關(guān)于瀝青路面就地?zé)嵩偕訜岱绞?/h1>
2020-04-07 03:52:32王惠隊(duì)
中國房地產(chǎn)業(yè)·上旬 2020年1期 關(guān)鍵詞：瀝青路面
【摘要】針對(duì)瀝青路面的就地?zé)嵩偕幚?，在提出加熱基本目的與要求的基礎(chǔ)上，探討瀝青路面?zhèn)鳠崽匦耘c瀝青路面加熱方式，為瀝青路面就地?zé)嵩偕こ淘O(shè)計(jì)施工中選擇適宜的加熱方式提供參考與借鑒。
【關(guān)鍵詞】瀝青路面;就地?zé)嵩偕?瀝青路面加熱
瀝青路面經(jīng)過長時(shí)間的使用，難免產(chǎn)生一些病害，即便沒有產(chǎn)生病害，路面各項(xiàng)使用性能也會(huì)有所退化，無法滿足正常使用要求。為此，需要采取有效技術(shù)措施對(duì)瀝青路面進(jìn)行處置修復(fù)。其中，就地?zé)嵩偕且豁?xiàng)經(jīng)濟(jì)合理、效果顯著的技術(shù)方式，它能充分利用原路面材料。但想要達(dá)到理想的處理效果，需要對(duì)瀝青路面進(jìn)行加熱處理，選擇合理可行的加熱方式。
1、就地?zé)嵩偕訜峄灸康暮鸵?/p>
瀝青路面就地?zé)嵩偕┕すに嚵鞒倘鐖D1所示。瀝青路面是一個(gè)密實(shí)且強(qiáng)度較高的整體，在對(duì)瀝青路面進(jìn)行就地?zé)嵩偕倪^程中，加熱的基本目的包括：
（1）保護(hù)骨料級(jí)配，使瀝青變軟，減小瀝青和骨料之間的粘結(jié)力。就地?zé)嵩偕┕ぶ?，在?jí)配調(diào)整中需要使用的新骨料數(shù)量相對(duì)較少，能在降低成本的基礎(chǔ)上，降低對(duì)骨料開采和運(yùn)輸?shù)囊?，進(jìn)而有效保護(hù)公路所在地區(qū)的自然環(huán)境[1]。
（2）充分利用原路面材料，原路面材料在加熱和添加適量再生劑以后，可恢復(fù)其應(yīng)有的路用性能，與就地冷再生施工相比，就地?zé)嵩偕┕た梢詫r青舊料直接作為基層材料，表現(xiàn)出良好經(jīng)濟(jì)性。
對(duì)瀝青路面進(jìn)行加熱的基本要求主要包括最低與最高要求。其中，最低溫度要求指的是采用機(jī)械設(shè)備對(duì)瀝青路面進(jìn)行破碎時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致骨料級(jí)配被顯著破壞的最低溫度，以瀝青粘度和溫度之間特性曲線為依據(jù)，對(duì)于采用普通瀝青的路面，其破碎溫度需要達(dá)到100℃以上;而最高溫度要求指的是不會(huì)使瀝青嚴(yán)重老化變質(zhì)的最高溫度，對(duì)于采用普通瀝青的路面，其破碎溫度不能超過180℃。對(duì)瀝青路面進(jìn)行加熱時(shí)，一般是從路面的上表面開始輸入能量，因材料具有一定熱阻作用，在深度方向上會(huì)產(chǎn)生溫度梯度，在這種情況下，加熱時(shí)的表層溫度應(yīng)控制在180℃以內(nèi)，而再生深度部位的溫度應(yīng)達(dá)到100℃以上[2]。
圖1? 瀝青路面就地?zé)嵩偕┕すに嚵鞒?/p>
就地?zé)嵩偕牧咙c(diǎn)包括：能對(duì)瀝青路面進(jìn)行再生利用，能有效節(jié)省材料采購、堆放與運(yùn)輸?shù)确矫娴馁M(fèi)用;施工過程中僅需占用一條車道，能降低對(duì)正常交通造成的影響;能對(duì)舊路面混合料級(jí)配組成予以修正，使表面破壞也被有效修正;對(duì)路面的橫坡、縱斷面及路拱進(jìn)行改善;可對(duì)舊瀝青路面材料進(jìn)行100%再生利用，不會(huì)產(chǎn)生廢料;采用流水線形式作業(yè)，成型速度快;施工完成后路面可直接使用，無需加鋪罩面，不會(huì)對(duì)路面標(biāo)高造成太大影響;對(duì)舊路面混合料級(jí)配予以優(yōu)化，保證路面性能，特別是溫度穩(wěn)定性。
2、瀝青路面的傳熱特性分析
針對(duì)瀝青路面建立如下熱擴(kuò)散方程：
式（1）中，T表示原路面材料的溫度，單位：℃;t表示加熱時(shí)間，單位：s;Φ表示內(nèi)熱源對(duì)應(yīng)的熱能產(chǎn)生率，單位：W×m-3;λ表示傳熱系數(shù)，單位：[W×（m×K）-1];ρ表示材料密度，單位：kg×m-3;C表示比熱容，單位：[J×（kg×K）-1]。
對(duì)瀝青路面進(jìn)行加熱時(shí)，加熱機(jī)加熱板有很大面積，對(duì)加熱板以下瀝青路面進(jìn)行傳熱過程研究，能忽略水平方向上的傳熱，同時(shí)在瀝青路面中沒有內(nèi)部熱源?；诖?，可將式（1）簡化成：
在式（2）中，左側(cè)為深度方向上進(jìn)入到路面中的熱量傳導(dǎo)速率，而右側(cè)為路面存儲(chǔ)熱量發(fā)生變化時(shí)的速率。根據(jù)式（2）的左側(cè)可知，當(dāng)熱功率減小時(shí)，溫度上升的速度變慢，達(dá)到要求溫度需要的時(shí)間較長;相反，當(dāng)熱功率增大時(shí)，溫度上升的速度變快，達(dá)到要求溫度需要的時(shí)間較短。根據(jù)式（2）的右側(cè)可知，當(dāng)熱功率減小時(shí)，深度方向上溫度梯度變小;相反，當(dāng)熱功率增大時(shí)，深度方向上溫度梯度變大[3]。
通過以上分析可以得出：首先，熱功率不可太大，防止上下兩個(gè)表面產(chǎn)生較大的溫度差，使表面溫度明顯升高，導(dǎo)致瀝青嚴(yán)重老化或焦化;其次，伴隨地底層溫度不斷升高，表層和底層的溫度差不斷減小，此時(shí)熱功率應(yīng)隨之降低。
3、瀝青路面加熱時(shí)的熱功率控制
對(duì)于加熱功率曲線，它是將加熱溫度作為主要控制目標(biāo)的關(guān)系曲線，路面加熱功率在整個(gè)漸熱過程中不斷減小，同時(shí)達(dá)到加熱目標(biāo)需要的時(shí)間往往是一個(gè)確定值。因就地?zé)嵩偕┕ぶ屑訜釞C(jī)主要是在勻速前進(jìn)時(shí)對(duì)瀝青路面實(shí)施加熱，需要將伴隨時(shí)間不斷變化的路面加熱功率施工控制曲線轉(zhuǎn)變成在加熱機(jī)前進(jìn)過程中分布的路面加熱功率施工控制曲線，加熱機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度和加熱板自身長度為正比例關(guān)系。
在一般條件下，每臺(tái)就地?zé)嵩偕O(shè)備都會(huì)配置不少于3臺(tái)加熱機(jī)，以此使銑刨、集料與攪拌等性能保持匹配。對(duì)于加熱機(jī)自身加熱功率，在運(yùn)行方向上為最小的可以進(jìn)行控制的單元長度，直接決定了兩條加熱曲線之間的貼近程度，無論是對(duì)加熱效率，還是加熱的質(zhì)量與能耗都有很大影響。
4、瀝青路面主要加熱方式
從最早出現(xiàn)和使用的火焰、紅外與熱風(fēng)循環(huán)等加熱方式，到比較先進(jìn)的微波加熱，就地?zé)嵩偕┕と藛T對(duì)具體的加熱方式進(jìn)行了深入分析與探索。
（1）對(duì)于火焰直接加熱方式，加熱溫度很難控制，易導(dǎo)致瀝青嚴(yán)重老化或直接焦化，導(dǎo)致瀝青無法繼續(xù)使用，必須添加再生劑;另外，路表溫度相對(duì)較高，還會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，對(duì)自然環(huán)境造成污染[4]。
（2）對(duì)于紅外加熱方式，主要是指借助紅外發(fā)射材料具有的高溫輻射基本特性，對(duì)紅外發(fā)射材料進(jìn)行加熱后，使其向外發(fā)射出紅外輻射，為既有瀝青路面實(shí)施加熱。對(duì)輻射功率進(jìn)行控制，能將路面溫度嚴(yán)格控制在允許的范圍之內(nèi)，避免瀝青嚴(yán)重老化。
（3）對(duì)于熱風(fēng)循環(huán)加熱方式，主要是向?yàn)r青路面持續(xù)吹入高溫?zé)峥諝?，使熱空氣和既有瀝青路面產(chǎn)生接觸傳熱，以此實(shí)現(xiàn)熱交換，這樣能對(duì)瀝青路面溫度進(jìn)行有效控制，同時(shí)還能對(duì)熱空氣進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，保證實(shí)際的加熱效率。
紅外加熱與熱風(fēng)循環(huán)加熱方式的加熱深度如圖2所示。
（4）對(duì)于微波加熱方式，主要是利用微波場為瀝青路面實(shí)施立體加熱，這樣能有效加快實(shí)際的加熱速度，并減小溫度梯度。然而，配套技術(shù)措施，尤其是車載電源，目前還有很多難題沒有解決，這對(duì)這項(xiàng)加熱方式的廣泛使用有很大影響。
在選擇具體加熱方式時(shí)，不僅要充分考慮能量轉(zhuǎn)化率，還要注意熱能的使用。除了微波加熱方式具有一定穿透能力，其它所有加熱方式都是采用傳導(dǎo)的方式對(duì)路面進(jìn)行加熱。以加熱功率曲線為依據(jù)，在選擇具體的加熱方式過程中，需要注意以下三點(diǎn)基本要求：
其一，實(shí)際的加熱功率應(yīng)能在最大和最小加熱功率范圍內(nèi)進(jìn)行無極調(diào)節(jié);
其二，實(shí)際的加熱功率需要以瀝青路面實(shí)際溫度及其變化為依據(jù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整;
其三，加熱功率在加熱機(jī)運(yùn)行線路上的最小功率控制單元應(yīng)盡可能小。
結(jié)語：
綜上所述，對(duì)原瀝青路面進(jìn)行加熱是就地?zé)嵩偕┕さ闹匾h(huán)節(jié)，加熱的效果在很大程度上影響就地?zé)嵩偕┕ばЧＲ虼?，需要在明確加熱目的、要求等基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同加熱方式存在的優(yōu)劣勢(shì)，結(jié)合工程實(shí)際情況，選擇科學(xué)合理且經(jīng)濟(jì)有效的加熱方式，以保證瀝青路面加熱效果，為后續(xù)正式的就地?zé)嵩偕┕ぷ鳂I(yè)奠定良好基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1]蘇衛(wèi)國，莊旭青，伍勇輝.瀝青路面就地?zé)嵩偕訜嵊绊懸蛩貙?shí)驗(yàn)分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，44（03）：821-833.
[2]盧勇，李鋒.不同就地?zé)嵩偕b備處治瀝青路面的短期和長期效果分析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019，15（01）：107-109.
[3]顧海榮，董強(qiáng)柱，梁奉典，李金平，焦生杰.多步法就地?zé)嵩偕に囍械臑r青路面加熱速度[J].中國公路學(xué)報(bào)，2017，30（11）：170-176.
[4]顧海榮，董強(qiáng)柱，李金平，梁奉典，張飛，王作家.瀝青路面就地?zé)嵩偕訜岱绞脚c傳熱過程[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2017，34（11）：96-99.
作者簡介：
王惠隊(duì)（1971.7-），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：道路、交通設(shè)計(jì)。
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瀝青路面經(jīng)過長時(shí)間的使用，難免產(chǎn)生一些病害，即便沒有產(chǎn)生病害，路面各項(xiàng)使用性能也會(huì)有所退化，無法滿足正常使用要求。為此，需要采取有效技術(shù)措施對(duì)瀝青路面進(jìn)行處置修復(fù)。其中，就地?zé)嵩偕且豁?xiàng)經(jīng)濟(jì)合理、效果顯著的技術(shù)方式，它能充分利用原路面材料。但想要達(dá)到理想的處理效果，需要對(duì)瀝青路面進(jìn)行加熱處理，選擇合理可行的加熱方式。
1、就地?zé)嵩偕訜峄灸康暮鸵?/p>
瀝青路面就地?zé)嵩偕┕すに嚵鞒倘鐖D1所示。瀝青路面是一個(gè)密實(shí)且強(qiáng)度較高的整體，在對(duì)瀝青路面進(jìn)行就地?zé)嵩偕倪^程中，加熱的基本目的包括：
（1）保護(hù)骨料級(jí)配，使瀝青變軟，減小瀝青和骨料之間的粘結(jié)力。就地?zé)嵩偕┕ぶ?，在?jí)配調(diào)整中需要使用的新骨料數(shù)量相對(duì)較少，能在降低成本的基礎(chǔ)上，降低對(duì)骨料開采和運(yùn)輸?shù)囊?，進(jìn)而有效保護(hù)公路所在地區(qū)的自然環(huán)境[1]。
（2）充分利用原路面材料，原路面材料在加熱和添加適量再生劑以后，可恢復(fù)其應(yīng)有的路用性能，與就地冷再生施工相比，就地?zé)嵩偕┕た梢詫r青舊料直接作為基層材料，表現(xiàn)出良好經(jīng)濟(jì)性。
對(duì)瀝青路面進(jìn)行加熱的基本要求主要包括最低與最高要求。其中，最低溫度要求指的是采用機(jī)械設(shè)備對(duì)瀝青路面進(jìn)行破碎時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致骨料級(jí)配被顯著破壞的最低溫度，以瀝青粘度和溫度之間特性曲線為依據(jù)，對(duì)于采用普通瀝青的路面，其破碎溫度需要達(dá)到100℃以上;而最高溫度要求指的是不會(huì)使瀝青嚴(yán)重老化變質(zhì)的最高溫度，對(duì)于采用普通瀝青的路面，其破碎溫度不能超過180℃。對(duì)瀝青路面進(jìn)行加熱時(shí)，一般是從路面的上表面開始輸入能量，因材料具有一定熱阻作用，在深度方向上會(huì)產(chǎn)生溫度梯度，在這種情況下，加熱時(shí)的表層溫度應(yīng)控制在180℃以內(nèi)，而再生深度部位的溫度應(yīng)達(dá)到100℃以上[2]。
圖1? 瀝青路面就地?zé)嵩偕┕すに嚵鞒?/p>
就地?zé)嵩偕牧咙c(diǎn)包括：能對(duì)瀝青路面進(jìn)行再生利用，能有效節(jié)省材料采購、堆放與運(yùn)輸?shù)确矫娴馁M(fèi)用;施工過程中僅需占用一條車道，能降低對(duì)正常交通造成的影響;能對(duì)舊路面混合料級(jí)配組成予以修正，使表面破壞也被有效修正;對(duì)路面的橫坡、縱斷面及路拱進(jìn)行改善;可對(duì)舊瀝青路面材料進(jìn)行100%再生利用，不會(huì)產(chǎn)生廢料;采用流水線形式作業(yè)，成型速度快;施工完成后路面可直接使用，無需加鋪罩面，不會(huì)對(duì)路面標(biāo)高造成太大影響;對(duì)舊路面混合料級(jí)配予以優(yōu)化，保證路面性能，特別是溫度穩(wěn)定性。
2、瀝青路面的傳熱特性分析
針對(duì)瀝青路面建立如下熱擴(kuò)散方程：
式（1）中，T表示原路面材料的溫度，單位：℃;t表示加熱時(shí)間，單位：s;Φ表示內(nèi)熱源對(duì)應(yīng)的熱能產(chǎn)生率，單位：W×m-3;λ表示傳熱系數(shù)，單位：[W×（m×K）-1];ρ表示材料密度，單位：kg×m-3;C表示比熱容，單位：[J×（kg×K）-1]。
對(duì)瀝青路面進(jìn)行加熱時(shí)，加熱機(jī)加熱板有很大面積，對(duì)加熱板以下瀝青路面進(jìn)行傳熱過程研究，能忽略水平方向上的傳熱，同時(shí)在瀝青路面中沒有內(nèi)部熱源?；诖?，可將式（1）簡化成：
在式（2）中，左側(cè)為深度方向上進(jìn)入到路面中的熱量傳導(dǎo)速率，而右側(cè)為路面存儲(chǔ)熱量發(fā)生變化時(shí)的速率。根據(jù)式（2）的左側(cè)可知，當(dāng)熱功率減小時(shí)，溫度上升的速度變慢，達(dá)到要求溫度需要的時(shí)間較長;相反，當(dāng)熱功率增大時(shí)，溫度上升的速度變快，達(dá)到要求溫度需要的時(shí)間較短。根據(jù)式（2）的右側(cè)可知，當(dāng)熱功率減小時(shí)，深度方向上溫度梯度變小;相反，當(dāng)熱功率增大時(shí)，深度方向上溫度梯度變大[3]。
通過以上分析可以得出：首先，熱功率不可太大，防止上下兩個(gè)表面產(chǎn)生較大的溫度差，使表面溫度明顯升高，導(dǎo)致瀝青嚴(yán)重老化或焦化;其次，伴隨地底層溫度不斷升高，表層和底層的溫度差不斷減小，此時(shí)熱功率應(yīng)隨之降低。
3、瀝青路面加熱時(shí)的熱功率控制
對(duì)于加熱功率曲線，它是將加熱溫度作為主要控制目標(biāo)的關(guān)系曲線，路面加熱功率在整個(gè)漸熱過程中不斷減小，同時(shí)達(dá)到加熱目標(biāo)需要的時(shí)間往往是一個(gè)確定值。因就地?zé)嵩偕┕ぶ屑訜釞C(jī)主要是在勻速前進(jìn)時(shí)對(duì)瀝青路面實(shí)施加熱，需要將伴隨時(shí)間不斷變化的路面加熱功率施工控制曲線轉(zhuǎn)變成在加熱機(jī)前進(jìn)過程中分布的路面加熱功率施工控制曲線，加熱機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度和加熱板自身長度為正比例關(guān)系。
在一般條件下，每臺(tái)就地?zé)嵩偕O(shè)備都會(huì)配置不少于3臺(tái)加熱機(jī)，以此使銑刨、集料與攪拌等性能保持匹配。對(duì)于加熱機(jī)自身加熱功率，在運(yùn)行方向上為最小的可以進(jìn)行控制的單元長度，直接決定了兩條加熱曲線之間的貼近程度，無論是對(duì)加熱效率，還是加熱的質(zhì)量與能耗都有很大影響。
4、瀝青路面主要加熱方式
從最早出現(xiàn)和使用的火焰、紅外與熱風(fēng)循環(huán)等加熱方式，到比較先進(jìn)的微波加熱，就地?zé)嵩偕┕と藛T對(duì)具體的加熱方式進(jìn)行了深入分析與探索。
（1）對(duì)于火焰直接加熱方式，加熱溫度很難控制，易導(dǎo)致瀝青嚴(yán)重老化或直接焦化，導(dǎo)致瀝青無法繼續(xù)使用，必須添加再生劑;另外，路表溫度相對(duì)較高，還會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，對(duì)自然環(huán)境造成污染[4]。
（2）對(duì)于紅外加熱方式，主要是指借助紅外發(fā)射材料具有的高溫輻射基本特性，對(duì)紅外發(fā)射材料進(jìn)行加熱后，使其向外發(fā)射出紅外輻射，為既有瀝青路面實(shí)施加熱。對(duì)輻射功率進(jìn)行控制，能將路面溫度嚴(yán)格控制在允許的范圍之內(nèi)，避免瀝青嚴(yán)重老化。
（3）對(duì)于熱風(fēng)循環(huán)加熱方式，主要是向?yàn)r青路面持續(xù)吹入高溫?zé)峥諝?，使熱空氣和既有瀝青路面產(chǎn)生接觸傳熱，以此實(shí)現(xiàn)熱交換，這樣能對(duì)瀝青路面溫度進(jìn)行有效控制，同時(shí)還能對(duì)熱空氣進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，保證實(shí)際的加熱效率。
紅外加熱與熱風(fēng)循環(huán)加熱方式的加熱深度如圖2所示。
（4）對(duì)于微波加熱方式，主要是利用微波場為瀝青路面實(shí)施立體加熱，這樣能有效加快實(shí)際的加熱速度，并減小溫度梯度。然而，配套技術(shù)措施，尤其是車載電源，目前還有很多難題沒有解決，這對(duì)這項(xiàng)加熱方式的廣泛使用有很大影響。
在選擇具體加熱方式時(shí)，不僅要充分考慮能量轉(zhuǎn)化率，還要注意熱能的使用。除了微波加熱方式具有一定穿透能力，其它所有加熱方式都是采用傳導(dǎo)的方式對(duì)路面進(jìn)行加熱。以加熱功率曲線為依據(jù)，在選擇具體的加熱方式過程中，需要注意以下三點(diǎn)基本要求：
其一，實(shí)際的加熱功率應(yīng)能在最大和最小加熱功率范圍內(nèi)進(jìn)行無極調(diào)節(jié);
其二，實(shí)際的加熱功率需要以瀝青路面實(shí)際溫度及其變化為依據(jù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整;
其三，加熱功率在加熱機(jī)運(yùn)行線路上的最小功率控制單元應(yīng)盡可能小。
結(jié)語：
綜上所述，對(duì)原瀝青路面進(jìn)行加熱是就地?zé)嵩偕┕さ闹匾h(huán)節(jié)，加熱的效果在很大程度上影響就地?zé)嵩偕┕ばЧＲ虼?，需要在明確加熱目的、要求等基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同加熱方式存在的優(yōu)劣勢(shì)，結(jié)合工程實(shí)際情況，選擇科學(xué)合理且經(jīng)濟(jì)有效的加熱方式，以保證瀝青路面加熱效果，為后續(xù)正式的就地?zé)嵩偕┕ぷ鳂I(yè)奠定良好基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1]蘇衛(wèi)國，莊旭青，伍勇輝.瀝青路面就地?zé)嵩偕訜嵊绊懸蛩貙?shí)驗(yàn)分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，44（03）：821-833.
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作者簡介：
王惠隊(duì)（1971.7-），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：道路、交通設(shè)計(jì)。
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