瀝青路面再生加熱室內(nèi)試驗(yàn)方法研究

姚澤光，楊士敏，徐蛟龍

（長安大學(xué) 道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710064）

瀝青路面再生加熱室內(nèi)試驗(yàn)方法研究

姚澤光，楊士敏，徐蛟龍

（長安大學(xué) 道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710064）

利用路面攤鋪與養(yǎng)護(hù)綜合試驗(yàn)臺(tái)對(duì)瀝青路面進(jìn)行室內(nèi)熱再生加熱試驗(yàn)，研究再生路面加熱過程中加熱板的移動(dòng)速度、瀝青路面的溫度變化以及加熱量等因素對(duì)加熱質(zhì)量的影響。通過試驗(yàn)得出滿足加熱質(zhì)量的最優(yōu)移動(dòng)速度、最佳加熱距離以及合理的加熱量等施工參數(shù)，為瀝青路面再生加熱施工提供一定的依據(jù)。

綜合試驗(yàn)臺(tái)；瀝青路面；溫度變化；路用性能

0 引 言

為了節(jié)能環(huán)保，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，中國在道路養(yǎng)護(hù)中廣泛采用舊瀝青路面再生技術(shù)。由于冷再生技術(shù)本身的局限性，熱再生技術(shù)成為常用的養(yǎng)護(hù)方式。如何更有效地對(duì)舊瀝青路面進(jìn)行加熱，是熱再生技術(shù)的關(guān)鍵。本文依托長安大學(xué)試驗(yàn)室路面攤鋪與養(yǎng)護(hù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行室內(nèi)瀝青路面加熱技術(shù)試驗(yàn)方法的研究，以便得到合適的施工參數(shù)，保證再生路面的質(zhì)量，提高施工效率。

1 路面攤鋪與養(yǎng)護(hù)綜合試驗(yàn)臺(tái)的基本構(gòu)成

本試驗(yàn)臺(tái)為綜合性試驗(yàn)臺(tái)，既可以進(jìn)行各種路面的攤鋪試驗(yàn)，也可以進(jìn)行路面的養(yǎng)護(hù)作業(yè)試驗(yàn)。該試驗(yàn)臺(tái)由4個(gè)部分組成：動(dòng)力系統(tǒng)、混合料拌和系統(tǒng)、攤鋪系統(tǒng)與養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)［1］。

試驗(yàn)臺(tái)的基本構(gòu)成如圖1所示。動(dòng)力系統(tǒng)主要為其他各個(gè)系統(tǒng)提供作業(yè)時(shí)所需要的動(dòng)力，活動(dòng)路面板的移動(dòng)通過卷揚(yáng)機(jī)牽引實(shí)現(xiàn)，而卷揚(yáng)機(jī)則是通過液壓馬達(dá)進(jìn)行動(dòng)力的輸入；拌和系統(tǒng)主要包括強(qiáng)制式攪拌機(jī)及其支撐架等部分，可用來拌和瀝青混合料或水泥混凝土，以便驗(yàn)證混合料的級(jí)配、油石比或灰漿比等參數(shù)；攤鋪系統(tǒng)主要包括振搗梁、螺旋布料器、仰角調(diào)節(jié)螺桿等，可以進(jìn)行攤鋪試驗(yàn)以及螺旋布料器工作特性的測試等；養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主要是指四立柱安裝架以及附屬結(jié)構(gòu)，還應(yīng)具有活動(dòng)路面板作用，以便實(shí)現(xiàn)路面與加熱板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

圖1 路面攤鋪與養(yǎng)護(hù)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基本構(gòu)成

當(dāng)進(jìn)行加熱試驗(yàn)時(shí)，只需要將加熱板安裝在四立柱安裝架上，將瀝青路面置于活動(dòng)路面板上，根據(jù)加熱前的計(jì)算，大致可以計(jì)算出活動(dòng)路面板的運(yùn)行速度，也可以根據(jù)作業(yè)情況，調(diào)整路面板速度。通過養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)，可以得到合適的加熱時(shí)間、穩(wěn)定的移動(dòng)速度、最優(yōu)的加熱板高度等，從而確保瀝青路面的加熱質(zhì)量。

2 瀝青路面熱再生加熱試驗(yàn)原理

為了便于在室內(nèi)模擬舊瀝青路面加熱過程，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，采用使活動(dòng)路面板平臺(tái)上的瀝青路面進(jìn)行水平移動(dòng)，而加熱板位置固定不變的試驗(yàn)方法。

瀝青路面加熱試驗(yàn)的方法為：利用綜合試驗(yàn)臺(tái)在活動(dòng)路面板上進(jìn)行瀝青路面的攤鋪、壓實(shí)，保證足夠的壓實(shí)度和空隙率，以模擬舊瀝青路面進(jìn)行試驗(yàn)；在四立柱安裝架上安裝加熱板，進(jìn)行加熱試驗(yàn)，調(diào)整好加熱板到瀝青路面的距離，這個(gè)過程通過調(diào)整油缸實(shí)現(xiàn)；活動(dòng)路面板按給定的速度V向右前進(jìn)，這樣瀝青路面就能夠進(jìn)行全幅加熱，合適的速度不僅能夠保證加熱溫度的科學(xué)性，也可以防止舊瀝青的燒焦老化；加熱過后的瀝青路面混合料可以進(jìn)行其他需求指標(biāo)的測定，以便為再生提供必要的技術(shù)支持；更換其他的瀝青路面試驗(yàn)樣品，進(jìn)行下一次試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)參數(shù)和測試方法

3.1 加熱板移動(dòng)速度的調(diào)節(jié)和測量

活動(dòng)路面板由卷揚(yáng)機(jī)牽引，卷揚(yáng)機(jī)由液壓馬達(dá)通過減速機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)［2］。通過液壓系統(tǒng)中的電子調(diào)速閥對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行控制，可以調(diào)節(jié)活動(dòng)路面板的移動(dòng)速度（即加熱板的移動(dòng)速度V）在0.3～10m·min－1范圍內(nèi)無級(jí)變化。試驗(yàn)過程中可以利用秒表對(duì)加熱板移動(dòng)的平均速度進(jìn)行測量。

在試驗(yàn)過程中，應(yīng)首先對(duì)加熱板移動(dòng)速度進(jìn)行大致的估算，以便確定速度的大致范圍，減少調(diào)節(jié)時(shí)的盲目性。加熱板移動(dòng)速度V必須滿足單位面積的舊瀝青混合料加熱時(shí)間t符合達(dá)到要求溫度時(shí)所需要的時(shí)間，這樣根據(jù)加熱板的長度L即可大致估算其移動(dòng)速度V

3.2 加熱溫度的測量

瀝青路面再生加熱試驗(yàn)的關(guān)鍵就是溫度的控制，溫度控制不當(dāng)，將嚴(yán)重影響再生混合料的施工質(zhì)量，因此應(yīng)時(shí)刻注意溫度的測量，嚴(yán)格控制加熱溫度。

加熱過程中，瀝青路面的表面溫度可以通過紅外測溫儀進(jìn)行測量，其芯部溫度可以采用T型熱電偶傳感器測量。在試驗(yàn)過程中，應(yīng)該選取n個(gè)不同的點(diǎn)，分別測量并記錄數(shù)據(jù)Ti，這樣可以避免由于加熱板工作不均勻引起的試驗(yàn)誤差。在試驗(yàn)過程中進(jìn)行溫度測量時(shí)，要求測量速度快，以免延長加熱時(shí)間，造成所測數(shù)據(jù)偏差較大。根據(jù)測得的結(jié)果可以計(jì)算出某一時(shí)刻的平均溫度

T型熱電偶傳感器的測量范圍為－100℃～400℃，精確度可達(dá)0.02℃，采用Data Taker 50型數(shù)據(jù)采集儀。為了方便測量瀝青路面不同深度的溫度，可以在不同深度的瀝青路面上取芯，安裝傳感器后進(jìn)行溫度的測量。在采集到相應(yīng)的數(shù)據(jù)后，可以繪制出加熱路面的溫度梯度，便于分析其加熱質(zhì)量［3］。

3.3 加熱量的計(jì)量與調(diào)節(jié)

根據(jù)試驗(yàn)路面的級(jí)配可以大致計(jì)算出：瀝青路面的容重γ＝1 600kg·m－3；配比為：瀝青6%，水分2%，石料92%；各種成分比熱分別為：Ca＝1.675 kJ·（kg·℃）－1，Cw＝4.186kJ·（kg·℃）－1，Cs＝0.873kJ·（kg·℃）－1。環(huán)境溫度為20℃，根據(jù)前面溫度的測定可以確定混合料的平均溫度，假設(shè)加熱后平均溫度為120℃，則此時(shí)混合料中的部分水分已經(jīng)蒸發(fā)，因此可以大致估算出混合料升溫和水分氣化所需要的熱量（加熱效率按0.7計(jì)算）

式中：Q為所需要的總能量；Q1為混合料升溫需要的能量；Q2為水分氣化所需要的能量。

式中：C為混合料比熱（kJ·（kg·℃）－1）；W為被加熱混合料的總質(zhì)量（kg）；Δt為混合料加熱前后的溫差（℃）。

因此可以計(jì)算出：

式中：L＝2 256.7kJ·kg－1，為水的汽化熱；W′w為瀝青路面中完全蒸發(fā)部分水的質(zhì)量。

根據(jù)上面的公式可以計(jì)算出所需要的總能量Q，又因?yàn)榧訜嵝师牵?.7，所以加熱需要提供的熱量Qsum為

根據(jù)式（4）可以粗略地估計(jì)液化石油氣的總通入量，再由加熱時(shí)間t，可以計(jì)算單位時(shí)間的通氣量p，即

式中：qgas為液化石油氣的熱值（kJ·kg－1）。

根據(jù)液化石油氣的密度ρ可以計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)通入的液化石油氣的體積。

加熱量的大小可通過調(diào)節(jié)液化氣罐上閥門的大小進(jìn)行改變，在試驗(yàn)過程中盡量使單位時(shí)間內(nèi)的熱量釋放量相同，這樣可以保證加熱過程中瀝青路面單位面積上接收的熱量相同，使瀝青路面均勻受熱。

3.4 加熱質(zhì)量的評(píng)價(jià)與分析

由于瀝青路面的加熱再生效果直接影響再生路面的路用性能，因此有必要對(duì)瀝青路面的加熱質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

影響再生效果的主要因素是加熱過程中溫度的分布，當(dāng)溫度分布不均勻時(shí)，瀝青路面部分區(qū)域沒有達(dá)到軟化溫度，而其他部分瀝青路面已經(jīng)發(fā)生焦化現(xiàn)象［4］。由試驗(yàn)可以測得不同深度瀝青路面的溫度，從而大致描繪出瀝青加熱的溫度梯度，確定滿足再生效果的瀝青路面的加熱深度。對(duì)滿足溫度要求的瀝青路面進(jìn)行舊料回收，既可以節(jié)省資源，又能滿足再生路面的設(shè)計(jì)要求。

瀝青路面表面瀝青的路用性能也是一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)表面瀝青發(fā)生嚴(yán)重老化或焦化時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重影響再生混合料的拌和、攤鋪和壓實(shí)等作業(yè)。因此，還需要對(duì)表面瀝青加熱后的路用性能進(jìn)行試驗(yàn)，判斷加熱質(zhì)量的合理性。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）根據(jù)試驗(yàn)測得的瀝青路面加熱過程中的溫度變化，可以繪制瀝青路面加熱過程中溫度與加熱時(shí)間的關(guān)系曲線，了解瀝青混合料的比熱容隨溫度變化的情況，分析瀝青路面吸熱的變化規(guī)律。

（2）根據(jù)不同深度瀝青路面的溫度值，繪制出瀝青路面的溫度梯度圖。由圖可以直觀地看出滿足再生要求的瀝青路面的深度，為施工過程中路面銑刨深度提供相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)，保證回收瀝青混合料的再生質(zhì)量。

（3）由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到加熱板不同移動(dòng)速度下熱量消耗量的變化規(guī)律，求得最佳的移動(dòng)速度。

（4）試驗(yàn)過程中，改變加熱板到瀝青路面的距離，繪制加熱距離與熱量利用率之間的關(guān)系曲線，確定最佳加熱距離。

總之，試驗(yàn)的最終目的就是提高瀝青路面的加熱質(zhì)量，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析找到最合理的施工參數(shù)，即最佳移動(dòng)速度、最佳加熱距離和合理的加熱量等。

5 結(jié) 語

（1）利用活動(dòng)路面板相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，模擬瀝青路面修補(bǔ)車在工作過程中的移動(dòng)狀況，進(jìn)行瀝青路面加熱試驗(yàn)，可以得到最佳的行車速度。

（2）利用試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，可以得到最佳的離地距離，保證加熱效率，提高能源利用率。

（3）在試驗(yàn)室內(nèi)可以很好地控制加熱量，通過對(duì)加熱量與加熱質(zhì)量之間關(guān)系的研究，可以得出滿足加熱質(zhì)量情況下的最佳加熱量，避免瀝青路面加熱質(zhì)量的不均勻。

此外，在路面攤鋪與養(yǎng)護(hù)綜合試驗(yàn)臺(tái)上還可以對(duì)不同的加熱方式進(jìn)行類似的試驗(yàn)，以便確定最優(yōu)的加熱方式以及最佳的加熱效率，為施工過程提供可靠的施工參數(shù)。

［1］楊士敏.碾壓混凝土路面熨平板攤鋪機(jī)理［M］.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

［2］尹 強(qiáng).溫拌纖維瀝青混合料性能的試驗(yàn)研究［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2012，29（1）：64－66.

［3］李 煒，紀(jì)小平.廠拌熱再生瀝青混合料生產(chǎn)溫度的確定方法［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2010，27（9）：57－59.

［4］鄭南翔，侯月琴，紀(jì)小平.老化瀝青再生性能的預(yù)估分析［J］.長安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，29（3）：6－10.

Study on Indoor Experimental Method About Heating Recycled Asphalt Pavement

YAO Ze－guang，YANG Shi－min，XU Jiao－long
（Key Laboratory for Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education，Chang'an University，Xi'an 710064，Shaanxi，China）

The hot recycling indoor experiment for asphalt pavement was done through the road paving and maintenance comprehensive test equipment.In the heating process，the influences of the velocity of heating plate，the temperature change of asphalt pavement and the amount of heating on the heating quality were studied.The perfect velocity of heating plate，the most appropriate distance from the plate to the road and the most economic amount of heating were achieved，which can provide basis for the construction of recycled asphalt pavement.

comprehensive test equipment；asphalt pavement；change of temperature；pavement performance

U416.217

B

1000－033X（2013）11－0081－03

2013－02－17

王玉玲］