波加热沥青材料具有以下显著优点:

a) 生产效率高。微波加热是使加热物体本身成为发热物体, 不需要热传导过程, 特别适合短时间内对热传导较差的物质迅速加热的要求。微波加热迅速, 热惯性小, 加热均匀, 特别适宜有严格加热规范的领域。因此, 应用微波加热沥青材料可显著提高路面维修的生产效率, 提高路面质量.

b) 控制及时。采用微波加热, 接通电源几分钟即可正常运转, 调整微波输出功率, 物料的加热情况立即无惰性地改变, 便于进行自动控制和连续生产。电磁波的穿透力均匀, 不论物体形状如何, 都能被微波均匀穿透, 不会产生外层烧焦而内层未加热的现象。

c) 热效率高。目前, 微波系统将50 Hz 的交流电转换成材料中的热, 效率通常在90%左右, 随着微波管效率的提高将进一步提高微波加热的效率。

d) 微波加热清洁卫生, 无污染。只要满足一定的技术规范和卫生标准, 采用合适的防泄漏措施, 使用微波是安全的。采用微波加热沥青将使旧沥青的回收效率进一步提高, 同时避免了传统加热方法对周围空气的污染。

e) 节约了沥青和砂石材料，减少了浪费。无废水、废气、废物产生，也无辐射遗留物存在，其微波泄漏也确保大大低于国家制定的安全标准，是一种十分安全无害的高新技

f) 选择性加热。微波对不同性质的物质有不同的作用，这一点对于沥青路面的养护作业极为有利。因为水分子对微波的吸收较好，所以沥青路面中含水量高的部位，吸收微波功率就多于含水量较低的部位；路面中的水比其他路面材料吸收微波的能力强，故水受热高于其他路面材料，这有利于水分温度上升，促使水分蒸发，这对保证沥青路面的修补质量有利。选择性加热的特点有：自动平衡吸收微波，避免沥青混合料加热时发生焦化。

g) 改善劳动条件。微波加热设备本身不发热、不辐射热量，所以大大改善了劳动条件，而且设备结构紧凑，养护施工现场占用道路面积较小，减少了对道路交通的干扰。

3 微波加热技术应注意的事项

采用微波加热，安全问题也成为关注的重点。微波虽有很多的优点，但它一旦泄漏，将会对操作工人造成伤害，目前一些发达国家都有微波养护作业方面应用的试验，但因防微波泄漏技术没有取得突破，而没有进入实用阶段。如何控制微波泄漏，是微波加热设备设计者考虑的重要一环。广东威特公司的沥青路面综合养护车配备的两套微波加热系统：路面加热器采用3重屏蔽网，四角限位装置，确保无微波泄漏；辅料加热器采用双重门关闭设计，内置金属屏蔽条；路面加热器和辅料加热器都有微波检测报警系统；两种加热器外部实测微波辐射小于3mW/cm2，低于国家5mW/cm2的安全规定，使用安全可靠。

4 微波加热技术的关键点

4.1微波加热技术的局限性

微波加热一起实用性和经济性在高等级公路养护中必定会产生客观的经济效益和社会效益，应用前景广阔。但微波加热也有其局限性，表现在：

a) 微波加热要求的电能较大，在电能紧缺的地区受到限制。

b) 由于微波对人体有伤害，在设计加热容器时应考虑一直微波泄露问题。

c) 微波加热沥青路面非均匀介质加热梯度和深度控制问题需要进一步深入研究。

4.2微波加热技术的关键点

微波加热是一种新的加热方法, 它具有加热的即时性、整体性、选择性、高效性和安全性的特点, 但与其他加热方法相比, 目前对微波加热的研究还不够深入, 要充分发挥微波加热的优越性, 尚必须进行更加广泛和深入的研究, 主要包括:

a) 进一步完善微波加热对沥青性能指标的影响, 并进行定量化研究。

b) 一般的微波加热是在密封的金属容器中进行的, 没有放射线危害和有害气体排放, 是一种安全高效的加热技术。但是应用于路面加热修补时, 应充分研究加热装置的结构设计, 保证微波加热方式的安全性。

c) 加强微波加热工艺以及微波加热设备的综合研究与开发, 实现微波加热的在线检测与控制。

5 结论

随着公路建设的发展，交通量不断增多，交通荷载不断增大，在公路养护中，修复的及时性、稳定性、耐久性、经济性非常重要，而先进的微波技术在沥青路面养护中的应用，给解决这个问题提供了新的技术方法和手段。