顧海榮

事件背景

2016年伊始，就地熱再生技術的應用在全國各地四處開花。重慶在市政道路養(yǎng)護中引入就地熱再生技術，江蘇宿遷250省道路面修復首次引入就地熱再生技術，深圳機荷高速公路維護使用就地熱再生技術，廣東揭陽206國道路面改造引入就地熱再生技術，浙江衢州320國道路面修復引入就地熱再生技術，河南鄭州在開元路引入就地熱再生技術……一時之間，這股就地熱再生技術“應用風”在東西南北愈刮愈烈。事實證明，就地熱生技術能大幅節(jié)省路面材料，具有很大的環(huán)保優(yōu)勢，這是其發(fā)展迅速的重要原因之一，但是使用這種技術時，加熱環(huán)節(jié)的能耗卻非常高。因此，在使用這種技術時怎樣才能更加節(jié)能顯得尤為重要，以下讓我們對這一問題進行分析。

對于未發(fā)生結構性破壞的瀝青路面，就地熱再生技術可以修復其表層車轍、裂縫、坑槽等各種病害，實現瀝青舊料100%的再生利用；特別是使用該技術施工時，僅需向施工地點運輸少量用于調節(jié)級配的大粒徑瀝青混合料，對于緩解施工路段的交通擁堵具有積極意義。

就地熱再生技術的關鍵點之一是瀝青路面的加熱過程。加熱瀝青路面可使瀝青軟化，消除瀝青的粘結力，減少瀝青路面材料銑刨回收過程中的集料破碎；充分加熱后的瀝青舊料與再生劑均勻攪拌，使瀝青舊料的路用性能得以恢復。

但是，瀝青路面加熱也是就地熱再生中的主要技術難點，尤其是耗能高的問題，嚴重影響了就地熱再生技術的推廣應用。

瀝青路面加熱過程中的熱能損失分析

一般認為，瀝青路面底層溫度超過100 ℃，熱再生過程就不會對原骨料級配造成大的破壞。按照瀝青路面材料熱容系數計算，完成瀝青路面加熱所需的熱能其實很小，瀝青路面加熱能耗高主要是因為在加熱過程中損耗了太多的熱能。

存在熱能損耗的環(huán)節(jié)主要包括加熱器的熱能轉換環(huán)節(jié)、加熱器輸出熱能與瀝青路面之間的交換環(huán)節(jié)以及熱能由瀝青路面表層向內部傳遞的環(huán)節(jié)。

（1）熱能在瀝青路面內部傳遞過程中的損失。瀝青路面材料是熱的不良導體，熱能由瀝青路面表層向內部傳遞的過程需要較長時間。在溫度差的驅動下，處于加熱區(qū)域的瀝青路面將向周圍溫度較低的瀝青路面?zhèn)鬟f熱能，瀝青路面底層將向溫度更低的基層傳遞熱能，高溫的瀝青路面表層還會向大氣輻射熱能。完成瀝青路面加熱所需的時間越長，損失的熱能越多。

（2）加熱器與瀝青路面之間熱能交換環(huán)節(jié)的熱能損失。加熱器輸出熱能與瀝青路面進行熱交換的形式有很多種，也是就地熱再生機組的主要差異所在。加熱器加熱瀝青路面的主要方式有火焰加熱、紅外輻射加熱、熱風循環(huán)加熱。從傳熱機理上可分為傳導、輻射、對流以及上述傳熱方式的組合。但由于未耙松前的瀝青路面是一個整體，加熱器只能從瀝青路面上方通過表層向瀝青路面內部輸入能量，從而對瀝青路面進行加熱。加熱器輸出熱能與瀝青路面的熱交換過程只能發(fā)生在瀝青路面表層，不能充分發(fā)揮各種傳熱方式的優(yōu)勢。

此外，加熱器與瀝青路面之間存在一個空氣夾層，從加熱器輸出的熱能首先要對夾層內的空氣進行加熱，即便紅外輻射也不能例外（空氣中的水蒸氣和二氧化碳對紅外輻射具有很強的吸收作用）。加熱器與瀝青路面還存在相對運動，不能形成良好的密封空間，熱空氣的泄漏與冷空氣的補充會造成熱能損失。

為保證安全，前后加熱機之間通常有一定的間隙，高溫的瀝青路面暴露在空氣中，向大氣輻射大量的熱能，高溫的加熱器自身也會向大氣輻射熱能，增加了熱能損失。

（3）加熱器熱能轉換環(huán)節(jié)的能量損失。加熱器的燃料一般為天然氣、柴油或重油。燃燒器的設計存在一個最佳的功率輸出區(qū)域，超出此區(qū)域工作，燃料燃燒不充分，燃料的熱能不能充分釋放；或是空氣盈余系數過大，帶走大量熱能，造成熱能損失。

特別是微波加熱，由于存在多次能量轉換（燃料熱能與發(fā)動機機械能的轉換、發(fā)動機機械能與電能的轉換、電能與微波能的轉換），也就有較多的熱能損失。

提高瀝青路面加熱效率的措施

（1）提高瀝青路面的加熱速度

從瀝青路面?zhèn)鳠崂碚摰慕嵌瘸霭l(fā)，減小熱能在瀝青路面內部傳遞過程中的熱能損失的最有效途徑是：在最短時間內完成瀝青路面加熱，減少熱能散失的時間。具體方法包括，提高瀝青路面表層與底層之間的溫度差以及減小對瀝青路面加熱的厚度。前者適用于目前多臺加熱機加熱和一次銑刨的單步法就地熱再生工藝，該工藝也是目前國內外就地熱再生的主流工藝。提高瀝青路面表層與底層之間的溫度差，就是提高瀝青路面表層的溫度。受瀝青高溫老化特性的影響，一般認為瀝青路面表層溫度不宜超過180 ℃。在瀝青路面的加熱過程中，隨著底層溫度的升高，施工機械要能夠調整輸出熱能，保證瀝青路面表層溫度維持在許可值上限。

減小瀝青路面加熱厚度可以采用分步法或是采用具有穿透性的加熱方法予以實現。

分步法的基本原理是對瀝青路面采用逐層加熱、銑刨并集中攪拌攤鋪的方法進行瀝青路面的再生施工。如加拿大Ecopaver 400就地再生機組，施工時分3次對再生深度范圍內的瀝青路面進行加熱、銑刨，每次加熱、銑刨瀝青路面的厚度僅為再生深度的三分之一，弱化了瀝青路面?zhèn)鳠嵝阅懿顚訜釙r間的影響，提高了加熱速度。

微波具有較強的穿透性，加熱瀝青路面過程中，熱能從瀝青路面再生深度的中間位置分別向瀝青路面表層和深度方向傳遞，減少傳熱深度約一半，也能有效加快瀝青路面的加熱速度，該技術已經在坑槽修補車上獲得了成功應用。但微波加熱的能量由車載發(fā)動機提供，需要加強對高效大功率移動電源的研究。

（2）改善加熱器輸出熱能的可控性

瀝青路面的快速加熱需要加熱器輸出的熱能根據要求進行調整，同時加熱器在不同的熱能輸出情況下要具有較高的熱能轉化效率。

為實現上述要求，一方面，需要改變目前采用人工主觀調節(jié)加熱器燃氣供給量來控制熱能輸出功率的現狀，在機器設計中就應該設定加熱功率自動控制、燃氣和空氣量自動調節(jié)的目標，能夠根據瀝青路面的加熱需求，高效轉化燃料熱能；另一方面，加熱器的功率調節(jié)范圍要能夠與瀝青路面快速加熱的需求相匹配?？疾焓┕がF場瀝青路面加熱溫度可以發(fā)現，大多存在第一臺加熱器加熱后的瀝青路面溫度低于許可值上限的情況，說明加熱器的最大加熱功率還需要增加。

瀝青路面就地熱再生能耗高的問題可以從技術上通過減少瀝青路面加熱過程中的熱能損失予以解決，但需要對瀝青路面材料的傳熱特性、加熱機械的熱能輸出控制等方面進行深入研究，以獲得最佳的施工工藝參數匹配，為就地熱再生技術的進一步推廣奠定基礎。

據了解，中國工程建設標準化協會正在起草的《城鎮(zhèn)道路瀝青路面就地熱再生施工及驗收標準》即將落地，我們有理由相信，隨著技術規(guī)范的出臺和大家的接受程度越來越高，這種綠色環(huán)保的再生技術將更加完善，更加高效，更加環(huán)保。