瀝青路面就地再生加熱技術(shù)與裝備的發(fā)展現(xiàn)狀

楊文娟,顧海榮,董強柱,樊麗麗,張江勇

1. 長安大學(xué) 公路養(yǎng)護裝備國家工程實驗室,陜西 西安 710064 2. 江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 道路工程技術(shù)與裝備研究所,江蘇 徐州 221001

0 引言

經(jīng)歷了30余年的高速發(fā)展,中國公路建設(shè)事業(yè)取得了舉世矚目的成就,公路通車?yán)锍毯偷燃壘@得質(zhì)的飛躍,公路行業(yè)工作的重心正由建設(shè)為主、建養(yǎng)并重向著養(yǎng)護為主的方向發(fā)展.交通運輸部行業(yè)統(tǒng)計公報數(shù)據(jù)顯示,2018年初中國公路總里程達到了477.35萬km,四級及以上等級公路里程433.86萬km,公路養(yǎng)護里程467.46萬km,占公路總里程的97.9%.對已建成使用的公路尤其是路面進行養(yǎng)護,是保證公路使用壽命和通行質(zhì)量的重要手段.存量巨大、通行壓力和環(huán)保壓力日益加劇是公路養(yǎng)護行業(yè)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),快速、經(jīng)濟、環(huán)保的高質(zhì)量公路養(yǎng)護方法是整個行業(yè)不斷努力的目標(biāo).

相比水泥路面,瀝青路面具有行車舒適性好、噪聲小、對路基變形或不均勻沉降的適應(yīng)性強、維修方便快速等眾多優(yōu)點,是公路尤其是高等級公路路面的主要鋪裝形式.但是,瀝青路面材料孔隙率大以及溫度穩(wěn)定性、耐老化性、平整度保持性差的缺點,也使得瀝青路面容易發(fā)生裂縫、水破壞、松散、泛油、車轍和推移等早期損害.及時養(yǎng)護維修,可以延續(xù)瀝青路面的使用壽命,實現(xiàn)整個壽命周期的經(jīng)濟效益最大化.

1 瀝青路面再生加熱的意義

瀝青混合料是具有一定級配組成的集料(碎石或軋碎礫石、石屑或砂、礦粉等)與一定比例的路用瀝青材料,在嚴(yán)格控制的條件下拌制而成.目前中國公路瀝青路面保有量約為150多萬km,每年產(chǎn)生的舊瀝青混合料多達2.3億t.舊瀝青混合料的長期堆放會占用大量土地,簡單地用作基層材料不能發(fā)揮其應(yīng)有的價值.特別是隨著環(huán)保壓力的增加,碎石成為一種稀缺資源,價格不斷攀升,有望超越瀝青,成為瀝青混合料價格的主要構(gòu)成,對舊瀝青混合料特別是碎石材料的回收利用將越來越重要.

常溫下的瀝青為固態(tài),在瀝青路面中起著黏結(jié)劑的作用,是構(gòu)成瀝青路面強度的重要組成部分.瀝青同時也是一種溫度敏感性強的材料,瀝青加熱后黏度下降并軟化,高溫瀝青黏度進一步降低,呈液態(tài),具有很強的流動性,如圖1所示.

瀝青混合料生產(chǎn)過程中,加熱瀝青使其黏度降低,再與集料進行攪拌,能夠使瀝青均勻裹敷在集料表面,并產(chǎn)生一定的浸潤,提高瀝青與集料的黏結(jié)性能以及路面的強度[1-3].舊瀝青混合料也需要經(jīng)過再次加熱,并添加再生劑攪拌均勻后才能恢復(fù)路用性能[4-6].

圖1 典型瀝青材料的黏溫特性曲線

(2)加熱的順序.就地?zé)嵩偕^程中,瀝青路面加熱軟化后再進行破碎,與(廠拌熱再生)冷銑刨過程中機械破碎相比,可以提高破碎效率,并減少骨料的碎裂,用于調(diào)整級配的新骨料添加量少.

(3)瀝青混合料運輸.就地?zé)嵩偕に囍?全部工作在現(xiàn)場完成,不需要往返運輸,施工速度更快,對交通影響小,但不適用于路基出現(xiàn)病害的瀝青路面維修;廠拌熱再生工藝中,將舊瀝青混合料運輸至拌合場再生后再運回現(xiàn)場攤鋪壓實,中間的時間間隔可以進行基層病害的處治,因而適用范圍更廣.

2 瀝青路面再生加熱設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

冷再生工藝(包括就地冷再生、廠拌冷再生和全深式再生)中,瀝青路面經(jīng)機械破碎后,添加乳化瀝青或水泥作為黏合劑,拌合成冷再生瀝青混合料,因為缺少加熱過程,舊瀝青混合料中瀝青的路用性能無法得到恢復(fù),冷再生瀝青混合料只能用作基層,還需要攤鋪新瀝青混合料面層后才能通車使用.因此,冷再生僅僅解決了舊瀝青混合料的使用(占地)問題,未能實現(xiàn)舊瀝青混合料的經(jīng)濟循環(huán)使用.

熱再生瀝青混合料的生產(chǎn),都存在充分加熱與拌合的環(huán)節(jié),必要時還會添加再生劑,舊瀝青混合料中瀝青的路用性能得以充分恢復(fù).熱再生瀝青混合料可以直接用作瀝青路面面層,真正實現(xiàn)了舊瀝青混合料的經(jīng)濟循環(huán)利用.

瀝青混合料的熱再生工藝可細分為廠拌熱再生和就地?zé)嵩偕?種:廠拌熱再生是將瀝青路面冷銑刨破碎后,運送至熱再生拌合場,加熱后(或不加熱)摻入新拌熱瀝青混合料中,混合攪拌后運輸至現(xiàn)場攤鋪壓實形成新路面;就地?zé)嵩偕窃诂F(xiàn)場對瀝青路面進行加熱后再破碎,添加新瀝青混合料(主要是大粒徑瀝青混合料)在現(xiàn)場再生拌合后直接攤鋪壓實形成新路面.兩者的主要區(qū)別在于以下幾點.

(1)新瀝青混合料添加方式.廠拌熱再生過程中,是將舊瀝青混合料添加到新瀝青混合料中,舊瀝青混合料的添加比例受到了限制,但加熱、攪拌充分,且經(jīng)過精確計量,再生料的質(zhì)量得到了保證;就地?zé)嵩偕菍⑿聻r青混合料添加到舊瀝青混合料中,舊瀝青混合料得到了全部使用.

瀝青路面加熱是就地?zé)嵩偕牡谝粋€環(huán)節(jié),也是最重要的環(huán)節(jié).

早在1916年,美國就開始采用熱補法修復(fù)瀝青路面,加熱的目的是為了降低瀝青黏度,提高瀝青路面機械破碎回收的效率.該技術(shù)在當(dāng)時被認(rèn)為是道路修復(fù)的有效方法之一,如圖2所示.

圖2 1916年使用的就地?zé)嵩偕鷻C

1971年,德國維特根(Wirtgen)公司研發(fā)了全球第1臺銑刨機(圖3),在內(nèi)部安裝了紅外預(yù)加熱系統(tǒng),通過對瀝青路面的加熱,減小瀝青的黏結(jié)力,再配合機具對瀝青路面進行破碎回收,提高作業(yè)的效率.這種采用紅外預(yù)加熱的銑刨機在歐洲推廣了100余臺.

到了1979年,隨著材料技術(shù)的進步,"碳化鎢合金銑削刀具"引入瀝青路面銑刨行業(yè),大大提高了瀝青路面的破碎效率,促進了冷銑刨技術(shù)的發(fā)展,冷銑刨技術(shù)超越熱銑刨技術(shù)成為舊瀝青路面破碎回收的主流,并保持至今.發(fā)明者德國維特根公司憑借冷銑刨技術(shù)優(yōu)勢,牢牢占據(jù)行業(yè)第一的位置.

圖3 帶紅外預(yù)加熱系統(tǒng)的瀝青路面銑刨機

維特根公司同時也是就地?zé)嵩偕夹g(shù)的引領(lǐng)者之一,其就地?zé)嵩偕鷻C組的研制與使用始于1976年,并不斷發(fā)展直到今天極具代表性的采用丙烷氣紅外加熱方式的HM4500加熱機和RM4500再生拌合機.

加拿大就地?zé)嵩偕夹g(shù)與裝備的發(fā)展也很有代表性.早期使用的就地再生機組,采用丙烷氣明火加熱方式,最大再生深度為15~30 mm,沒有添加新料改善舊瀝青混合料性能的措施,拌合質(zhì)量差,拌合過程中添加的金熊油,無法恢復(fù)老化瀝青的路用性能,再生后的瀝青路面壽命短.在這一時期使用的就地?zé)嵩偕O(shè)備包括:20世紀(jì)80年代Johnson公司的加熱耙松機(適用單步法施工工藝,采用丙烷氣明火加熱,瀝青老化嚴(yán)重,且加熱過程中容易引發(fā)瀝青燃燒,煙氣排放量大,最大再生深度為25 mm);1987年Taisei Rotec公司研制的就地?zé)嵩偕鷻C組(適用單步法施工工藝,采用丙烷氣紅外加熱,加熱過程中煙氣排放量小,最大再生深度達40 mm,配備有控制器控制的再生劑噴灑系統(tǒng)).

1989年以后,加拿大的就地?zé)嵩偕夹g(shù)發(fā)生了大的改變,政府要求就地?zé)嵩偕┕さ纳疃缺仨毚笥?0 mm.這段時期使用的就地?zé)嵩偕O(shè)備主要有:1990年P(guān)yrotech公司研制的Pyropaver 300E就地?zé)嵩偕鷻C組(適用于兩步法施工工藝,配備1臺預(yù)熱機和2臺加熱銑刨機,采用丙烷氣紅外加熱方式,配置煙氣處理系統(tǒng)和控制器控制的再生劑添加系統(tǒng),該機組發(fā)展至今,最新的型號為Ecopaver 400);1989年Artec公司研制出四步法就地?zé)嵩偕鷻C組(適用于四步法施工工藝,配備1臺預(yù)熱機和4臺加熱銑刨機,最大再生深度為50 mm,配置控制器控制的再生劑添加系統(tǒng));1994年Martec公司收購Artec公司后,研發(fā)出AR2000就地?zé)嵩偕鷻C組(適用于多步法施工工藝,采用熱風(fēng)循環(huán)加熱方式,可選用丙烷氣或柴油作為燃料).

中國巨大的市場,吸引了國外眾多就地?zé)嵩偕鷻C組的進入.1998年北京首次從日本新瀉鐵工引進就地?zé)嵩偕鷻C組;2002年,江蘇省引進芬蘭卡羅泰康就地?zé)嵩偕鷻C組,河北省和上海市先后引進德國維特根就地?zé)嵩偕鷻C組;2003年,山東省(北京創(chuàng)飛)引進加拿大大能就地?zé)嵩偕鷻C組,河北省引進馬泰克就地?zé)嵩偕鷻C組.典型瀝青路面再生加熱機產(chǎn)品見表 1.

表1 瀝青路面再生加熱設(shè)備

南京英達就地?zé)嵩偕鷻C組

江蘇奧新就地?zé)嵩偕鷻C組

鞍山森遠就地?zé)嵩偕鷻C組

國內(nèi)企業(yè)鞍山森遠、中聯(lián)重科、南京英達、江蘇奧新和無錫錫通等也研制出了自己的就地?zé)嵩偕鷻C組,江蘇威拓更是首次將微波加熱技術(shù)應(yīng)用于就地?zé)嵩偕┕?

很長一段時間內(nèi),由于設(shè)備龐大、技術(shù)含量高、一次性投資費用高等問題,就地?zé)嵩偕夹g(shù)主要應(yīng)用于高速公路瀝青路面的維修.但隨著國內(nèi)對就地?zé)嵩偕夹g(shù)、工藝和材料研究的不斷深入,就地?zé)嵩偕鸀r青混合料的路用性能已逐步被行業(yè)所接受,特別是國內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)產(chǎn)品的推出,使得就地?zé)嵩偕夹g(shù)的應(yīng)用不僅僅局限于高速公路瀝青路面的維修,在城鎮(zhèn)道路維修中的應(yīng)用也越來越廣泛.然而,就地?zé)嵩偕O(shè)備復(fù)雜,仍必須由專業(yè)化的養(yǎng)護單位來實施就地?zé)嵩偕┕?

3 瀝青路面再生加熱技術(shù)研究現(xiàn)狀

3.1 瀝青路面?zhèn)鳠徇^程

瀝青路面再生加熱機通常沿長度方向布置有多塊加熱器,單塊加熱器的尺寸一般寬3.5~4.5 m、長3 m,加熱面積約為12 m2,瀝青路面再生加熱的厚度一般為4~5 cm,見圖4.

對加熱器下方的瀝青路面微元傳熱過程進行分析,見圖5.

圖4 瀝青路面再生加熱機工作

圖5 瀝青路面微元的熱能傳遞

建立微元的傳熱方程:

(1)

式中:T為瀝青路面微元溫度(℃);為微元體內(nèi)熱源的生成熱(W.m-3);ρ為瀝青路面密度(kg.m-3);c為瀝青路面比熱容(J.(kg.K)-1).

為簡化瀝青路面?zhèn)鳠岱匠?快速求解瀝青路面內(nèi)部溫度場,通常作如下假設(shè).

(1)忽略路面材料的微觀不均勻性(瀝青路面材料由集料、瀝青以及部分空氣和水組成,相比于加熱器的尺寸,組成材料及其分布的不均勻性對整個路面的傳熱過程不產(chǎn)生顯著影響,即瀝青路面材料的不均勻性不會影響瀝青路面?zhèn)鳠岬木鶆蛐?,熱物性參數(shù)皆相等.

(2)瀝青路面材料各個方向的傳熱特性相同,路面結(jié)構(gòu)各層材料連續(xù)、均勻.

(3)加熱器四周與路面之間安裝隔熱用的簾幕,空氣流動少,忽略對流換熱對瀝青路面加熱傳熱過程的影響.

(4)路面各層材料達到層間溫度以及熱流連續(xù)的緊密結(jié)合狀態(tài),即忽略材料各層間接觸熱阻對瀝青路面?zhèn)鳠徇^程的影響.

根據(jù)上述假設(shè),瀝青路面再生加熱傳熱過程屬于典型的大平壁非穩(wěn)態(tài)傳熱過程.加熱器輸入瀝青路面的熱能只沿深度方向傳遞,從而非穩(wěn)態(tài)傳熱條件下的瀝青路面?zhèn)鳠崮Ｐ涂捎檬?2)表示.

(2)

采用數(shù)值解法中的顯性差分解法,可以求解得出瀝青路面再生加熱過程中內(nèi)部溫度場的變化,以及對應(yīng)的表面輸入熱流,從而有效指導(dǎo)瀝青路面再生加熱過程.一些商業(yè)有限元軟件也可以方便地用于瀝青路面內(nèi)部溫度場的求解.

無論采用何種求解方法,瀝青路面的熱擴散系數(shù)(導(dǎo)熱系數(shù)與密度和比熱容乘積的比值)取值的準(zhǔn)確與否對內(nèi)部溫度場計算結(jié)果的正確性都具有重要影響.國內(nèi)外學(xué)者對于瀝青路面導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容的研究結(jié)果見表 2.

從表2中可以看出:導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容是一個范圍,不同材料的瀝青混合料熱學(xué)參數(shù)差異性很大,目前尚無可靠的理論方法用來計算瀝青混合料的熱學(xué)參數(shù).故實際應(yīng)用中需要研發(fā)適合的儀器設(shè)備,對瀝青路面材料相應(yīng)的熱學(xué)參數(shù)進行測試,再結(jié)合傳熱模型的計算方能得到瀝青路面內(nèi)部精確的溫度場求解結(jié)果.

3.2 瀝青加熱功率控制

根據(jù)工程經(jīng)驗,為了減少瀝青路面破碎過程中骨料發(fā)生碎裂的概率,一般將瀝青路面加熱到100 ℃以上;為了減少瀝青路面加熱過程中瀝青材料的老化,一般將瀝青路面加熱溫度控制在180 ℃以下.由于瀝青路面的導(dǎo)熱系數(shù)較小,加熱過程中會在上下表面(上表面為瀝青路面表面,下表面為瀝青路面再生深度處)間產(chǎn)生溫度梯度,因而加熱過程中溫度的綜合要求為:下表面的溫度加熱至100 ℃,但上表面溫度不超過180 ℃.

表2 典型瀝青混合料熱學(xué)參數(shù)

目前,瀝青路面再生加熱工藝主要有:恒功率加熱、間歇恒功率加熱和連續(xù)變功率加熱3種.

3.2.1 瀝青路面連續(xù)恒功率加熱工藝

瀝青路面連續(xù)恒功率加熱過程中,就地?zé)嵩偕鷻C組中的多臺加熱機沿路面縱向方向行駛,加熱機的加熱器以恒定功率持續(xù)對瀝青路面進行加熱,至再生深度處溫度達到再生要求的100 ℃時結(jié)束,典型瀝青路面恒功率加熱內(nèi)部溫度場的變化見圖6.

加熱機以恒定功率對瀝青路面持續(xù)加熱時,加熱功率不同,瀝青路面內(nèi)部溫度場的變化會呈現(xiàn)3種主要變化趨勢,見圖7.由圖7中可以看出以下幾點.

(1)加熱功率過大.瀝青路面加熱速度快,但持續(xù)大功率加熱導(dǎo)致瀝青路面表面溫度過高,當(dāng)再生深度處

圖6 恒功率加熱過程中瀝青路面內(nèi)部溫度場變化

圖7 3種不同功率恒功率加熱工況下瀝青路面的溫升曲線

20達到再生溫度要求的100 ℃時,瀝青路面表層溫度已經(jīng)遠超過防止瀝青老化所允許的溫度上限值180 ℃,加熱過度的瀝青路面表層瀝青會發(fā)生焦化甚至炭化,直至完全喪失路用性能,降低了瀝青路面材料的再生質(zhì)量.

(2)加熱功率較小.持續(xù)加熱過程中瀝青路面的表面溫度始終維持在較低值,雖然能夠保證瀝青路面加熱溫度不會超過防止瀝青老化所允許的溫度上限值180 ℃,可以滿足瀝青路面再生質(zhì)量的要求;但是完成加熱所需時間長,影響就地?zé)嵩偕┕に俣?同時增加熱能損失,造成能源浪費.隨著加熱功率的進一步降低,極限情況下,無論加熱時間多長,再生深度處的溫度也不能達到保證再生質(zhì)量所需要的100 ℃.

(3)匹配功率點.在"大功率"和"小功率"之間存在一個功率值,可以使得瀝青路面加熱過程中,再生深度處達到再生溫度值100 ℃時,瀝青路面表層溫度也剛好達到防止瀝青老化所允許的溫度上限值180 ℃.這一功率值與瀝青路面材料的熱學(xué)參數(shù)密切相關(guān),瀝青路面材料的熱學(xué)參數(shù)不同,加熱功率的"匹配點"也不相同,瀝青路面材料的熱學(xué)參數(shù)取值變化范圍大,提高了加熱機參數(shù)設(shè)計和加熱功率控制的復(fù)雜程度.但即使能夠確定瀝青路面材料的熱學(xué)參數(shù),并按照"匹配功率"加熱瀝青路面,所需加熱時間約為74 min,生產(chǎn)率低.

3.2.2 間歇恒功率加熱工藝

為了提高瀝青路面加熱速度,中國的工程技術(shù)人員在工程實踐中創(chuàng)新了一種間歇恒功率加熱方式:加熱機沿瀝青路面縱向方向往復(fù)運動,對瀝青路面進行間歇加熱,典型瀝青路面間歇恒功率加熱內(nèi)部溫度場的變化見圖8.

圖8 間歇加熱瀝青路面溫度場變化

間歇恒功率加熱法的本質(zhì)是:加熱機以較大的恒定功率加熱瀝青路面,一段時間或瀝青路面表面溫度達到某一目標(biāo)值后停止加熱,等待熱能沿深度方向傳遞和部分由表面對流散失,當(dāng)瀝青路面表面溫度下降到某一值時,再采用相同的恒定功率對瀝青路面進行加熱,如此反復(fù),直至瀝青路面再生深度處的溫度達到100 ℃.

從圖8中可以看出:間歇式加熱工藝中,在保證瀝青路面表面加熱溫度低于180 ℃時,完成瀝青路面加熱所需時間約為43 min,較連續(xù)恒功率加熱工藝,提高了加熱過程中瀝青路面表面的平均溫度,具有更快的加熱速度.

3.2.3 連續(xù)變功率加熱工藝

連續(xù)變功率加熱是基于"瀝青路面上表面溫度越高,傳熱速度越快"的思想,通過控制加熱器的輸出功率,使瀝青路面表層溫度始終保持在上限值180 ℃,直至加熱深度處的溫度滿足就地?zé)嵩偕臏囟?00 ℃要求,采用連續(xù)變功率加熱工藝時瀝青路面內(nèi)部溫度場的變化見圖9.

圖9 連續(xù)變功率加熱瀝青路面溫度場變化

從圖9可以看出:采用連續(xù)恒功率加熱工藝加熱瀝青路面,完成加熱所需時間約為40 min,比連續(xù)恒功率加熱和間歇恒功率加熱速度快.

但是,即使采用了連續(xù)變功率加熱工藝,完成瀝青路面再生加熱所需時間仍比較長.測得瀝青路面連續(xù)變功率加熱過程中,不同深度的溫度曲線和層間溫度差曲線見圖10、11.

從圖10、11中可以看出以下幾點.

(1)加熱機以最大功率加熱瀝青路面,瀝青路面表層溫度能很快到達180 ℃,然而4 cm深度處到達100 ℃則非常緩慢.

圖110 連續(xù)變功率加熱過程中不同深度層溫度變化曲線

圖11 連續(xù)變功率加熱過程中不同深度層間溫度差變化曲線

(2)由于瀝青路面是熱的不良導(dǎo)體,在整個加熱過程中其內(nèi)部沿豎直方向溫度梯度較大.

(4)2 cm深度層達到100 ℃所需時間約為8 min,4 cm深度層達到100 ℃所需時間超過30 min,即2 cm深度處達到加熱溫度要求后,還需超過22 min(約為2 cm深度處達到加熱溫度所需時間的3倍以上),4 cm深度處才能達到再生加熱溫度要求.

瀝青路面材料傳熱性能差導(dǎo)致瀝青路面底層溫度升溫慢,是瀝青路面再生加熱速度慢的主要原因.可以采用多步法施工工藝與裝備,見圖12.

采用特制的加熱銑刨機,可將4 cm厚的瀝青路面分2次逐層進行加熱銑刨,所需時間約為14 min,相比單步法連續(xù)變功率加熱,可以節(jié)約超過一半的加熱時間,見圖13.

圖12 多步法施工工藝與裝備

圖13 "多步法"工藝中瀝青路面溫度變化曲線

國內(nèi)目前采用的就地?zé)嵩偕に囘€是以單步法為主.分析單步法連續(xù)變功率再生加熱工藝中瀝青路面表面輸入的熱流密度,見圖14.

從圖14中可以看出以下幾點.

(1)初始階段瀝青路面再生加熱機要以最大加熱功率加熱瀝青路面表面至180 ℃.

(2)隨著加熱過程的繼續(xù),瀝青路面再生加熱機要逐漸減小加熱熱流密度,保持瀝青路面表面溫度穩(wěn)定在180 ℃,直至瀝青路面底層溫度達到100 ℃.

為了實現(xiàn)瀝青路面的連續(xù)變功率加熱,再生加熱機輸出功率要具備連續(xù)可調(diào)的能力,并能夠在施工過程中隨著加熱進程實時調(diào)節(jié),維持瀝青路面表面溫度的恒定.

3.3 瀝青路面再生加熱方式

現(xiàn)有的瀝青路面再生加熱方式主要有明火加熱、紅外加熱、熱風(fēng)循環(huán)加熱.對于何種加熱方式最優(yōu)的討論一直在延續(xù).從瀝青路面再生加熱工藝的研究可以看出:瀝青路面再生加熱質(zhì)量的高低、速度的快慢以及能耗的大小,關(guān)鍵在于能否按照瀝青路面材料的傳熱特性適時輸入適合的功率(或加熱熱流密度),這應(yīng)該成為確定瀝青路面再生加熱方式的必要條件,然后再是設(shè)法提高加熱效率.

采用明火加熱或紅外加熱,熱能直接輻射到瀝青路面表面,并沿深度方向傳遞.2種加熱方式的加熱功率通常比較大,加熱速度快,但加熱功率連續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)是明火加熱和紅外加熱的難點,過大的加熱功率常常導(dǎo)致瀝青路面表層瀝青老化.僅在瀝青路面紅外加熱領(lǐng)域,部分廠家開始使用并排管式紅外加熱代替紅外面加熱,模擬間歇式加熱,減小平均加熱功率,見圖15.

熱風(fēng)循環(huán)加熱中,熱能通過熱風(fēng)的流動傳輸?shù)綖r青路面表面,完成對流換熱后沿深度方向傳遞,相比明火加熱,在功率調(diào)節(jié)方面更為行業(yè)所接受.其加熱流場見圖16.

圖14 “單步法”工藝中瀝青路面加熱熱流密度曲線

圖15 管式瀝青路面紅外加熱器

近年來,微波加熱技術(shù)逐步應(yīng)用于瀝青路面加熱,并在瀝青路面再生加熱中進行了嘗試.微波特有的穿透性加熱效果使其在瀝青路面再生加熱中具有更大的優(yōu)勢,可以在不采用多步法工藝的情況下,大幅度提高加熱速度.但是,微波加熱穿透深度深、二次能源轉(zhuǎn)換效率低的問題還需進一步研究.瀝青路面微波加熱裝置如圖17所示.的控制主要還是依賴人工經(jīng)驗調(diào)節(jié),迫切需要引入加熱功率自動控制技術(shù),按需輸出加熱功率.

圖16 瀝青路面熱風(fēng)加熱流場

圖17 瀝青路面微波加熱裝置

4 結(jié)語

(1)就地?zé)嵩偕哂薪?jīng)濟、快速、環(huán)保等優(yōu)點,隨著就地?zé)嵩偕鸀r青混合料路用性能逐步被行業(yè)認(rèn)可,其工程應(yīng)用規(guī)模必將不斷擴大.加熱在提高瀝青路面破碎回收效率、減少骨料碎裂、恢復(fù)舊瀝青混合料的路用性能等方面具有重要作用,但目前瀝青路面再生加熱功率

(2)瀝青路面加熱過程中,要求底層溫度高于下限值100 ℃、表層溫度低于上限值180 ℃,這些溫度值的選取主要源于工程實踐經(jīng)驗,需要開展理論和試驗研究,得出確定瀝青路面加熱溫度的方法.

(3)煙氣排放是瀝青路面再生加熱過程迫切需要解決的問題:一方面,要研究瀝青路面材料煙氣排放量隨溫度變化的規(guī)律,嚴(yán)格控制瀝青路面加熱溫度,從源頭減少煙氣的排放量;另一方面,要研發(fā)煙氣處理裝置,對施工過程中排放的煙氣進行處置.

(4)瀝青路面材料傳熱特性差異性大,瀝青路面加熱機不可能設(shè)定單一的加熱功率,就能適用所有的瀝青路面加熱過程,必須引入自動控制技術(shù),根據(jù)反饋的瀝青路面溫度精準(zhǔn)控制加熱功率;同時要加強瀝青路面材料熱學(xué)參數(shù)和加熱過程中瀝青路面內(nèi)部溫度場變化規(guī)律的理論和試驗研究,為瀝青路面加熱機的參數(shù)設(shè)計與控制提供指導(dǎo).