郭小宏，李朋偉，歐陽結(jié)新，郭 偉，鐘 黎

（重慶交通大學(xué) 機(jī)電與汽車工程學(xué)院，重慶 400074）

0 引 言

20世紀(jì)70年代以來，歐、美、日等發(fā)達(dá)地區(qū)和國家為了在道路維修中充分利用舊瀝青混合料，節(jié)約資源，相繼推出了瀝青混凝土路面就地?zé)嵩偕に嚒＞偷責(zé)嵩偕夹g(shù)也稱為表層再生技術(shù)，即采用就地?zé)嵩偕O(shè)備對需要維修的路面進(jìn)行現(xiàn)場加熱、銑刨、攪拌、攤鋪、碾壓等作業(yè)，一次性成型新路面。就地?zé)嵩偕夹g(shù)適用于瀝青路面表面損壞、波浪、推移、車轍和裂縫等病害，可以使舊路面材料被充分利用，維修時間短，較其他的維修方式更經(jīng)濟(jì)，對交通影響也較小［1］。

瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)在道路維修方面具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，國外對再生工藝和再生設(shè)備的研究起步較早，并取得了豐碩成果。隨著中國高等級路面逐步進(jìn)入大修期，瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)的研究和再生設(shè)備的研發(fā)越來越迫切。近年來，通過對熱再生技術(shù)和設(shè)備的深入研究，中國也取得了一些成果，尤其是再生設(shè)備的研發(fā)方面，開發(fā)出了多種不同加熱方式的加熱機(jī)，并在生產(chǎn)實(shí)際中廣泛應(yīng)用。

在就地?zé)嵩偕┕み^程中，再生加熱機(jī)對路面加熱是整個施工工藝的重要環(huán)節(jié)，加熱溫度對再生混合料的充分混合和再生層與舊瀝青路面的粘結(jié)性有很大影響。因此，研究加熱機(jī)的加熱原理與溫度控制十分重要。本文對就地?zé)嵩偕訜釞C(jī)的加熱原理和性能特點(diǎn)進(jìn)行研究，在經(jīng)濟(jì)性、安全性和操作性等方面對加熱機(jī)的不同加熱方式進(jìn)行對比分析，為就地?zé)嵩偕訜釞C(jī)的選擇提供參考，對研究瀝青路面就地?zé)嵩偕に嚭驮O(shè)備具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價值。

1 就地?zé)嵩偕臏囟纫?/h2>

瀝青路面就地?zé)嵩偕┕訜釡囟鹊囊筝^高：路表面溫度不能太高，而路表以下內(nèi)部溫度不能太低。舊路面表面加熱溫度一般不超過180℃，表面以下2cm處的溫度為120℃～130℃，表面以下3～6cm處的溫度為70℃～100℃，通常加熱深度為4～6cm。就地?zé)嵩偕鷻C(jī)組以2～4m·min-1的速度行駛，對加熱后的舊路面進(jìn)行銑刨和添加再生劑，并將銑刨后的舊瀝青混合料提升至復(fù)拌機(jī)的攪拌鍋中進(jìn)行拌和，形成均勻的新混合料，然后按照施工技術(shù)要求進(jìn)行攤鋪，攤鋪過程中混合料的溫度應(yīng)大于120 ℃［2-4］。

為了使路面加熱均勻并且不燒焦瀝青，就地?zé)嵩偕募訜嵋话惴譃閮杉壖訜岷投嗉壖訜?，加熱系統(tǒng)之后跟有銑刨和復(fù)拌系統(tǒng)。

2 加熱方式與加熱原理

常用的就地?zé)嵩偕訜釞C(jī)的加熱方式有3種：熱風(fēng)循環(huán)加熱、紅外線輻射加熱和微波加熱。

2.1 熱風(fēng)循環(huán)加熱

熱風(fēng)循環(huán)加熱系統(tǒng)主要由燃燒器、加熱箱、風(fēng)機(jī)以及自動控制裝置組成，如圖1所示。它采用一個大容量的噴燃器并與加熱裝置分開，設(shè)有復(fù)雜的通風(fēng)管道和箱罩；燃燒器燃燒產(chǎn)生的熱量從通風(fēng)管送到加熱箱罩內(nèi)均勻地加熱路面。加熱寬度可通過液壓伸縮裝置控制加熱箱罩的位置來調(diào)節(jié)［5］。

圖1 熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)

熱風(fēng)循環(huán)加熱系統(tǒng)的工作原理為：燃料在燃燒器內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫，由風(fēng)機(jī)將溫度達(dá)700℃的熱氣送到加熱箱，對路面進(jìn)行加熱，余溫400℃的熱氣通過風(fēng)機(jī)送回到加熱室，再次加熱使溫度升高，形成熱氣循環(huán)。工作時先設(shè)定熱風(fēng)溫度值，通過溫度控制器將溫度自動控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。

2.2 紅外線加熱

紅外線輻射加熱原理為：燃燒器在金屬網(wǎng)附近燃燒，加熱金屬網(wǎng)產(chǎn)生紅外線，從而達(dá)到對路面加熱的目的。紅外線輻射對路面材料有較強(qiáng)的穿透能力，能夠有效地加熱瀝青路面深層部位。

紅外線輻射加熱適用于各種高分子物質(zhì)、水等。瀝青是高分子碳?xì)浠衔锱c非碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，其主要化學(xué)組成有：碳70%～80%，氫10%～15%，硫、氧、氮等0.5%～0.8%，還有不大于2%的水。瀝青混合料中各種材料對紅外線的吸收較強(qiáng)，因此紅外線輻射加熱是瀝青路面就地?zé)嵩偕挠行Ъ訜岱绞剑?］。

2.3 微波加熱

利用微波加熱瀝青混凝土路面是一種全新的熱再生技術(shù)，與傳統(tǒng)加熱方式不同，微波能對材料物質(zhì)有較強(qiáng)的穿透力，能對被照射物質(zhì)進(jìn)行深層加熱；而且微波加熱不需依靠熱傳導(dǎo)進(jìn)行內(nèi)外同時加熱，能在很短的時間內(nèi)穿透較深的瀝青混凝土路面。近年來，微波加熱技術(shù)在道路維修中的應(yīng)用日益受到人們的重視。

微波加熱的原理為：在微波電磁場作用下，極性分子從原來雜亂無章的排序狀態(tài)轉(zhuǎn)向依照電磁場的交變方向而排列取向的規(guī)則狀態(tài)，分子之間劇烈摩擦產(chǎn)生熱能，在這一微觀過程中交變電磁場的能量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，使介質(zhì)溫度升高。這種加熱方式無需傳導(dǎo)介質(zhì)，物體本身就是熱源，通常的加熱效率可以達(dá)到80%～90%，基本上沒有熱量上的損失。由于純?yōu)r青中幾乎沒有極性分子，所以微波加熱不能直接加熱純?yōu)r青，而是通過加熱瀝青混和料中的集料，使集料溫度上升，把熱量傳導(dǎo)給瀝青，從而達(dá)到加熱瀝青的目的［7］。

3 加熱方式的對比分析

3.1 經(jīng)濟(jì)性

熱風(fēng)循環(huán)加熱方式溫度梯度較為平緩，不會引起路面過熱，加熱均勻性較好。由于直接用熱風(fēng)對路面加熱，且熱風(fēng)重復(fù)循環(huán)使用，故熱效率高，耗油量低，節(jié)能效果顯著。但瀝青路面?zhèn)鳠崮芰Σ皇呛軓?qiáng)，所以加熱時間長，施工效率低。

紅外線輻射加熱方式比熱風(fēng)循環(huán)方式加熱的深度深，穿透能力強(qiáng)，能夠有效地加熱瀝青路面的深層部位，使路面以下4～6cm處的舊瀝青混合料溫度迅速升高，達(dá)到70℃～100℃，而表面溫度不超過180℃，生產(chǎn)效率較高。但由于紅外線波長大、頻率低，因此輻射能力較低，該加熱方式對路面加熱深度有限，深度方向的溫度梯度較大。由于瀝青是熱的不良導(dǎo)體，要減小溫度梯度，只有增加路面的加熱時間，加熱均勻性較差。

微波加熱方式被稱為內(nèi)部加熱方式，是使加熱物質(zhì)本身成為發(fā)熱體，不需要熱傳導(dǎo)的過程。采用該方式可內(nèi)外同時加熱，溫度梯度小，加熱均勻性好，加熱速度快，施工效率高。微波的產(chǎn)生是由燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，再由電能產(chǎn)生微波，因此熱效率較低，耗油量較大。

3.2 安全性

熱風(fēng)循環(huán)加熱方式是燃燒油料加熱空氣，不出現(xiàn)明火，且該方式采用電子點(diǎn)火方式，安全性很高，也不會使路表面過熱。熱風(fēng)循環(huán)可以將熱空氣予以封閉，有利于將產(chǎn)生的煙氣收集起來，通過高溫燃燒，將煙氣轉(zhuǎn)化為二氧化碳，有利于保護(hù)環(huán)境。

紅外線加熱方式是利用液化氣燃燒發(fā)熱，有時采用人工點(diǎn)火，燃?xì)庖坏┍?，危害極大，所以需要有較完善的防火、防爆措施。同時，該加熱方式使路面溫度梯度較大，易造成表面過熱，容易引起表面瀝青燃燒，產(chǎn)生大量煙氣，不利于環(huán)保。

微波加熱方式無明火，瀝青損耗少，環(huán)保性好，但微波泄漏防護(hù)效果差，易對人體造成輻射傷害。

3.3 操作性

熱風(fēng)循環(huán)加熱方式的加熱溫度由自動控制裝置控制，作業(yè)時首先設(shè)定熱風(fēng)溫度給定值，自動控制系統(tǒng)根據(jù)熱電偶反饋的信號，通過溫度控制器調(diào)節(jié)油門與風(fēng)門大小，將溫度自動穩(wěn)定在設(shè)定的范圍內(nèi)，該方式溫度可控性強(qiáng)，控制范圍較廣。

紅外線加熱方式是將燃燒的高溫火焰吹到金屬網(wǎng)周圍產(chǎn)生紅外線，對路面進(jìn)行加熱，加熱能力可通過調(diào)節(jié)噴燃器的壓力、流量及更換噴嘴進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整范圍比熱風(fēng)循環(huán)方式小，溫度可控性較差。

微波加熱方式是通過被加熱物體內(nèi)部的輻射微波電磁場，利用高頻電磁作用推動分子運(yùn)動，分子之間相互碰撞、摩擦從而產(chǎn)生熱量。微波電磁場的強(qiáng)度與所供電壓成比例關(guān)系，因此，可通過調(diào)節(jié)電壓來調(diào)節(jié)電磁能，從而達(dá)到控制溫度的目的。由于整個加熱系統(tǒng)很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，故其溫度可控性差。

4 結(jié) 語

通過對以上3種加熱方式的加熱原理進(jìn)行研究，了解了就地?zé)嵩偕訜釞C(jī)加熱系統(tǒng)的工作方法；從經(jīng)濟(jì)性、安全性和操作性等方面對3種加熱方式進(jìn)行分析，得出了不同加熱方式的性能特點(diǎn)、優(yōu)勢和不足，及其對施工質(zhì)量的影響，這對瀝青路面就地?zé)嵩偕訜釞C(jī)的進(jìn)一步研發(fā)和就地?zé)嵩偕┕すに嚨难芯烤哂兄匾饬x。