微波加热沥青混合料效率影响因素研究

公　路　与　汽　运　Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　１１８　第５期　２０１３年９月　微波加热沥青混合料效率影响因素研究＊　徐良，熊雯华　（江西省吉安市公路局永丰公路分局，江西吉安３４３０００）　摘要：为研究微波加热沥青混合料效率与沥青混合料结构闻关系，自制了微波加热设备，对３　种不同类型的沥青混合料试件ＡＣ、ＳＭＡ、ＯＧＦＣ分别进行微波辐射加热试验，得出３种混合料升　温速率快慢的顺序；对试件的结构性指标（孔隙率、油石比和集料细度模数）与升温速率进行相关　性分析，得出沥青混合料３种结构性指标与试件升温速率的相关性大小的顺序。　关键词：公路；沥青混合料｝微波加热；孔隙率；油石比；细度模数　中图分类号：Ｕ４１６．２１７　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１—２６６８【２０１３）Ｏ５一Ｏｌｌ８一Ｏ２　国内每年因道路修复产生的沥青混合料旧料达　数千万吨，如何对这些旧料加以利用成为一个亟需　解决的问题。目前沥青混合料旧料利用较为常用的　文通过设计试验模仿微波加热沥青混合料试验现　场，研究沥青混合料结构对微波加热效率的影响，为　微波再生沥青路面的施工提供参考。　方法是红外加热，但红外加热仅能从混合料的外表　加热，存在加热不均匀、表层沥青容易焦化等不足。　微波可以依靠增加材料分子运动的动能来使被加热　物体升温，具有深部加热、热惯性小、控制容易的特　１　试验　１．１原材料　选用国内沥青砼路面常用的３种结构类型：密　级配路面ＡＣ一１３、沥青玛蹄酯碎石路面ＳＭＡ一１３　和大孔隙排水性路面ＯＧＦＣ－－１３；集料级配见表１。　点，如何在现场热再生中应用微波加热技术正成为　一个研究热点。　目前微波再生研究主要集中于修补沥青路面试　验、沥青混合料在微波作用下的再生性能以及利用　微波测量沥青混合料介电特性的研究，对于沥青混　其中ＡＣ一１３选用中海７Ｏ号沥青，油石比为５　；　ＳＭＡ一１３采用ＳＢＳ改性沥青，油石比为５．９　；　ＯＧＦＣ－－１３采用ＳＢＳ改性沥青外掺木质纤维，油石　合料结构对微波加热效率的影响没有专门研究。该　比６．３　，木质素纤维０．４　。　衰１试验集料级配　通过下列筛孔（ｒａｍ）的质量百分率／　级配类型ＡＣ一１３　ＳＭＡ一１３　一１６　１３．２　９．５　４．７５　２．３６　１．１８　０．６　０．３　０．１５　　０．０７５　ｉ００　ｉ００　９５．０　９４．８　７６．５　７２．５　５３．０　２８．８　３７．０　２１．２　２６。５　１７．９　１９．０　１５．１　１３．５　１３．３　１０．０　１Ｉ．１　６．０　９．８　０ＧＦＣ一１３　１００　９５．０　７６．０　２０．０　１３．０　１２．０　１０．０　８．０　７．０　５．０　１．２试验方法与设备　喇叭辐射口、辐射口中心安装４个功率为５０　ｗ磁　控管发射微波。每个辐射口的辐射面积为５　ｃｍ×５　ｃｍ，磁控管距辐射口平面的直线距离为４　ｃｍ。　根据３种级配类型分别成型数块３０　ｃｍ×３０　ｃｍ×５　ｃｍ沥青砼车辙试件，在试件底部安装温度　传感器，在试件顶部施加微波辐射，记录沥青砼试件　底部的升温速率，作为评价微波加热效率的指标。　自制微波辐射装置如图ｌ所示，设备总功率为２００　ｗ，该装置主要包括主机箱、外部防护罩、４个微波　＊基金项目：江西省交通厅科技项目（２０１２Ｈ００６８）　２试验结果与分析　３种试件在微波辐射下的升温速率见图２。从　图２来看，升温速率由快到慢为ＡＣ、ＳＭＡ、ＯＧＦＣ。　公　路　与　汽　运　总第１５８期　Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　１１９　图ｌ　自制微波辐射装置　１８０　１６ｏ　１４０　麓　Ｏ１２０。　　６０　拭　４ｏ　２Ｏ　０　微波辐射时间／ｓ　图２不同沥青混合料试件升温速率　选取３种沥青混合料的结构性指标即孔隙率、　油石比和集料细度模数，孑Ｌ隙率反映试件成型后的　结构特性，油石比反映沥青在试件中所占的比例，细　度模数反映混合料集料的总表面积特性。因为细集　料的表面积占整个集料表面积的比重较大，且由于　沥青和集料的介电特性不同，沥青和集料在界面处　的热交换会对试件的升温速率产生较大影响，因此　选取沥青混合料细度模数这个结构性指标。选取试　件底部温度达到１７０℃的时间ｔ作为评价试件升温　速率的指标，对沥青混合料结构指标与试件升温速　率指标进行相关性分析，以检验沥青混合料何种结　构性指标是影响试件升温速率的主要因素。３种沥　青混合料试件的结构性指标和试件底部温度达到　１７０℃的时间ｔ如表２所示。　表２试件结构性指标与升温时间　２．１孔隙率　沥青混合料孔隙率与升温速率的相关性见图　３。从图３可知：二者的线性相关系数达０．９６４　３，相　关性较好。原因是孔隙率的不同造成试件的散热结　构不同，故会对试件的升温速率造成较大影响。　２５　摹２０　谆１５　嚣ｌＯ　Ｏ　图３沥青混合料孔隙率与升温速率相关性　２．２油石比　沥青混合料油石比与升温速率的相关性见图　４。从图４可知，二者的线性相关系数为０．７７０　５，相　关性良好，但二者的线性相关性不如孔隙率。这是　由于集料和沥青的介电特性不同，二者吸收微波放　热的效率不同，因此油石比不同会对沥青混合料的　升温速率造成一定影响。但又由于在沥青混合料试　件中沥青含量较少，对试件总体升温速率的影响有　限，因此油石比不同仅会对沥青混合料试件的升温　速率产生一定影响。　藿；番４　Ｌ———』————Ｌ———Ｊ————Ｊ［…，　一＿———－Ｊ————Ｌ———＿Ｊ——＿＿Ｊ　　图４沥青混合料油石比与升温速翠相关性　２．３细度模数　集料细度模数与升温速率的相关性见图５。从　图５可知，二者的线性相关系数为０．８７３　７，相关性　良好，相关性系数大小介于孔隙率与油石比之间。　由于沥青与集料的介电特性不同，沥青与集料界面　处的传热特性会影响试件的升温速率，细度模数越　大，混合料细集料越粗，沥青与集料界面的总面积越　小，热量传递越小，升温速率越慢。因此，集料细度　模数会对沥青混合料的升温速率产生一定影响。　籁　４．Ｏ　３．５　３．０　嗣　２．５　２．Ｏ　１０　１２　１４　１６　１８　２Ｏ　２２　２４　２６　ｔ／ｓ　图５沥青混合料细度模数与升温速率相关性　综上所述，沥青混合料３种结构性指标与试件　升温速率的相关性由大到小的顺序为孔隙率、细度　１２Ｏ　第５期　２０１３年９月　南岳高速全风化花岗岩路基填料工程性质试验研究　唐炜　，邓小钊　，刘辉　（１．湖南省高速公路管理局，湖南长沙４１０００１；２．长沙理工大学岩土研究所，湖南长沙４１０００４）　摘要：受南方地区高温、湿热气候条件的影响，南岳（衡阳一南岳）高速公路分布着大量风化花　岗岩残积土，对路基稳定性产生较大的影响。文中采用改进的室内外试验，对南岳高速公路全风　Ｈ　ｇ　化花岗岩路基填料工程性质进行研究，首先以公路路基施工规范为基础，通过调节试件的浸水方　式、上履压力及试件制备时的含水率来进行改进试验，其次对全风化花岗岩路基填料改良技术进　行试验对比分析。经试验与对比分析，建议采用水泥进行改良处理，路基填筑施工中压实度的控　公　路＆　Ａ　制标准为９Ｏ％，比规范降低３％，同时最佳填筑含水量控制在大于最佳含水量３　～５　。　关键词：公路；全风化花岗岩；路基填料；工程性质；改进试验　中图分类号：Ｕ４１６．１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１—２６６８（２０１３）Ｏ５一Ｏ１２Ｏ—Ｏ４　与泐　Ｏ　全风化花岗岩是花岗岩经物理、化学风化作用　生成的产物，在中国南方地区广泛分布。由于气候　及风化作用种类的不同，全风化花岗岩具有明显的　区域差异性，并且长期以来全风化花岗岩被当成普　通粘性土使用，其工程性质也未得到足够的研究，从　配不良，作为路基土体时，碾压成型困难，从而压实　度难以保证；同时其强度指标也不大，ＣＢＲ值达不　到规范要求。因此，有必要对全风化花岗岩工程特　性进行研究，为路基填筑提供技术指标。　．缸　汽　Ａ　运　Ｃ　口　．缸　而引发路基病害。　南岳（衡阳一南岳）高速公路是湖南省高速公路　网的重要组成部分，全长５Ｏ．７６　ｋｍ，设计时速１２０　１　全风化花岗岩原状土ＣＢＲ改进试验　现行ＣＢＲ测试采用饱水４　ｄ的试验状态，与高　速公路路堤多处于中湿和干燥的实际状态并不一　致。因此，对ＣＢＲ测试进行改进试验，措施如下：　（１）浸水方式。将由上部浸水改为侧向浸水，　水位以刚好淹没试筒最上一排透水孑Ｌ为准，同时侧　壁加滤纸，将其覆盖与试件接触的筒内壁。　∞　ｋｍ／ｈ，路基宽度２６　ｍ。受南方地区高温、湿热气候　条件的影响，南岳高速公路分布着大量的风化花岗　岩残积土。经现场调查及取样分析，该类土主要由　砂粒和粉粒组成，粘性成分缺乏，土体颗粒均匀，级　模数、油石比，孔隙率是影响试件升温速率的最主要　结构性参数。　模型与试验ＥＪ］．东南大学学报：自然科学版，２００６，３６　（３）．　Ｅ２］Ｂｏｓｉｓｉｏｒ　Ｇ，Ｓｐｏｏｎｅｒ　Ｊ，Ｇｒａｎｇｅｒ　Ｊ．Ａｓｐｈａｌｔ　ｒｏａｄ　ｍａｉｎｔｅ—　３　结语　该文通过自制微波加热装置，对３种结构类型　的沥青混合料试件ＡＣ、ＳＭＡ、ＯＧＦＣ分别进行微波　辐射加热，得到升温速率由快到慢的顺序为ＡＣ、　ＳＭＡ、ＯＧＦＣ。对试件的结构性指标（孔隙率、油石　比和集料细度模数）与升温速率进行相关性分析，得　出沥青混合料３种结构性指标与升温速率的相关性　由大到小的顺序为孔隙率、细度模数、油石比，孑Ｌ隙　ｎａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ａ　ｍｏｂｉｌｅ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｕｎｉｔＥＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｐｏｗｅｒ，１９７４，９（４）．　［３３　Ｔｈｕｅｒｙ　Ｊ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ：ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ，ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，ａｎｄ　ｍｅｄｉ—　ｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｎｏｒｗｏｏｄ：Ａｒｔｅｃｈ　Ｈｏｕｓｅ，１９９２．　Ｅ４］Ａ１一Ｏｈａｌｙ　Ａ　Ａ，Ｔｅｒｒｅｌ　Ｒ　Ｌ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｏｎ　ａｄｈｅｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅｓ　－ｌＪ］．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｒｅｃｏｒｄ，１９８８，１１７１．　［５］孙铜生，史金飞，朱松青．沥青路面微波现场热再生热　电场模型［Ｊ］．交通运输工程学报，２００８，８（３）．　［６］朱松青，史金飞，王鸿翔．微波现场加热再生关键问题　率是影响其在微波条件下升温速率的主要因素。　参考文献：　Ｅ１］朱松青，史金飞，王鸿翔．沥青路面现场微波加热再生　研究［Ｊ］．公路交通科技，２００７，２４（９）．　收稿日期：２Ｏ１３一Ｏ５—１８