摘 要
關鍵詞
瀝青路面 | 就地熱再生 | 裝備 | 加熱技術
針對瀝青路面不同的病害形式，可以采用就地冷再生、就地熱再生、廠拌冷再生和廠拌熱再生等工藝進行修復。對于基層完好，僅存在坑槽、龜裂、松散、車轍等淺表層病害的瀝青路面，可以采用就地熱再生工藝對其進行快速修復。經過再生的瀝青混合料能夠用作瀝青路面面層，具有較好的經濟性，實現了舊瀝青混合料的完全利用，既可以節(jié)約瀝青，又可以節(jié)省石料，保護環(huán)境，符合國家的產業(yè)政策和社會發(fā)展需求，具有巨大的市場發(fā)展空間。
就地熱再生工藝概況
就地熱再生需要使用專門的再生機組對原瀝青路面進行加熱、銑刨、添加新料和再生劑、就地攪拌，然后再攤鋪、碾壓成形。瀝青路面就地熱再生工藝主要有3種：表面整形、復拌再生和復拌加鋪再生。典型就地熱再生機組組成如圖1所示。
表面整形是使用加熱機把舊瀝青路面加熱到一定溫度后，使用復拌機把路面翻松，然后將翻松的路面材料收到復拌機攪拌器中拌合均勻（也可同時加入適量添加劑用來恢復瀝青性能），最后將攪拌好的瀝青混合料攤鋪到路面上，用壓路機壓實成型。表面整形主要適用于破損不嚴重、破損面積小的路面維修，可消除原有路面的龜裂、車轍等。
復拌再生是使用現場熱再生設備的加熱機，把舊路面加熱到一定溫度后，使用復拌機把舊瀝青路面翻松，然后通過材料輸送裝置把翻松后的瀝青材料輸送到攪拌器中。同時將按級配設計的新熱瀝青混合料、瀝青和可使瀝青恢復特性的再生劑，按合適比例輸送到攪拌器，將新舊瀝青混合料攪拌均勻后攤鋪到路面上，最后使用壓路機壓實成型。復拌再生對中等程度破損的路面維修非常適用，并且可以改善舊瀝青路面的材料特性，使老化和非穩(wěn)定磨耗層得到修復，路面強度得到提高。
復拌加鋪是在表面整形再生法的基礎上，用現場熱再生設備的復拌機將舊瀝青路面材料翻松、攪拌均勻并整平后，再在其上鋪設一層磨耗層（新的瀝青混合料），最后使用壓路機壓實成型。復拌加鋪主要適用于維修翻新破損嚴重的路面以及舊路升級改造。采用此方法修復的瀝青路面具有較好的抗滑性能，路面平整度和橫坡度得到有效改善，瀝青路面強度可得到明顯提高。
在我國應用較多的是復拌法，即攪拌過程中通過添加一定量的新料（10～20kg/㎡），改善舊瀝青混合料的變異性，滿足再生混合料的級配要求。
從2002年至今，眾多國際品牌的就地熱再生機組進入到了中國市場，包括德國維特根（Wirtgen）、芬蘭卡羅泰康（Kalottikone）、加拿大馬泰克（Martec）、意大利瑪連尼（Marini）等，國內設備制造企業(yè)南京英達、鞍山森遠、江蘇奧新、無錫錫通等也推出了自己的就地熱再生機組產品。其他就地熱再生機組還包括加拿大Proytech等公司的產品。
綜觀國內外就地熱再生機組的工作特點，Proytech公司產品采用特殊的加熱銑刨機進行分布式加熱銑刨，集中攪拌再生�，斶B尼公司的產品采用冷銑刨機和移動式廠拌熱再生設備的組合，在現場進行再生；其他公司的就地熱再生機組均由路面加熱機和再生拌合機（一體化或分步式的加熱銑刨、集料攪拌和攤鋪機）組成，先加熱、再銑刨，最后攪拌再生，差異主要體現在加熱機加熱方式與再生主機結構不同。
維特根就地熱再生機組是目前全球產銷量最大的就地熱再生機組，其再生主機RX4500集成了加熱、銑刨、拌合和雙層攤鋪功能，通過調整輸料流向，可以進行復拌再生與復拌加鋪再生2種施工，如圖2所示。
如果每臺車只完成單一功能，需要的機器的數量將迅速增加，進行復拌加鋪施工時，還需再增加一臺攤鋪機和數臺壓路機。這種設計可以最大限度的減少再生機組中機器的數量。國內再生主機的設計，主要還是采用加熱銑刨機、攪拌再生攤鋪機組合的方式。
瀝青路面加熱技術
就地熱再生的目的有二：一是修補細化的瀝青混合料級配，使其達到規(guī)范的要求，二是恢復老化瀝青的路用性能。對于就地熱再生工藝來講，降低級配破壞和瀝青老化是其設備需要解決的2個關鍵問題。
瀝青是一種熱敏感性材料，其黏度隨著溫度的升高而降低。常溫狀態(tài)下，瀝青混合料骨料之間的粘結力較大，采用冷銑刨容易將骨料打碎。就地熱再生工藝中，通過對路面的加熱使瀝青軟化，可以減少瀝青路面銑刨過程中骨料破碎的幾率。再生劑同樣需要一定的溫度，才能恢復老化瀝青的路用性能。
瀝青達到一定溫度后，其黏度隨溫度變化的趨勢變緩，繼續(xù)升高溫度需要消耗大量熱能，但對骨料的破碎影響不大，從節(jié)約能耗的角度出發(fā)，應該將瀝青路面的加熱溫度控制在一定范圍內。過高的溫度也會加劇瀝青的老化，從減小瀝青老化程度角度出發(fā)，也必須將瀝青路面的加熱溫度控制一定范圍內。
瀝青路面加熱傳熱機理
國內市場上使用的幾種瀝青路面就地熱再生機組，加熱方式包括明火加熱（卡泰羅康）、紅外輻射加熱（維特根、南京英達和江蘇奧新）、熱風循環(huán)加熱（馬泰克、鞍山森遠、無錫錫通）等。紅外輻射加熱過程中，吹向地面的煙氣和熱風循環(huán)加熱中高溫分流板的輻射，可以起到輔助加熱的效果，有一些分類方法中將這一類加熱方式歸集為輻射熱風組合加熱。但不管如何分類，這些加熱方式中，加熱能量的交換都發(fā)生在瀝青路面表面。熱能進入瀝青路面后，在內部則以傳導方式進行傳遞。
瀝青路面加熱機加熱板的面積大（單塊大于10㎡）、厚度�。ㄒ话�4cm），因此眾多文獻中，都是將瀝青路面再生加熱傳熱過程看作大平壁傳熱問題進行研究，如圖3所示。同時有文獻指出，瀝青路面材料的微觀不均勻性，不影響瀝青路面再生加熱傳熱過程的宏觀均勻性，且同一段瀝青路面材料的密度、比熱容和導熱系數相同。
有關研究結果顯示，加熱過程中，往底層方向傳遞的熱流與瀝青路面的導熱系數、溫度梯度成正比。由于瀝青路面材料是熱的不良導體，導熱系數較小，在向底層傳遞熱能時，會存在比較大的溫度差。瀝青路面再生加熱過程中，對再生加熱溫度（底層溫度）和瀝青老化溫度（表層溫度）都會有一定要求。對于特定的瀝青路面，完成最快加熱傳熱過程時間及所需要輸入熱能便可隨之確定。某瀝青路面再生加熱過程中溫度曲線如圖4所示。
表面溫度越高，瀝青路面的加熱速度越快。將表面溫度維持在瀝青老化許可最高值時，可以獲得最快的加熱速度，對應的表面熱流密度輸入如圖5所示。當輸入熱流密度超出圖5所示值時，瀝青路面表面溫度繼續(xù)升高，瀝青老化加劇。同時高溫瀝青會散發(fā)出更多煙氣，污染環(huán)境，對周圍植被造成危害。輸入熱能當然也不宜低于這一定值，否則會造成底層溫度達到再生要求的時間變長。
從圖5還可以看出，瀝青路面加熱過程中，表面輸入的熱流密度是隨加熱過程實時變化的。這就要求瀝青路面加熱機輸出的熱能，能夠適應瀝青路面材料傳熱特性要求，即具備無級調節(jié)的能力。
在瀝青路面再生加熱的幾種方式中，明火加熱由于加熱熱流不易控制，極易造成表層瀝青老化，已逐漸被就地熱再生行業(yè)舍棄。紅外輻射和熱風循環(huán)加熱是就地熱再生工藝中主要加熱方式。
提高瀝青路面加熱速度方法
滿足表面加熱溫度控制要求時，瀝青路面的加熱速度仍比較慢，根本原因是隨著內部溫度的升高，瀝青路面層間溫度梯度減小，造成表面熱能沿深度方向傳遞速度變慢。圖4所示加熱過程中，瀝青路面內部溫度梯度曲線如圖6所示。
解決這一問題的方法有2種：一是增加加熱機數量，即在加熱時間不變前提下，通過增加加熱機的總長度提升再生機組加熱速度；二是改變能量輸入方式，從瀝青路面內部輸入加熱能量。后者主要包括多步法和微波加熱法2種。
多步法即加熱一段時間后，通過機械破碎，移除上面層一半深度的瀝青路面材料，再從中間輸入加熱能量。加拿大Proytech公司ECOPAVER就地熱再生機組就采用該方法，如圖7所示。采用多步法就地熱再生工藝，大約可以節(jié)約一半的瀝青路面加熱時間。
微波加熱法即利用微波穿透性特點，直接從內部對瀝青路面進行立體加熱，以提高瀝青路面的加熱速度。江蘇淮安威特養(yǎng)護公司研制的世界上第一臺瀝青路面就地熱再生微波加熱機，就是采取該方法加熱。
就地熱再生面臨的技術挑戰(zhàn)
隨著環(huán)境保護問題日益受到重視，瀝青路面就地熱再生過程中的高煙氣排放量的問題迫切需要得到解決。瀝青煙氣排放量隨溫度升高而增加是必然規(guī)律，傳統(tǒng)瀝青路面再生加熱過程中，瀝青路面表面溫度普遍超高，以表層瀝青老化的代價換取加熱速度的提升，進一步加大了煙氣的排放量。
嚴格控制瀝青路面加熱過程中的表面溫度，是解決煙氣排放量大的關鍵。達成這一目標需要精準的加熱熱流控制技術，更長的加熱時間和更多的加熱機，因此迫切需要人們在研究瀝青路面材料傳熱特性的基礎上，采用新的技術手段來實現瀝青路面的快速加熱。
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