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微波热再生技术在高速公路路面养护中的应用

时间:2008-08-15 01:50:54  浏览:        

1、前言

京港澳高速公路漯河至驻马店段是国家和河南省“九五”期间重点建设项目之一,是河南省境内交通最为繁忙的路段之一,该工程于1999328日正式开工建设,2001918日建成通车。该段高速公路建成通车后,随着近年来社会经济的快速发展,交通流量日益增长,作为国家南北交通大动脉的重要组成部分,漯驻高速公路承担着繁重的交通压力,目前路面存在较严重的裂缝、车辙、翻浆等病害,影响了行车舒适和行车安全。濮阳市通达公路工程有限公司于20074月份中标,参于该段路面的改造养护工作,我作为该项目的技术负责人,与公司领导一起推广应用微波热再生新技术,并取得良好的效果。

微波热再生技术应用到沥青路面坑槽、拥包、裂缝、翻浆、沉陷、车辙、松散的及时修复。它具有加热均匀、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。为推广应用微波热再生新技术,我把微波热再生技术在京港澳高速公路漯驻段路面养护中的实践应用总结如下,供同行参考与探讨。

    2、微波的特性

2.1 微波的概念

微波是电磁波的一种形式,波长范围从1mm左右到1m左右。波长λ和频率f的关系

λ=c/f=cT

    式中:c是电磁波在自由空间的传播速度,它等于光速,约3×108/秒。  

微波就是一定频率范围300MHz300GHz的电磁波

     2.2 微波的特性

A:吸收性——含水或脂肪的物体,能够大量的被吸收,并转化成热量。

     B:反射性——遇金属反射。

     C:穿透性——玻璃、塑料、陶瓷、云母、聚乙烯、聚四氟乙烯等。

在微波电磁场作用下,极性分子从原来的热运动状态转向依照电磁场的方向交变而排列取向。产生类似摩擦热,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,使介质温度出现升高,由此可见微波加热是介质材料自身损耗电磁场能量而发热。

2.2.1、加热速度快

常规加热如火焰、热风、电热、蒸汽等,都是利用热传导的原理将热量从被加热物外部传入内部,逐步使物体中心温度升高,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,导热性较差的物体所需的时间就更长。微波加热是使被加热物本身成为发热体,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效果。

2.2.2、均匀加热

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。微波加热时,物体各部位通常都能均匀渗透电磁波,产生热量,因此均匀性大大改善。

2.2.3、节能高效

在微波加热中,微波能只能被加热物体吸收而生热,加热室内的空气与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。

2.2.4、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加热工艺的自动化控制。

2.2.5、清洁卫生

 低温杀菌、无污染微波能自身不会对食品污染,微波的热效应双重杀菌作用又能在较低的温度下杀死细菌,这就提供了一种能够较多保持食品营养成份的加热杀菌方法。

2.2.6、选择性加热

微波对不同性质的物料有不同的作用,这一点对干燥作业有利。因为水分子对微波的吸收最好,所以含水量高的部位,吸收微波功率多于含水量较低的部位这就是选择加热的特点。烘干木材、纸张等产品时,利用这一特点可以做到均匀加热和均匀干燥。

   值得注意的是有些物质当温度愈高、吸收性愈好,造成恶性循环,出现局部温度急剧上升造成过干,甚至炭化,对这类物质进行微波加热时,要注意制定合理的加热工艺。

2.2.7、安全无害

在微波加热、干燥中,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术。

3、微波加热系统在沥青砼面层上的应用

3.1 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。

3.2微波加热系统在沥青砼面层上的应用

微波路面养护设备在使用以上工艺进行路面病害修补时有着明显的优势,能够深层加热路面,而且不会将原有的沥青混凝土烧焦。主要的步骤如下:

3.2.1 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1518㎝,加热效果最好是812㎝。

3.2.2添加活性济

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。

3.2.3 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。

3.2.4 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。

3.2.5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。

    4、微波热再生施工工艺

4.1 大面积病害的修补工艺

微波就地热再生工艺适用于小面积(4.5㎡)以下的病害修补,对于车辙、大面积的裂纹等病害,我们采用的是连续加热的方法,即连续加热两次。由于采用微波加热后沥青混凝土的保温效果比较好,第一块加热区域的加热温度可以稍微高一点(控制在国家养护规范参数内),待第二块区域加热完毕后,两块路面合并在一起翻松进行修补,这样一次可修补8㎡。此工艺已在维修京港澳高速公路漯驻段的车辙和宽缝处理的实践中得到验证,修补的效果也得到了高速公路管理部门的认可。

4.2 直接加热的修补工艺

直接加热修补主要是针对路面坑槽,就是把常温块状的沥青混合料直接加到坑槽里面,用路面加热器加热,加热到施工温度后进行修补。这种工艺的好处就是不用带热料和辅料加热器,维修路面时只需开一辆带有路面加热墙的灵特车和一辆带有块状沥表混合料的货车即可。

具体的施工工艺为:清理坑槽→将适量块状沥青混合料加入坑槽中→用路面加热器加热坑槽→翻松→添加乳化沥青拌和→压实→撒砂

这种工艺的修补质量很好,特别是加热块状沥青混凝土,在这一点上红外线修补设备的加热效果就比较差,如果块状料较大,红外线就无法把下面的部分加热。

4.3 冷开槽修补工艺

冷开槽修补是在没有路面加热设备的情况下,使用切割机、风镐等设备先把病害处开槽后加入加热的沥青混合料进行修补,具体的施工工艺如下:

开槽→旧料回收加热→喷洒乳化沥青→添加热料→摊平→压实→撒砂

这种修补工艺是很多公路养护公司在购买红外线加热设备后发现加热路面的效果不好,但是它的沥青混合料保温箱的保温效果比较好而想到的一种方法,但是红外线加热设备对开槽剩下的块状料无法处理。而微波加热设备可以将开槽剩下的块状料直接加热后再回收利用。

4.4 深层病害修补

公路沥青路面纵横向裂缝受雨水浸渗形成缝边唧泥,而这种病害大多数情况下会损坏路基,对于高速公路来讲由于沥青混凝土层较厚,一般都在12㎝以上,以前只能用人工开挖的方法去除沥青混凝土,再修补路基。

在京港澳高速公路漯河至驻马店段一期改造工程中,使用微波路面养护车进行唧浆的修补,发现微波路面养护车对高速公路路面深层病害的处理效果很好。具体工艺如下:

加热路面→挖去沥青混凝土→修补基层→喷洒乳化沥青→添加热料→摊平   压实→撒砂

使用以上的工艺能够明显地降低工人的劳动强度,提高工作效率,在这一点上红外线的修补设备是无法达到的,因为用红外线加热需要加热数次才能将沥青混凝土层加热完毕。

5、微波加热与红外线加热的对比

5.1 红外线加热

    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(4cm以下)至施工温度,则路面面层会被烧焦;另一方面,路面表面已经达到施工温度,但路面深层(4cm以下)没有达到,从而会降低路面的施工质量,更不利于沥青路面的现场热再生。

5.2微波加热

微波加热与红外线等传统加热不同,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。 

1、沥青和沥青混凝土本身是热的不良导体;

2、传统方式加热沥青混凝土时,其加热深度非常有限,表层受热以后只能通过热传导的形式传递热量,众所周知,热传导必须存在一定的温差才能实现,所以,我们可以清楚的知道,传统方式加热路面时,表层温度高,甚至于会烧焦路面。

3、沥青混凝土里含有大量的极性分子,在电磁场的作用下能进行轮摆运动,分子之间互相摩擦产生热量。同时由于微波热惯性小,对沥青本身的加热效果有保证。

    5.3 对比

    微波加热后沥青混合料的老化程度低,路用性能下降少,加热深度大能降低操作人员的工作强度,提高工作效率。对微波加热而言,取代红外加热仅是时间的问题,相信通过对微波加热系统的不断改善,微波加热的效果会更好。

6、结论

将微波应用于路面现场热再生是一种新的技术创新,它利用微波的加热原理加热沥青混凝土,使之软化达到施工需要的温度,以便于进行路面的修补。并具有“加热速度快、均匀加热、节能高效、易于控制、清洁卫生、选择性加热、安全无害”的特点。微波加热弥补了红外线加热和热风加热的不足之处,能够深层的加热路面,使路面的维修更加方便。路面微波热再生养护设备的出现,不仅带来了养护技术的革新,也直接促进了养护工艺的创新。

 

  
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