王鑫淼

（河北省高速公路京雄籌建處，河北 保定 071700）

0 引言

瀝青路面作為一種重要的路面硬化成形工藝，在我國(guó)的機(jī)場(chǎng)跑道、城市快速路以及高速公路等高等級(jí)路面工程中應(yīng)用廣泛。但瀝青路面在重載作用下易發(fā)生鼓包、開(kāi)裂等病害，給瀝青路面后期增加了許多維護(hù)工作量。傳統(tǒng)的瀝青路面維修一般是對(duì)其進(jìn)行切割剔除，并將新的瀝青料灌注于相應(yīng)剝離區(qū)域，以此實(shí)現(xiàn)路面修復(fù)。但該種維護(hù)手段在實(shí)施中存在工期長(zhǎng)、產(chǎn)生大量建筑垃圾、對(duì)環(huán)境污染較大、路面“創(chuàng)口”大以及接縫處易二次開(kāi)裂等問(wèn)題，并逐漸演變?yōu)闉r青路面難以根治的頑疾。

隨著科技水平的發(fā)展，路面微波加熱工藝逐步在近些年得到使用[1-5]。該工藝能有效借助原先的路面瀝青設(shè)備，并基于程控成型技術(shù)，無(wú)創(chuàng)化地對(duì)路面實(shí)施快速修復(fù)。在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，不用切割路面，也不會(huì)產(chǎn)生大量的環(huán)境污染物和建筑垃圾，且完工后的養(yǎng)護(hù)周期較短，維修期間對(duì)道路的通行功能基本不會(huì)產(chǎn)生影響。

本文對(duì)瀝青路面微波加熱工藝的主要步驟進(jìn)行介紹，探討以微波加熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)路面修復(fù)過(guò)程中的難題與措施，總結(jié)標(biāo)準(zhǔn)性的工藝管理與施工策略。

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(diǎn)

微波加熱技術(shù)的基本原理是對(duì)路面以下8～12cm范圍借助微波加熱裝備實(shí)行加熱重融，使其能夠在自重作用下進(jìn)行自流動(dòng)，并以此修復(fù)既有的鼓包、風(fēng)化以及裂縫等病害缺陷。加熱重融后，路面將會(huì)有一定的下沉位移，為此可對(duì)沉降區(qū)域再填充相應(yīng)的乳化瀝青（一般采用噴灑形式進(jìn)行），接著實(shí)施壓實(shí)與灑砂等工序，最終重塑完整的瀝青路面。如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)修復(fù)與微波加熱工藝的原理對(duì)比

在圖1 中，傳統(tǒng)的路面修復(fù)技術(shù)（圖1 上）往往是利用切割機(jī)對(duì)受損路面區(qū)域進(jìn)行切割、粉碎與脫離，再進(jìn)行新瀝青料充填、壓實(shí)與灑砂程序，完成路面修復(fù)；而微波加熱修復(fù)技術(shù)（圖1下）則主要對(duì)受損區(qū)域?qū)嵭形⒉訜嶂厝?，再以乳化瀝青對(duì)重融后沉降區(qū)域進(jìn)行噴涂，然后同樣經(jīng)過(guò)壓實(shí)、灑砂等措施，實(shí)現(xiàn)路面修復(fù)。對(duì)比兩種工藝可知，若采取傳統(tǒng)修復(fù)工藝，路面將不可避免地會(huì)出現(xiàn)環(huán)切縫，同時(shí)凹陷區(qū)域所充填的新瀝青料與原先路面瀝青料的配比情況肯定存在差異，由此將會(huì)導(dǎo)致不同的固化時(shí)間，因此后期路面服役時(shí)，由于新舊瀝青料熱脹系數(shù)不同而引發(fā)的開(kāi)裂問(wèn)題將不可避免，極易造成已修復(fù)完成路面的二次受損。

1.2 路面微波加熱技術(shù)的實(shí)施

高速公路往往有不間斷運(yùn)行的要求，當(dāng)高速公路的瀝青路面需要應(yīng)用微波加熱工藝進(jìn)行修復(fù)時(shí)，則需要高效規(guī)劃路面修復(fù)期間的交通協(xié)調(diào)與導(dǎo)流管理等調(diào)度難題，可于施工地段設(shè)置明顯標(biāo)志，并在相應(yīng)路段設(shè)置臨時(shí)限速設(shè)備，實(shí)現(xiàn)維修路面區(qū)段的限速以及周邊路口的交通疏導(dǎo)。這個(gè)階段基本與傳統(tǒng)路面修復(fù)時(shí)一樣。但微波加熱技術(shù)的施工周期相對(duì)較短，故交通調(diào)度的壓力稍小些。路面修復(fù)結(jié)束后，應(yīng)拆除臨時(shí)交通導(dǎo)流標(biāo)志與限速牌等，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備與人員撤出，并恢復(fù)先前的路面標(biāo)線。

在實(shí)際的微波加熱技術(shù)修復(fù)瀝青路面過(guò)程中，在交通規(guī)劃和物資調(diào)度的基礎(chǔ)上，主要還包括下列5個(gè)方面的施工工序：

（1）路面加熱重融。瀝青路面微波加熱裝備進(jìn)場(chǎng)后，對(duì)于其應(yīng)用的微波能量，一般通過(guò)天線、諧振腔、波導(dǎo)以及磁控管等實(shí)現(xiàn)有效控制，并采取一定的避免微波泄露的措施，以防傷害周圍人員，如現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用電磁屏蔽罩等。路面發(fā)生重融后，為提升其重融質(zhì)量，可采取對(duì)重融瀝青進(jìn)行改性的措施，如添加穩(wěn)定劑、活性劑以及塑化劑等。目前在工程中應(yīng)用的微波加熱裝備，其加熱深度在一般工況下為12～15cm，而有效加熱深度則為8～12cm。對(duì)于絕大多數(shù)的瀝青路面，其鋪設(shè)的單層瀝青厚度一般為8～12cm，因此可實(shí)現(xiàn)較好的重融效果；但對(duì)于采取多層路面瀝青鋪設(shè)的路面，其初期的瀝青鋪設(shè)厚度可達(dá)16～24cm，在此情況下，為能有效充填路面下層的裂縫，可借助重融瀝青的滲透效應(yīng)，必要時(shí)也可進(jìn)行瀝青路面的預(yù)破碎工作，從而提升充填效果。

（2）乳化瀝青噴涂。穩(wěn)定劑、活性劑以及塑化劑等可以通過(guò)專門(mén)的乳化瀝青噴涂車與高溫乳化瀝青實(shí)現(xiàn)混合，再經(jīng)由噴涂車的氣壓工作原理，噴涂于瀝青重融后的基礎(chǔ)沉降部位。對(duì)于原先的瀝青而言，高溫乳化瀝青的噴涂也能起到一定程度的二次加熱作用，促進(jìn)瀝青料的混合。因此，高溫乳化瀝青也影響著瀝青重融的施工質(zhì)量效果，嚴(yán)格高質(zhì)量地噴涂高溫乳化瀝青，既有利于后續(xù)路面的沉降控制，也能提升微波加熱工藝的修復(fù)效果，對(duì)保證工程質(zhì)量具有重要意義。

（3）灑砂。灑砂能一定程度上提升路面的摩擦力，故應(yīng)在噴涂完乳化瀝青后的基礎(chǔ)表面處及時(shí)均勻地鋪灑。傳統(tǒng)的瀝青路面修復(fù)工藝中也有灑砂工序，微波加熱工藝中的灑砂操作與其基本一致，對(duì)于當(dāng)下一些較新型的養(yǎng)護(hù)車來(lái)說(shuō)，灑砂可以在瀝青噴涂的過(guò)程中同步完成。

（4）壓實(shí)。灑砂之后，須對(duì)相應(yīng)的修復(fù)區(qū)域路面進(jìn)行壓實(shí)處理，壓實(shí)時(shí)注意合理選擇壓路機(jī)工況、振動(dòng)強(qiáng)度等，保證壓實(shí)效果。同樣，傳統(tǒng)瀝青路面修復(fù)過(guò)程中也有壓實(shí)工序，但微波加熱工藝中的壓實(shí)工藝選擇有著更新更高的要求。

（5）養(yǎng)護(hù)。對(duì)壓實(shí)處理結(jié)束后的路面進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)，以保證瀝青能完成固化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)路面修復(fù)效果。傳統(tǒng)的瀝青路面修復(fù)技術(shù)中也有養(yǎng)護(hù)工序，兩者基本相同。

2 微波路面加熱工藝存在的問(wèn)題與應(yīng)對(duì)

2.1 路面瀝青過(guò)加熱現(xiàn)象

瀝青是一種高黏度的有機(jī)液體物質(zhì)，為不完全玻璃質(zhì)，因此其在受熱升溫時(shí)存在熱分解變性的過(guò)程，若加熱不夠充分，則瀝青流動(dòng)性將無(wú)法滿足修復(fù)要求；而當(dāng)加熱過(guò)度時(shí)，瀝青又會(huì)由于有機(jī)質(zhì)熱分解變性這一反應(yīng)而降低其綜合性能。其熱變性特征如圖2所示。

圖2 瀝青受熱升溫時(shí)的有機(jī)質(zhì)變性析出曲線

由圖2可知，瀝青中有機(jī)質(zhì)的熱分解變性過(guò)程既與加熱時(shí)間有關(guān)，也有加熱溫度有關(guān)。溫度對(duì)于有機(jī)質(zhì)變性析出的影響主要表現(xiàn)為分解氣體的析出凈速度，過(guò)程中存在三個(gè)峰值：220℃時(shí)出現(xiàn)第一峰值，也是最大峰值，450℃時(shí)發(fā)生第二峰值，第三峰值出現(xiàn)于約760℃。其中，析出速度最大的為第一峰值。從最大析出速度位于第一峰值的220℃處可知，所謂的瀝青加熱過(guò)度并不是單純指溫度過(guò)高現(xiàn)象，而加熱過(guò)程中溫度長(zhǎng)期保持在220℃時(shí)更會(huì)促使瀝青有機(jī)質(zhì)發(fā)生熱變性過(guò)程。最適宜的加熱溫度約為400℃，此時(shí)曲線呈現(xiàn)為低谷處，析出速度最慢，約為4.2mg/5min，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定加熱。

2.2 微波泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)

對(duì)于工作場(chǎng)地的微波背景輻射值，國(guó)家相關(guān)的硬性規(guī)定為不超過(guò)5mW/cm2。當(dāng)瀝青路面養(yǎng)護(hù)車進(jìn)行微波加熱操作時(shí)，一般會(huì)由三層屏蔽網(wǎng)將諧振腔以及與微波有關(guān)部件進(jìn)行覆蓋，并設(shè)有四角定位裝備。同時(shí)，對(duì)于易引起微波泄漏處（如給料斗位置），一般也設(shè)置有雙重屏蔽門(mén)，且兩道屏蔽門(mén)不會(huì)在同一時(shí)間同時(shí)被允許打開(kāi)，其中一道門(mén)始終保持關(guān)閉狀態(tài)。在正常使用條件下，瀝青路面養(yǎng)護(hù)車周邊現(xiàn)場(chǎng)的微波背景輻射值小于3mW/cm2，滿足國(guó)家強(qiáng)制安全要求；但當(dāng)相關(guān)設(shè)備存在故障時(shí)，則將有可能在微波加熱過(guò)程中發(fā)生微波泄漏事故。其故障樹(shù)如圖3。

圖3 微波輻射事故的故障樹(shù)

在圖3中，假定屏蔽門(mén)在路面修復(fù)過(guò)程中發(fā)生損壞或故障，此時(shí)設(shè)施的自保護(hù)裝置將會(huì)發(fā)出報(bào)警并鎖閉設(shè)備，若現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有誤操作、違章指揮、違章操作等情況，則不會(huì)導(dǎo)致微波泄漏事故出現(xiàn)?？梢?jiàn)，故障樹(shù)中的薄弱環(huán)節(jié)即為誤操作、違章操作、違章指揮。因此，為有效避免現(xiàn)場(chǎng)微波泄漏事故發(fā)生，關(guān)鍵在于實(shí)施嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)安全管理。另外，對(duì)于可能將進(jìn)入輻射范圍的人員，要求其穿戴好防輻射外衣并做好相關(guān)勞動(dòng)保護(hù)措施，也能有效規(guī)避現(xiàn)場(chǎng)微波輻射事故。

2.3 大功率的現(xiàn)場(chǎng)電能保障問(wèn)題

對(duì)于瀝青路面養(yǎng)護(hù)車，為實(shí)施路面修復(fù)的微波加熱操作，一般需要外部供電。而當(dāng)在高速公路條件下進(jìn)行路面修復(fù)時(shí)，往往存在難以滿足路邊供電條件或供電不足等問(wèn)題。因此，為提供瀝青路面養(yǎng)護(hù)車所需的電能，保證工藝的順利實(shí)施，應(yīng)配備相應(yīng)的移動(dòng)式發(fā)電車。相比傳統(tǒng)進(jìn)行路面切割的重塑過(guò)程，基于微波加熱的瀝青路面養(yǎng)護(hù)車實(shí)施過(guò)程更快，所需時(shí)間更短，因此可將路面施工區(qū)段的范圍適當(dāng)延長(zhǎng)，從而容納更多的養(yǎng)護(hù)設(shè)備，提供更多的現(xiàn)場(chǎng)電能。

3 微波加熱的實(shí)施效果分析

高速公路某區(qū)段的養(yǎng)護(hù)任務(wù)包括10 處損傷，含鼓包類4 處，裂痕風(fēng)化類6 處。養(yǎng)護(hù)面積最大區(qū)域和最小區(qū)域分別為635m2、24m2。為驗(yàn)證微波加熱工藝的實(shí)施效果，選擇5 處損傷，采取傳統(tǒng)的切割重塑后養(yǎng)護(hù)措施，另外5處進(jìn)行微波加熱修復(fù)，將兩種方式的養(yǎng)護(hù)效果進(jìn)行對(duì)比分析，如表1。

由表1 可知，傳統(tǒng)切割工藝共完成1 237m2的路塊修復(fù)，完成時(shí)長(zhǎng)共141d，產(chǎn)生廢石147.43m3；微波加熱工藝共完成1 221m2的路塊修復(fù)，完成時(shí)長(zhǎng)共80d，產(chǎn)生廢石5.15m3。對(duì)上述數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析對(duì)比，得出數(shù)據(jù)如表2。

表1 實(shí)際路面養(yǎng)護(hù)效果對(duì)比

在表2中，將完成修復(fù)的總面積除以完成總時(shí)長(zhǎng)即得該養(yǎng)護(hù)措施下的平均工效，平均廢石量為產(chǎn)生的總廢石量與完成修復(fù)的總面積之間的比值，采用加權(quán)平均法求取平均高差，具體為：

SPSS分析結(jié)果顯示，在表2的四類對(duì)比項(xiàng)中，路塊面積的t值為89.635，大于10.000，除此之外，其他三項(xiàng)均滿足t＜10.000，P=0.000＜0.01，即具備顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

表2 實(shí)際養(yǎng)護(hù)誤差均值對(duì)比

綜上所述，由實(shí)際路面養(yǎng)護(hù)效果與養(yǎng)護(hù)誤差均值對(duì)比可知，相比傳統(tǒng)切割措施，使用微波加熱工藝的平均工效提高1.74倍，平均標(biāo)高誤差降低近7成，每平方米節(jié)省的廢石量約為傳統(tǒng)的28倍。同時(shí)，微波加熱工藝所產(chǎn)生的廢石與傳統(tǒng)切割不同，其主要為路面清掃與收尾所得，而非對(duì)路面進(jìn)行環(huán)切破碎所致。因此，微熱瀝青路面維修相比傳統(tǒng)環(huán)切重塑方法，技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

相較于傳統(tǒng)環(huán)切重塑方法，微波加熱瀝青路面維修工藝在工效、修復(fù)后路面高差狀況、廢石產(chǎn)生量等方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)，且實(shí)施工期較短。微波加熱瀝青路面維修工藝在施工中也存在一些新的問(wèn)題，如存在過(guò)加熱現(xiàn)象、有微波輻射泄漏風(fēng)險(xiǎn)以及電能保障困難等，但過(guò)加熱現(xiàn)象在傳統(tǒng)修復(fù)方法中也有類似問(wèn)題。另外，輻射風(fēng)險(xiǎn)以及電能保障等均可通過(guò)有效的現(xiàn)場(chǎng)管理得以解決。因此，在合理的技術(shù)分析與科學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)管理?xiàng)l件下，瀝青路面修復(fù)的微波加熱工藝具有較好的推廣應(yīng)用前景。