摘 要
关键词
沥青路面 | 就地热再生 | 装备 | 加热技术
针对沥青路面不同的病害形式，可以采用就地冷再生、就地热再生、厂拌冷再生和厂拌热再生等工艺进行修复。对于基层完好，仅存在坑槽、龟裂、松散、车辙等浅表层病害的沥青路面，可以采用就地热再生工艺对其进行快速修复。经过再生的沥青混合料能够用作沥青路面面层，具有较好的经济性，实现了旧沥青混合料的完全利用，既可以节约沥青，又可以节省石料，保护环境，符合国家的产业政策和社会发展需求，具有巨大的市场发展空间。
就地热再生工艺概况
就地热再生需要使用专门的再生机组对原沥青路面进行加热、铣刨、添加新料和再生剂、就地搅拌，然后再摊铺、碾压成形。沥青路面就地热再生工艺主要有3种：表面整形、复拌再生和复拌加铺再生。典型就地热再生机组组成如图1所示。
表面整形是使用加热机把旧沥青路面加热到一定温度后，使用复拌机把路面翻松，然后将翻松的路面材料收到复拌机搅拌器中拌合均匀（也可同时加入适量添加剂用来恢复沥青性能），最后将搅拌好的沥青混合料摊铺到路面上，用压路机压实成型。表面整形主要适用于破损不严重、破损面积小的路面维修，可消除原有路面的龟裂、车辙等。
复拌再生是使用现场热再生设备的加热机，把旧路面加热到一定温度后，使用复拌机把旧沥青路面翻松，然后通过材料输送装置把翻松后的沥青材料输送到搅拌器中。同时将按级配设计的新热沥青混合料、沥青和可使沥青恢复特性的再生剂，按合适比例输送到搅拌器，将新旧沥青混合料搅拌均匀后摊铺到路面上，最后使用压路机压实成型。复拌再生对中等程度破损的路面维修非常适用，并且可以改善旧沥青路面的材料特性，使老化和非稳定磨耗层得到修复，路面强度得到提高。
复拌加铺是在表面整形再生法的基础上，用现场热再生设备的复拌机将旧沥青路面材料翻松、搅拌均匀并整平后，再在其上铺设一层磨耗层（新的沥青混合料），最后使用压路机压实成型。复拌加铺主要适用于维修翻新破损严重的路面以及旧路升级改造。采用此方法修复的沥青路面具有较好的抗滑性能，路面平整度和横坡度得到有效改善，沥青路面强度可得到明显提高。
在我国应用较多的是复拌法，即搅拌过程中通过添加一定量的新料（10～20kg/㎡），改善旧沥青混合料的变异性，满足再生混合料的级配要求。
从2002年至今，众多国际品牌的就地热再生机组进入到了中国市场，包括德国维特根（Wirtgen）、芬兰卡罗泰康（Kalottikone）、加拿大马泰克（Martec）、意大利玛连尼（Marini）等，国内设备制造企业南京英达、鞍山森远、江苏奥新、无锡锡通等也推出了自己的就地热再生机组产品。其他就地热再生机组还包括加拿大Proytech等公司的产品。
综观国内外就地热再生机组的工作特点，Proytech公司产品采用特殊的加热铣刨机进行分布式加热铣刨，集中搅拌再生。玛连尼公司的产品采用冷铣刨机和移动式厂拌热再生设备的组合，在现场进行再生；其他公司的就地热再生机组均由路面加热机和再生拌合机（一体化或分步式的加热铣刨、集料搅拌和摊铺机）组成，先加热、再铣刨，最后搅拌再生，差异主要体现在加热机加热方式与再生主机结构不同。
维特根就地热再生机组是目前全球产销量最大的就地热再生机组，其再生主机RX4500集成了加热、铣刨、拌合和双层摊铺功能，通过调整输料流向，可以进行复拌再生与复拌加铺再生2种施工，如图2所示。
如果每台车只完成单一功能，需要的机器的数量将迅速增加，进行复拌加铺施工时，还需再增加一台摊铺机和数台压路机。这种设计可以最大限度的减少再生机组中机器的数量。国内再生主机的设计，主要还是采用加热铣刨机、搅拌再生摊铺机组合的方式。
沥青路面加热技术
就地热再生的目的有二：一是修补细化的沥青混合料级配，使其达到规范的要求，二是恢复老化沥青的路用性能。对于就地热再生工艺来讲，降低级配破坏和沥青老化是其设备需要解决的2个关键问题。
沥青是一种热敏感性材料，其黏度随着温度的升高而降低。常温状态下，沥青混合料骨料之间的粘结力较大，采用冷铣刨容易将骨料打碎。就地热再生工艺中，通过对路面的加热使沥青软化，可以减少沥青路面铣刨过程中骨料破碎的几率。再生剂同样需要一定的温度，才能恢复老化沥青的路用性能。
沥青达到一定温度后，其黏度随温度变化的趋势变缓，继续升高温度需要消耗大量热能，但对骨料的破碎影响不大，从节约能耗的角度出发，应该将沥青路面的加热温度控制在一定范围内。过高的温度也会加剧沥青的老化，从减小沥青老化程度角度出发，也必须将沥青路面的加热温度控制一定范围内。
沥青路面加热传热机理
国内市场上使用的几种沥青路面就地热再生机组，加热方式包括明火加热（卡泰罗康）、红外辐射加热（维特根、南京英达和江苏奥新）、热风循环加热（马泰克、鞍山森远、无锡锡通）等。红外辐射加热过程中，吹向地面的烟气和热风循环加热中高温分流板的辐射，可以起到辅助加热的效果，有一些分类方法中将这一类加热方式归集为辐射热风组合加热。但不管如何分类，这些加热方式中，加热能量的交换都发生在沥青路面表面。热能进入沥青路面后，在内部则以传导方式进行传递。
沥青路面加热机加热板的面积大（单块大于10㎡）、厚度小（一般4cm），因此众多文献中，都是将沥青路面再生加热传热过程看作大平壁传热问题进行研究，如图3所示。同时有文献指出，沥青路面材料的微观不均匀性，不影响沥青路面再生加热传热过程的宏观均匀性，且同一段沥青路面材料的密度、比热容和导热系数相同。
有关研究结果显示，加热过程中，往底层方向传递的热流与沥青路面的导热系数、温度梯度成正比。由于沥青路面材料是热的不良导体，导热系数较小，在向底层传递热能时，会存在比较大的温度差。沥青路面再生加热过程中，对再生加热温度（底层温度）和沥青老化温度（表层温度）都会有一定要求。对于特定的沥青路面，完成最快加热传热过程时间及所需要输入热能便可随之确定。某沥青路面再生加热过程中温度曲线如图4所示。
表面温度越高，沥青路面的加热速度越快。将表面温度维持在沥青老化许可最高值时，可以获得最快的加热速度，对应的表面热流密度输入如图5所示。当输入热流密度超出图5所示值时，沥青路面表面温度继续升高，沥青老化加剧。同时高温沥青会散发出更多烟气，污染环境，对周围植被造成危害。输入热能当然也不宜低于这一定值，否则会造成底层温度达到再生要求的时间变长。
从图5还可以看出，沥青路面加热过程中，表面输入的热流密度是随加热过程实时变化的。这就要求沥青路面加热机输出的热能，能够适应沥青路面材料传热特性要求，即具备无级调节的能力。
在沥青路面再生加热的几种方式中，明火加热由于加热热流不易控制，极易造成表层沥青老化，已逐渐被就地热再生行业舍弃。红外辐射和热风循环加热是就地热再生工艺中主要加热方式。
提高沥青路面加热速度方法
满足表面加热温度控制要求时，沥青路面的加热速度仍比较慢，根本原因是随着内部温度的升高，沥青路面层间温度梯度减小，造成表面热能沿深度方向传递速度变慢。图4所示加热过程中，沥青路面内部温度梯度曲线如图6所示。
解决这一问题的方法有2种：一是增加加热机数量，即在加热时间不变前提下，通过增加加热机的总长度提升再生机组加热速度；二是改变能量输入方式，从沥青路面内部输入加热能量。后者主要包括多步法和微波加热法2种。
多步法即加热一段时间后，通过机械破碎，移除上面层一半深度的沥青路面材料，再从中间输入加热能量。加拿大Proytech公司ECOPAVER就地热再生机组就采用该方法，如图7所示。采用多步法就地热再生工艺，大约可以节约一半的沥青路面加热时间。
微波加热法即利用微波穿透性特点，直接从内部对沥青路面进行立体加热，以提高沥青路面的加热速度。江苏淮安威特养护公司研制的世界上第一台沥青路面就地热再生微波加热机，就是采取该方法加热。
就地热再生面临的技术挑战
随着环境保护问题日益受到重视，沥青路面就地热再生过程中的高烟气排放量的问题迫切需要得到解决。沥青烟气排放量随温度升高而增加是必然规律，传统沥青路面再生加热过程中，沥青路面表面温度普遍超高，以表层沥青老化的代价换取加热速度的提升，进一步加大了烟气的排放量。
严格控制沥青路面加热过程中的表面温度，是解决烟气排放量大的关键。达成这一目标需要精准的加热热流控制技术，更长的加热时间和更多的加热机，因此迫切需要人们在研究沥青路面材料传热特性的基础上，采用新的技术手段来实现沥青路面的快速加热。
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