瀝青混凝土路面熱再生耙松裝置優化設計

張秀禮　鳳祥云　劉揚　陳佐順　陸向輝

摘要：瀝青混凝土路面熱再生技術是將老舊路面進行加熱、銑刨、復拌、重鋪過程的新工藝新技術，這種技術大量節省了原材料及運輸成本，實現節能減排，對環境保護有非常重要的意義。但是由于路面是熱的不良導體，造成熱風循環方式熱再生在深度層面加熱不夠均勻。本文設計一種路面進行耙松裝置，安裝在瀝青混凝土路面熱再生機組上，經耙松讓熱量更容易進入路面深層，實現較均勻的加熱，同時實現更加節能的目的。

關鍵詞：瀝青;路面;熱再生;耙松;裝置

隨著我國公路建設的不斷增加，大量的道路進入維修養護、升級改造的階段。瀝青混凝土路面熱再生技術利用加熱機的循環風機，源源不斷將加熱室的熱空氣輸送到瀝青混凝土路面，實現熱量交換，將路面軟化;通過后續銑刨、復拌、攤鋪等工序，實現瀝青混凝土路面的快速再生應用。就地熱再生技術是用于瀝青路面表面修復的路面養護技術，其舊料可以100%回收利用，與傳統的路面養護相比，經濟效益和社會效益顯著。加熱技術是就地熱再生技術的關鍵，要求將原路面銑刨深度范圍內的瀝青混合料加熱到特定溫度，該溫度既有利于銑刨時保護級配的完整性，又不能過高而破壞瀝青性能。

一、耙松裝置設計

對熱再生耙松裝置的結構進行設計與優化，設計四連桿機構、避障機構和液壓機構等，尤其對耙齒的結構樣式和分布進行詳細的設計和試驗，比較合理的結構樣式和分布數量。

耙松裝置總體構成。瀝青路面就地熱再生耙松裝置主要包括左、右段耙松機構和中間共四段耙松機構組成，每段耙松機構主要包括四連桿機構、底部的耙齒、避障機構和液壓機構等，如圖1所示。

二、耙松裝置優化

耙松裝置采取分段的結構形式，當瀝青路面高低不平及不同路面施工面積有差異時，分段的耙松機構可以根據不同路面要求任意折疊組合，從而調整耙松寬度和深度，從而使耙松裝置可以根據路況形式進行路面仿形耙松。另外在左段耙松機構的左端和右段耙松機構的右端分別安裝活耙機構，加大了整機的耙松寬度，使整個耙松裝置對路面情況的適應性更強。將耙松裝置安裝于加熱機后部車架上，能夠安全、方便地發揮耙松性能。

在每段獨立的耙松機構上均設有避障機構。避障機構利用避障彈簧伸縮性，當遇到路面凸起阻礙時，由于瞬間產生的沖擊力遠遠大于彈簧拉力，迫使避障彈簧彈性拉伸，耙架向上翻轉避開障礙物，恢復時又不會發生振蕩，有效保護耙齒和路面免受損壞。由于四連桿機構的運動特性，每段耙松機構本身結構中四連桿機構的可折疊，耙松裝置停止工作時，可隨時將耙架繞鉸接軸折疊收起，以便于運輸。四連桿機構中采用雙頭調整螺桿來調整耙松深度，操作方便，性能穩定可靠，大大減少了故障率。

三、耙齒結構的設計

耙松裝置的主要技術難點是耙齒，耙松裝置通過其上面的耙齒進行路面耙松作業，耙松作業的最終執行機構是耙齒，其他均為的輔助裝置。因此耙齒的布置形式和樣式將會直接影響路面耙松的效果。經過試驗和研究，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。耙齒采用錐形結構，下部尖頭厚度約為10cm，可以充分地擾動舊瀝青混合料。錐形上側安裝螺栓，固定于耙架梁上，左段和右段的耙齒設置為活耙，可以拆卸，便于施工過程中調節寬度，增加其實用性。

通過分析，在耙松過程中耙齒主要對粗骨料進行翻動，從而也對附著在粗骨料上的瀝青及細骨料進行耙松。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造成耙松不到的面積過大，間距太小耙齒又會使混合料產生推移，并造成作業困難。以瀝青混合料最大粒徑為參照指標，綜合考慮設置三種對比方案，將耙齒間距分別設置為：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的空間較大，二次加熱無法完全將熱量滲透到整個路面。

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的空間較小，二次加熱能將熱量滲透到整個路面。

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隨著耙齒向前移動，造成耙齒前積料，翻松不均勻，影響二次加熱的熱量滲透。

綜合分析并經工程實際應用得出71mm為最佳間距。

四、耙松裝置的工程應用

主要試驗過程為通過成型路面質量檢測和施工過程中各工序的溫度控制對耙松裝置進行性能測定和調試，如圖2所示。采用控制變量法進行參數設置和檢測，具體為：在現場就地熱再生過程施工中，通過現場對耙松深度、銑刨深度和各工序溫度等參數的檢測和控制，分別對某一參數進行變動，然后對于能在現場檢測的指標及時收集，需要試驗取芯的要提前做好標記，待路面成型后進行定點取芯，最后到實驗室進行各項路用性能的指標檢測，收集和整理所有數據及分析。

經過對熱再生機組各設備的研究并結合耙松裝置的工作原理，最終決定將耙松裝置設置在加熱機后鋼梁架位置，這樣完全能夠滿足耙松工藝的要求。共有三個方案對加熱機加熱后的路面進行耙松作業，分別是第一臺、第二臺和第三臺加熱機后，在經過多次試驗與研究，最終確定耙松裝置安裝于第三臺加熱機后。

主要原因有以下幾點：

（1）第一臺加熱機過后，原路面及路面下層的溫度很低，加熱并不充分，路面結構剛性比較強，耙齒無法進行耙松作業，如果強行耙松會對原路面瀝青混合料的粗骨料造成破壞，進而影響混合料級配，因此不適宜安裝于第一臺加熱機后。

（2）如果安裝于第二臺加熱機后，路面已經軟化到一定深度，耙松作業能夠進行，但是效果不理想，深度有限，并且存在耙松后的路面內部熱量經歷兩次熱量散失的問題，第一次為與第三臺加熱機經過之前的間隙，第二次為與加熱銑刨機經過之前的間隙，不利于節約能源，因此安裝于第二臺加熱機后不合理。

（3）安裝于第三臺加熱機后，路面已經充分加熱，耙松后加熱銑刨機將熱風送至深層路面結構，在很短的時間內將溫度提高，然后進行銑刨作業，各個工序銜接緊密，達到經濟節能的效果。

在第三臺加熱機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的路面層很好地黏合，增加層間結合力，節約能源。

確定最優耙松深度應注意事項：

（1）無耙松時，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）同時路面溫度過高會使表層瀝青過度燒灼，引起煙氣過大，瀝青老化嚴重。

通過參數的檢測，整理數據進行初步分析，將爐溫和耙松深度的設置作為關鍵參數，得出兩者的最佳組合方式。進一步的進行綜合考慮，將經濟、環境和社會效益等因素添加進去，得出一種最經濟合理的組合方式，最后再次進行實踐檢測。分析參數與綜合考慮，確定最優耙松深度為2cm，燃燒爐溫度為450℃，該組合更適合熱再生耙松施工，具體數據如上表所示。

五、耙松裝置的性能優勢

耙齒樣式和間距的合理設計，可以滿足所有瀝青路面表面層的耙松作業，甚至下面層也可達到，這樣就很容易將預熱軟化的路面進行要求深度的耙松，使熱風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，發揮了裝置性能優勢。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過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離析的現象。

六、結語

本裝置采取液壓自動調整，通過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間內學會操作技巧，隨時能夠投入工程施工。同時利用避障彈簧的伸縮性，四連桿結構的靈活性，雙頭調整螺桿的可調節性實現了路面仿形，分段耙松，對耙松寬度可以實現靈活控制，并且能夠完成翻轉避障，因此本裝置在發揮本身的技術性能的同時，不會影響加熱機的各項操作。經耙松后，熱量可滲透到6～8cm（6cm的深處的溫度達到100℃左右），改善了在加熱舊瀝青路面時產生的碳化問題，減少了瀝青油質的損失，使瀝青路面加熱機的加熱熱量快速滲透到深層，有效提高工作效率。

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