瀝青路面再生技術(shù)就是利用專用設(shè)備將舊瀝青路面進(jìn)行翻挖、回收、破碎、篩分后,與再生劑、新瀝青、新集料等按一定比例重新拌和成混合料,滿足一定的路用性能并重新鋪筑于路面的技術(shù)。
隨著我國(guó)公路基礎(chǔ)設(shè)施總量的不斷增加,傳統(tǒng)的粗放型的公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)已不能滿足交通行業(yè)需求,資源節(jié)約、材料循環(huán)利用、節(jié)能降耗、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、防止公路污染等綠色低碳的養(yǎng)護(hù)技術(shù)已成為我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)工程實(shí)施的主流趨勢(shì)。根據(jù)國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排的總體要求,以推進(jìn)公路材料循環(huán)利用為重點(diǎn),加快發(fā)展綠色低碳公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)和工藝,降低養(yǎng)護(hù)能耗,促進(jìn)綠色低碳養(yǎng)護(hù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。而瀝青路面再生技術(shù)正是響應(yīng)國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排要求的資源節(jié)約和材料循環(huán)利用技術(shù)。對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用就離不開瀝青路面再生設(shè)備的研究,這對(duì)維護(hù)和改善我國(guó)公路的質(zhì)量,降低路面工程造價(jià)都有重要的意義。
本文從其國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及熱點(diǎn)研究方向與目前存在的主要問(wèn)題與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析,以期對(duì)我國(guó)瀝青路面再生設(shè)備的研究、發(fā)展及應(yīng)用推廣提供一定的借鑒。
瀝青混凝土路面再生設(shè)備國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.廠拌熱再生設(shè)備
廠拌熱再生技術(shù)是利用廠拌熱再生設(shè)備將舊瀝青路面經(jīng)銑刨后運(yùn)到瀝青混合料拌和場(chǎng),通過(guò)破碎、篩分,并根據(jù)舊料中瀝青含量、瀝青老化程度、集料級(jí)配等情況,摻入一定數(shù)量的新集料、新瀝青、再生劑等進(jìn)行加熱攪拌,使混合料達(dá)到規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo),并按熱拌瀝青混合料的施工工藝重新鋪筑路面。
從設(shè)備類型上來(lái)分主要有連續(xù)式與間歇式兩種,連續(xù)式主要有熱集料加熱滾筒式、帶熱擴(kuò)散器的滾筒式、筒壁加熱式等,以及在這幾種基礎(chǔ)上改進(jìn)的順流式滾筒一裹敷機(jī)、逆流式滾筒一裹敷機(jī)、燃燒器伸入滾筒的逆流式滾筒攪拌設(shè)備、空氣冷卻的逆流式滾筒攪拌設(shè)備、雙滾筒瀝青攪拌設(shè)備和三套筒式廠拌熱再生設(shè)備等。
2003年廣佛高速公路大修中開始使用廠拌熱再生技術(shù)與設(shè)備,當(dāng)時(shí)采用的是ASTEC雙滾筒設(shè)備。同年,國(guó)內(nèi)有團(tuán)體考察了歐洲道路再生狀況。目前國(guó)內(nèi)對(duì)連續(xù)式再生攪拌設(shè)備很多地方都限制使用,而間歇式廠拌熱再生設(shè)備主要有第二烘干筒與雙滾筒兩種設(shè)備型式,國(guó)內(nèi)目前常用的是帶第二烘干筒的間歇式瀝青混合料熱再生設(shè)備。但是大多數(shù)是引進(jìn)產(chǎn)品或技術(shù),自主創(chuàng)新不足,熱再生設(shè)備總體應(yīng)用情況還停留在探索階段。在這方面比較有代表性的生產(chǎn)廠家有南方路機(jī)、福建鐵拓、西筑JD3000型熱再生瀝青攪拌成套設(shè)備等。基本上都是在常規(guī)瀝青混合料攪拌設(shè)備的基礎(chǔ)上通過(guò)改造、或在主機(jī)旁邊增加“再生部分”來(lái)實(shí)現(xiàn)再生瀝青混合料生產(chǎn)的功能。
另外,由于設(shè)備廠家大多只專注于設(shè)備本身的設(shè)計(jì)和研發(fā),而關(guān)于土木工程及材料工藝等方面的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)相對(duì)貧乏,傳統(tǒng)的再生設(shè)備的設(shè)計(jì)和研發(fā)自然未能根據(jù)再生瀝青混合料生產(chǎn)的工藝要求做到“有的放矢”。
以上兩個(gè)方面的原因,導(dǎo)致傳統(tǒng)再生設(shè)備存在各種問(wèn)題和不足,影響到設(shè)備的綜合使用性能。國(guó)外意大利的博納地再生攪拌站采用新型滾筒擋料板特殊設(shè)計(jì),燃燒室內(nèi)置,由特殊鋼材制成,耐高溫、腐蝕,可作為普通滾筒生產(chǎn)新的瀝青混合料;也可作為再生滾筒再生銑刨料,目前的再生效果還有待于市場(chǎng)檢驗(yàn)。
2.就地?zé)嵩偕O(shè)備
就地?zé)嵩偕夹g(shù)(就地?zé)嵩偕?是指利用專用的就地?zé)嵩偕O(shè)備,對(duì)瀝青路面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加熱、翻松,摻入一定數(shù)量的新集料、新瀝青、再生劑等,經(jīng)混拌、攤鋪、碾壓等工序,一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)表面一定深度范圍內(nèi)(一般不超過(guò)6cm)的舊瀝青混凝土路面再生的一種技術(shù)。
目前,國(guó)內(nèi)施工單位普遍使用的具有代表性的就地?zé)嵩偕O(shè)備主要是從芬蘭的卡羅泰康Kalottikon和德國(guó)的維特根Wintgen。國(guó)產(chǎn)的有江蘇英達(dá)、鞍山森遠(yuǎn)和寶應(yīng)奧新三家公司各自研發(fā)的國(guó)產(chǎn)就地?zé)嵩偕鷻C(jī)組。上述就地?zé)嵩偕O(shè)備在行走方式、加熱形式、燃料類型、控制方式、機(jī)組組成數(shù)、操作方式等方面均有不同,其中最為核心的是加熱方式的不同,直接影響瀝青路面的加熱效果和設(shè)備的加熱能耗。
關(guān)于瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)的應(yīng)用,美國(guó)、日本、西歐等國(guó)家對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究最早,有眾多學(xué)者就瀝青路面就地?zé)嵩偕械臑r青路面加熱問(wèn)題進(jìn)行了針對(duì)性的研究,美國(guó)最先開始瀝青混合料再生利用研究,也是目前再生技術(shù)發(fā)展最成熟的國(guó)家之一。
1915年Warren Brothers對(duì)舊瀝青層塊進(jìn)行加熱重新利用,取得了較好的使用效果,節(jié)省了可觀的費(fèi)用,但這項(xiàng)技術(shù)沒有得到足夠的重視。西歐國(guó)家十分重視瀝青路面再生利用技術(shù),聯(lián)邦德國(guó)、芬蘭、荷蘭等國(guó)家相繼地進(jìn)行小型試驗(yàn),并迅速推廣應(yīng)用。
瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)在我國(guó)的應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng),只有不到20年的歷史,關(guān)于專門研究瀝青路面加熱的、可查閱公開報(bào)道的更是不多。瀝青路面加熱取決于瀝青材料對(duì)熱能的吸收特性,但瀝青材料作為一種熱的不良導(dǎo)體,很難對(duì)深層的瀝青路面材料進(jìn)行加熱,不管采用紅外加熱、熱風(fēng)加熱、還是改變加熱工藝采用間歇式加熱等方法都不能很好的既能保證加熱效率又能保證加熱均勻性,而加熱效率和加熱均勻性又直接關(guān)系到瀝青路面就地?zé)嵩偕┕べ|(zhì)量與再生路面的整體路用性能。
縱觀國(guó)外研究狀況,主要集中在從施工工藝入手解決瀝青路面加熱存在的問(wèn)題,從深層次上,著眼于加熱方式、多因素耦合影響對(duì)瀝青路面加熱過(guò)程中熱能傳遞規(guī)律,從根本上解決這一問(wèn)題的研究還是少之又少,從有限的文獻(xiàn)中并未發(fā)現(xiàn)。
3.場(chǎng)(廠)拌冷再生設(shè)備
場(chǎng)拌冷再生技術(shù)是將舊瀝青路面銑刨后運(yùn)到瀝青混合料拌和場(chǎng)(廠),通過(guò)破碎、篩分(必要時(shí)),并根據(jù)舊料中瀝青含量、瀝青老化度、集料級(jí)配等指標(biāo),摻入一定數(shù)量的新集料、再生結(jié)合料(乳化瀝青、泡沫瀝青等)、再生劑(必要時(shí))進(jìn)行常溫拌和,使混合料達(dá)到規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo),按常溫瀝青混凝土的施工工藝重新鋪筑,形成路面基層或者下面層的一種技術(shù)。
廠拌冷再生工藝包括以下四個(gè)步驟:
①現(xiàn)有舊路面的挖除處理;
②破碎和堆放;
③拌和;
④攤鋪、壓實(shí)和養(yǎng)生。
拌和再生料可以使用間歇式、滾筒式或連續(xù)式拌和設(shè)備。連續(xù)拌和式再生設(shè)備是應(yīng)用最廣的一種,以德國(guó)維特根公司生產(chǎn)的連續(xù)拌和式再生設(shè)備k MA200最為出名。
目前間歇式廠拌冷再生的拌和器通常采用雙臥軸強(qiáng)制攪拌方式。破碎好的回收料、外加集料、新的瀝青膠結(jié)料和外加水等按照設(shè)計(jì)比例加入拌和器中。添加順序通常是:回收料和外加集料、水泥等外加固體填料、水、瀝青膠結(jié)料。這些材料在拌和器中攪拌均勻后,將混合料裝到運(yùn)輸車上,然后準(zhǔn)備拌和下一批料。
國(guó)內(nèi)有代表的設(shè)備有中交西筑的CRS300廠拌冷再生混合料攪拌設(shè)備,采用獨(dú)特的二次攪拌技術(shù)使得乳化瀝青再門棍合料性能更加穩(wěn)定;設(shè)備各總成均采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使用運(yùn)輸及拆裝。高遠(yuǎn)圣工的GYCBL200型廠拌冷再生設(shè)備,其攪拌主機(jī)采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“連續(xù)式”、“強(qiáng)制”、“角度”和“沸騰”的攪拌技術(shù),攪拌力度大,攪拌效率高,混合均勻,攪拌能力強(qiáng)。鐵拓TCM250型瀝青廠拌冷再生設(shè)備,其攪拌系統(tǒng)采用雙拌缸串聯(lián)傾斜式設(shè)計(jì),密布小葉槳應(yīng)用大線速攪拌方案,延長(zhǎng)攪拌時(shí)間,可保證混合均勻度,解決了小參比添加劑攪拌不均勻問(wèn)題。也有對(duì)水泥在線穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的基礎(chǔ)上,增加了乳化瀝青添加系統(tǒng)、水泥添加系統(tǒng)、礦粉添加系統(tǒng)等功能,并根據(jù)冷再生混合料生產(chǎn)的需要,新加了二次拌合系統(tǒng),改裝形成廠拌冷再生混合料生產(chǎn)設(shè)備。
4.就地冷再生設(shè)備
就地冷再生技術(shù)是指利用專用的就地冷再生設(shè)備,對(duì)瀝青路面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)冷銑刨,摻入一定數(shù)量的新集料、再生結(jié)合料(乳化瀝青、泡沫瀝青、水泥、消石灰等)、再生劑(必要時(shí)),經(jīng)混拌、攤鋪、碾壓等工序, 一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)表面一定深度范圍內(nèi)的舊瀝青路面再生,形成路面基層或下面層的一種技術(shù)。在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的將瀝青層和部分基層材料同時(shí)進(jìn)行就地冷再生,形成路面基層的一種全深式再生技術(shù),實(shí)際上是就地冷再生的一種,只不過(guò)是再生厚度范圍內(nèi)包含了部分基層。
國(guó)內(nèi)全深式再生工程的再生結(jié)合料絕大部分采用水泥,個(gè)別采用乳化瀝青和泡沫瀝青。國(guó)外關(guān)于就地冷再生設(shè)備的生產(chǎn)公司有美國(guó)的CMI公司,美國(guó)Caterpillar(卡特彼勒)、德國(guó)Bomag(寶馬)、法國(guó)Panien(奔能)、意大利瑪連尼(MARINI公司,德國(guó)維特根(WIRIGEN)公司。其中世界上最大公路再生設(shè)備的廠家是德國(guó)的維特根,其冷熱再生機(jī)在市場(chǎng)占有率方面一直名列前茅。
近年來(lái),國(guó)內(nèi)工程機(jī)械生產(chǎn)廠家對(duì)冷再生機(jī)的開發(fā)也很重視。如:山東公路機(jī)械廠研發(fā)出具有國(guó)際先進(jìn)水平的LZS2400型就地冷再生機(jī),西安筑路機(jī)械公司順應(yīng)國(guó)內(nèi)路面機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)研發(fā)生產(chǎn)就地冷再生拌合機(jī)CR2500,徐工新款再生設(shè)備——XLZ230Ⅱ路面冷再生機(jī)等。
與國(guó)外廠商相比較,我國(guó)冷再生機(jī)械研究起步較晚。近年來(lái)我國(guó)工程機(jī)械廠商在冷再生機(jī)方面得到了一些發(fā)展,但是無(wú)論在品種類型多樣性,還是整機(jī)總體性能等方面,國(guó)產(chǎn)冷再生機(jī)與國(guó)外產(chǎn)品相比還有很長(zhǎng)的路要走。通過(guò)多年的研究和改進(jìn),目前的冷再生機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)銑拌轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速能夠?qū)崿F(xiàn)在最大和最小轉(zhuǎn)速之間無(wú)極調(diào)速,并且在冷再生最大深度方面進(jìn)行加大。就市場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō),維特根的WR2500S和WR2000兩種型號(hào)的機(jī)型仍然占據(jù)國(guó)內(nèi)主要市場(chǎng)。其他國(guó)外廠家的冷再生機(jī)也有少數(shù)進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng),其占有率不大,在一定時(shí)期內(nèi)國(guó)產(chǎn)冷再生機(jī)還無(wú)法超越進(jìn)口產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率。
熱點(diǎn)研究方向
1廠拌熱再生設(shè)備
對(duì)于該類設(shè)備目前主要研究集中在:
①第二烘干筒葉片結(jié)構(gòu)對(duì)再生料提升、加熱、老化等方面的影響的影響,如長(zhǎng)安大學(xué)的李航對(duì)熱再生設(shè)備第二烘干筒的熱效率分析和性能優(yōu)化設(shè)計(jì),利用流體分析軟件、仿真軟件對(duì)烘干區(qū)段的料簾進(jìn)行分析,為烘干區(qū)段葉片的優(yōu)化性能的設(shè)計(jì)提供了參考。
徐州師范大學(xué)的凌杰對(duì)廠拌熱再生瀝青混合料再生設(shè)備進(jìn)行研究,對(duì)于烘干筒的設(shè)計(jì)提出了一種基于理論的設(shè)計(jì)方法,但是未對(duì)烘干筒筒內(nèi)葉片形式和排列方式做深入的分析,而且該項(xiàng)研究沒有對(duì)燃燒火焰和整個(gè)烘干筒的匹配問(wèn)題進(jìn)行研究,研究還有待于深入。
還有對(duì)影響烘干滾筒加熱效率因素等方面的研究,如東北電力學(xué)院的呂太等人對(duì)粉煤回轉(zhuǎn)筒干燥裝置進(jìn)行研究,他們的研究基于正交試驗(yàn)法研究影響烘干筒風(fēng)速、濕度等的因素,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)影響這些參數(shù)的影響因素眾多且影響巨大,這項(xiàng)研究有利于以后對(duì)粉狀物料干燥裝置的進(jìn)一步深入研究。為后續(xù)烘干滾筒的加熱提供較好的借鑒。
黃洪濤等人進(jìn)行了廠拌熱再生系統(tǒng)中循環(huán)熱風(fēng)烘干筒傳熱學(xué)分析,得出各因素對(duì)傳熱效果的影響,可為加熱筒的設(shè)計(jì)提供一些參考,但是影響烘干筒加熱的因素很多,在這方面還需更進(jìn)一步深入的研究。
②回收料加熱與輸送中的防粘附技術(shù)研究,如基于柔性仿生技術(shù)設(shè)計(jì)的柔性提料鏈等。
③回收料的柔性分離與高頻篩分離技術(shù)研究,F(xiàn)階段常用的破碎方法有錘式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、圓錐式破碎機(jī)、輥式破碎機(jī)共五種,其基本原理都是剛性破碎,會(huì)對(duì)回收料級(jí)配造成不同程度的變異。不同于現(xiàn)階段的剛性破碎目前已開展回收料的柔性分離與高頻篩分離技術(shù)。
柔性分離,就是只是將骨料一分開,不是將其破碎,如邊寧荷夫再生設(shè)備采用兩級(jí)分離;重慶交通大學(xué)郭曉宏曾經(jīng)進(jìn)行了柔性破碎試驗(yàn),具體操作是把舊料放到105℃烘箱里烘一個(gè)半小時(shí)到兩個(gè)小時(shí)左右,取出基本軟化的舊料放在手心,雙手前后來(lái)回地搓動(dòng),既能使舊混合料充分破碎并且不會(huì)破壞集料。這種方法目前還未見到工廠化生產(chǎn)設(shè)備;厥樟系母哳l篩分技術(shù),如ASTEC的反擊式破碎機(jī),利用該破碎機(jī)進(jìn)行了將結(jié)塊的舊料一分開而不降低骨料粒徑的試驗(yàn)。4.75 mm以下材料在篩分時(shí)容易薪附在篩網(wǎng)上,國(guó)外采用高頻篩分技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,振動(dòng)頻率很高,這對(duì)機(jī)械設(shè)備的可靠性要求很高,目前國(guó)內(nèi)設(shè)備很難達(dá)到。
④回收料的柔和烘干與分級(jí)加熱技術(shù)。各個(gè)廠家對(duì)用于加熱再生混合料一的熱氣溫度看法不一,如ASTEC雙滾筒推薦熱氣溫度為300℃左右,LlNTEC推薦熱氣溫度為430℃左右,也有資料一顯示熱氣溫度小于650℃也是可以的,那么采用多少度的熱氣加熱比較合適,既加熱迅速,又不會(huì)對(duì)瀝青造成更大的老化。
2.就地?zé)嵩偕O(shè)備
就地?zé)嵩偕O(shè)備的發(fā)展,其核心依然是瀝青路面的加熱問(wèn)題,因此研究熱點(diǎn)依然集中于此。不管采用紅外加熱、熱風(fēng)加熱、還是改變加熱工藝采用間歇式加熱等方法的目的都是為了獲得較高的加熱效率和瀝青路面加熱質(zhì)量。
在這方面,諸多學(xué)者進(jìn)行了一定的有價(jià)值的研究。如:同濟(jì)大學(xué)的宋德朝分別采用間歇式紅外加熱與熱風(fēng)加熱方法加熱瀝青路面,重慶交通大學(xué)的郭小宏對(duì)三種加熱方式的加熱原理進(jìn)行研究,并就熱風(fēng)循環(huán)式加熱機(jī)工作裝置,運(yùn)用多圓形噴嘴射流沖擊模型對(duì)其作業(yè)過(guò)程進(jìn)行分析,得出了相關(guān)參數(shù)與瀝青路面表面換熱系數(shù)的關(guān)系。
關(guān)于微波加熱瀝青路面有代表性的有東南大學(xué)的朱松青進(jìn)行了瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)微波加熱再生模型與實(shí)驗(yàn),同濟(jì)大學(xué)的李萬(wàn)莉進(jìn)行了瀝青路面再生機(jī)微波加熱機(jī)理及數(shù)值模擬的研究,長(zhǎng)安大學(xué)的高子瑜研究了頻率對(duì)微波加熱瀝青混合料的影響。上述國(guó)內(nèi)外有關(guān)瀝青路面加熱的研究基本上還是采用試驗(yàn)手段,其成果有益于瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)的推廣應(yīng)用,雖然微波加熱有其快速性,但是高功耗與輻射泄漏、元器件穩(wěn)定性差等問(wèn)題限制了其使用。
另外,瀝青路面在進(jìn)行大面積就地?zé)嵩偕按蠖嘁呀?jīng)進(jìn)行過(guò)局部的修補(bǔ),路面材料級(jí)配不盡相同,使用的加熱器也存在差異,采用上述針對(duì)某些特定級(jí)配下的試驗(yàn)研究,其成果對(duì)于解決瀝青路面就地?zé)嵩偕袨r青路面加熱問(wèn)題的指導(dǎo)意義是有限的。因此,要想從根本上解決瀝青路面就地?zé)嵩偕鷷r(shí)瀝青路面加熱這一關(guān)鍵難題,其核心還是在于找出合適的加熱方式,研究在多因素復(fù)雜耦合下其加熱機(jī)理和熱能在瀝青路面中的傳遞規(guī)律與溫度場(chǎng)分布,從而從根本上解決瀝青路面加熱這一難題。關(guān)于瀝青路面溫度場(chǎng)研究方面,也有學(xué)者進(jìn)行了一些研究,如同濟(jì)大學(xué)的賈璐,中南大學(xué)的陳嘉祺分別對(duì)環(huán)境因素作用下瀝青路面溫度場(chǎng)的分布規(guī)律和數(shù)值模型進(jìn)行了預(yù)估,但是均未涉及到瀝青路面再生加熱過(guò)程中瀝青路面內(nèi)部溫度變化規(guī)律。江蘇大學(xué)的田晉躍對(duì)再生過(guò)程中烘干滾筒內(nèi)的溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,為再生瀝青烘干滾筒的設(shè)計(jì)提供一定參考,但是對(duì)于瀝青路面熱再生加熱機(jī)理并未涉及。對(duì)于瀝青路面加熱流場(chǎng)和瀝青路面加熱裝置的熱流場(chǎng)分析顯然可以嘗試應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics, CFD)的方法進(jìn)行,但是目前主要還是集中在農(nóng)產(chǎn)品加熱干燥、水利等方面,而在瀝青路面及其加熱裝置的熱流場(chǎng)分析并不多見。如新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)的牟國(guó)良等運(yùn)用流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件CFD對(duì)該加熱裝置的二維流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,獲得該熱風(fēng)加熱裝置內(nèi)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng),并對(duì)加熱裝置內(nèi)的氣流和溫度分布的特點(diǎn)進(jìn)行分析,揚(yáng)州大學(xué)的石麗建進(jìn)行了基于CFD計(jì)算的軸流泵的改型設(shè)計(jì)。雖然東南大學(xué)的張德育借助有限元軟件ABAQUS對(duì)加熱溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,但只是分析了加熱方式、環(huán)境因素、加熱機(jī)的操作參數(shù)及加熱功率對(duì)瀝青路面加熱溫度場(chǎng)的影響程度,并未就加熱機(jī)理與溫度在瀝青路面中的傳遞規(guī)律進(jìn)行分析,更沒有提及紅外與熱風(fēng)協(xié)同加熱多因素復(fù)雜耦合時(shí)熱能在瀝青路面中的傳熱過(guò)程和機(jī)理。長(zhǎng)安大學(xué)馬登成課題組分別利用ANSYS和FLUENT兩套軟件,對(duì)就地?zé)嵩偕鷶嚢杓訜釢L筒中的瀝青混合料流動(dòng)和加熱瀝青路面時(shí),其內(nèi)部溫度場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行了模擬,認(rèn)為將紅外與熱風(fēng)循環(huán)加熱結(jié)合起來(lái)對(duì)瀝青路面加熱既能提高加熱效率,又能保證加熱的均勻性,為后續(xù)的瀝青路面就讓熱再生施工提供便利。
3.場(chǎng)(廠)拌冷再生設(shè)備
關(guān)于廠拌冷再生設(shè)備研究方面,主要集中在以下幾個(gè)方面:①?gòu)S拌冷再生過(guò)程中設(shè)備結(jié)構(gòu)與拌和時(shí)間、拌和均勻性間關(guān)系的研;
②泡沫瀝青、乳化瀝青廠拌冷再生施工技術(shù)在具體工程中的應(yīng)用以及與設(shè)備參數(shù)、最佳用水量的確定及其路用性能研究等方面以及廠拌冷再生在節(jié)能減排方面;
③在低摻量元素計(jì)量技術(shù)、冷再生混合料攪拌技術(shù)等方面。
4.就地冷再生設(shè)備
關(guān)于就地冷再生設(shè)備研究方面,主要集中在以下幾個(gè)方面:①結(jié)合轉(zhuǎn)子刀具的布置特點(diǎn)與土壤切削理論,進(jìn)行冷再生機(jī)銑削轉(zhuǎn)子刀具在工作過(guò)程中動(dòng)力學(xué)方面的研究,目的是找出銑刨轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)、刀具排列和安裝角度、銑刨速度與深度的合理匹配以及刀具幾何參數(shù)、銑削參數(shù)的優(yōu)化組合等。
②冷再生機(jī)的液壓系統(tǒng)匹配技術(shù)方面的研究,以期獲得最優(yōu)的參數(shù)匹配與控制方案。
③銑削轉(zhuǎn)子刀具方面的研究,如在土壤切削研究、刀具材料、形狀、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、空間布局、功率匹配等方面得到了一些有價(jià)值理論,包括對(duì)于影響旋轉(zhuǎn)切削類機(jī)械性能的因素的研究,如:切削深度、切削寬度、工作行走速度、切削轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等。
④從冷再生機(jī)的動(dòng)力性和冷再生工藝出發(fā),以提高路面銑削效率和復(fù)拌均勻性為目標(biāo),開展對(duì)路面銑削與舊材料拌合冷再生機(jī)刀具排列方面的研究。
存在的問(wèn)題與發(fā)展趨勢(shì)
1.廠拌熱再生設(shè)備
存在問(wèn)題:
①再生設(shè)備產(chǎn)能不高,保證混合料的攪拌效果(均勻性、一致性)引起的攪拌時(shí)間延長(zhǎng);RAP進(jìn)鍋環(huán)節(jié)復(fù)雜導(dǎo)致的物料進(jìn)鍋時(shí)間太長(zhǎng)。
②RAP處理的過(guò)程中各環(huán)節(jié)的粘結(jié)問(wèn)題,在具體設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)充分考慮到RAP粘的特性,注意細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)盡量保證足夠的下料角度、避免直角或死角等容易粘料和堵料的結(jié)構(gòu)。
③RAP生產(chǎn)中瀝青過(guò)熱導(dǎo)致的老化和粘結(jié),摻配量不高的問(wèn)題,以及再生劑添加量的計(jì)量問(wèn)題。
發(fā)展趨勢(shì):
從整機(jī)的角度,考慮新、舊料一共同添加和不同添加率情祝下整機(jī)的參數(shù)匹配與結(jié)構(gòu)優(yōu)化,重新設(shè)計(jì)拌和樓結(jié)構(gòu)布置,把再生部分以模塊化方式融入到新設(shè)計(jì)中,對(duì)拌鍋的布置位置進(jìn)行合理布局,解決設(shè)備產(chǎn)能低、物料粘結(jié)等問(wèn)題。
重新定義RAP生產(chǎn)的工藝流程,采取全新的整體式研發(fā)思路,將再生部分作為整體設(shè)備的“標(biāo)準(zhǔn)配置”進(jìn)行綜合考慮,全面優(yōu)化或重新設(shè)計(jì)設(shè)備各個(gè)環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)。
回收料與混合料的溫拌再生技術(shù)與再生拌和站的結(jié)合。超大型微波式加熱技術(shù)在廢舊道路材料再生瀝青拌和站的運(yùn)用。綠色環(huán)保再生拌合站的研究與開發(fā)。
2.就地?zé)嵩偕O(shè)備
存在問(wèn)題:
就地?zé)嵩偕鷷r(shí)老化瀝青路面內(nèi)熱能傳遞困難,造成表層起火焦化,底層達(dá)不到施工溫度,進(jìn)而引起再生混合料級(jí)配變異性問(wèn)題,直接影響到再生后瀝青路面的整體路用性能。
①瀝青路面加熱問(wèn)題,加熱速度快,加熱深度大,加熱溫度不能太高,否則造成瀝青老化、降低瀝青性能,加熱溫度低,舊料和新料很難融合,降低路面強(qiáng)度。
②銑刨和拌合功能,銑刨時(shí)不能破碎舊路面的骨料,否則會(huì)使路面級(jí)配發(fā)生變化;拌合時(shí)新料和舊料要拌合均勻性問(wèn)題。
③新料、再生劑等的計(jì)量精度問(wèn)題。
發(fā)展趨勢(shì):
環(huán)保高效加熱技術(shù)的研究與應(yīng)用,新型加熱器的研究與開發(fā)。如:紅外線加熱器波長(zhǎng)控制技術(shù)、紅外與熱風(fēng)循環(huán)協(xié)同加熱溫度協(xié)同控制技術(shù)等。
高效加熱復(fù)拌技術(shù)的研究,新型復(fù)拌機(jī)的研究與開發(fā)。
高精度計(jì)量、再生混合料配合比高精度控制、環(huán)保高效的整機(jī)開發(fā)。
多因素耦合下的加熱器與瀝青路面加熱機(jī)理與熱能傳遞規(guī)律方面的研究。
3.場(chǎng)(廠)拌冷再生設(shè)備
存在問(wèn)題:
低摻量元素的計(jì)量精度問(wèn)題,不同瀝青廠拌冷再生時(shí)與設(shè)備參數(shù)、結(jié)構(gòu)匹配問(wèn)題;再生料攪拌均勻性問(wèn)題。
發(fā)展趨勢(shì):
高的計(jì)量精度、高攪拌質(zhì)量、節(jié)能減排環(huán)保的再生設(shè)備的研發(fā)方面。
廠拌冷再生過(guò)程中設(shè)備結(jié)構(gòu)與拌和時(shí)間、拌和均勻性、設(shè)備參數(shù)、用水量等關(guān)系方面的研究,低摻量元素計(jì)量技術(shù)、冷再生混合料攪拌技術(shù)方面的研究。
4.就地冷再生設(shè)備
存在問(wèn)題
①粘結(jié)劑噴灑不均、種類受限、計(jì)量控制不嚴(yán)等問(wèn)題。
②部分國(guó)產(chǎn)冷再生機(jī)只能噴灑乳化瀝青或水泥稀漿,采用人工手動(dòng)調(diào)節(jié)水、粘結(jié)劑等液體添加量,由此導(dǎo)致噴灑量不易控制,影響施工質(zhì)量。
發(fā)展趨勢(shì):
研究發(fā)動(dòng)力動(dòng)力、銑刨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與行走速度等工作參數(shù)的合理匹配問(wèn)題,減少對(duì)石料的破碎,從而提高再生基層的承載能力,降低新石料的添加量。
在確保粘結(jié)劑添加精度的基礎(chǔ)上,開發(fā)密封性好的轉(zhuǎn)子系統(tǒng),降低浮塵對(duì)周圍環(huán)境的影響。在人性化設(shè)計(jì)方面,國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品與國(guó)外品牌還有一定差距,未來(lái)有待于進(jìn)一步提高。同時(shí)設(shè)備不斷升級(jí),動(dòng)力性良好,自動(dòng)化、智能化程度上和操控性能上,有待于提高。
本文主要對(duì)瀝青路面就地?zé)嵩偕O(shè)備、廠拌熱再生設(shè)備、就地冷再生設(shè)備、廠拌冷再生設(shè)備的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及熱點(diǎn)研究方向與目前存在的主要問(wèn)題與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析,以期對(duì)我國(guó)瀝青路面再生設(shè)備的研究、發(fā)展及應(yīng)用推廣提供一定的借鑒。