基于红外辐射的多步法就地热再生沥青路面加热效果研究.pdf
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1、作 者 简 介:余 艾 兴(),男,江 西 上 饶 人,大 学 本 科,助 理 工 程 师,主 要 从 事 道 路 桥 梁 设 计 工 作。基于红外辐射的多步法就地热再生沥青路面加热效果研究余 艾 兴,龙森(江 西 省 交 通 科 学 研 究 院 有 限 公 司,江 西 南 昌)(江 西 交 工 市 政 建 筑 工 程 有 限 公 司,江 西 南 昌)摘要:为 提 高 沥 青 路 面 就 地 热 再 生 时 的 加 热 均 匀 性 与 效 率,文 章 提 出 基 于 红 外 辐 射 的 加 热 方 法,采 用 有 限 元()仿 真 软 件 对 就 地 热 再 生 持 续 式 加 热 和 不 同
2、 的 间 歇 式 加 热 方 式 进 行 数 值 模拟,基 于 加 热 步 数、加 热 时 间、间 歇 时 间、加 热 时 长 和 总 时 长 等 因 素 进 行 对 比 分 析 加 热 效 果。结 果表 明,延 长 两 步 法 间 歇 式 加 热 中 熄 火 间 歇 时 间 和 固 定 循 环 加 热 时 长 均 可 降 低 路 表 最 高 温 和 实 际 加热 时 长,但 会 延 长 总 施 工 时 长,降 低 施 工 效 率。综 合 实 际 施 工 质 量、升 温 速 率、施 工 效 率、能 源 节 约来 看,两 步 法 间 歇 式 加 热 方 式效 果 最 优。关 键 词:沥 青 路
3、面;就 地 热 再 生;红 外 辐 射;有 限 元 模 拟前言就 地 热 再 生 的 技 术 优 点 众 多,而 这 种 技 术 的 核心 就 是 对 沥 青 路 面 加 热。目 前 广 泛 使 用 路 面 加热 方 法 主 要 有 三 种:红 外 线 辐 射 式 加 热、热 风 循环 式 加 热、微 波 加 热。由 于 不 同 加 热 方 式 的 加 热 原理 不 同,加 热 特 性 也 各 有 优 势 与 缺 陷。红 外 辐 射加 热 能 够 在 短 时 间 内 提 高 沥 青 路 面 的 温 度,但 辐 射能 量 大、沥 青 导 热 性 差,使 用 此 方 法 常 会 导 致 表 面沥
4、青 产 生 严 重 老 化、甚 至 烤 焦 起 火 等 问 题。热 风循 环 加 热 沥 青 路 面 老 化 程 度 小 且 易 于 控 制,但 将 距沥 青 路 面深 度 处 的 温 度 提 高 至 施 工 温 度 所 需的 时 间 太 长,通 常 需 之 久,施 工 深 度 要 求 更 大的 话 则 需 更 长。微 波 加 热 方 法 对 沥 青 路 面 穿 透 力深、加 热 均 匀 而 且 不 会 把 表 面 烧 焦,但 微 波 通 常 可穿 透 沥 青 路 面 深 度 达,对 不 必 要 加 热 的 区 域 进行 了 加 热,微 波 使 用 过 程 中 的 泄 露 存 在 着 极 大
5、的 安全 隐 患。因 此 寻 找 能 够 融 合 不 同 加 热 方 式 的 优点,并 且 可 以 节 约 能 源 最 大 限 度 回 收的 加 热 方式 就 具 有 重 要 意 义。为 了 提 高 沥 青 路 面 就 地 热 再 生 时 的 加 热 均 匀性 与 效 率,本 文 提 出 一 种 基 于 红 外 辐 射 的 多 步 法 红外 辐 射 间 歇 加 热 方 法,通 过 建 立 协 同 加 热 沥 青 路 面的 物 理 模 型 与 数 学 模 型,借 助 有 限 元()仿真 软 件 进 行 仿 真 分 析,获 得 一 种 具 有 红 外 加 热 速 度快、节 约 能 量、防 止 沥
6、青 表 面 过 热 的 加 热 方 法,避 免沥 青 路 面 就 地 热 再 生 中 沥 青 起 火、老 化,影 响 再 生质 量。沥 青 路 面 就 地 热 再 生 施 工 工 艺多 步 法 就 地 热 再 生 工 艺 采 用 两 台 加 热 铣 刨 机将 沥 青 路 面 再 生 厚 度 范 围 内 的 材 料 分 层 逐 次 加 热铣 刨,然 后 集 中 搅 拌 再 生。本 文 采 用 每 一 截 面 位 置处 完 成 沥 青 路 面 加 热 的 累 计 加 热 时 间 来 评 价 沥 青路 面 的 加 热 速 度。本 文 中 多 步 法 主 要 讲 述 两 步 法,即 总 加 热 厚 度
7、,第 一 步 先 加 热,后 铣 刨;第二 步 加 热 剩 下,后 铣 刨。若 是 多 步 加 热 则 按 上述 流 程 继 续 加 热。沥 青 路 面 红 外 辐 射 加 热 模 型 沥 青 路 面 结 构 与 参 数本 文 以 典 型 的 半 刚 性 基 层 沥 青 路 面 结 构 为 研究 对 象,路 面 结 构 及 其 热 物 性 参 数 见 表。从 路 表到 路 基 各 层 的 路 面 材 料 结 构 分 别 为 沥 青 玛 蹄 脂、水 泥 稳 定 碎 石、石 灰 土、土 基。表路 面 结 构 层 热 物 性 参 数沥 青 混 合 料 类 型导 热 系 数()比 热 容()密 度()
8、深 度()水 泥 稳 定 碎 石 石 灰 土 土 基 边 界 条 件 与 参 数红 外 辐 射 加 热 板 的 边 界 条 件 设 置 为 墙 壁 类 型中 辐 射 模 型,发 射 率 设 置 为。其 中 红 外 辐 射 加热 板 和 沥 青 路 面 表 层 间 的 保 温 层 理 想 状 态 下 不 向外 界 散 热,故 设 置 为 绝 热 墙 壁。同 时 沥 青 路 面 表 层也 吸 收 红 外 辐 射 加 热 板 所 释 放 的 辐 射 热 量,沥 青 路面 表 层 的 发 射 率 设 置 为。仿 真 过 程 中 在 距 沥 青路 面 层 中 心、和深 度 处 分 别 设 置 温 度 监
9、 控 器,记 录 随 时 间 及 加 热 方式 的 变 化 中 整 个 沥 青 路 面 温 度 场 的 温 度 变 化 情 况。在 对 整 个 仿 真 环 境 初 始 化 时,以 整 个 仿 真 环 境 温 度为为 开 始,仿 真 时 间 设 置 为以 上 直 到处 温 度 达 到。设 置 红 外 辐 射 热 流 密 度 为;太 阳 辐 射 吸 收 率 ;路 面 发 射 率;绝 对 零 值;常数();红 外 辐 射 加 热 板 距沥 青 路 面 的 距 离 选 取。为 分 析 研 究 不 同 红 外 辐 射 加 热 控 制 方 式 对 沥青 路 面 温 度 场 的 影 响,对 红 外 辐 射
10、加 热 时 间 进 行 控制。间 歇 式 加 热 方 式 采 用 的 流 程 为“首 次 加 热停止 加 热循 环 加 热停 止 加 热循 环 加 热停 止”,其 中 间 歇 式 加 热 方 式规 律 为:首 次 加 热 时间 为,熄 火 时 间 为,以 后 每次 加 热 时 长 缩短(即 第次 加 热 时 长 为),直 到 加 热 时 长 保持后 循 环 加 热 时 长 为,即 第、次 及 其 之后 加 热 时 间 均 为。其 中 具 体 时 长 控 制 见 表。表红 外 辐 射 加 热 时 间 控 制 方 式 加 热 状 态加 热 方 式 点 火()熄 火()点 火()熄 火()点 火()
11、熄 火()间 歇 式 加 热 方 式间 歇 式 加 热 方 式间 歇 式 加 热 方 式 两 步 法 建 模 时 建 立 两 个 温 度 场 模 型,第 二 个 模型 的 初 始 温 度 场 为 第 一 步 模 型 达 到 加 热 标 准 时 的温 度 场。沥 青 路 面 加 热 数 值 计 算 与 分 析 一 步 法 和 多 步 法 对 沥 青 路 面 温 度 场 分 布 影 响目 前 常 用 就 地 热 再 生 微 波 加 热 多 为 一 步 加 热,为 对 比 分 析 一 步 加 热 和 多 步 加 热 对 沥 青 路 面 温 度场 分 布 影 响,采 用 一 步 法 间 歇 式 加 热
12、 方 式和 两 步法 间 歇 式 加 热 方 式进 行 模 拟 对 比 分 析。(1074,100)0cm0.5cm1cm2cm4cm6cm8cm2004006008001000-时间(s)350300250200150100500距沥青路面层中心距离(cm)图一 步 法 间 歇 式 加 热 方 式(410,100)0cm0.5cm1cm2cm4cm6cm8cm100200300600时间(s)300250200150100500距沥青路面层中心距离(cm)500400()第 一 步 加 热(240,100)2cm2.5cm3cm4cm6cm8cm10cm100200300600时间(s)30
13、0250200150100500距沥青路面层中心距离(cm)500400()第 二 步 加 热图两 步 法 间 歇 式 加 热 方 式图、图所 示 分 别 为 一 步 法 和 两 步 法 间 歇 式加 热 方 式对 沥 青 路 面 加 热 至 路 面 深 度达 到以 上 路 面 的 温 度 变 化 情 况。从 图可 以 看 出采 用 一 步 法 间 歇 式 加 热 方 式对 沥 青 路 面 进 行 加热 时,沥 青处 最 高 温 度 达 到需 要,在 加 热 过 程 中,路 表 最 高 温 度 达 到。虽 然 深层 到 达 了 施 工 常 用 的以 上,但 沥 青 的 起 火 温度 一 般 为
14、,表 层 的 温 度 已 超 出 沥 青 的 起 火 温度,路 面 的 加 热 质 量 较 差,加 热 后 大 部 分 沥 青 混 凝土 可 能 被 烤 焦 或 老 化,从 而 铣 刨 沥 青 不 能 用 于 再 生所 需。从 图可 以 看 出,采 用 本 文 提 出 的 两 步 法 间歇 式 加 热 方 式对 沥 青 路 面 进 行 加 热,两 步 法 中 沥青 路 表 最 高 温 度 为,与 一 步 间 歇 式 加 热 方 式相 比,路 表 的 最 高 温 度 下 降,且 其 路 表 温 度 普遍 在之 间,可 有 效 地 降 低 混 凝 土 的 老 化情 况。第 一 步 中处 达 到总
15、时 间 为,铣 刨后 再 次 加 热 至 铣 刨 路 面处 达 到总 时 间 为,总 处 理 时 间 为,其 中 加 热 时 间为,熄 火 时 间 为。从 一 步 法 和 两 步 法 间 歇 式 加 热 对 沥 青 路 面 温度 场 分 布 结 果 可 知,两 步 法 不 仅 加 热 时 间 远 小 于 一步 法,且 其 施 工 时 间 也 远 小 于 一 步 法,还 可 避 免 沥青 高 温 失 火 的 情 况,有 效 地 降 低 混 凝 土 的 老 化 状况。这 是 由 于 红 外 线 波 长 较 短 的 部 分 难 以 渗 透 到沥 青 路 面 深 层,而 沥 青 混 凝 土 又 是 热
16、 的 不 良 导 体,在 加 热 过 程 中,沥 青 路 表 面 温 度 在 短 时 间 内 会 急 剧升 高,当 路 面 铣 刨 层 达 到 施 工 要 求 的 温 度 时,路 表由 于 加 温 时 间 太 长,温 度 急 速 升 高 甚 至 会 造 成 沥 青路 面 焦 化 起 火。因 此,在 施 工 过 程 中,两 步 法 比 一步 法 施 工 质 量 好,更 能 节 约 施 工 时 间,从 而 提 高 施工 效 率。连 续 加 热 和 间 歇 加 热 对 沥 青 路 面 温 度 场 分 布影 响目 前 常 用 就 地 热 再 生 微 波 加 热 多 为 连 续 式 加热,为 对 比 分
17、 析 连 续 加 热 和 间 歇 式 加 热 对 对 沥 青 路面 温 度 场 分 布 影 响,采 用 两 步 法 连 续 式 加 热 和 两 步法 间 歇 式 加 热 方 式进 行 模 拟 对 比 分 析。图所 示为 两 步 法 连 续 加 热 后 沥 青 路 面 温 度 场 分 布 情 况。从 图可 以 看 出 出 采 用 两 步 法 连 续 式 加 热 方 式对 沥 青 路 面 进 行 加 热 时,第 一 步 中 路 面 深 度处达 到总 时 间 为,路 表 最 高 温;铣 刨后 再 次 加 热 至 铣 刨 路 面处 达 到总 时间 为,路 表 最 高 温。即 总 加 热 时 长 为,路
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- 基于 红外 辐射 步法 就地 再生 沥青路面 加热 效果 研究
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