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微波加热改善沥青混合料性能分析 摘 要：?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。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。 下载 关键词：?沥青路面；沥青混凝土;再生利用;微波 1 微波加热的原理及特点 1.1 微波加热原理 微波加热是介质材料自身损耗电磁能量而加热。微波加热的基本条件是:物体本身要吸收微波。水是吸收微波很好的介质,所以凡是含水的物质必定会吸收微波。对于金属材料,电磁场不能透入内部而是被反射出来,所以金属材料不能用微波加热。 1.2 微波加热的特点 (1)加热速度快。常规加热如火焰,热风,电热,蒸气,红外线等,都是利用热传导或者热辐射的原理将热量从被加热物外部传人内部,逐步使物质中心温度升高,称之为外部加热。要使中心部位达到所需的温度,需要一定的时间,导热性较差的物质所需的时间就更长。 (2)加热均匀。常规加热,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,微波能只能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)易于控制。微波加热的热惯性极小,若配用微机控制,则特别适宜于加热过程和加热工艺的自动化控制。 (5)环保,无污染。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。 (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。 (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,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。 2 微波加热对沥青混合料性能影响试验及分析 2.1 试验方案及具体试验步骤 (1)按AC-20I沥青配合比数据拌制沥青混合料,采用花岗岩碎石;石灰岩石屑;优质石灰岩矿粉;茂名AH一70沥青(沥青同一样品分为3份,一份用于拌制混合料,一份用于微波直接加热,一份直接做原样沥青)。 (2)将拌和好的沥青混合料分为两份。一份(30kg)进行微波加热处理。然后分别进行微波加热前后各一组浸水残留稳定度(各6个)及各一组间接拉伸试验(各6个)。 (3)对微波处理后的沥青混合料进行阿布森沥青回收试验,进行回收前后沥青性质变化试验,试验项目为针入度,延度,软化点。 (4)用备好的沥青(1 kg)分几次盛在干净薄盘上,形成微波可以穿透一定厚度的薄膜,直接用微波加热至搅拌温度165。保温4 min,然后进行沥青针入度,延度,软化点等试验。 2.2 试验结果 沥青混合料进行微波加热前的马歇尔稳定度为12.08 kN,流值为19.7(0.1 mm),48 h浸水残留稳定度为11.42 kN,动稳定度为1 635次/mm,冻融劈裂抗拉强度为1.23 MPa,劈裂抗拉强度比为85.3%.微波加热前的AC-20I混合料回收沥青的3大指标:针人度为46(0.1 mm),延度为80 cm,软化点为50。 沥青混合料进行微波加热至160两次后沥青混合料的马歇尔稳定度为12 kN,流值为21.9(O.1mm),48 h浸水残留稳定度为11.2 kN,动稳定度为1 685次/mm,冻融劈裂抗拉强度为1.21 MPa,劈裂抗拉强度比为82.5%.微波加热160两次后的AC-20I混合料回收沥青的3大指标:针入度为45(0.1mm),延度为80 cm,软化点为49.5。 2.3 试验分析 从上面的试验结果可知,对沥青混合料进行微波加热至160两次前后沥青混合料的马歇尔稳定度,流值无明显变化,微波加热后沥青混合料48 h浸水残留稳定度比不加热的要低0.22 kN,微波加热后动稳定度比不加热的高50次/mm,微波加热后冻融劈裂抗拉强度比不加热的低0.02 MPa,劈裂抗拉强度比低2.8 %,微波加热后混合料回收沥青的针人度比加热前降低1(0.1 mm),延度在测定范围无变化,软化点降低0.5。从以上数据可见,按这次试验微波加热的方式与试验条件对沥青混合料的性能只产生轻微的老化,原因是微波加热速度快,加热时间短,加热引起的老化比常规的加热方式要微弱得多。 3 微波加热沥青路面综合养护作业流程 3.1 沥青路面综合养护车 (1)启动电源,将沥青路面综合养护车停靠到待修复路面附近,启动发电机。 (2)路面加热,放下路面加热墙,对准病害位置,设定加热时间,开始加热。 (3)辅料加热,将先预制好的沥青混合料块放入加热箱内,设置加热时间。 (4)喷洒乳化沥青,除去加热后路面病害处表面被污染的沥青混合料,喷洒乳化沥青。 (5)填补路面,将辅料箱已加热的混合料,倒入病害处使用工具将沥青混合料摊平。 (6)压实路面,使用车载的压路机对路面进行压实,修复工作结束。 3.2 公路沥青路面养护车 (1)启动电源,将公路沥青路面养护车停靠到待修复路面附近,启动发电机。 (2)上料,将沥青混合料预制块放入加热箱内,用微波进行加热。 (3)加热,根据温升时间表设置加热的时间。 (4)开挖,清理,用电镐对路面病害进行开挖;用高压吹风系统对开挖处进行清洁;如果底面潮湿可用红外线干燥器进行干燥;用乳化沥青喷洒系统喷洒乳化沥青。 (5)出料,按下出料按钮,热沥青混合料将在15 s内从加热箱卸出。 (6)修复,将已加热的混合料,倒入已处理的病害处使用工具将沥青混合料摊平。使用压路机对路面进行压实,修复工作结束。 3.3 安全性 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。在以上微波系列设备中威特公司利用微波不能穿透金属而被反射的原理,采用多重安全设计确保微波泄漏小于国家对家用微波炉不大于5mW的规定。 经养护施工现场使用美国Holaday公司的HI一1710A微波泄漏仪检测,微波加热墙的微波泄漏小于1.5mW,微波加热箱的泄漏小于1mW,均远小于国家对家用电器