瀝青路面就地?zé)嵩偕^程中如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效加熱

顧海榮

事件背景

2016年伊始，就地?zé)嵩偕夹g(shù)的應(yīng)用在全國各地四處開花。重慶在市政道路養(yǎng)護(hù)中引入就地?zé)嵩偕夹g(shù)，江蘇宿遷250省道路面修復(fù)首次引入就地?zé)嵩偕夹g(shù)，深圳機(jī)荷高速公路維護(hù)使用就地?zé)嵩偕夹g(shù)，廣東揭陽206國道路面改造引入就地?zé)嵩偕夹g(shù)，浙江衢州320國道路面修復(fù)引入就地?zé)嵩偕夹g(shù)，河南鄭州在開元路引入就地?zé)嵩偕夹g(shù)……一時(shí)之間，這股就地?zé)嵩偕夹g(shù)“應(yīng)用風(fēng)”在東西南北愈刮愈烈。事實(shí)證明，就地?zé)嵘夹g(shù)能大幅節(jié)省路面材料，具有很大的環(huán)保優(yōu)勢，這是其發(fā)展迅速的重要原因之一，但是使用這種技術(shù)時(shí)，加熱環(huán)節(jié)的能耗卻非常高。因此，在使用這種技術(shù)時(shí)怎樣才能更加節(jié)能顯得尤為重要，以下讓我們對(duì)這一問題進(jìn)行分析。

對(duì)于未發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞的瀝青路面，就地?zé)嵩偕夹g(shù)可以修復(fù)其表層車轍、裂縫、坑槽等各種病害，實(shí)現(xiàn)瀝青舊料100%的再生利用；特別是使用該技術(shù)施工時(shí)，僅需向施工地點(diǎn)運(yùn)輸少量用于調(diào)節(jié)級(jí)配的大粒徑瀝青混合料，對(duì)于緩解施工路段的交通擁堵具有積極意義。

就地?zé)嵩偕夹g(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)之一是瀝青路面的加熱過程。加熱瀝青路面可使瀝青軟化，消除瀝青的粘結(jié)力，減少瀝青路面材料銑刨回收過程中的集料破碎；充分加熱后的瀝青舊料與再生劑均勻攪拌，使瀝青舊料的路用性能得以恢復(fù)。

但是，瀝青路面加熱也是就地?zé)嵩偕械闹饕夹g(shù)難點(diǎn)，尤其是耗能高的問題，嚴(yán)重影響了就地?zé)嵩偕夹g(shù)的推廣應(yīng)用。

瀝青路面加熱過程中的熱能損失分析

一般認(rèn)為，瀝青路面底層溫度超過100 ℃，熱再生過程就不會(huì)對(duì)原骨料級(jí)配造成大的破壞。按照瀝青路面材料熱容系數(shù)計(jì)算，完成瀝青路面加熱所需的熱能其實(shí)很小，瀝青路面加熱能耗高主要是因?yàn)樵诩訜徇^程中損耗了太多的熱能。

存在熱能損耗的環(huán)節(jié)主要包括加熱器的熱能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、加熱器輸出熱能與瀝青路面之間的交換環(huán)節(jié)以及熱能由瀝青路面表層向內(nèi)部傳遞的環(huán)節(jié)。

（1）熱能在瀝青路面內(nèi)部傳遞過程中的損失。瀝青路面材料是熱的不良導(dǎo)體，熱能由瀝青路面表層向內(nèi)部傳遞的過程需要較長時(shí)間。在溫度差的驅(qū)動(dòng)下，處于加熱區(qū)域的瀝青路面將向周圍溫度較低的瀝青路面?zhèn)鬟f熱能，瀝青路面底層將向溫度更低的基層傳遞熱能，高溫的瀝青路面表層還會(huì)向大氣輻射熱能。完成瀝青路面加熱所需的時(shí)間越長，損失的熱能越多。

（2）加熱器與瀝青路面之間熱能交換環(huán)節(jié)的熱能損失。加熱器輸出熱能與瀝青路面進(jìn)行熱交換的形式有很多種，也是就地?zé)嵩偕鷻C(jī)組的主要差異所在。加熱器加熱瀝青路面的主要方式有火焰加熱、紅外輻射加熱、熱風(fēng)循環(huán)加熱。從傳熱機(jī)理上可分為傳導(dǎo)、輻射、對(duì)流以及上述傳熱方式的組合。但由于未耙松前的瀝青路面是一個(gè)整體，加熱器只能從瀝青路面上方通過表層向?yàn)r青路面內(nèi)部輸入能量，從而對(duì)瀝青路面進(jìn)行加熱。加熱器輸出熱能與瀝青路面的熱交換過程只能發(fā)生在瀝青路面表層，不能充分發(fā)揮各種傳熱方式的優(yōu)勢。

此外，加熱器與瀝青路面之間存在一個(gè)空氣夾層，從加熱器輸出的熱能首先要對(duì)夾層內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱，即便紅外輻射也不能例外（空氣中的水蒸氣和二氧化碳對(duì)紅外輻射具有很強(qiáng)的吸收作用）。加熱器與瀝青路面還存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不能形成良好的密封空間，熱空氣的泄漏與冷空氣的補(bǔ)充會(huì)造成熱能損失。

為保證安全，前后加熱機(jī)之間通常有一定的間隙，高溫的瀝青路面暴露在空氣中，向大氣輻射大量的熱能，高溫的加熱器自身也會(huì)向大氣輻射熱能，增加了熱能損失。

（3）加熱器熱能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的能量損失。加熱器的燃料一般為天然氣、柴油或重油。燃燒器的設(shè)計(jì)存在一個(gè)最佳的功率輸出區(qū)域，超出此區(qū)域工作，燃料燃燒不充分，燃料的熱能不能充分釋放；或是空氣盈余系數(shù)過大，帶走大量熱能，造成熱能損失。

特別是微波加熱，由于存在多次能量轉(zhuǎn)換（燃料熱能與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能的轉(zhuǎn)換、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換、電能與微波能的轉(zhuǎn)換），也就有較多的熱能損失。

提高瀝青路面加熱效率的措施

（1）提高瀝青路面的加熱速度

從瀝青路面?zhèn)鳠崂碚摰慕嵌瘸霭l(fā)，減小熱能在瀝青路面內(nèi)部傳遞過程中的熱能損失的最有效途徑是：在最短時(shí)間內(nèi)完成瀝青路面加熱，減少熱能散失的時(shí)間。具體方法包括，提高瀝青路面表層與底層之間的溫度差以及減小對(duì)瀝青路面加熱的厚度。前者適用于目前多臺(tái)加熱機(jī)加熱和一次銑刨的單步法就地?zé)嵩偕に?，該工藝也是目前國?nèi)外就地?zé)嵩偕闹髁鞴に?。提高瀝青路面表層與底層之間的溫度差，就是提高瀝青路面表層的溫度。受瀝青高溫老化特性的影響，一般認(rèn)為瀝青路面表層溫度不宜超過180 ℃。在瀝青路面的加熱過程中，隨著底層溫度的升高，施工機(jī)械要能夠調(diào)整輸出熱能，保證瀝青路面表層溫度維持在許可值上限。

減小瀝青路面加熱厚度可以采用分步法或是采用具有穿透性的加熱方法予以實(shí)現(xiàn)。

分步法的基本原理是對(duì)瀝青路面采用逐層加熱、銑刨并集中攪拌攤鋪的方法進(jìn)行瀝青路面的再生施工。如加拿大Ecopaver 400就地再生機(jī)組，施工時(shí)分3次對(duì)再生深度范圍內(nèi)的瀝青路面進(jìn)行加熱、銑刨，每次加熱、銑刨瀝青路面的厚度僅為再生深度的三分之一，弱化了瀝青路面?zhèn)鳠嵝阅懿顚?duì)加熱時(shí)間的影響，提高了加熱速度。

微波具有較強(qiáng)的穿透性，加熱瀝青路面過程中，熱能從瀝青路面再生深度的中間位置分別向?yàn)r青路面表層和深度方向傳遞，減少傳熱深度約一半，也能有效加快瀝青路面的加熱速度，該技術(shù)已經(jīng)在坑槽修補(bǔ)車上獲得了成功應(yīng)用。但微波加熱的能量由車載發(fā)動(dòng)機(jī)提供，需要加強(qiáng)對(duì)高效大功率移動(dòng)電源的研究。

（2）改善加熱器輸出熱能的可控性

瀝青路面的快速加熱需要加熱器輸出的熱能根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)加熱器在不同的熱能輸出情況下要具有較高的熱能轉(zhuǎn)化效率。

為實(shí)現(xiàn)上述要求，一方面，需要改變目前采用人工主觀調(diào)節(jié)加熱器燃?xì)夤┙o量來控制熱能輸出功率的現(xiàn)狀，在機(jī)器設(shè)計(jì)中就應(yīng)該設(shè)定加熱功率自動(dòng)控制、燃?xì)夂涂諝饬孔詣?dòng)調(diào)節(jié)的目標(biāo)，能夠根據(jù)瀝青路面的加熱需求，高效轉(zhuǎn)化燃料熱能；另一方面，加熱器的功率調(diào)節(jié)范圍要能夠與瀝青路面快速加熱的需求相匹配。考察施工現(xiàn)場瀝青路面加熱溫度可以發(fā)現(xiàn)，大多存在第一臺(tái)加熱器加熱后的瀝青路面溫度低于許可值上限的情況，說明加熱器的最大加熱功率還需要增加。

瀝青路面就地?zé)嵩偕芎母叩膯栴}可以從技術(shù)上通過減少瀝青路面加熱過程中的熱能損失予以解決，但需要對(duì)瀝青路面材料的傳熱特性、加熱機(jī)械的熱能輸出控制等方面進(jìn)行深入研究，以獲得最佳的施工工藝參數(shù)匹配，為就地?zé)嵩偕夹g(shù)的進(jìn)一步推廣奠定基礎(chǔ)。

據(jù)了解，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)正在起草的《城鎮(zhèn)道路瀝青路面就地?zé)嵩偕┕ぜ膀?yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》即將落地，我們有理由相信，隨著技術(shù)規(guī)范的出臺(tái)和大家的接受程度越來越高，這種綠色環(huán)保的再生技術(shù)將更加完善，更加高效，更加環(huán)保。