基于維特根RX4500 機組的改性瀝青就地熱再生施工溫度控制分析

諶文

摘要：文章基于維特根RX4500機組設備，依托就地熱再生實體工程，對改性瀝青就地熱再生施工中各階段的溫度控制進行分析，提出相應的控制要求。使用維特根RX4500機組設備進行改性瀝青就地熱再生施工時，應采取調節(jié)氣壓、增設防風簾、減小間距等措施保證路表溫度均勻，加熱后路表最高溫度宜≤220 ℃，機組運行速度宜≤3 m/min;翻松后瀝青層底面溫度宜控制在80 ℃～90 ℃;攤鋪溫度宜控制在140 ℃左右，并在配合比設計階段考慮施工過程中加熱對原路面油石比和瀝青性能的二次影響。

關鍵詞：瀝青路面;就地熱再生;施工工藝;溫度控制;維特根RX4500機組

0 引言

就地熱再生是一種預防性養(yǎng)護技術，即通過就地熱再生設備，對原路面進行加熱、翻松、拌和、攤鋪、碾壓等工序，原位完成對舊有路面的重新鋪筑，改善瀝青面層的各項使用性能。該技術目前已得到一定范圍的使用，在資源再生利用方面具有較大優(yōu)勢。根據(jù)目前各省的工程應用情況，普通瀝青的就地熱再生技術相對成熟，而對于改性瀝青就地熱再生技術，各省情況不同，中西部地區(qū)相對落后，東部沿海地區(qū)應用相對廣泛。

無論普通瀝青還是改性瀝青混合料，施工溫度都直接影響路面最終的成型質量。在就地熱再生施工中，施工溫度主要依靠加熱機對原路面進行加熱，之后的翻松、拌和、攤鋪、碾壓等工藝的施工溫度均建立在此基礎上，因此原路面加熱溫度的高低、均勻性、變異性等，直接影響就地熱再生施工各階段的溫度。

原路面的加熱方式因再生設備不同而不同，目前常見的就地熱再生設備生產(chǎn)商包括英達、維特根、森遠等。本文主要基于維特根Remixer4500型復拌設備和HM4500型加熱設備，依托實體工程，對改性瀝青就地熱再生施工中各階段的溫度控制進行分析和總結，提出相應的控制要求。

1 加熱機溫度均勻性的控制

為了解原路面加熱的均勻性，在就地熱再生施工過程中，選取不同樁號的施工橫斷面，采用手持式紅外溫槍，在每塊加熱板加熱前、后記錄該斷面邊部和中部的路表溫度，同時記錄加熱時長。由于加熱后路表溫度隨時間而變化，每次記錄需選擇固定點進行測量，本次測量均為加熱板前后50 cm位置。

下頁圖1為施工初期K2486+600斷面溫度變化曲線圖?；诰S特根RX4500機組的改性瀝青就地熱再生施工溫度控制分析/諶 文[=JP2]

圖1中波峰為加熱后路表溫度，波谷為下一次加熱前路表溫度。由于原路面加熱是由多臺加熱機依次加熱，因此路面溫度呈階梯狀上升。加熱后斷面左、中、右溫度差平均值在37 ℃左右，路面加熱不均勻。這主要是由于：（1）加熱板邊部路表在加熱過程中容易受到外部條件尤其是風力的影響，從而影響加熱效果;（2）即使在沒有風的情況下，邊部路面因為與周邊環(huán)境存在較大溫差，熱量不僅往路面深處傳遞，也與周邊環(huán)境發(fā)生熱交換。因此加熱板中部溫度高，而左右側溫度相對較低并接近。

圖2～4為加熱工藝調整后，同一天不同時刻路表加熱溫度變化曲線。

與圖1相比：（1）調整后路表溫度在150 ℃以下時分布均勻，中部和邊部溫差小，斷面溫度差平均值為10 ℃;（2）調整后路表溫度>150 ℃時邊部與中部仍有一定差距，斷面溫度差平均值為25 ℃;（3）同一天不同時刻，機械加熱溫度穩(wěn)定，曲線變化趨勢一致;（4）間斷加熱過程中，離開加熱板后路表溫度每次均會下降30 ℃～50 ℃。

加熱機組的加熱溫度最終是為有效控制攤鋪和碾壓溫度，上圖中各斷面攤鋪溫度檢測如表1所示。

比較以上各斷面的加熱溫度和攤鋪溫度，各斷面加熱完成后最高溫度均為210 ℃左右，但由于K2486+600加熱溫度不均勻，導致拌和后混合料溫度整體偏低，攤鋪溫度平均只有123 ℃;而其他斷面整體溫度趨于穩(wěn)定，攤鋪溫度平均為146 ℃。因此，施工過程中，控制路面表面溫度的均勻性是保證后續(xù)攤鋪溫度的要點之一。

維特根HM4500加熱機溫度均勻性控制的關鍵在于：（1）在加熱板周圍必須設置防風簾，有條件時應增設保溫棉，減少加熱板邊部路表溫度的損失;（2）調節(jié)加熱板邊部與中部的氣壓，邊部以1.8～2.0 bar為宜，中部以1.6～1.8 bar為宜，應密切關注加熱板中部路表溫度，避免再次使老路面產(chǎn)生嚴重老化;（3）各加熱機組間距應盡量減少，以≤1 m為宜;（4）嚴格把控機組行走速度，應根據(jù)施工時間、環(huán)境溫度、原路面狀況等適當調節(jié)，機組行走速度應≤3 m/min;（5）加熱機組應進行編號，試驗段應確定各加熱機組位置與設置，后續(xù)若無特殊情況，不應調整機組順序。

2 加熱機最高溫度的控制

過高的溫度會使原路面瀝青再次老化。為掌握加熱溫度對瀝青再次老化的影響，分別在7個不同樁號同一斷面（原路面加熱后50 cm位置）對加熱前后路面取樣，進行抽提試驗和回收瀝青的三大指標試驗[1]。1#～4#取樣時路表溫度均在200 ℃左右;5#～6#取樣時路表溫度在220 ℃左右;7#取樣時路表溫度約為280 ℃左右。需注意的是，加熱后取樣采用人工方式，由于瀝青路面再生層底部溫度較低，人工全厚度取樣困難，最終數(shù)據(jù)反映的再次老化效果相對偏大。

由表2可知：（1）無論針入度、軟化點還是延度，路面加熱后再次發(fā)生了老化，加熱后混合料油石比下降;（2）路表加熱至200 ℃左右，針入度平均下降6.75（0.1 mm），軟化點平均提高6.03 ℃，延度因原樣已老化嚴重，3組發(fā)生脆斷，油石比降低0.7%;（3）路表加熱至220 ℃左右，針入度平均下降5.75（0.1 mm），軟化點平均提高0.5 ℃，延度平均降低14 cm，油石比降低0.4%;（4）路表溫度為280 ℃時，針入度下降6.5（0.1 mm），軟化點提高22.2 ℃，延度下降5.2 cm，油石比下降1.9%。

表2數(shù)據(jù)表明，路表溫度在200 ℃～220 ℃時，原瀝青再次老化程度差別不大;但當溫度達到280 ℃時，原瀝青混合料油石比顯著下降，瀝青軟化點顯著增高，針入度和延度與200 ℃～220 ℃時變化相近。這主要是由于更高的溫度使路表老化嚴重的瀝青發(fā)生碳化，不再以瀝青膠結料的形式存在于混合料中，顯著降低了混合料油石比;而路表以下瀝青受到的加熱溫度逐步降低，老化程度逐步減小，瀝青針入度和延度指標并沒有大幅降低。

因此，對維特根再生設備而言，改性瀝青就地熱再生施工時，為避免過度老化和油石比大幅降低，路表最終的加熱溫度在200 ℃～220 ℃為宜，同時應注意在配合比設計階段，綜合考慮瀝青再次老化和油石比減少的問題。

3 原路面翻松溫度的控制[2]

原路面加熱主要為達到兩點目的：（1）保證原路面翻松時的溫度，使翻松不會影響原路面級配或影響很小;（2）保證最終的攤鋪碾壓溫度，確保混合料的成型質量。

由于維特根機組加熱板與翻松器之間距離很短，受加熱板邊部溫度影響，翻松前路表溫度測量難以保證準確性;而翻松后的底面溫度能夠有效反映再生瀝青層的整體加熱情況，因此在施工控制時，應以翻松后的底面溫度作為控制指標。

為了解溫度和翻松后級配的關系，對翻松后混合料取樣進行抽提篩分，取樣時底面溫度在80 ℃～90 ℃，樣品與原路面切割樣品進行對比，結果如表3所示。

從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，當翻松后底面溫度在80 ℃～90 ℃時，原路面翻松前后級配變化不明顯，關鍵篩孔的偏差基本在5%以內，第4、5組數(shù)據(jù)的4.75 mm和2.36 mm篩孔通過率變大，級配略有細化的趨勢。因此翻松后底面溫度在85 ℃左右時，可以保證原路面級配不會發(fā)生較大變化。

4 攤鋪溫度的控制

攤鋪和碾壓是就地熱再生施工的最后環(huán)節(jié)，也是整個溫度控制的基礎。就地熱再生的所有溫度控制，都是為了保證最終的攤鋪碾壓能夠在適宜的溫度下，達到預期的效果[3]。

在施工中發(fā)現(xiàn)，由于復拌機與加熱機按統(tǒng)一的速度行駛，整體性更好，攤鋪溫度與加熱溫度相關性較好，適合用攤鋪溫度控制加熱機后的路表溫度;而碾壓溫度還受到環(huán)境溫度、碾壓速度、碾壓距離、碾壓方式等一系列其他因素的影響，因此施工時應以最終適宜的攤鋪溫度來控制加熱原路面的溫度。而只要做到緊跟慢壓，碾壓溫度同樣可以得到保證。

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）表5.6.6的相關規(guī)定，在下臥層表面溫度>30 ℃時，<5 cm厚的改性瀝青混合料最低攤鋪溫度應>145 ℃;《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》（JTG/T 5521-2019）中規(guī)定，“改性瀝青再生混合料攤鋪溫度不宜<130 ℃”。

為準確了解攤鋪溫度與最終壓實度之間的關系，不同的攤鋪溫度和對應壓實度的關系如圖5所示。

由圖5可知，壓實度與攤鋪溫度相關性較好，其規(guī)律一致，攤鋪溫度高則壓實度好，攤鋪溫度降低，壓實度下降。當攤鋪溫度下降到130 ℃以下時，壓實度僅達到90%，而攤鋪溫度保持在140 ℃左右時，壓實度基本保持在94%（壓實度按理論密度計算）。

同時對全線溫度和壓實度進行統(tǒng)計如下：

如圖6所示為全線攤鋪溫度的總體分布，橫坐標代表攤鋪溫度，縱坐標代表各溫度區(qū)間內的檢測個數(shù)。全線共統(tǒng)計攤鋪溫度34處，攤鋪溫度≥132.8 ℃的共31處，約占全部數(shù)據(jù)的91.2%;攤鋪溫度≥138.5 ℃的共29處，約占全部數(shù)據(jù)的85.3%。

同樣對全線芯樣壓實度進行統(tǒng)計如圖7所示。

由圖7可知，全線共統(tǒng)計89個芯樣，其中壓實度>93%的芯樣為73個，占全部芯樣的82%;全線攤鋪溫度>138.5 ℃的占比和壓實度>93%的占比接近。同時，單點統(tǒng)計數(shù)據(jù)也表明，對于改性瀝青混合料，攤鋪溫度宜保證在140 ℃左右，其壓實度能夠達到較好的效果。

5 結語

通過實體工程各數(shù)據(jù)分析，對于維特根RX4500系列再生設備，改性瀝青就地熱再生施工過程中的溫度控制建議如下：

（1）對于維特根加熱機組，宜設置防風簾和保溫棉，減小機組間距，其運行速度應≤3 m/min，同時加熱后路表最高溫度宜≤220 ℃。

（2）翻松時溫度宜采用翻松后底面溫度進行控制，其溫度宜控制在80 ℃～90 ℃左右。

（3）采用攤鋪溫度最為穩(wěn)定的整體控制基礎，對于改性瀝青，建議攤鋪溫度在140 ℃左右，同時壓路機應緊跟慢壓。

（4）配合比設計階段需考慮再次加熱對原路面瀝青性能和油石比的影響，以此為基礎進行再生劑[4]和新瀝青添加量的設計。

參考文獻：

[1]侯 睿.瀝青抽提方法評價與就地熱再生技術研究[D].南京：東南大學，2006.

[2]張清平.瀝青路面現(xiàn)場熱再生技術研究[D].長沙：長沙理工大學，2011.

[3]林 琨.再生瀝青混合料拌和質量評價研究[J].公路交通技術，2015（5）：29-32.

[4]曹榮吉，陳榮生，徐正林，等.瀝青再生劑性能評價研究[J].公路交通技術，2007，24（3）：43-45.