瀝青路面就地熱再生加熱機的加熱方式對比

郭小宏，李朋偉，歐陽結新，郭 偉，鐘 黎

（重慶交通大學 機電與汽車工程學院，重慶 400074）

0 引 言

20世紀70年代以來，歐、美、日等發達地區和國家為了在道路維修中充分利用舊瀝青混合料，節約資源，相繼推出了瀝青混凝土路面就地熱再生工藝。就地熱再生技術也稱為表層再生技術，即采用就地熱再生設備對需要維修的路面進行現場加熱、銑刨、攪拌、攤鋪、碾壓等作業，一次性成型新路面。就地熱再生技術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濟，對交通影響也較小［1］。

瀝青路面就地熱再生技術在道路維修方面具有較好的經濟效益和社會效益，國外對再生工藝和再生設備的研究起步較早，并取得了豐碩成果。隨著中國高等級路面逐步進入大修期，瀝青路面就地熱再生技術的研究和再生設備的研發越來越迫切。近年來，通過對熱再生技術和設備的深入研究，中國也取得了一些成果，尤其是再生設備的研發方面，開發出了多種不同加熱方式的加熱機，并在生產實際中廣泛應用。

在就地熱再生施工過程中，再生加熱機對路面加熱是整個施工工藝的重要環節，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性有很大影響。因此，研究加熱機的加熱原理與溫度控制十分重要。本文對就地熱再生加熱機的加熱原理和性能特點進行研究，在經濟性、安全性和操作性等方面對加熱機的不同加熱方式進行對比分析，為就地熱再生加熱機的選擇提供參考，對研究瀝青路面就地熱再生工藝和設備具有重要的現實意義和理論價值。

1 就地熱再生的溫度要求

瀝青路面就地熱再生施工對加熱溫度的要求較高：路表面溫度不能太高，而路表以下內部溫度不能太低。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。就地熱再生機組以2～4m·min-1的速度行駛，對加熱后的舊路面進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拌機的攪拌鍋中進行拌和，形成均勻的新混合料，然后按照施工技術要求進行攤鋪，攤鋪過程中混合料的溫度應大于120 ℃［2-4］。

為了使路面加熱均勻并且不燒焦瀝青，就地熱再生的加熱一般分為兩級加熱和多級加熱，加熱系統之后跟有銑刨和復拌系統。

2 加熱方式與加熱原理

常用的就地熱再生加熱機的加熱方式有3種：熱風循環加熱、紅外線輻射加熱和微波加熱。

2.1 熱風循環加熱

熱風循環加熱系統主要由燃燒器、加熱箱、風機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，設有復雜的通風管道和箱罩；燃燒器燃燒產生的熱量從通風管送到加熱箱罩內均勻地加熱路面。加熱寬度可通過液壓伸縮裝置控制加熱箱罩的位置來調節［5］。

圖1 熱風爐結構

熱風循環加熱系統的工作原理為：燃料在燃燒器內燃燒產生高溫，由風機將溫度達700℃的熱氣送到加熱箱，對路面進行加熱，余溫400℃的熱氣通過風機送回到加熱室，再次加熱使溫度升高，形成熱氣循環。工作時先設定熱風溫度值，通過溫度控制器將溫度自動控制在設定的范圍內。

2.2 紅外線加熱

紅外線輻射加熱原理為：燃燒器在金屬網附近燃燒，加熱金屬網產生紅外線，從而達到對路面加熱的目的。紅外線輻射對路面材料有較強的穿透能力，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、水等。瀝青是高分子碳氫化合物與非碳氫化合物的混合物，其主要化學組成有：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，因此紅外線輻射加熱是瀝青路面就地熱再生的有效加熱方式［6］。

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，與傳統加熱方式不同，微波能對材料物質有較強的穿透力，能對被照射物質進行深層加熱；而且微波加熱不需依靠熱傳導進行內外同時加熱，能在很短的時間內穿透較深的瀝青混凝土路面。近年來，微波加熱技術在道路維修中的應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轉向依照電磁場的交變方向而排列取向的規則狀態，分子之間劇烈摩擦產生熱能，在這一微觀過程中交變電磁場的能量轉化為介質內的熱能，使介質溫度升高。這種加熱方式無需傳導介質，物體本身就是熱源，通常的加熱效率可以達到80%～90%，基本上沒有熱量上的損失。由于純瀝青中幾乎沒有極性分子，所以微波加熱不能直接加熱純瀝青，而是通過加熱瀝青混和料中的集料，使集料溫度上升，把熱量傳導給瀝青，從而達到加熱瀝青的目的［7］。

3 加熱方式的對比分析

3.1 經濟性

熱風循環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。由于直接用熱風對路面加熱，且熱風重復循環使用，故熱效率高，耗油量低，節能效果顯著。但瀝青路面傳熱能力不是很強，所以加熱時間長，施工效率低。

紅外線輻射加熱方式比熱風循環方式加熱的深度深，穿透能力強，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，達到70℃～100℃，而表面溫度不超過180℃，生產效率較高。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部加熱方式，是使加熱物質本身成為發熱體，不需要熱傳導的過程。采用該方式可內外同時加熱，溫度梯度小，加熱均勻性好，加熱速度快，施工效率高。微波的產生是由燃料的化學能轉化為電能，再由電能產生微波，因此熱效率較低，耗油量較大。

3.2 安全性

熱風循環加熱方式是燃燒油料加熱空氣，不出現明火，且該方式采用電子點火方式，安全性很高，也不會使路表面過熱。熱風循環可以將熱空氣予以封閉，有利于將產生的煙氣收集起來，通過高溫燃燒，將煙氣轉化為二氧化碳，有利于保護環境。

紅外線加熱方式是利用液化氣燃燒發熱，有時采用人工點火，燃氣一旦爆炸，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，產生大量煙氣，不利于環保。

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

3.3 操作性

熱風循環加熱方式的加熱溫度由自動控制裝置控制，作業時首先設定熱風溫度給定值，自動控制系統根據熱電偶反饋的信號，通過溫度控制器調節油門與風門大小，將溫度自動穩定在設定的范圍內，該方式溫度可控性強，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周圍產生紅外線，對路面進行加熱，加熱能力可通過調節噴燃器的壓力、流量及更換噴嘴進行調整，調整范圍比熱風循環方式小，溫度可控性較差。

微波加熱方式是通過被加熱物體內部的輻射微波電磁場，利用高頻電磁作用推動分子運動，分子之間相互碰撞、摩擦從而產生熱量。微波電磁場的強度與所供電壓成比例關系，因此，可通過調節電壓來調節電磁能，從而達到控制溫度的目的。由于整個加熱系統很難建立精確的數學模型，故其溫度可控性差。

4 結 語

通過對以上3種加熱方式的加熱原理進行研究，了解了就地熱再生加熱機加熱系統的工作方法；從經濟性、安全性和操作性等方面對3種加熱方式進行分析，得出了不同加熱方式的性能特點、優勢和不足，及其對施工質量的影響，這對瀝青路面就地熱再生加熱機的進一步研發和就地熱再生施工工藝的研究具有重要意義。