瀝青混凝土路面熱再生耙松裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

張秀禮　鳳祥云　劉揚(yáng)　陳佐順　陸向輝

摘要：瀝青混凝土路面熱再生技術(shù)是將老舊路面進(jìn)行加熱、銑刨、復(fù)拌、重鋪過(guò)程的新工藝新技術(shù)，這種技術(shù)大量節(jié)省了原材料及運(yùn)輸成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，對(duì)環(huán)境保護(hù)有非常重要的意義。但是由于路面是熱的不良導(dǎo)體，造成熱風(fēng)循環(huán)方式熱再生在深度層面加熱不夠均勻。本文設(shè)計(jì)一種路面進(jìn)行耙松裝置，安裝在瀝青混凝土路面熱再生機(jī)組上，經(jīng)耙松讓熱量更容易進(jìn)入路面深層，實(shí)現(xiàn)較均勻的加熱，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更加節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：瀝青;路面;熱再生;耙松;裝置

隨著我國(guó)公路建設(shè)的不斷增加，大量的道路進(jìn)入維修養(yǎng)護(hù)、升級(jí)改造的階段。瀝青混凝土路面熱再生技術(shù)利用加熱機(jī)的循環(huán)風(fēng)機(jī)，源源不斷將加熱室的熱空氣輸送到瀝青混凝土路面，實(shí)現(xiàn)熱量交換，將路面軟化;通過(guò)后續(xù)銑刨、復(fù)拌、攤鋪等工序，實(shí)現(xiàn)瀝青混凝土路面的快速再生應(yīng)用。就地?zé)嵩偕夹g(shù)是用于瀝青路面表面修復(fù)的路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)，其舊料可以100%回收利用，與傳統(tǒng)的路面養(yǎng)護(hù)相比，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。加熱技術(shù)是就地?zé)嵩偕夹g(shù)的關(guān)鍵，要求將原路面銑刨深度范圍內(nèi)的瀝青混合料加熱到特定溫度，該溫度既有利于銑刨時(shí)保護(hù)級(jí)配的完整性，又不能過(guò)高而破壞瀝青性能。

一、耙松裝置設(shè)計(jì)

對(duì)熱再生耙松裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)、避障機(jī)構(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)等，尤其對(duì)耙齒的結(jié)構(gòu)樣式和分布進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，比較合理的結(jié)構(gòu)樣式和分布數(shù)量。

耙松裝置總體構(gòu)成。瀝青路面就地?zé)嵩偕宜裳b置主要包括左、右段耙松機(jī)構(gòu)和中間共四段耙松機(jī)構(gòu)組成，每段耙松機(jī)構(gòu)主要包括四連桿機(jī)構(gòu)、底部的耙齒、避障機(jī)構(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)等，如圖1所示。

二、耙松裝置優(yōu)化

耙松裝置采取分段的結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)瀝青路面高低不平及不同路面施工面積有差異時(shí)，分段的耙松機(jī)構(gòu)可以根據(jù)不同路面要求任意折疊組合，從而調(diào)整耙松寬度和深度，從而使耙松裝置可以根據(jù)路況形式進(jìn)行路面仿形耙松。另外在左段耙松機(jī)構(gòu)的左端和右段耙松機(jī)構(gòu)的右端分別安裝活耙機(jī)構(gòu)，加大了整機(jī)的耙松寬度，使整個(gè)耙松裝置對(duì)路面情況的適應(yīng)性更強(qiáng)。將耙松裝置安裝于加熱機(jī)后部車(chē)架上，能夠安全、方便地發(fā)揮耙松性能。

在每段獨(dú)立的耙松機(jī)構(gòu)上均設(shè)有避障機(jī)構(gòu)。避障機(jī)構(gòu)利用避障彈簧伸縮性，當(dāng)遇到路面凸起阻礙時(shí)，由于瞬間產(chǎn)生的沖擊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈簧拉力，迫使避障彈簧彈性拉伸，耙架向上翻轉(zhuǎn)避開(kāi)障礙物，恢復(fù)時(shí)又不會(huì)發(fā)生振蕩，有效保護(hù)耙齒和路面免受損壞。由于四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，每段耙松機(jī)構(gòu)本身結(jié)構(gòu)中四連桿機(jī)構(gòu)的可折疊，耙松裝置停止工作時(shí)，可隨時(shí)將耙架繞鉸接軸折疊收起，以便于運(yùn)輸。四連桿機(jī)構(gòu)中采用雙頭調(diào)整螺桿來(lái)調(diào)整耙松深度，操作方便，性能穩(wěn)定可靠，大大減少了故障率。

三、耙齒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

耙松裝置的主要技術(shù)難點(diǎn)是耙齒，耙松裝置通過(guò)其上面的耙齒進(jìn)行路面耙松作業(yè)，耙松作業(yè)的最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)是耙齒，其他均為的輔助裝置。因此耙齒的布置形式和樣式將會(huì)直接影響路面耙松的效果。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和研究，將耙齒等距離平行分布于耙架，耙齒樣式為錐形，采用NM400耐磨鋼材。耙齒采用錐形結(jié)構(gòu)，下部尖頭厚度約為10cm，可以充分地?cái)_動(dòng)舊瀝青混合料。錐形上側(cè)安裝螺栓，固定于耙架梁上，左段和右段的耙齒設(shè)置為活耙，可以拆卸，便于施工過(guò)程中調(diào)節(jié)寬度，增加其實(shí)用性。

通過(guò)分析，在耙松過(guò)程中耙齒主要對(duì)粗骨料進(jìn)行翻動(dòng)，從而也對(duì)附著在粗骨料上的瀝青及細(xì)骨料進(jìn)行耙松。影響耙齒間距布局的主要因素就是瀝青混合料中粗骨料的粒徑。耙松對(duì)象主要是瀝青路面的表面層，本層瀝青混合料粗骨料最大粒徑一般為16mm左右。理論上耙齒間距太大會(huì)造成耙松不到的面積過(guò)大，間距太小耙齒又會(huì)使混合料產(chǎn)生推移，并造成作業(yè)困難。以瀝青混合料最大粒徑為參照指標(biāo)，綜合考慮設(shè)置三種對(duì)比方案，將耙齒間距分別設(shè)置為：92mm.71mm、50mm。

方案一：耙齒間距92ram。瀝青路面加熱后，由于耙齒間距較大，中間舊瀝青混合料未能翻動(dòng)的空間較大，二次加熱無(wú)法完全將熱量滲透到整個(gè)路面。

方案二：耙齒間距71mm。瀝青路面加熱后，中間舊瀝青混合料未翻動(dòng)的空間較小，二次加熱能將熱量滲透到整個(gè)路面。

方案三：耙齒間距50mm。瀝青路面加熱后，由于耙齒間隙小，翻松后的瀝青混合料會(huì)隨著耙齒向前移動(dòng)，造成耙齒前積料，翻松不均勻，影響二次加熱的熱量滲透。

綜合分析并經(jīng)工程實(shí)際應(yīng)用得出71mm為最佳間距。

四、耙松裝置的工程應(yīng)用

主要試驗(yàn)過(guò)程為通過(guò)成型路面質(zhì)量檢測(cè)和施工過(guò)程中各工序的溫度控制對(duì)耙松裝置進(jìn)行性能測(cè)定和調(diào)試，如圖2所示。采用控制變量法進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和檢測(cè)，具體為：在現(xiàn)場(chǎng)就地?zé)嵩偕^(guò)程施工中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)耙松深度、銑刨深度和各工序溫度等參數(shù)的檢測(cè)和控制，分別對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行變動(dòng)，然后對(duì)于能在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的指標(biāo)及時(shí)收集，需要試驗(yàn)取芯的要提前做好標(biāo)記，待路面成型后進(jìn)行定點(diǎn)取芯，最后到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各項(xiàng)路用性能的指標(biāo)檢測(cè)，收集和整理所有數(shù)據(jù)及分析。

經(jīng)過(guò)對(duì)熱再生機(jī)組各設(shè)備的研究并結(jié)合耙松裝置的工作原理，最終決定將耙松裝置設(shè)置在加熱機(jī)后鋼梁架位置，這樣完全能夠滿(mǎn)足耙松工藝的要求。共有三個(gè)方案對(duì)加熱機(jī)加熱后的路面進(jìn)行耙松作業(yè)，分別是第一臺(tái)、第二臺(tái)和第三臺(tái)加熱機(jī)后，在經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)與研究，最終確定耙松裝置安裝于第三臺(tái)加熱機(jī)后。

主要原因有以下幾點(diǎn)：

（1）第一臺(tái)加熱機(jī)過(guò)后，原路面及路面下層的溫度很低，加熱并不充分，路面結(jié)構(gòu)剛性比較強(qiáng)，耙齒無(wú)法進(jìn)行耙松作業(yè)，如果強(qiáng)行耙松會(huì)對(duì)原路面瀝青混合料的粗骨料造成破壞，進(jìn)而影響混合料級(jí)配，因此不適宜安裝于第一臺(tái)加熱機(jī)后。

（2）如果安裝于第二臺(tái)加熱機(jī)后，路面已經(jīng)軟化到一定深度，耙松作業(yè)能夠進(jìn)行，但是效果不理想，深度有限，并且存在耙松后的路面內(nèi)部熱量經(jīng)歷兩次熱量散失的問(wèn)題，第一次為與第三臺(tái)加熱機(jī)經(jīng)過(guò)之前的間隙，第二次為與加熱銑刨機(jī)經(jīng)過(guò)之前的間隙，不利于節(jié)約能源，因此安裝于第二臺(tái)加熱機(jī)后不合理。

（3）安裝于第三臺(tái)加熱機(jī)后，路面已經(jīng)充分加熱，耙松后加熱銑刨機(jī)將熱風(fēng)送至深層路面結(jié)構(gòu)，在很短的時(shí)間內(nèi)將溫度提高，然后進(jìn)行銑刨作業(yè)，各個(gè)工序銜接緊密，達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的效果。

在第三臺(tái)加熱機(jī)后面加裝耙松的方式可以確保加熱溫度快速滲透，能使再生后的混合料與耙松過(guò)的路面層很好地黏合，增加層間結(jié)合力，節(jié)約能源。

確定最優(yōu)耙松深度應(yīng)注意事項(xiàng)：

（1）無(wú)耙松時(shí)，施工速度慢，爐溫越高，路面和銑刨層溫度低。

（2）耙松越深，施工速度快，爐溫越低，路面和銑刨層溫度高。

（3）同時(shí)路面溫度過(guò)高會(huì)使表層瀝青過(guò)度燒灼，引起煙氣過(guò)大，瀝青老化嚴(yán)重。

通過(guò)參數(shù)的檢測(cè)，整理數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，將爐溫和耙松深度的設(shè)置作為關(guān)鍵參數(shù)，得出兩者的最佳組合方式。進(jìn)一步的進(jìn)行綜合考慮，將經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益等因素添加進(jìn)去，得出一種最經(jīng)濟(jì)合理的組合方式，最后再次進(jìn)行實(shí)踐檢測(cè)。分析參數(shù)與綜合考慮，確定最優(yōu)耙松深度為2cm，燃燒爐溫度為450℃，該組合更適合熱再生耙松施工，具體數(shù)據(jù)如上表所示。

五、耙松裝置的性能優(yōu)勢(shì)

耙齒樣式和間距的合理設(shè)計(jì)，可以滿(mǎn)足所有瀝青路面表面層的耙松作業(yè)，甚至下面層也可達(dá)到，這樣就很容易將預(yù)熱軟化的路面進(jìn)行要求深度的耙松，使熱風(fēng)充分地將熱量送至更深的瀝青混凝土層，大大提高了路面加熱的滲透深度，發(fā)揮了裝置性能優(yōu)勢(shì)。耙松后，銑刨收集的舊瀝青路面的瀝青混合料的溫度比未經(jīng)過(guò)耙松直接銑刨收集的舊瀝青混合料溫度高20℃左右，能夠減少舊瀝青混合料出現(xiàn)離析的現(xiàn)象。

六、結(jié)語(yǔ)

本裝置采取液壓自動(dòng)調(diào)整，通過(guò)閥組直接控制液壓油缸的伸縮，從而控制耙架的升降操作。操作人員可以在很短的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)操作技巧，隨時(shí)能夠投入工程施工。同時(shí)利用避障彈簧的伸縮性，四連桿結(jié)構(gòu)的靈活性，雙頭調(diào)整螺桿的可調(diào)節(jié)性實(shí)現(xiàn)了路面仿形，分段耙松，對(duì)耙松寬度可以實(shí)現(xiàn)靈活控制，并且能夠完成翻轉(zhuǎn)避障，因此本裝置在發(fā)揮本身的技術(shù)性能的同時(shí)，不會(huì)影響加熱機(jī)的各項(xiàng)操作。經(jīng)耙松后，熱量可滲透到6～8cm（6cm的深處的溫度達(dá)到100℃左右），改善了在加熱舊瀝青路面時(shí)產(chǎn)生的碳化問(wèn)題，減少了瀝青油質(zhì)的損失，使瀝青路面加熱機(jī)的加熱熱量快速滲透到深層，有效提高工作效率。

作者簡(jiǎn)介：張秀禮（1978— ），男，漢族，河北灤南人，博士，副教授，研究方向：工程機(jī)械。