紅外線加熱技術在瀝青路面就地熱再生養護設備上的應用

戴世界

（廈門市公路養護綠化設施維護中心，福建 廈門 361000）

紅外線加熱技術在瀝青路面就地熱再生養護設備上的應用

戴世界

（廈門市公路養護綠化設施維護中心，福建 廈門 361000）

文章通過對比幾種在公路養護實際中所用到的加熱方式，得出一種燃氣紅外線的瀝青路面加熱技術，并以此為研究對象進行相應優化，確保實際可行。根據公路養護的實際需求，提出就地熱再生養護設備的主要功能及實際應用情況，最后以實際應用的施工數據驗證了此項技術的可行性。

紅外加熱；公路養護；就地熱再生設備

1 背景

隨著我國公路事業蓬勃發展，公路的里程呈現爆發式的增長。施工通車快、舒適性高、摩擦力大、日常修復所需時間短是瀝青路面的4個主要優點，已成為公路路面施工的新寵。但路面病害也隨著時間及通行負荷的影響而逐漸顯現。

隨著人們生活水平提高，特別是城市居民對道路出行安全舒適需求的進一步提高，對瀝青路面病害修復的及時性、穩定性提出了更高的要求，傳統的矯正性養護模式已被預防性養護模式所取代。

2 瀝青路面養護的意義及發展

瀝青路面預防性養護是在不改變道路交通環境的前提下，及時、有效地對公路路面病害進行修復，延長路面使用壽命，延緩路面使用性能下降速度，延長使用壽命。圖1為瀝青路面預防性養護的及時性及養護效果對路面性能影響的示意圖。

根據《公路瀝青路面養護技術規范》（JTJ073.2-2001）對瀝青路面病害分類，分為如圖2所示。在公路瀝青路面性能下降初期，病害主要集中表現在面層的破損，及時對其進行行之有效處理，可以防止水損壞的進一步發生，延長瀝青路面的使用壽命。

圖1 瀝青路面養護時間——性能圖

圖2 瀝青路面主要病害

所以需要建立我國公路瀝青路面養護工作長效機制，根據公路養護現狀及發展規律，預防性養護的常態化、養護技術節能環保、養護機械化必然是養護的發展趨勢和發展方向。傳統再生技術有就地冷再生、廠拌熱再生、廠拌冷再生、就地冷再生等再生技術。因施工工序復雜、施工成本高，在公路瀝青路面日常養護領域得不到很好地應用。通過現場加熱路面施工溫度的就地熱再生技術，施工速度快，占道少，效率高，慢慢用于瀝青路面的日常養護。

3 紅外線加熱技術在設備上的應用

瀝青路面加熱的主要目的：一是不打碎集料，保護骨料級配，二是充分利用瀝青路面舊料，節能環保，新舊瀝青料間產生施工的熱接縫具有良好的層間粘結，提高修復質量。所以瀝青加熱時，為不明顯破壞骨料級配，加熱溫度要達到100℃；為保證瀝青舊料能夠再次利用，不發生瀝青燒焦，加熱溫度一般不超過180℃。常見的瀝青路面加熱方式如表1所示。

表格1 4種加熱方式的對比

從表1可以看出，紅外線加熱方式只要解決路面加熱溫度梯度過大的問題，對瀝青路面養護施工作業具有積極的意義。在瀝青路面的加熱過程中，通過從上到下熱量傳遞，由于材料熱阻的特性，沿瀝青路面深度方向上存在著溫度梯度，加熱要求為面層最高溫度為180℃，底層處的溫度為100℃。

根據瀝青路面傳熱特性，建立瀝青路面的熱擴散方程：

式（1）中，T為瀝青路面材料溫度；t為加熱時間；Φ為單位體積介質的內熱源的熱源產生速率；λ為瀝青路面材料的傳熱系數；ρ為瀝青路面材料的密度；?為瀝青路面材料的比熱容。

在研究瀝青路面加熱的過程中，假設加熱設備的加熱面積夠大，忽略水平方向傳熱因素及瀝青路面不存在內部熱源等，將熱擴散方程簡化為：

從式（2）可以看出，左側瀝青路面熱功率隨便溫度變化速度加快而增加，右側瀝青路面熱功率隨路面垂直方向的溫度梯度增加而增加。所以，瀝青路面加熱過程中，熱功率不能過大，以免上下表面溫差過大，瀝青加速度老化或燒焦；當底層溫度升高時，因與面層的溫度差變小，熱功率應相應減小。所以就地熱再生加過瀝青路面過程中，存在著理想的熱功率輸入曲線（如圖3所示）。

圖3 瀝青路面理想加熱功率曲線

為簡化加熱功率模型，同時保證在較短時間內，加熱瀝青路面到相應的施工溫度，同時又能達到一定的加熱深度，英達熱再生有限公司的修補王采用間歇式加熱方式加熱路面。通過在特殊的微孔陶瓷材料表面燃燒而產生的極高熱能對瀝青路面進行脈沖式加熱（如圖4所示），借助加熱板上安裝的熱傳感器實時監控瀝青路面表面的溫度變化，當達到溫度上限時，停止加熱，加熱板快速冷卻。當路面溫度下降到某個設定值時，加熱系統啟動，繼續加熱。反復循環，使得瀝青路面達到合適的施工溫度和施工深度（如圖5所示）。結合公路養護日常需要，修補王具備加熱板模塊、控制系統、冷料加熱保溫模塊、乳化瀝青噴灑模塊等，解決了瀝青路面加熱需求、瀝青路面病害修復對熱瀝青料需求等，大大提高了作業效率、修復質量，為公路日常養護機械化邁出一大步。通過紅外加熱方式，新舊瀝青料間通過熱接縫方式粘結，粘結更加牢固（圖6所示），解決了傳統切割開挖后形成的接縫易滲水的問題，質量進一步提高，在2016年度，在公路養護范圍內修補王累計修復路面病害面積4500m2，就地再生利用瀝青料135m3，返修19m2，返修率0.4%，遠低于公路瀝青路面養護標準。

圖4 間歇式加熱工作原理

圖5 瀝青路面加熱效果

圖6 紅外線熱修復粘結效果

4 結語

隨著社會對環境保護的重視，瀝青路面舊料回收的利用率要求越來越高。通過紅外加熱方式，不僅提高了瀝青路面養護質量，也最大程度地利用舊瀝青材料。

［1］唐水月.市政道路路面養護維修技術研究［J］.交通建設與管理，2014，（20）:28-30.

［2］顧海榮，董強柱.就地熱再生過程中瀝青路面加熱技術［J］.中國公路，2017，（3）.

戴世界（1982-），男，福建廈門人，碩士研究生，工程師，主要研究方向：機械制造及其自動化。