利用加热工艺修补沥青路面

长期以来，沥青路面的修复工程一直是在常温下由人工完成的。不仅劳动强度大，工效低，而且容易破坏路面底层和相邻边侧，影响修复质量和使用寿命。同时，挖切下来的路面旧材料在常温下难以再生利用而只有随路丢弃，不仅造成了浪费，而且由于这些丢弃的材料在自然环境中难以降解又造成了对环境的污染。但若对路面先行加热，在较高温度下，沥青路面呈松散状态，不仅易于铲挖，而且不会影响路面基层和边侧，更可使路面旧材料得到就地再生利用。
　　1 加热方法修补沥青路面的基本原理
　　由实验知，在一般情况下40~80mm厚的沥青路面当其表面加热至140℃左右，底部加热至80℃以上可以达到易于挖切状态。但沥青混合料所涉及的各种材料，如石料、沥青、水份及各种改性材料等，其热容量均较大，而且导热性能较差。众所周知，温度是物质内部分子运动剧烈程度的反映，在加热过程中，如何使热源与被加热物质的固有振频良好匹配，从而引起共振提高加热效率和加热质量是探讨沥青路面加热技术的关键。长期以来，国内外有关学术部门进行了各种加热方式及其相关设备的研究，取得了一定的成果和经验。山西省交通科学研究院自上世纪80年代即开始了相关技术的研究，并在1983年在国内首先提出了以电远红外辐射加热为机理的路面加热工艺及其设备，其加热效果达到了较高的水平。验证了红外辐射加热深入性好，其辐射频谱与沥青路面材料的吸收性能可达到较好的匹配。采用红外辐射加热在加热过程中不易使路面材料产生二次老化，因此相对可见光等加热方式具有明显的优越性。实践证明利用加热修补工艺具有如下特点：
　　1.1 施工配套设备少
　　可减少传统常温修补工艺所需的空气压缩机、挖切机具、装运新混合料和废旧料的车辆等配套设备。因此，不但减少了设备投资，而且减少了施工人员和路面施工时的封路区域，保证车辆畅通。
　　1.2 废料可就地再生使用
　　传统方法修补路面所用的沥青混合料大多是临时拌制的。因此，油石配比难以准确，其结果必然严重影响路面修补质量。而以加热修补为主要内容的综合养护车所配备的料仓可将沥青混合料加热软化后使用。这些冷料不用专门拌制，只要在路面大中修施工期间，将施工现场每天的剩余混和料收集保管，或专门多制备一些混合料储备备用，就足以供应全年养护工程使用。同时，加热修补工艺可使原损坏部分的旧料加热后与新料掺配后现场再生利用，大大减少了对新混合料的依赖程度，对自然环境的保护有重要意义。
　　1.3 修补速度快
　　传统方法修补一个坑槽（以边长mm，深60mm的正方形坑槽为例）需60~90min，而加热修补工艺只需15~20min，大大减少了因修路工程对交通流的影响。
　　1.4 修补质量高
　　传统方法是冷接缝结合，应力集中，接缝处结合性差。特别是寒冷季节修补质量更差。而加热修补工艺是热缝结合，新旧料互相融合，没有明显的接缝。因此，结合强度高，平整度好且大大延长了使用寿命。
　　2 热源及其加热方式的选择
　　根据目前国内外沥青路面加热技术发展趋势，大多采用以液化气为热源的加热系统，主要因为：
　　（1）它是一次能源且为直燃式加热系统，成本低、热效率高；
　　（2）自身具有一定气压，无需氧气或其它助燃剂助燃，易于装运和更换充填，也易于燃烧控制；
　　（3）燃烧时基本没有烟气排出，不存在二次污染问题；
　　（4）燃烧值和价格比较高。
　　目前，用于沥青路面的加热方式多种多样，具有代表性的主要有可见光、红外线、微波等，微波加热技术及装备目前尚处研究阶段，而可见光加热由于局部温度很高，使路面表层易于老化。采用可见光的加热设备，为了使路面不致老化，其加热装置专设了周期性升降系统，而实际工程证明，即使如此也很难作到不出现局部材料老化问题。而加热时间均在15min以上，从而验证了可见光深入性较差的问题。但红外辐射加热方式深入性好且加热均匀，故加热过程中加热对象不易老化。所以，笔者建议应大力推广红外辐射加热系统。
　　红外辐射加热适用于各种有机物、高分子物质和水等。沥青是高分子碳氢化合物和非碳氢化合物的混合物。其主要化学组成有：碳70%~80%；氢10%~15%；硫、氧、氮等仅占0.5%~8% 。组成沥青路面的混合料中，除了沥青和石料外，还有不超过2%的液态水和汽态水。图1～图3是石油沥青、石料和水的红外光谱分析，它们在1~15μm 红外波段范围内有强烈的吸收带，在4μm附近为吸收峰值。因此，应用红外辐射技术加热沥青路面是完全可行的。
　　3 加热修补工艺应用现状及发展趋势
　　自20世纪80年代以来，沥青路面加热修补工艺已在西方工业发达国家推广应用，收到了显著的效果。我国除山西省交通科学研究院开发了红外路面加热器外，比较突出的还有辽宁交通高等专科学校等单位研制的以液化气为热源的红外加热装置。从上述设备应用效果可得出下述结论：
　　（1）采用红外加热方式较可见光加热更为适宜；
　　（2）热源以液化气为好；
　　（3）加热装置可采用板式或多管式结构，但必须有无级