郭小宏，李朋伟，欧阳结新，郭 伟，钟 黎

（重庆交通大学 机电与汽车工程学院，重庆 400074）

0 引 言

20世纪70年代以来，欧、美、日等发达地区和国家为了在道路维修中充分利用旧沥青混合料，节约资源，相继推出了沥青混凝土路面就地热再生工艺。就地热再生技术也称为表层再生技术，即采用就地热再生设备对需要维修的路面进行现场加热、铣刨、搅拌、摊铺、碾压等作业，一次性成型新路面。就地热再生技术适用于沥青路面表面损坏、波浪、推移、车辙和裂缝等病害，可以使旧路面材料被充分利用，维修时间短，较其他的维修方式更经济，对交通影响也较小［1］。

沥青路面就地热再生技术在道路维修方面具有较好的经济效益和社会效益，国外对再生工艺和再生设备的研究起步较早，并取得了丰硕成果。随着中国高等级路面逐步进入大修期，沥青路面就地热再生技术的研究和再生设备的研发越来越迫切。近年来，通过对热再生技术和设备的深入研究，中国也取得了一些成果，尤其是再生设备的研发方面，开发出了多种不同加热方式的加热机，并在生产实际中广泛应用。

在就地热再生施工过程中，再生加热机对路面加热是整个施工工艺的重要环节，加热温度对再生混合料的充分混合和再生层与旧沥青路面的粘结性有很大影响。因此，研究加热机的加热原理与温度控制十分重要。本文对就地热再生加热机的加热原理和性能特点进行研究，在经济性、安全性和操作性等方面对加热机的不同加热方式进行对比分析，为就地热再生加热机的选择提供参考，对研究沥青路面就地热再生工艺和设备具有重要的现实意义和理论价值。

1 就地热再生的温度要求

沥青路面就地热再生施工对加热温度的要求较高：路表面温度不能太高，而路表以下内部温度不能太低。旧路面表面加热温度一般不超过180℃，表面以下2cm处的温度为120℃～130℃，表面以下3～6cm处的温度为70℃～100℃，通常加热深度为4～6cm。就地热再生机组以2～4m·min-1的速度行驶，对加热后的旧路面进行铣刨和添加再生剂，并将铣刨后的旧沥青混合料提升至复拌机的搅拌锅中进行拌和，形成均匀的新混合料，然后按照施工技术要求进行摊铺，摊铺过程中混合料的温度应大于120 ℃［2-4］。

为了使路面加热均匀并且不烧焦沥青，就地热再生的加热一般分为两级加热和多级加热，加热系统之后跟有铣刨和复拌系统。

2 加热方式与加热原理

常用的就地热再生加热机的加热方式有3种：热风循环加热、红外线辐射加热和微波加热。

2.1 热风循环加热

热风循环加热系统主要由燃烧器、加热箱、风机以及自动控制装置组成，如图1所示。它采用一个大容量的喷燃器并与加热装置分开，设有复杂的通风管道和箱罩；燃烧器燃烧产生的热量从通风管送到加热箱罩内均匀地加热路面。加热宽度可通过液压伸缩装置控制加热箱罩的位置来调节［5］。

图1 热风炉结构

热风循环加热系统的工作原理为：燃料在燃烧器内燃烧产生高温，由风机将温度达700℃的热气送到加热箱，对路面进行加热，余温400℃的热气通过风机送回到加热室，再次加热使温度升高，形成热气循环。工作时先设定热风温度值，通过温度控制器将温度自动控制在设定的范围内。

2.2 红外线加热

红外线辐射加热原理为：燃烧器在金属网附近燃烧，加热金属网产生红外线，从而达到对路面加热的目的。红外线辐射对路面材料有较强的穿透能力，能够有效地加热沥青路面深层部位。

红外线辐射加热适用于各种高分子物质、水等。沥青是高分子碳氢化合物与非碳氢化合物的混合物，其主要化学组成有：碳70%～80%，氢10%～15%，硫、氧、氮等0.5%～0.8%，还有不大于2%的水。沥青混合料中各种材料对红外线的吸收较强，因此红外线辐射加热是沥青路面就地热再生的有效加热方式［6］。

2.3 微波加热

利用微波加热沥青混凝土路面是一种全新的热再生技术，与传统加热方式不同，微波能对材料物质有较强的穿透力，能对被照射物质进行深层加热；而且微波加热不需依靠热传导进行内外同时加热，能在很短的时间内穿透较深的沥青混凝土路面。近年来，微波加热技术在道路维修中的应用日益受到人们的重视。

微波加热的原理为：在微波电磁场作用下，极性分子从原来杂乱无章的排序状态转向依照电磁场的交变方向而排列取向的规则状态，分子之间剧烈摩擦产生热能，在这一微观过程中交变电磁场的能量转化为介质内的热能，使介质温度升高。这种加热方式无需传导介质，物体本身就是热源，通常的加热效率可以达到80%～90%，基本上没有热量上的损失。由于纯沥青中几乎没有极性分子，所以微波加热不能直接加热纯沥青，而是通过加热沥青混和料中的集料，使集料温度上升，把热量传导给沥青，从而达到加热沥青的目的［7］。

3 加热方式的对比分析

3.1 经济性

热风循环加热方式温度梯度较为平缓，不会引起路面过热，加热均匀性较好。由于直接用热风对路面加热，且热风重复循环使用，故热效率高，耗油量低，节能效果显著。但沥青路面传热能力不是很强，所以加热时间长，施工效率低。

红外线辐射加热方式比热风循环方式加热的深度深，穿透能力强，能够有效地加热沥青路面的深层部位，使路面以下4～6cm处的旧沥青混合料温度迅速升高，达到70℃～100℃，而表面温度不超过180℃，生产效率较高。但由于红外线波长大、频率低，因此辐射能力较低，该加热方式对路面加热深度有限，深度方向的温度梯度较大。由于沥青是热的不良导体，要减小温度梯度，只有增加路面的加热时间，加热均匀性较差。

微波加热方式被称为内部加热方式，是使加热物质本身成为发热体，不需要热传导的过程。采用该方式可内外同时加热，温度梯度小，加热均匀性好，加热速度快，施工效率高。微波的产生是由燃料的化学能转化为电能，再由电能产生微波，因此热效率较低，耗油量较大。

3.2 安全性

热风循环加热方式是燃烧油料加热空气，不出现明火，且该方式采用电子点火方式，安全性很高，也不会使路表面过热。热风循环可以将热空气予以封闭，有利于将产生的烟气收集起来，通过高温燃烧，将烟气转化为二氧化碳，有利于保护环境。

红外线加热方式是利用液化气燃烧发热，有时采用人工点火，燃气一旦爆炸，危害极大，所以需要有较完善的防火、防爆措施。同时，该加热方式使路面温度梯度较大，易造成表面过热，容易引起表面沥青燃烧，产生大量烟气，不利于环保。

微波加热方式无明火，沥青损耗少，环保性好，但微波泄漏防护效果差，易对人体造成辐射伤害。

3.3 操作性

热风循环加热方式的加热温度由自动控制装置控制，作业时首先设定热风温度给定值，自动控制系统根据热电偶反馈的信号，通过温度控制器调节油门与风门大小，将温度自动稳定在设定的范围内，该方式温度可控性强，控制范围较广。

红外线加热方式是将燃烧的高温火焰吹到金属网周围产生红外线，对路面进行加热，加热能力可通过调节喷燃器的压力、流量及更换喷嘴进行调整，调整范围比热风循环方式小，温度可控性较差。

微波加热方式是通过被加热物体内部的辐射微波电磁场，利用高频电磁作用推动分子运动，分子之间相互碰撞、摩擦从而产生热量。微波电磁场的强度与所供电压成比例关系，因此，可通过调节电压来调节电磁能，从而达到控制温度的目的。由于整个加热系统很难建立精确的数学模型，故其温度可控性差。

4 结 语

通过对以上3种加热方式的加热原理进行研究，了解了就地热再生加热机加热系统的工作方法；从经济性、安全性和操作性等方面对3种加热方式进行分析，得出了不同加热方式的性能特点、优势和不足，及其对施工质量的影响，这对沥青路面就地热再生加热机的进一步研发和就地热再生施工工艺的研究具有重要意义。