热再生技术在沥青路面病害修补中的应用

热再生技术在沥青路面病害修补中的应用 随着我国高速公路建设的迅猛发展，高速公路养护特别是沥青路面预防性养护工作正逐渐 受到各级高速公路管理部门的高度重视。岳阳市 107 国道管理处是经市委、市政府批准成 立的副处级事业单位,隶属市公路局管辖,主要负责岳阳市境内 165.391 公里国道的建设、养 护、管理和征费工作。下设临湘所、皇姑塘所、新市所和通衢兴路公司，均为正科级事业 单位。建处 11 年来，多次被省、市交通公路主管部门评为养护管理和征收工作先进单位。 我单位在 2004 年就开始高速公路养护工作,主要从事岳阳至长沙的京珠高速公路段的养护， 并于 2005 年从美的威特公司购买了微波沥青热再生设备，在高速公路养护工作中效果显著。 一、有关高速公路养护工程分类和处治对象探讨 1 养护工程的作业分类 按照养护工程性质、规模，交通部公路养护工程管理办法将公路养护工程基本分为保 养、小修、中修、大修和改建。该分类方法主要偏重工程规模而忽视了工程性质，如果再 综合考虑养护工程的性质、内容、时效等因素，公路养护工程作业也可以按日常养护、预 防性养护和专项养护进行分类。 (1)日常养护:主要指对公路、桥梁、隧道、涵洞及其沿线防护和附属工程的保养、维护工作。 养护是通过人工、机械或辅助专用工具所进行的经常性、制度性作业，一般不改变工程对 象的结构，也基本不需要工程材料。它应该是保持公路经常处于良好技术状态最基础的养 护作业活动。 (2)预防性养护:主要是指为保持或改善公路、桥梁、隧道、涵洞等主体工程的营运功能而实 施的基本不改变工程内部结构的技术工艺。养护是通过专门的技术措施在最佳的时问对合 适的主体工程对象所进行的特别作业，一般也不改变工程对象的结构，主要是在工程的上 部或外部实施，但需要动用工程材料、机械进行专业施工。它应该是保持公路经常处于良 好技术状态、最应提倡的养护作业活动。 (3)专项养护:主要是指针对公路、桥梁、隧道、涵洞及其沿线防护和附属工程的结构性恢复 或补强而实施的一系列工程措施。它既针对不同的工程对象，又针对各工程对象的不同缺 损或病害，因此只有工程性质区别而没有规模之分。专项养护同样也要求是在最佳的时问 对合适的主体工程对象及时进行专项作业。它应该是为了保持公路经常处于良好技术状态 的、最有效的养护作业活动。 2 养护工程的处治对象 在养护工作中一般把养护处治对象统称为病害，而通常又认为病害基本上都是在通车运营 以后才发生的。但随着大家对公路养护特别是高速公路养护工作的重视，工程设计、施工 等前期建设所遗留问题也已引起广泛关注。综合以上相关因素，养护工程处治对象应该包 括缺陷、隐患和病害三个方面。 (1)缺陷:是指公路、桥梁、隧道、涵洞及其沿线防护和附属工程结构设计或施工上的欠缺或 不完善。缺陷基本上属于设计或施工遗留问题。 (2)隐患:是指公路、桥梁、隧道、涵洞及其沿线防护和附属工程结构设计或施工上的缺陷、 新技术或施工工艺自身特点所附带的负面或潜在不利因素对保持工程主体良好技术状态所 造成的困难或威胁。隐患基本上属于设计、施工或工艺技术附带问题。 (3)病害:具有一定的形式、一定的数量表现的已经危害工程主体使用或影响其耐久的现象或 存在。病害首先是已有缺陷、隐患的暴露与发展，然后就是后期运营上的大交通、超载和 水损害等引起的影响行车或工程结构耐久性的现象或问题。 二、微波热再生技术简介 采用热再生工艺能够提升路面修补质量,节约成本，所以热再生修补路技术逐渐推广。目前 采用的比较多的是微波热再生技术和红外线热再生技术。我单位主要使用了微波热再生技 术。 1、微波热再生技术的特点如下： (1)加热速度快。微波加热是使加热物质本身成为发热体，称之为内部加热方式。不需要热 传导的过程，内外同时加热。因此能在短时间内达到加热的效果。 (2)加热均匀。常规加热方法为提高加热速度，就需要升高加热温度，容易产生外焦内生现 象。而微波加热时，物体各部分通常都能均匀渗透电磁波，产生热量，因此均匀性大大改 善。 (3)节能高效。在微波加热中，微波能只被加热物体自身吸引而生热，加热室壁和加热室内 的空气及相应的容器都不会发热，所以热效率极高，生产环境也明显改善。 (4)工艺先进、易于控制。微波加热只需有水，只要控制微波功率即可实现立即加热或终止。 微波加热的热惯性极小，若配用微机控制，则特别适宜用于加热过程和加热工艺的自动化 控制。 (5)占地面积小。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。 (6)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 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，有利于水分温度上升，促使水分蒸发，对保证沥青路面的修补质量有利。 (7)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。 (8)安全无害。微波能加热沥青混合料，不会产生有毒气体和烟雾，因此不会污染环境，微 波能加热旧沥青混凝土，只要沥青混合料没有完全老化，就可以使旧沥青混合料再生。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降低，是一种十分安全的高新技术。 2、红外线热再生技术及其局限性 红外线加热的原理是采用幅射方式加热沥青路面表层，再由表层材料把热量传导至路面下 层。由于辐射会将大量能量聚集到加热物体表面，这样被加热的沥青路面表面温度将非常 高，甚至能达到 800，造成沥青路面被烧焦。部分红外线设备为避免烧焦路面,被迫采用 间歇式加热方式，由于沥青路面是不良导体,即使是采用反复加热方式,最大加热深度不过 4。而且由于沥青路面重复加热,其老化程度增大，所以采用间歇式加热沥青路面,加大了 沥青表面老化程度,无法保证施工质量。另外，红外线再生设备利用液化气燃烧发热，这对 设备的防火防爆工艺也提出了很高的要求。 3、微波热再生技术优势 微波加热技术从原理上就与红外线加热技术等传统加热方式不同。微波工作原理是，在微 波电磁场作用下，极性分子从原来的状态杂乱无章的排序状态转向依照电磁场的交变方向 而排列取向的规则状态，分子之间剧烈摩擦产生热能，在这一微观过程中交变电磁场的能 量转化为介质内的热能，使介质温度升高。这种加热方式无需传导介质，物体本身就是热 源，通常的加热效率可以达到 80%-90%，基本上没有热量上的损失。由于纯沥青中几乎没 有极性分子，所以微波加热不能直接加热纯沥青，而是通过加热沥青混和料中的集料，使 集料温度上升，把热量传导给沥青，从而达到加热沥青的目的。这种加热方式，在正常加 热时间控制下，不会使沥青的温度超过规范要求（180） 。 三、微波加热技术在中小型沥青路面综合养护车中的应用 随着沥青混凝土路面热再生技术的不断发展，出现了两种不同于传统热再生的加热方式即 微波加热和红外加热。利用微波加热沥青混凝土路面是一种全新的热再生技术，与传统加 热方式不同，微波能对材料物质有较强的穿透力，能对被照射物质产生深层加热作用。而 且微波加热不需依靠热传导进行内外同时加热，能在很短的时间内穿透较深的沥青混凝土 路面，能同时均匀加热。由于微波加热和红外加热可以弥补传统加热方法的一些不足，所 以更适合于沥青混凝上路面的现场热再生。近年来微波加热技术在道路维修中的应用日益 受到人们的重视，配备微波加热技术的中小型沥青路面综合养护车得到迅速的发展，其中 威特公司已研发出产品并应用于实践，主要产品有 252TA 养护车、灵特 142TB 养护车等。 四、微波热再生技术流程 利用微波热再生养护车对所要处理的路面进行如下施工：微波加热喷洒乳化沥青 添加加热料摊平压实撒砂等一套简单而实用的施工工艺，很快就完成了一个施 工作业面。在此使用中，微波加热修补技术具有加热层深、加热均匀、加热快速、被加热 层稳定、使用起来灵活高效快捷等特点表现得淋漓尽致。克服了传统的修补施工工艺中的 工序多、成本高、作业时间长、质量难以控制等缺陷。修补后的新、旧路面融为一个有机 的统一整体，与新铺路面没有两样，大大地延长了道路的有效使用寿命，并开拓了预防性 养护的新方法。 五、微波养护技术与其他养护技术的比较 除微波养护技术外，高速公路常用的坑塘修补工艺有：利用人工开挖，热沥青料填充路面 破损的传统冷修补法和利用红外线辐射板加热破损路面进行修复的红外线加热修补法。三 种方法的优劣点如下： 1 冷修补法 优点：方便灵活，设备投入少，维修成本相对较低，每平方综合维修费用为 7080 元。 缺点：维修效率低，存在弱接面等问题，而且修补质量难以保证。虽然维修时坑壁四周涂 刷了粘层沥青以增强新旧沥青混凝土的粘接度，但在交通量较大的情况下，雨水还是会从 新旧沥青混凝土的弱接缝处渗透下去，造成二次损坏。同时，冷修补法修补的热沥青料须 要专用的沥青拌和设备拌和，才能保证修补料的质量。而拌和设备一次出料在几十吨，甚 至上百吨，但是每个坑槽的修补一般用量在 1 吨左右，因此不可能为修补一个坑塘开启拌 和设备。而且由于成本原因，不是每个高速公路管理单位都有自己的拌和设备。如从周边 购买拌和好的沥青混合料，一是购买材料的规格不统一，不一定都能适合沥青面层修补； 二是只有拌和场出料时，才能进行维修，不能满足高速公路养护及时性的要求。该方法只 适合交通量小，道路等级较低的路面，高速公路应该避免使用。 2 红外线热修补法 优点：维修界面热粘结，维修质量较传统冷补法有保证。 缺点：维修效率较低，一次性加热较浅，深度只有 24。实际应用时，根据坑槽“浅 洞深补”的维修原则，一般修补深度都在中面层以上，即 1012 ，需要多次加热才能完 成修补工作，降低了维修效率；加热温度不均匀，易烧焦表面沥青，影响维修质量。根 据维修时的实测温度，加热 10min 后，上层沥青超过 300，而 4以下沥青仅为 60。 而且加热时间稍长就可能烧焦表面沥青，影响维修质量。在实际应用时，为保证维修质量， 往往需将 1cm 左右的面层去除。设备投入和维修成本相对较高。 3 微波养护技术 优点：（1）质量好微波技术修补路面，解决了传统冷挖补修补工艺的弱接缝问题，使修补 处的沥青混合料与原路面形成一个整体，连接更加紧密，减小了出现病害维修中“补中补” 的几率。 （2）效率高微波加热可在短时间内使物体的温度迅速提高，微波渗透力强，一次 性加热深度为 816cm；加热均匀，根据机场路维修时的实测温度，常温下用微波加热 15min 后，上面层温度在 110160，中面层温度在 10090。因此，在修补路面时， 该设备能有效缩短维修路面加热时间，提高维修效率。根据我们对坑槽修补实例的现场计 算来看，一般情况下，微波技术修补时间比红外线热修补时间缩短 30左右。用料省由 于微波加热对沥青混合料性能的影响很小，不会产生红外线加热修补法中沥青焦化现象。 因此，在维修路面时，只需在旧料中添加适量的乳化沥青和新料，可继续使用，节约了用 料成本。污染少微波养护维修技术可对沥青混合料就地再生利用，减少了废料的产生， 保护了环境。 缺点：设备投入和维修成本相对较高。 综上所述，虽然微波养护技术的前期设备投入高，但其维修用料成本较低，维修质量好， 寿命周期长。长期来看，使用成本还是较低的。由此可见，比较其他两种修补工艺，微波 养护技术在维修的及时性和快速性、维修质量的耐久性、用料成本的经济性等方面较好的 满足了高速公路养护维修的要求。 六、关于公路养护工程技术措施应用的几个原则 (1) 以道路全寿命周期理论为指导，根据道路的具体技术状况，在最佳的时间对合适的主 体工程对象采取合理的技术措施进行有效的养护作业；每一种缺陷、隐患或病害，可能对 应一种或多种养护技术或措施，要根据其发生数量、程