用于路面再生的機(jī)動(dòng)微波處理單元以及瀝青路面生產(chǎn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是瀝青生產(chǎn)的技術(shù)領(lǐng)域。更特別是，本發(fā)明涉及在機(jī)動(dòng)瀝青生產(chǎn)設(shè)備中使 用微波能量。
【背景技術(shù)】
[0002] 瀝青再循環(huán)和回收是除去老化瀝青路面的過程。該過程能夠從大約很小的英寸至 幾英寸的瀝青路面去除，并能夠包括除去瀝青下面的一部分基部集料和將它壓碎至特殊尺 寸。在除去和壓碎材料之后，產(chǎn)品與瀝青乳液混合（在大部分情況下，乳液添加的比率為大 約1. 5% -6%重量），這具有改進(jìn)成用于特殊區(qū)域和天氣條件的性能特征。
[0003] 來自DOT公司的報(bào)告表示了方法之間的成功和失敗的不連貫率（disconnected rate)，且對(duì)于瀝青再生當(dāng)前沒有要遵循的國(guó)家規(guī)范。DOT公司、城鎮(zhèn)和縣都尋找更好更經(jīng)濟(jì) 的方式來延長(zhǎng)路面壽命。近年來，現(xiàn)場(chǎng)熱再生（"HIR"）處理的普及度已經(jīng)在增長(zhǎng)，但是這 些處理具有多個(gè)缺陷。這些缺陷包括處理對(duì)環(huán)境不友好、引起污染、以及需要大量的能量來 產(chǎn)生用于HIR處理所需的熱量。
[0004] 還有其它用于路面再生的方法，包括CIR-冷現(xiàn)場(chǎng)再生、FDR-全深度再生以及 HIR-熱現(xiàn)場(chǎng)再生。
[0005] CIR是對(duì)環(huán)境友好的路面恢復(fù)處理，該路面恢復(fù)處理在不使用熱量的情況下進(jìn)行， 該CIR從二十一世紀(jì)初期以來就是普通的路面恢復(fù)技術(shù)。兩種最普通的CIR方法使用瀝青 乳液或泡沫瀝青作為穩(wěn)定劑。在任何位置，2至5英寸的當(dāng)前道路表面磨碎至特定集料尺 寸，與乳液或泡沫瀝青混合，然后重新用于鋪設(shè)該相同道路。使用的設(shè)備（圖1)在單次通 過時(shí)碾碎一部分路面（直到14英尺寬），使它通過機(jī)動(dòng)的壓碎和尺寸設(shè)置裝置，然后通過攪 拌機(jī)，瀝青穩(wěn)定劑在該攪拌機(jī)中添加，最終的材料堆在后部外，在該處，它由標(biāo)準(zhǔn)的瀝青鋪 設(shè)設(shè)備來拾取，并向下鋪設(shè)至相同的道路表面上。聯(lián)合鋪路機(jī)為大約150'長(zhǎng)。
[0006] CIR生產(chǎn)的最終產(chǎn)品有大約10%的氣隙（與用于熱混合瀝青的3-7%比較）， 并有新近熱混合瀝青的結(jié)構(gòu)值的大約60-80 % (AASHT0層系數(shù)0. 25-0. 28vs熱混合的 0. 35-0. 44)。因此，最終產(chǎn)品具有明顯較差的初始完整性，且在質(zhì)量上在強(qiáng)度和壽命方面比 新近的瀝青路面更差。
[0007] FDR本質(zhì)上與CIR類似，盡管通常該方法將再生更多基部材料，其中，通常2+英寸 的基部被拔起和包含在再生處理中。
[0008] HIR也是類似的處理，包括四個(gè)步驟：（1)通過熱量來使得路面表面軟化；（2)機(jī)械 除去表面材料；（3)使得該材料與再生劑和/或原始集料和瀝青粘合劑混合；以及（4)將再 生的混合物放置和鋪設(shè)在路面表面上。用于執(zhí)行HIR的設(shè)備近似200英尺或更長(zhǎng)的長(zhǎng)度， 包括預(yù)熱器、翻路機(jī)和混合設(shè)備。HIR通常限制為只再生路面的上部1至2英寸。還沒有關(guān) 于HIR路面的結(jié)構(gòu)值的可用公布研宄，不過，因?yàn)槭褂玫姆椒?，它同樣等效或稍微?yōu)于CIR， 但是仍然并不等效于新瀝青路面。生產(chǎn)HIR所需的設(shè)備使用大量的熱量來軟化路面。路面 通常在加熱后翻松，而不是磨碎，這與CIR相比導(dǎo)致更不確定的路面邊緣-使得完成的最終 產(chǎn)品較差。熱量通常通過紅外線加熱器來產(chǎn)生，該紅外線加熱器使用丙烷作為燃料源（最 通常使用Heat Master 16)。根據(jù)制造商的規(guī)格，HM-16具有每主面板8222000BTU/hr輸出 X 2 = 16444000BTU/hr的總BTU/hr輸出。因?yàn)橹苯訉⒏邿崃渴┘釉诼访嫔希虼藶r青粘合 劑將老化和因此硬化，從而降低了最終產(chǎn)品抗熱裂化的能力。
[0009] 由于再生設(shè)備機(jī)組的尺寸，這些路面復(fù)原方法最適合較長(zhǎng)部分的路面，如圖2中 所示。HIR設(shè)備機(jī)組能夠相當(dāng)大（圖3)。
[0010] 我們國(guó)家的道路在過去二十年里的增長(zhǎng)交通要求、減少的預(yù)算資金以及對(duì)于安 全、高效和具有成本效益的道路系統(tǒng)的需求都導(dǎo)致明顯增加了再生我們現(xiàn)有路面的需求。 過去的25年也發(fā)現(xiàn)，作為現(xiàn)有路面復(fù)原的、在技術(shù)上和環(huán)境上優(yōu)選的方式，瀝青的再生和 利用明顯增加。瀝青再生和利用需要進(jìn)行改進(jìn)，以便滿足提供安全、高效的道路的全部社 會(huì)目標(biāo)，同時(shí)還需要明顯降低對(duì)環(huán)境的影響和能量（油）的消耗（與普通路面重新建造相 比）。通過新結(jié)構(gòu)來快速發(fā)展道路網(wǎng)絡(luò)的時(shí)期到達(dá)頂點(diǎn)，現(xiàn)有道路的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)已經(jīng)老化，大 量的道路正接近它們的有利使用壽命的結(jié)束。有限的資金和對(duì)現(xiàn)有資源的需求已經(jīng)將重點(diǎn) 從新結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成保持和/或延長(zhǎng)現(xiàn)有道路的使用壽命。實(shí)施更及時(shí)或提前的預(yù)防維護(hù)和復(fù) 原處理已經(jīng)用作保持現(xiàn)有道路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的方式。
[0011] 盡管這些現(xiàn)有技術(shù)在環(huán)境上更合理和具有成本效益，但是由于缺乏對(duì)它們的優(yōu)點(diǎn) 的了解和意識(shí)以及一些公司對(duì)試驗(yàn)新策略的猶豫，它們的實(shí)施不能被廣泛接受。在一些情 況下，導(dǎo)致不成熟的失敗的不正確的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)技術(shù)阻止了這些技術(shù)的發(fā)展。這些障礙阻 礙了市場(chǎng)化的努力以及對(duì)新穎和改進(jìn)的再生策略的促進(jìn)。下面列出阻礙原地再生實(shí)施的一 些障礙：缺乏經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)專家；本地承包商不可用；缺乏瀝青行業(yè)的本地支持；很難保留適 合范圍；偏見和誤解；過去不成熟的失??；缺乏對(duì)合適使用和處理控制的清楚指導(dǎo)；不一致 的規(guī)格；沒有意識(shí)到成本效益；關(guān)于HIR的空氣質(zhì)量問題；再生設(shè)備的較大成本；關(guān)于結(jié)構(gòu) 能力適當(dāng)性的問題；在安裝最終的熱混合瀝青（"HMA"）或可選的粗磨料之前，很多使用的 乳液需要直到一周來"固化"，這導(dǎo)致建造的較大延遲，在一些情況下建造設(shè)備的雙重運(yùn)動(dòng) 增加了成本和建造的持續(xù)時(shí)間；工程乳液和泡沫乳液在整個(gè)國(guó)家具有不一致的成功率，這 使得一些承包商沒有意愿來加入這種節(jié)省成本的方法；對(duì)于新的乳液混合物設(shè)計(jì)，需要在 項(xiàng)目規(guī)范和投標(biāo)之前進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。根據(jù)當(dāng)前的成功率，這是障礙；HIR方法消耗 大量的能量來實(shí)現(xiàn)；且盡管現(xiàn)有的再生方法增加了老化路面的壽命，但是它們?nèi)匀贿_(dá)不到 新HMA總體性能標(biāo)準(zhǔn)。
[0012] 因此，還需要一種提高的瀝青再生產(chǎn)品和方法，它沒有現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的是提供一種用于生產(chǎn)高性能熱混合瀝青產(chǎn)品的機(jī)動(dòng)瀝青設(shè)備的改 進(jìn)裝置和方法，該機(jī)動(dòng)瀝青設(shè)備包括：RAP材料；乳液，該乳液添加給RAP ;以及低能微波加 熱系統(tǒng)，用于處理RAP乳液混合物。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過參考下面的說明、附圖和權(quán)利要求 將清楚本發(fā)明的這些和其它目的。
【附圖說明】
[0014] 圖1表示了沿道路運(yùn)動(dòng)的CIR設(shè)備機(jī)組。
[0015] 圖2表不了 HIR設(shè)備機(jī)組的一部分。
[0016] 圖3表示了沿道路運(yùn)動(dòng)的HIR設(shè)備機(jī)組，它通過來自較大燃料箱的直接火焰來加 熱路面，該燃料箱位于被牽引的拖車的頂部。
[0017] 圖4表示了在拾取機(jī)和鋪路機(jī)前面的、注射工程乳液的CIR機(jī)組。
[0018] 圖5表示了拾取機(jī)和鋪路機(jī)，其中，本發(fā)明將布置于它們之間。
[0019] 圖 6 表示了 MLEHS。
[0020] 圖 7 表示了 MLEHS。
[0021] 圖 8 表示了 MLEHS。
[0022] 圖 9 表示了 MLEHS。
[0023] 圖 10 表示了 MLEHS。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本發(fā)明的目的是克服與當(dāng)前再生方法相關(guān)聯(lián)的問題，努力提供更好路面性能的方 案，同時(shí)經(jīng)濟(jì)和節(jié)省能源。本發(fā)明在乳液混合階段完成（在標(biāo)準(zhǔn)CIR或FDR再生設(shè)備機(jī)組 中）的過程中或之后處理再生的瀝青，并使用微波系統(tǒng)來快速地加熱材料，該微波系統(tǒng)包 括最少四個(gè)微波發(fā)射單元，這四個(gè)微波發(fā)射單元具有分配器/波導(dǎo)件，該分配器/波導(dǎo)件將 微波能量從各發(fā)射器引導(dǎo)入兩個(gè)旋轉(zhuǎn)頭部加熱腔室中，使用大約2. 4或915MHz。微波處理 在本文中稱為低能加熱系統(tǒng)"LEHS"或機(jī)動(dòng)低能加熱系統(tǒng)（"MLEHS"）。使用連續(xù)微波能夠 使得功率和強(qiáng)度循環(huán)，以便獲得在控制表面上的最佳加熱效果。用于傳送微波能量的另一 可能結(jié)構(gòu)是通過管或不銹鋼管（使用不銹鋼螺旋傳送器）（或者其它適合抗微波能量損壞 的材料），同時(shí)使用波導(dǎo)件來分配來自各發(fā)射器的微波能量，并從多側(cè)引導(dǎo)能量進(jìn)入腔室。
[0025] 微波單元具有合適的屏蔽，以便保護(hù)操作人員和向材料提供足夠熱量，從而在運(yùn) 行通過MLEHS處理器時(shí)獲得大約220至340華氏度的溫度。當(dāng)材料傳送通過MLEHS加熱腔 室時(shí)施加正確的熱量，且關(guān)鍵是軟化在老化瀝青中存在的有限瀝青乳液粘合劑，從而使它 與新的瀝青乳液混合。完成的材料在所需溫度下落入鋪路機(jī)中，以便在存在于老化路面中 的剩余瀝青和引入的新乳液之間提供最佳的壓緊和熔合。
[0026] 圖4中表示了使用現(xiàn)有CIR設(shè)備機(jī)組的方法。該設(shè)備直接從道路上除去舊的路面 或者路面和基部材料。路面材料被除去和傳送至混合站，在該混合站中注入直到兩種不同 的新工程瀝青乳液粘合劑，注射的材料再落回至地面。該處理在設(shè)備機(jī)組沿道路運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn) 行。在大型的設(shè)備機(jī)組之后，較小的"拾取"單元跟隨運(yùn)動(dòng)，從道路上除去注射的材料，并使 它落入鋪路機(jī)中，以便重新安裝在道路上（圖5)。
[0027] 圖6-10中所示的模型表示了 MLEHS微波處理器的結(jié)構(gòu)，該MLEHS微波處理器能夠 插入設(shè)備機(jī)組中并在拾取機(jī)后面和恰好在鋪路機(jī)前面。當(dāng)圖5中所示的拾取機(jī)從地面上 除去注射后的再生瀝青路面（"RAP"）時(shí)，它向上傳送，并直接置于在MLEHS前面的傳送器 上。注射后的RAP在它通過MLEHS時(shí)加熱至用于該區(qū)域的設(shè)計(jì)性能HMA混合物規(guī)格。高性 能HMA離開MLEHS，并直接落在鋪路機(jī)上，用于均勻地分布在道路上。壓緊輥跟隨鋪路機(jī)運(yùn) 動(dòng)，以便壓緊HMA至正確的壓緊水平。其它可能的MLEHS結(jié)構(gòu)包括將微波單元安裝在鋪路 機(jī)的頂上或者附接在再生攪拌機(jī)上，新乳液引入該再生攪拌機(jī)中。
[0028] 圖6中所示的MLEHS裝置包括四個(gè)微波發(fā)射器單元，這四個(gè)微波發(fā)射器單元具有 內(nèi)部布置的分配器/波導(dǎo)件，該分配器/波導(dǎo)件將來自各發(fā)射器的微波能量引導(dǎo)到兩個(gè)旋 轉(zhuǎn)頭部加熱腔室中，各發(fā)射器使用大約2. 4或915MHz (低能加熱系統(tǒng)）。不過，根據(jù)用途能 夠使用不同數(shù)目的微波發(fā)射器。例如，可以使用多至10或更多微波發(fā)射器，并有內(nèi)部布置 的分配器/波導(dǎo)件，該分配器/波導(dǎo)件將來自各發(fā)射器的微波能量引導(dǎo)到兩個(gè)旋轉(zhuǎn)頭部加 熱腔室中。
[0029] MLEHS裝置將由較小的半牽引車來拉動(dòng)，該半牽引車具有向左或向右偏離中心的 操作人員站，以便容納材料傳送器。注射后的RAP材料供給至一端到傳送器上，進(jìn)行處理， 然后從另一端直接沉積在鋪路機(jī)中。這種單元使用它自帶的發(fā)電機(jī)來作為電源。當(dāng)產(chǎn)生高 性能HMA時(shí)，組合的發(fā)電機(jī)和微波功率使用為大約800000BTU每小時(shí)（只是用于HIR設(shè)備 的 16000000BTU/HR 的一小部分）。