沥青混凝土路面微波养护技术的国内外研究现状

国外研究现状

1973年秋季，Bosisio等采用微波加热技术修补了加拿大蒙特利尔和魁北克城之间的高速公路20km处的路面裂缝，取得了满意的成果。

美国的HowardK.Long在1986年设计了微波除冰车及其除冰装置。1987年，在美国联邦公路局实施的公路战略研究计划项目(SHRP)中，密歇根理工大学的JackMonson在道路除冰项目中提出微波除冰车的设计方案，但是因为最关键的除冰速度太低的缘故，项目未能实施。

Al-Ohaly等在1988年研究了微波加热对沥青混合料性能的影响，通过试验发现，用微波处理沥青混合料能改善沥青与聚集料间的黏附力，并提高其抗水腐性能，这样可保证路面修补的质量。1989年，Osborne和Hutcheson提出在沥青混合料中添加微波吸收性能较好的材料以改进其组分，使得在使用微波修补路面病害时可以更好地恢复和改善路用性能。工业专用大功率磁控管结构复杂、维护困难、成本昂贵，需要完善的保护装置才能工作，因而没有得到推广应用。

2005年，美国明尼苏达大学的Hopstock提出了将铁燧岩矿石作为沥青路面的面层材料，以提高路面表层的微波吸收能力，加速贴近路面的冰层融化，提高微波除冰的速度。美国明尼苏达州的NRRI组织也因此将研究方向转为研究吸收微波能力更强的路面材料，并计划修筑“微波路”，用于路面快速微波修补和除冰。之后，国外的研究相对很少。

国内研究现状

2003年，北方交通大学的徐宇工等采用家用微波炉(Pout=800W，f=2.45G Hz)进行了微波除冰室内模拟试验，结果证实了微波能够透过冰层加热路面，使接触路面的冰层首先融化，从而验证了微波加热技术可以用于清除道路冰雪。但其试验过于简单，且采用的是家用微波炉，属驻波场谐振腔式微波加热器，而在道路除冰时只能使用辐射场式微波加热器，两者之间差别较大，试验得出需要30s加热时间的结论和实际相差较大。

从2004年开始，原美的集团下属子公司佛山市威特公路养护设备有限公司进入公路养护工程机械行业，联合长安大学和电子科技大学，对微波加热沥青混合料的特性及其影响因素进行了系统研究，对比了不同加热方式对沥青混合料路用性能的影响，为沥青路面微波养护工艺的设计奠定了基础；解决了微波天线及天线阵列设计、微波屏蔽及泄漏检测、水冷磁控管及加热墙冷却、车载高压供电等技术难题，实现了微波加热技术应用的突破。2004年，该公司开发了WT5160TYHB型沥青路面微波养护车，之后又陆续研制了微波综合养护车CK5251TYA、风驰CK5050TYHA、灵特CK5140TYHB、灵特CK-5050TYHB、灵特CK5050TYHB等系列产品。另外，对微波厂拌热再生过程中的旧料输送、搅拌、水汽处理、再生性能等方面做了探索性研究，研制了二级输送加热试验装置。

研究成果被行业标准《沥青道路微波养护车》(QC/T811-2009)、《综合养护车术语》(JB/T5957-2007)、《道路施工与养护机械设备沥青路面微波加热装置》、《道路施工与养护机械设备综合养护车》采纳，对推动行业技术进步有重要意义。

2012年，美的集团因战略调整停止了沥青路面微波加热应用技术研究。2013年，江苏威拓公路养护设备有限公司收购了美的集团旗下的江苏淮安威拓公路养护设备有限公司，并开发生产了5160TYHB微波沥青路面养护车；2017年7月，自主研发了“微波就地热再生”列车。该列车采用微波加热技术以及鸥翼式微波加热墙，加热宽度为3.7~4.0ｍ。湖南天立工程机械有限公司生产了TLWB1样机，东风特汽生产了EQ5120TYH立式微波坑槽养护车，陕西中霖沥青路面养护科技有限公司生产了微波沥青路面养护车，但均未形成规模。

成立于2017年6月的江苏省产业技术研究院道路工程技术与装备研究所(由江苏省产业研究院、徐州经济技术开发区、徐工集团与核心团队共建)，从2018年开始研制新一代沥青路面微波养护车。采用了单发动机、高频开关电源、变功率、高性能防微波泄漏、“一坑一档”数字化智能管理系统等技术的JCM100W沥青路面微波养护车在2018年11月的上海宝马展会亮相。

该研究所之后研发了经济型JCM60W和JCM15W，用于小面积坑槽修补和井盖更换维修。还有大型就地热再生微波加热机JH450W，装机功率574kW，加热长度9.0ｍ，加热宽度1.2ｍ，加热深度17ｍｍ，带有辅助加热谐振腔，加热效率、均匀性、环保性都远高于传统形式。养护管理投稿交流推广合作加微信627361748

同时建立了国内更大的厂拌热再生微波试验系统及不同功率大小的微波沥青混合料试验组合系列装置，用于试验研究不同天线阵列组合、移动状态、不同含水量、不同级配与不同密实度等条件下旧混合料的加热效率、性能等。研制了适用于2000型和3000型沥青拌合设备的JRP80型热风微波复合加热RAP装置。

2019年，JCM100Ｗ沥青路面微波养护车在G1201吉林绕城高速丰满段、湖南许广高速长沙段、湛江高速遂溪段、江肇高速、广惠高速、北京西六环高速、南京江宁区国省干线公路等项目。

应用，同时作为江苏省2019年全省公路养护职业技能竞赛用设备。2019年在工程机械工业协会列项的团体标准包括沥青路面微波综合养护车、沥青路面微波综合养护施工工法、沥青路面热风微波复合加热就地热再生施工工法、热风微波复合加热沥青路面就地热再生复拌机组，前二项已在审查，后二项正在进行中。集萃道路所在微波加热基础研究、材料、施工工艺、设备研发方面又将这一技术向前推进了一大步，尤其是热风与微波复合加热技术取得了重要进展。

长安大学郝培文教授等对比研究了不同加热方式对沥青混合料路用性能的影响，发现沥青混合料经微波加热后在高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等方面都有较好的表现，路用性能满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的技术要求。微波加热比其他加热方式更适用于沥青路面。

唐相伟在微波除冰技术方面做了比较深入系统的研究，并于2009年在其博士论文《道路微波除冰效率研究》中发表重要的研究结论。

(1)提出了以冰层和路面结合处温度到达0℃的时间作为微波除冰效率的判定依据，给出了停止微波加热的时刻。

(2)对微波频率、微波电场强度、加热模式及加热墙波导口距路面高度进行了仿真和试验研究，结果表明：微波频率对除冰效率的影响更大，增大微波频率能够有效提高除冰效率；间歇式加热除冰效果优于持续加热，且每次间歇时间为10s时加热除冰效果更好；在加热结束30s左右除冰，效果更佳；同等条件下，通过增大微波电场强度来提高微波除冰效率作用不大；波导口加热距离路面50mm时，除冰效率较高。

(3)研究了道路材料对除冰效率的影响，结果表明：水泥混凝土除冰效率是沥青混凝土的3~4倍；铁磁性道路材料能够有效提高微波除冰效率，2.45G Hz微波加热含40%磁铁矿石骨料的沥青混凝土比加热不含磁铁矿石骨料时的效率提高了7倍。5.8G Hz微波加热磁铁矿石体积比为1∶4沥青混凝土时，除冰效率能够满足微波除冰工程应用。

(4)对环境温度、冰层杂质、冰厚进行了研究，仿真和试验结果表明：环境温度为-5℃时的除冰效率约是-20℃时的4.7倍；冰层底部存在土类杂质有助于提升除冰效率；冰层厚度对除冰效率影响甚小，体现了微波除厚冰层的优势。

沥青路面微波养护技术学术研究现状

近年来，在沥青路面微波养护技术学术研究过程中，笔者搜索到在专业核心期刊、国际学术期刊中公开发表的研究论文145篇，包括微波加热相关设备研究、微波技术应用、材料性能研究、微波除冰技术研究[1-145]。

先后有博士后1人、博士生9人、硕士生57人分别完成相关的论文，他们在微波加热沥青路面再生机理、建模、养护、关键技术、仿真、数值模拟、坑槽修补装备与工艺、连续式再生加热拌合设备与工艺、路用性能、吸波材料、吸波效率、沐鸣2注册网站 微波防泄漏技术以及除冰雪方面做了大量的基础理论和应用研究[146-212]，推动了微波理论、沥青路面材料、微波加热设备设计与制造、施工工艺等的发展。

微波加热的基本原理与特点

微波加热的介质按照电结构可以分为极性分子介质和非极性分子介质。当把极性分子介质置于微波场中时，在电磁场的作用下，介质材料中会形成偶极子或已有的偶极子重新排列，并随着高频交变电磁场以每秒高达数亿次的速度摆动。

分子要随着不断变化的高频电场的方向重新排列，沐鸣2平台胶凝材料网 就必须克服分子原有的热运动和分子相互作用的干扰和阻碍，产生激烈的摩擦，在这一微观过程中，微波能量转化为介质的热量，宏观的表现就是介质温度升高。

微波加热有其自身独有的一些特点。

(1)即时性。微波在加热介质物料时具有即时性。只要有微波辐射，物料即刻被加热，反之，物料就因为得不到微波能量而立即停止升温。可以使物料在瞬间得到或失去热量来源，表现出对物料加热的无惰性。

(2)整体性。微波是一种穿透力很强的电磁波，频率为915M Hz的电磁波的波长可达到320mm，能够穿透物体，使物体内、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，节省了常规加热方式的热传导过程所需的时间，且在介质损耗因数与温度呈负相关的条件下，物料内外加热均匀一致。

(3)选择性。并非所有介质都能使用微波加热，介质吸收微波的能力主要由介质损耗因数决定。不同的介质由于自身介电特性的差异，对微波的吸收能力存在相当大的差别，因此，微波加热表现出选择性加热的特点。