| 微波加热技术在沥青路面热再生中的应用 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
来源：微波能应用技术论坛 发布日期：2006-6-1
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| 【摘要】 简单介绍了沥青路面现场热再生的作用及实施工艺，对常见的几种实现方式进行了探讨和比较。通过介绍微波加热设备实现沥青路面现场热再生的过程，分析微波技术加热迅速、均匀、穿透深等特点，阐述了这项已应用在具体设备上的加热技术在沥青路面热再生领域的突出优势。 【关键词】 沥青路面 热再生 微波加热 设备
1 概 述 我国的公路建设飞速发展，每年投资规模已经超过2000亿元。沥青混凝土路面具有表面平整、不渗水、行车舒适、噪音小等优点，因而获得越来越广泛的应用。但它也经常受到天气、温度、行车以及材料等方面的影响，以及路面结构设计等方面的原因，不可避免地会出现各种各样的病害，而这些病害又对行车速度、路面使用寿命、乘客舒适性以及交通安全等带来了有害的影响。因此,如何利用沥青混凝土的热再生技术,做到快捷、高质量消除病害又不污染环境,将是公路养护技术的重要课题。 2 沥青混凝土路面的现场热再生技术 2.1 沥青路面现场热再生工艺 现场热再生是一种就地修复破损路面的过程，是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分后，与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和混合料，使之能够满足一定的路用性能并用其重新铺筑路面的一套工艺技术，使病害路面接近或者达到路面技术指标。工艺如下图所示： 2.2 常见热再生技术 目前较常用的加热技术有可见光、红外线等。 可见光加热比较容易实现，但是局部温度很高，可见光深入性差，不易被沥青路面吸收，加热时间长，沥青路面表层老化。 红外加热技术在沥青路面现场维修中得到了广泛使用。红外线加热的特点是采用红外线幅射方式加热沥青路面表层，再由表层材料把热量传导至下层。对沥青路面现场加热时，一般采用两种工艺方式：连续式和间歇式。无论是采用连续式还是间歇式，都不可避免的出现以下问题：一方面，若加热深层（ 微波加热与红外等传统加热不同，微波能量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，内外同时加热，达到加热快速、均匀的效果。
3 微波加热技术应用 目前，我国研制的微波功率设备已在食品加工、木材和竹制品加工、制药、纸品、酿酒、橡胶、化工等工业的实际生产中站稳了脚根，改善了生产条件、提高了产品质量。近几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，并且研究和开发了相应的一些路面维修机械和装置。 3.1 微波加热原理 微波是一种高频电磁波，其频率为300～300000MHZ，波长1～0 有关沥青混凝土和一些集料的介质特性见表1：
表1 沥青路面材料的电介质特性
材料
t/℃
f/MHz
ε′
tanδ
沥青
聚集料－闪长岩
沥青混凝土
（含闪长岩）
（含石灰石）
（含石英）
26
20
20
20
20
3000
2450
2450
2450
2450
2.5—2.8
5.6—7.0
5.8
6.7
4.0
0. 015
0. 018～0.036
0. 034
0. 015
0. 006
由上式可见，由於材料的介电常数和介质损耗不同，其吸收微波的效果也不同。
在目前对玄武岩和花岗岩没有谁确数据的情况，通过测量沥青混凝土的石料在波导中的冷态驻波系数值，也可对比不同石料对微波的吸收能力。所测驻波系数越大，物料对微波的反射越大，其微波吸收能力越差。
表2同一微波频率下的各石料驻波系数：
颗粒
大小
微波频率
(MHz)
驻波系数平均值
玄武岩
花岗岩
天然砂
10～15
mm
2450
3.9
9.6
2460
4.0
8.9
2470
4.1
8.3
5～10
mm
2450
3.9
9.7
2460
4.1
8.6
2470
4.2
8.1
0～5
mm
2450
3.3
9.9
14.1
2460
3.4
8.7
13.4
2470
3.5
8.1
12.8
表3 沥青混合料（其粗集料为玄武岩）驻波系数：
下面是在2450MHz频率的微波炉中试验，比较不同类型、不同粒径石料对微波的吸收能力。微波输出功率600W，加热时间为3min。具体数据如表4、表5： 表4 不同石料对微波的吸收情况
表5 沥青路面常用做细集料的天然砂对微波吸收的情况
以上数据说明，玄武岩对微波的吸收能力比花岗岩强, 砂砾的主要成分石英对微波的吸收能力较差。经试验证明，纯沥青几乎不吸收微波，沥青路面材料在微波能作用下，集料会产生热量并将热传给沥青，致使微波场内的沥青路面材料温度上升。因此，在具体制造设备和制订施工工艺时必需根据具体路况进行调整。 4采用微波加热技术的沥青路面再生设备 4.1 实现沥青路面热再生的设备要求 现场热再生施工的主要设备是热再生机组，其中关键部分主要是加热墙，它要提供高效的辐射热能，对旧路面加热既要时间短、并达到一定的深度；又不能过热，使沥青老化，失去再生的意义。能对整条车道进行连续就地再生作业的设备一般具有路面预热功能、热铣刨功能、新料添加功能、拌和功能、摊铺功能等。另外，根据修补面积的大小不等，加热墙最好有分区功能。 4.2 沥青路面微波加热设备简介 广东威特公司开发、生产的国内首台采用微波加热技术的沥青路面综合养护车，实现沥青路面热再生。由以下主要功能模块组成：
综合养护车结构简图如下： 该设备的路面加热器（加热墙）可分成多个区控制加热，能够在15min之内将 该设备采用了大功率、水冷型磁控管作为功率源,该管具有冷却效果好、功率下降少,冷却结构简单等优点,从而增大加热器的功率密度，缩短加热时间，提高了加热效率。 4.2 微波加热试验与施工实践 为了研究微波加热沥青混合料的温度分布规律，在试验室内进行模拟高速公路沥青面层常用结构和厚度的试验，按高速公路上、中、下三层沥青面层厚度分别为4：6： 从试验室和现场施工所测得的温度数据说明，微波加热热再生工艺的应用有很好的基础。以此温度施工，上面层热再生后，中面层的温度适中，可使热再生后的上面层与中面层牢固地结合在一起，不会在层与层之间形成弱接面，使得沥青路面受力更佳。这样就克服了用冷铣刨后，下面层与热再生层连接不好的问题，对比红外加热的热再生，此优点也是同样突出。 4.4 微波技术的使用安全问题 采用微波加热，安全问题也成为关注的重点。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*。
5 结 语 微波加热技术具有加热均匀、控制及时、无污染等优越性，应用于沥青路面的现场热再生，满足高等级公路“快速进入、快速作业、快速撤离”的工作要求，可以取得相当可观的经济效益和显著的社会效益。
参 考 文 献 ① 金钦汉 .微波化学. 科学出版社 ② 马如宏 .微波加热技术在沥青路面现场维修中的应用. 盐城工学院 ③ 何倬、孙喜军 .沥青路面就地热回收微波技术的探讨. 西安市政设计院 ④ 吕伟民 .沥青路面再生利用技术的现状与发展. 同济大学交通运输工程学院 |
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