燃氣紅外輻射加熱技術在瀝青路麵養護工程中的應用

◇武警交通第一總隊運輸物資科 桑寶才

摘 要

介紹紅外的物理特征、紅外輻射加熱的優點及加熱量計算方法，燃氣紅外輻射加 熱技術在瀝青路麵預防性養護和維修性養護作業中的應用。

關鍵詞

紅外線 燃氣 輻射加熱 瀝青路麵養護

1 前言

紅外輻射加熱技術最早出現在美國。20世紀70年代中期，為了進行航天 飛機返回大氣層時與空氣摩擦產生高溫的實驗，紅外輻射加熱技 術被用來模擬航天飛機表麵溫度在-273℃低溫迅速升高到1800℃高溫的過程。20世紀90年代 初，該技術不斷向民用領域擴散，陸續應用於塗裝、印刷、化工、食品等行業。最近幾年，隨著 紅外輻射加熱技術的優點逐步被人們認識和紅外加熱器的製造水平的日益提高，使以燃氣為能源 的紅外輻射加熱技術開始應用於瀝青路麵養護作業中。

紅外輻射(俗稱紅外線)是一種電磁波，它和可見光、紫外線、X射線以及微波、無線電一樣，既 具有波動性又具有粒子性，傳播速度約為324m/s，可以在真空中傳播，也可以在介質中傳播，具有直 射、折射、反射、幹涉、衍射等物理現象。紅外輻射的波長約為0.75~1000um(比紅光波長要長，故稱 為紅外線)。

燃氣(如液化氣等)預混合後在一定條件下進行無焰燃燒，燃後產生紅外輻射，滿足各種加熱的需 要。近幾年來在我國，燃氣紅外輻射加熱器越來越多地應用於瀝青路麵的養護作業，即為其中突出的 一例。實踐證明，它比傳統的對流加熱具有投資省、啟動快、效率高、汙染少等優點。

常用的燃氣紅外輻射加熱器有金屬網輻射器和多孔陶瓷板輻射器兩種，目前國際上大力發展 各種優質陶瓷板燃氣輻射器，它具有燃燒均勻、輻射波長和不易回火等優點。我國某高校研究所采 用一種全新的幹法成型工藝，研製X型複合層多孔陶瓷板燃氣輻射器，其技術性能明顯優於金屬網 燃氣輻射器。例如：具有該發射率表麵層，使輻射能力提高；機械強度和抗熱震性能較好，能長期承 受冷熱急變而不損壞；燃燒的穩定性和完全度好，煙氣中CO濃度低於40PPm，可以稱為清潔的綠色 燃燒裝置。

2 燃氣紅外輻射加熱熱量計算

現以瀝青路麵主題材料——瀝青混合料為例，介紹燃氣紅外輻射加熱(器)的熱量計算。

瀝青混合料加熱升溫所需要的熱量主要分為三部分：瀝青混合料升溫所需要的熱量、料箱的散熱 損失及瀝青混合料中所含水分汽化所需要的熱量。即總加熱量Q _總的計算公式為

Q_總＝Q_升+Q_散＋Q _汽 KJ (1)

式中Q_升為瀝青混合料升溫所需要的熱量；

Q_散為料箱的散熱損失；

Q_汽為水分汽化所需要的熱量。

2.1 瀝青混合料升溫所需的熱量Q_升為

Q_升＝mλ( t ₂－t ₁) KJ (2)

式中 m——瀝青混合料的質量，Kg；

λ——材料的質量熱容，KJ/(Kg·K) ；

t₂——混合料所要達到的溫度，K；

t₁——初始溫度，K，一般取當地冬天的平均氣溫為初始溫度。

瀝青混合料的加熱是靠料箱周邊的若幹個加熱器來完成的，瀝青混合料的熱量是從箱蓋及兩個端 麵散熱，其散熱損失量為

Q_散＝ Q_蓋＋ Q_端 KJ (3)

式中 Q_蓋——料箱蓋散熱量；

Q_端——料箱兩個端麵的散熱量；

Q_蓋= K(t₃－t₁)A_蓋τ KJ (4)

式中 K——總傳熱係數，KJ/(m₂·k·h) ；

t₃——料箱的平均溫度，K；

A_蓋——箱蓋散熱麵積，m₂；

τ——散熱時間，h，也是加熱時間一般視工作需要而定，若是夜間加熱，取10—12h；

K＝1/R，KJ/(m₂·k·h) (5)

式中R——隔熱層熱阻，(m₂·k·h) KJ

2.3水分汽化所需的熱量

水汽化所需的熱量分為兩部分，一部分是水從初始溫度加熱到100℃所需要的熱量；另一部分 分是水從液態變為氣態所需要的熱量。在前麵計算Q_升 時，其質量已經包含了水的質量，這裏不再計算，隻計算水從液態變為氣態所需要的熱量即 可。

Q_汽＝m _水L KJ (6)

式中 m_水——混合料中所含水量的質量，Kg ；

L——水的汽化熱，270KJ/Kg；

2.4加熱器應發出的熱量

如前所述，加熱器所供應的熱量主要用於三個方麵，一是瀝青混合料的升溫Q _升，二是加熱器的散熱損失Q_散，三是空氣流動所帶來的熱量損失Q _空。在前麵的計算中，已經計算了混合料的升溫，而加 熱器的散熱損失Q_散按照式(3)進行計算即可，在這 裏隻計算空氣流動所帶來的熱量損失。

把空氣從初始溫度t₁加熱到一定溫度t _f所需的熱量為

Q _空＝Vρλ(T_f－T₁ ) KJ (7)

式中ρ——空氣密度，Kg/m³ ；

λ——空氣的質量熱容，KJ/(Kg·K)

因此，加熱器應發出的熱量為：

Q _加＝K(Q _總＋Q _散＋Q _空) KJ (8)

式中 K為係數，取1.2~1.5。

3 燃氣紅外輻射加熱的特點

燃氣紅外輻射加熱比傳統的對流加熱具有加熱速率高、時間短等特點。依業界經驗和分析，燃氣 紅外輻射加熱有如下特點。

(1)具有較強的穿透能力，使被加熱物體的表層和內部同時被加熱，且溫度均勻。

(2)直接輻射加熱，不需要熱傳介質的傳遞，故加熱效率較高。

(3)可部分加熱，減少對不需加熱的物體加熱， 可節省能源。

(4)單位麵積內的熱傳輸量大，使燃氣紅外輻射加熱器結構緊湊、製造、安裝和維修等均簡單容 易。

(5)加熱過程清潔，無塵埃粘附在物體表麵，成為很好的無汙染加熱裝置。

(6)溫度控製容易，加熱器的啟動和停止等操作極為簡便，且安全性較好。

4 燃氣紅外輻射加熱在瀝青路麵養護中的應用

瀝青路麵養護工程大體上分為裂紋修複、坑槽維修、擁包銑削、車轍填補等幾類。對於瀝青路麵 的裂紋、坑槽等早期損傷，利用燃氣紅外輻射加熱技術均可收到極好的效果。

4.1裂紋的修複

利用燃氣紅外輻射加熱器順著裂紋對瀝青路麵加熱(視裂紋程度確定加熱時間)，自然溫度在 15~20℃時加熱1~2mm，使瀝青路麵溫度達到110℃以上，然後用輕型壓路機碾壓，直到裂紋 消失為止。

對於網紋(龜裂)病害的瀝青路麵，先清掃路麵，然後利用燃氣紅外輻射加熱器對其進行局部加 熱，視需要在其上添加熱瀝青混合料，最後用壓路機碾壓成型。

4.2坑槽的修複

對於路基完好、僅路麵麵層出現坑槽的瀝青路麵，首先把坑槽損壞的部分清除，然後填入冷瀝青混合料。利用燃氣紅外輻射加熱將其加 熱至130~150℃，隨後用壓路機碾壓即可修複。超過4cm的坑槽應分層填料、分層加熱、分層壓 實。

此外，目前我國大工程量的瀝青路麵養護工程大都采用冷銑刨工藝，瀝青路麵被銑刨後會使原有 的瀝青路邊緣銑切整齊，露出堅硬的垂直邊緣，雖然在施工時在接茬處均勻地塗刷了一層粘結瀝青， 但由於冷接縫仍然難以保證新舊瀝青混合料的有效結合。利用燃氣紅外輻射加熱器在切縫處進行加 熱，可確保切縫質量。同理，利用燃氣紅外輻射加熱器可提高瀝青路麵的擁包銑削、車轍填補等養護 施工質量。

5 結束語

燃氣紅外輻射加熱技術在我國的瀝青路麵養護工程中雖然剛開始應用，但業已顯示出許多可貴的優 點，有效地提高了瀝青路麵的養護質量，創造了良好的經濟效益和社會效益，但由於該項技術的使用時間 不長，缺少經驗，需要認真的總結和推廣。

參考文獻：

1.王誌廷.《瀝青加熱技術》.人民交通出版社，98.3

2.邵明建.《紅外線加熱技術在高速公路瀝青路麵養護中的應用》. 築路機械與施工機械化，2004.1


工程建設機械2005.NO.12

路橋養護