關于瀝青路面就地熱再生加熱方式

【摘要】針對瀝青路面的就地熱再生處理，在提出加熱基本目的與要求的基礎上，探討瀝青路面傳熱特性與瀝青路面加熱方式，為瀝青路面就地熱再生工程設計施工中選擇適宜的加熱方式提供參考與借鑒。

【關鍵詞】瀝青路面;就地熱再生;瀝青路面加熱

瀝青路面經過長時間的使用，難免產生一些病害，即便沒有產生病害，路面各項使用性能也會有所退化，無法滿足正常使用要求。為此，需要采取有效技術措施對瀝青路面進行處置修復。其中，就地熱再生是一項經濟合理、效果顯著的技術方式，它能充分利用原路面材料。但想要達到理想的處理效果，需要對瀝青路面進行加熱處理，選擇合理可行的加熱方式。

1、就地熱再生加熱基本目的和要求

瀝青路面就地熱再生施工工藝流程如圖1所示。瀝青路面是一個密實且強度較高的整體，在對瀝青路面進行就地熱再生的過程中，加熱的基本目的包括：

（1）保護骨料級配，使瀝青變軟，減小瀝青和骨料之間的粘結力。就地熱再生施工中，在級配調整中需要使用的新骨料數量相對較少，能在降低成本的基礎上，降低對骨料開采和運輸的要求，進而有效保護公路所在地區的自然環境[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，可恢復其應有的路用性能，與就地冷再生施工相比，就地熱再生施工可以將瀝青舊料直接作為基層材料，表現出良好經濟性。

對瀝青路面進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械設備對瀝青路面進行破碎時，不會導致骨料級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，對于采用普通瀝青的路面，其破碎溫度需要達到100℃以上;而最高溫度要求指的是不會使瀝青嚴重老化變質的最高溫度，對于采用普通瀝青的路面，其破碎溫度不能超過180℃。對瀝青路面進行加熱時，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，在深度方向上會產生溫度梯度，在這種情況下，加熱時的表層溫度應控制在180℃以內，而再生深度部位的溫度應達到100℃以上[2]。

圖1? 瀝青路面就地熱再生施工工藝流程

就地熱再生的亮點包括：能對瀝青路面進行再生利用，能有效節省材料采購、堆放與運輸等方面的費用;施工過程中僅需占用一條車道，能降低對正常交通造成的影響;能對舊路面混合料級配組成予以修正，使表面破壞也被有效修正;對路面的橫坡、縱斷面及路拱進行改善;可對舊瀝青路面材料進行100%再生利用，不會產生廢料;采用流水線形式作業，成型速度快;施工完成后路面可直接使用，無需加鋪罩面，不會對路面標高造成太大影響;對舊路面混合料級配予以優化，保證路面性能，特別是溫度穩定性。

2、瀝青路面的傳熱特性分析

針對瀝青路面建立如下熱擴散方程：

式（1）中，T表示原路面材料的溫度，單位：℃;t表示加熱時間，單位：s;Φ表示內熱源對應的熱能產生率，單位：W×m-3;λ表示傳熱系數，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]。

對瀝青路面進行加熱時，加熱機加熱板有很大面積，對加熱板以下瀝青路面進行傳熱過程研究，能忽略水平方向上的傳熱，同時在瀝青路面中沒有內部熱源。基于此，可將式（1）簡化成：

在式（2）中，左側為深度方向上進入到路面中的熱量傳導速率，而右側為路面存儲熱量發生變化時的速率。根據式（2）的左側可知，當熱功率減小時，溫度上升的速度變慢，達到要求溫度需要的時間較長;相反，當熱功率增大時，溫度上升的速度變快，達到要求溫度需要的時間較短。根據式（2）的右側可知，當熱功率減小時，深度方向上溫度梯度變小;相反，當熱功率增大時，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，防止上下兩個表面產生較大的溫度差，使表面溫度明顯升高，導致瀝青嚴重老化或焦化;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，此時熱功率應隨之降低。

3、瀝青路面加熱時的熱功率控制

對于加熱功率曲線，它是將加熱溫度作為主要控制目標的關系曲線，路面加熱功率在整個漸熱過程中不斷減小，同時達到加熱目標需要的時間往往是一個確定值。因就地熱再生施工中加熱機主要是在勻速前進時對瀝青路面實施加熱，需要將伴隨時間不斷變化的路面加熱功率施工控制曲線轉變成在加熱機前進過程中分布的路面加熱功率施工控制曲線，加熱機實際運行速度和加熱板自身長度為正比例關系。

在一般條件下，每臺就地熱再生設備都會配置不少于3臺加熱機，以此使銑刨、集料與攪拌等性能保持匹配。對于加熱機自身加熱功率，在運行方向上為最小的可以進行控制的單元長度，直接決定了兩條加熱曲線之間的貼近程度，無論是對加熱效率，還是加熱的質量與能耗都有很大影響。

4、瀝青路面主要加熱方式

從最早出現和使用的火焰、紅外與熱風循環等加熱方式，到比較先進的微波加熱，就地熱再生施工人員對具體的加熱方式進行了深入分析與探索。

（1）對于火焰直接加熱方式，加熱溫度很難控制，易導致瀝青嚴重老化或直接焦化，導致瀝青無法繼續使用，必須添加再生劑;另外，路表溫度相對較高，還會產生大量煙氣，對自然環境造成污染[4]。

（2）對于紅外加熱方式，主要是指借助紅外發射材料具有的高溫輻射基本特性，對紅外發射材料進行加熱后，使其向外發射出紅外輻射，為既有瀝青路面實施加熱。對輻射功率進行控制，能將路面溫度嚴格控制在允許的范圍之內，避免瀝青嚴重老化。

（3）對于熱風循環加熱方式，主要是向瀝青路面持續吹入高溫熱空氣，使熱空氣和既有瀝青路面產生接觸傳熱，以此實現熱交換，這樣能對瀝青路面溫度進行有效控制，同時還能對熱空氣進行回收，實現循環利用，保證實際的加熱效率。

紅外加熱與熱風循環加熱方式的加熱深度如圖2所示。

（4）對于微波加熱方式，主要是利用微波場為瀝青路面實施立體加熱，這樣能有效加快實際的加熱速度，并減小溫度梯度。然而，配套技術措施，尤其是車載電源，目前還有很多難題沒有解決，這對這項加熱方式的廣泛使用有很大影響。

在選擇具體加熱方式時，不僅要充分考慮能量轉化率，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的方式對路面進行加熱。以加熱功率曲線為依據，在選擇具體的加熱方式過程中，需要注意以下三點基本要求：

其一，實際的加熱功率應能在最大和最小加熱功率范圍內進行無極調節;

其二，實際的加熱功率需要以瀝青路面實際溫度及其變化為依據進行適當調整;

其三，加熱功率在加熱機運行線路上的最小功率控制單元應盡可能小。

結語：

綜上所述，對原瀝青路面進行加熱是就地熱再生施工的重要環節，加熱的效果在很大程度上影響就地熱再生施工效果。因此，需要在明確加熱目的、要求等基本內容的基礎上，針對不同加熱方式存在的優劣勢，結合工程實際情況，選擇科學合理且經濟有效的加熱方式，以保證瀝青路面加熱效果，為后續正式的就地熱再生施工作業奠定良好基礎。

參考文獻：

[1]蘇衛國，莊旭青，伍勇輝.瀝青路面就地熱再生加熱影響因素實驗分析[J].廣西大學學報（自然科學版），2019，44（03）：821-833.

[2]盧勇，李鋒.不同就地熱再生裝備處治瀝青路面的短期和長期效果分析[J].公路交通科技（應用技術版），2019，15（01）：107-109.

[3]顧海榮，董強柱，梁奉典，李金平，焦生杰.多步法就地熱再生工藝中的瀝青路面加熱速度[J].中國公路學報，2017，30（11）：170-176.

[4]顧海榮，董強柱，李金平，梁奉典，張飛，王作家.瀝青路面就地熱再生加熱方式與傳熱過程[J].筑路機械與施工機械化，2017，34（11）：96-99.

作者簡介：

王惠隊（1971.7-），男，本科，高級工程師，研究方向：道路、交通設計。