高效环保多机组集约化双层同步就地热再生装备高速应用

工程概况

主要创新点

一、 技术思路

我国沥青路面的面层通常采用三层式或两层式面层结构，高速公路沥青面层总厚度约为16-22cm左右，普通国省干线和城市主干道沥青面层总厚度约为10-16cm。随着道路使用年限的增加，沥青面层（尤其是表层和中层）常会发生不同程度的损坏，迫切需要研发双层沥青路面就地热再生装备，以满足我国大规模沥青路面养护需求。

然而我国的就地热再生技术起步晚，2000年前后分别从德国、美国、芬兰等国引进了多套就地热再生机组，占国内市场80%左右。近年来，国内仅有极少数企业制造生产就地热再生机组，欧美等发达国家基本垄断了国际就地热再生装备的市场，并对我国形成了技术封锁，导致国内就地热再生设备总体性能和可靠性不高，且存在能耗高、烟尘大、再生混合料性能难以控制等技术难题；同时，现有国内外沥青路面就地热再生施工机组依然无法解决加热深度、温度离析等难题，且仅能实现路面上面层病害的修复，难以满足当前沥青路面中、上面层同步就地热再生的要求。

针对上述问题，以高效、环保、智能为目标，并行开展低温红外柔性辐射加热技术、智能化双层摊铺技术、催化燃烧、中和式多重过滤技术、长寿命综合再生养护技术的研究，自主研发先进的沥青路面双层就地热再生成套装备，实现旧路面100%原级原位再生，打破国外就地热再生装备的技术垄断，提升我国沥青路面高端养护装备技术水平、促进沥青路面循环再生利用技术的发展，实现大规模产业化应用。

二、关键技术方案

1、针对热渗透难题，发明了镍合金双翼型红外加热装置、瓦楞式多孔红外加热装置，配合风压保护的红外加热无焰装置，形成了多级间接式低温红外高转换效率柔性辐射加热技术体系。

（1）发明热渗透能力强的镍合金双翼型红外加热装置，采用面式与管式多级间接低温红外协同加热，提升路面受热后物料温度均匀性达35%，温度场保持在180℃左右，热梯度差减小（每加深10mm、路面热梯度相差10℃），有效路面加热深度达100mm左右，与国内外同类技术相比、路面有效热辐射深度增加了67%，同时加热能耗仅为国内外同等设备的1/2（见图1和图2）。

（2）发明瓦楞式多孔红外加热装置（见图3），采用瓦楞多孔长矩形镍转换板，通过红外辐射对流恒温方式加热，增加辐射强度，提高耐热性及红外转换效率，物料受热匀质化，不易出现沥青碳化现象，提升路面抗剪能力及密实度，瓦楞式多孔红外加热流程见图4。

（3）发明风压保护红外加热无焰装置，利用边缘竖向增压风屏，隔断加热区与外界空间，将沥青烟气封闭在有限的加热空间内，实现燃料完全燃烧；利用横向增压风屏，保护路表面，避免老化，使再生层受热均匀，提高热能利用率达52%，达到无焰化加热目的；与镍合金双翼型红外加热装置、瓦楞式多孔红外加热装置配合使用，形成多级间接式低温红外高转换效率柔性辐射加热技术体系。

2、针对上、中面层一体修复难题，发明了自感知-自适应型电气双重加热加长式拌缸、双浮动熨平板找平控制系统及温度共融技术，研发出智能化双层摊铺一体机，实现了双层同步就地热再生。

（1）发明电气双重加热加长式拌缸，采用2.6m加长的双重多叶片搅拌装置，保证了充分均匀搅拌；通过电、气双重加热装置，自感知自适应恒温控制，保证起步阶段料层温度达到140-160℃，实现每分钟1500kg沥青混合料迅速升温10℃以上，解决温度和骨料离析问题（见图5），拌缸性能对比见表1。

（2）发明双浮动熨平板找平控制系统，采用非线性模糊算法，中面层找平即可对原路面平整度进行改善，上面层熨平板找平更精确的控制摊铺厚度，实现了上面层和中面层厚度、平整度的同步精确控制，显著改善了再生路面的驾驶安全性与行车舒适性（见图6和图7）。

（3）开发双层摊铺一体机的二次补温共融装置，提高中面层温度达105℃以上；通过接缝恒温加热，使新旧路面（面层、中层、底层及两侧错缝）无缝对接；配合加长式拌缸电气双重加热，确保提升转运的上面层混合料温度在摊铺使用时与中面层混合料温度形成共融整体，解决了路面结构层的热粘结问题，保证再生路面与原路面结构层的整体性，结合底层及两侧共融补温（见图8），实现上面层和中面层同步快速就地热再生。

（4）研发出智能化双层摊铺一体机，通过中、上面层多源物料转运技术，突破单车道物料协同转运难题，国内外首次实现沥青路面上面层和中面层同步就地热再生，再生深度由传统的40mm（面层）增加到100mm（上面层+中面层）（见图9）。

3、针对烟气处理，发明了铂金催化燃烧沥青烟气处理及回收再利用装置，施工过程减少了就地热再生沥青烟气排放95%以上。

（1）发明铂金催化燃烧沥青烟气处理装置，利用高压风机吸收废气和红外线转换室四周的余热，送至前端保温板下，补充热源，实现挥发性沥青烟气的二次催化燃烧与废热循环利用，恒温恒热、热渗透性好，进一步提高了热能利用效率（见图10）。

（2）发明中和式热雾化多重净化过滤装置，对机组（耙松机、复拌机、双层摊铺机）末端产生的高温烟气采用碱水雾化中和式过滤技术，进行多重净化过滤，减少了沥青烟气排放95%以上，节能环保（见图11）。

4、发明了长寿命综合再生养护技术，解决了路面典型病害问题，扩大了就地热再生工程的应用范围。

（1）基于路面技术状况、路面芯样性能状况、路面结构无损检测状况等多维度检测分析，建立预估模型进行沥青路面长期使用性能预测，结合长寿命养护方案长期性能要求，形成养护方案的初步决策，经过优化，最终确定最优养护方案。通过运用此养护措施辅助决策方法，实现了路面长寿命养护，解决了路面车辙、裂缝等典型病害问题，形成了一套完善的路面养护智能化决策系统（见图12）。

（2）结合再生混合料的性能提升需求，通过使用较大的混合料丰度系数，弥补沥青混合料使用硬质沥青引起抗水损害性能、抗低温性能、耐久性的不足；通过改进矿料级配，使粗集料形成良好的骨架结构，以提高混合料的抗剪与抗压性能，而不通过添加剂来调整再生沥青的性能，从而发明出一种高模量、耐久性再生混合料设计方法，验证了高模量改性再生混合料性能（见表2），提高路面抵抗车辙等破损的能力，延长路面使用寿命和维修周期，实现了路面长寿命再生养护。

（3）针对高速公路或国省干道深车辙路面养护需求，提出了深车辙（20-30mm）路面再生中面层+再生上面层的双层再生养护技术、极深车辙（30mm以上）路面采用再生中面层+新铺上面层的加铺再生养护技术方案，使深车辙路面，尤其是交叉路口，避免了传统采用的双层铣刨重铺处治方案，旧路面材料回收率达到100%，节约了资源，实现了养护对策降维，双层同步就地热再生工艺流程见图13；通过再生沥青混合料的高模量改性，满足重载交通使用需求，全面提升沥青路面的抗车辙性能，使得就地热再生适用范围由预防性养护工程拓展至大中修工程。

（4）针对使用寿命末期薄层罩面养护需求，提出了典型的薄层罩面+上面层复合再生结构形式，对比分析了不同结构形式再生路面的路用性能和力学响应；基于双层就地热再生装备，提出了适用于薄层罩面再生的深度加热工艺及深度拌和工艺，提高了再生混合料的施工质量与耐久性（见图14）；开发多孔隙排水沥青路面就地热再生养护技术，提出了排水沥青路面典型再生结构形式，扩大了就地热再生工程应用范围（见图15）。

生产、应用及推广情况

通过与高校院所合作，研制了高效环保智能化就地热再生装备，对旧沥青路面进行就地均匀加热、铣刨、拌和、摊铺和碾压，一次成型新路面，具有高效、环保、施工速度快、作业时不中断交通、旧沥青路面双层材料100%循环利用等优势；同时，完成了上面层和中面层同时摊铺再生，又能完成铣刨后的面层摊铺再生，可实现中、上面层同时再生、代替原大中修施工，达到长寿命养护的目的；冬季，还可辅助公司自主研发的除冰车进行融雪除冰作业。