重庆交大郭小宏教授沥青路面加热中的温度变

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在沥青路面就地热再生施工中,旧路面和混合料的加热温度和再生工艺是影响整个再生施工质量的关键因素。

热风循环加热是一种就地热再生技术,它通过燃烧燃油加热空气,形成高温气流,实现对路面或热铣刨后的混合料的持续加热。由于热风循环是封闭系统,且沥青路面与混合料的导热呈非线性变化,这给该技术实施中的路面和混合料加热及控制带来困难。同时,影响旧路面沥青混合料被再利用的程度、旧料和新料的充分混合,以及再生层与旧沥青路面的粘结性。

因此,了解和掌握旧路面和混合料的加热温度变化规律,对控制旧路面和混合料加热过程的质量,使其满足工艺要求,具有十分重要的意义。

1就地热再生技术的原理

就地热再生技术的原理包括三层含义:原路面沥青混合料的再利用;原路面老化沥青的再生,即通过沥青再生恢复老化沥青的路用性能;消除路面病害,恢复路面的路用性能。

热风循环式沥青路面就地热再生作为一种快速的修复再生技术,其再生过程的实质就是往翻松后的原有沥青路面混合料里添加新沥青、新沥青混合料、添加剂等,并拌和均匀,使之形成满足路面性能要求的热再生混合料,就地摊铺碾压成型,形成符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—)与《公路沥青路面再生技术规范》(JTGF41—)要求的沥青混凝土路面。

由此可知,就地热再生技术的原理如图1所示。

2沥青路面实施就地热再生过程中的温度变化规律

在实施就地热再生技术的过程中,沥青路面的温度变化对旧路面的铣刨,新沥青、再生剂及新沥青混合料的添加与拌和,再生沥青路面的摊铺碾压有重大影响。

就地热再生连续施工中,沥青路面的温度变化包括4个方面。

(1)同一横断面在不同作业环节的道路表面温度(简称横向温度)。

(2)相邻作业环节不同横断面的道路表面温度(简称纵向温度)。

(3)同一横断面在不同作业环节的道路面层内温度(简称竖向温度)。

(4)同一时间、同一作业环节的道路(或混合料)表面温度(简称表面温度)。

2.1路面横向温度变化规律

图2是某个就地热再生项目实施中,沥青路面横向温度变化的典型情况。

从图2中可以看出,在路面不同(表层结构、加热机工作参数)的6个位置断面上,各组数据的温度和温度梯度(同一作业环节的温度变化范围)变化大致趋于一致。这表明:在加热原理不变的情况下,不同的施工环境和机械工作参数的调整,会引起路面横向温度的变化,但是温度和温度梯度的变化趋势基本一致。

2.2路面纵向温度变化规律

图3是某个就地热再生项目实施中,沥青路面纵向温度变化的典型情况。

从图3中可以看出,在相邻作业环节不同横断面(相对路面不同位置的连续断面)上,各组数据的温度变化不同,但温度梯度变化存在一定规律;随着施工的进行,后续各作业环节的温度和温度梯度变化趋于一致。这表明:在加热原理不变的情况下,不同的施工环境和机械工作参数会引起路面纵向温度的变化;对于不同的作业环节,可以做到温度梯度保持稳定;对于同一作业环节,可以做到路面纵向温度保持稳定。

2.3路面竖向温度变化规律

图4是某个就地热再生项目实施中,沥青路面竖向温度变化的典型情况。

从图4中可以看出,对同一横断面持续加热时,持续加热时间不同,距路面不同距离的位置的温度、温度梯度也不同,但变化存在一定的规律。这表明:在加热原理不变的情况下,不同的施工环境和机械工作参数,会引起路面竖向温度的变化;对于同一作业环节,通过调整机械工作参数,可以使距路面不同距离的位置的温度基本保持稳定;对于不同的作业环节,通过调整机械工作参数,可以使距路面不同距离的位置的温度梯度基本稳定。

2.4路面表面温度变化规律

图5是某个就地热再生项目实施中,经过第二台加热机加热后的沥青路面表面温度变化的典型情况。

从图5中可以看出,对同一横断面附近持续加热时,路面同一断面表面持续加热时间相同,但路面的温度不同,从图中3条温度变化曲线可以看出,同一横线温度的温差在40℃左右。这表明:在加热条件相同的情况下,同一作业环节,路面同一断面表面相同位置的温度有可能不同。

图6是某个就地热再生项目实施中,再生混合料摊铺后的沥青路面表面温度变化的典型情况。

从图6中可以看出,热再生混合料经拌和、摊铺后,路面铺层的温度有一定差异。从图上3条温度变化曲线可以看出,同一横线温度的温差在6℃左右。这表明:在加热条件相同的情况下,再生混合料经拌和、摊铺后,路面铺层的温度比较一致。

3路面再生目标与实现方式

热风循环式就地热再生作为一种沥青路面快速修复再生技术,要实现对原路面使用性能的恢复与改善,达到重新利用原有路面骨料与沥青的目标,实现路面再生,应按下列4个步骤依次进行。

(1)使用路面加热机,将旧路面加热软化。加热软化旧路面,可以为旧路面老化沥青的再生提供需要的热能,也为后续铣刨时保证旧路面混合料的集料完整性与铣刨深度做好了准备。

(2)使用路面加热铣刨机,将旧路面热刨至预定深度。在持续对旧路面提供热量的同时,采用铣刨或翻松的方式,对旧路面进行热铣刨。热铣刨过程中,旧路面的铣刨深度保持稳定,不破坏旧路面原混合料的级配,将旧路面铣刨至预定深度。在此过程中,再生旧沥青混合料需要的新沥青和各种添加剂,通过专用的投放口与计量装置,以要求的投放方式(雾状、滴状、射流状或自流状),分别添加到热铣刨后的旧沥青混合料中。

(3)使用路面加热复拌机将新、旧材料进行机内热搅拌。将路面加热复拌机料斗内的新沥青混合料按比例添加到热铣刨后的旧沥青混合料中,在持续对新、旧混合料提供热量的同时,实现新、旧材料的机内热搅拌,并按要求的出料温度向沥青混合料摊铺机提供再生沥青混合料。机内热搅拌可以实现:新、旧集料的充分混合;新沥青、添加剂与新旧混合料的充分混合;使形成的再生沥青混合料保持一定温度;使再生沥青混合料铺层下顶面温度控制在90℃~℃范围内。

(4)使用沥青混合料摊铺机、压实设备,将再生沥青混合料摊铺、压实,形成沥青混凝土路面。摊铺机将满足要求的再生混合料摊铺后,压实设备随即对铺层进行压实,形成新的沥青混凝土路面。由于原路面在施工中受到持续加热,再生混合料摊铺前,热铣刨后的铣刨面(包括立面和下顶面)温度均在70℃~℃之间,这为压实中再生混合料与原路面的热粘结创造了极为有利的条件。再生混合料经压实设备碾压后,形成新的沥青混凝土路面。

4热风循环式就地热再生技术施工工艺要求

根据路面再生目标实现方式的论述,热风循环式就地热再生在实施沥青路面再生施工时,其再生工艺应符合下列要求。

4.1旧路面的加热工艺要求

在利用加热机加热旧路面的过程中,对各台加热机的工艺要求不同。

第一台加热机的作用是给旧路面提供热量,使旧路面受热表面的温度在较短时间内(不超过10min),从环境温度升高至℃左右,达到干燥路面、排除原路面表面及缝隙中的水分的目的。

第二台加热机的作用是给旧路面持续提供低热源的热量,在较短时间内(不超过10min),使热渗透量达到最大。在保持旧路面表面温度控制在℃~℃范围内的同时,能够将旧路面表层50mm内的温度控制在90℃以上。

第三台加热机的作用是给旧路面持续提供低热源的补充热量,确保不同施工环境中,旧路面表面温度控制在℃~℃范围内的同时,能够将旧路面表层50mm内的温度控制在90℃以上。

在不同的施工环境中加热旧路面时,每台加热机的行进速度、单位时间热源提供的热量强度以及加热机之间的工作间隔距离,对表层与表层50mm内混合料的温度均有一定影响。

为了使旧路面表层与表层以下50mm内的混合料温度控制在90℃~℃之间,除了要保证加热机按上述要求施工外,还要根据不同的施工环境,适时调整加热机的行进速度、单位时间的热量强度以及加热机之间的工作间隔距离,保证各加热环节有合适的温度梯度。这样既加热软化了旧路面,避免使沥青进一步老化,为旧路面老化沥青的再生提供了需要的热能,又为后续的热铣刨中旧路面混合料的集料完整性做好了准备。

4.2路面沥青混合料再生及恢复路面路用性能的工艺要求

对热风循环式就地热再生技术而言,其再生路面沥青混合料、恢复路面路用性能的工艺要求如下。

(1)铣刨加热后的旧路面至预定深度。利用路面加热铣刨机,采用铣刨或翻松的方式对预定深度内的软化旧路面进行热铣刨(或翻松),热铣刨(或翻松)时,旧路面的铣刨(或翻松)深度保持稳定。由于旧路面已经被加热软化,配合路面加热铣刨机中的特殊铣刨刀头和铣刨鼓(或耙齿),在铣刨(或翻松)过程中可以避免对旧路面原混合料集料级配的破坏。

(2)恢复老化沥青的原有性能,改善混合料的油石比。将再生旧沥青混合料需要的新沥青、再生剂及各种添加剂,通过专用的投放口与计量装置,以要求的添加量和投放方式,分别添加到热铣刨后的旧沥青混合料中;持续对热铣刨(或翻松)后的旧路面混合料提供低热源的热量,能够使旧路面混合料料垄内的温度保持在90℃以上。

(3)调整旧沥青混合料的级配与油石比,形成再生路面沥青混合料。利用添加新沥青混合料(按要求级配与油石比生产的沥青混合料)的方法,使新沥青混合料与旧沥青混合料按要求的比例同时被投放到路面加热复拌机的搅拌缸内;持续对新、旧混合料提供热量,实现新、旧材料机内充分热搅拌;按要求的出料温度将再生后的沥青混合料(即再生沥青混合料)提供给摊铺机。

(4)就地摊铺再生混合料,碾压成型,形成符合规范要求的沥青混凝土路面。利用路面加热复拌机下方的加热器,持续对热铣刨(或翻松)后的铣刨面提供低热源的热量,使再生沥青混合料摊铺前铺层的下承面温度保持在90℃以上;按《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—)与《公路沥青路面再生技术规范》(JTGF41—)规范要求的工艺与方式,对再生沥青混合料进行摊铺碾压,使再生混合料铺层满足规范要求的路用性能,实现消除原路面病害、恢复路面路用性能的目标。

5结语

在沥青路面就地热再生施工中,旧路面的加热温度是影响整个再生施工质量的关键因素,由于沥青路面与混合料的导热呈非线性变化,这给就地热再生技术实施中路面与混合料加热及控制带来一定的困难。

本文运用热风循环式就地热再生技术,研究了路面再生时路面温度的变化规律,对再生路面的工艺提出了要求,希望能对掌握和控制路面加热过程中各工艺环节的温度变化及控制再生混合料铺层质量有一定的帮助。

注:本文为《筑路机械与施工机械化》特约稿件,见2年2期杂志。

筑路机械与施工机械化

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