用于路面再生的机动微波处理单元以及沥青路面生产的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是沥青生产的技术领域。更特别是，本发明涉及在机动沥青生产设备中使 用微波能量。
【背景技术】
[0002] 沥青再循环和回收是除去老化沥青路面的过程。该过程能够从大约很小的英寸至 几英寸的沥青路面去除，并能够包括除去沥青下面的一部分基部集料和将它压碎至特殊尺 寸。在除去和压碎材料之后，产品与沥青乳液混合（在大部分情况下，乳液添加的比率为大 约1. 5% -6%重量），这具有改进成用于特殊区域和天气条件的性能特征。
[0003] 来自DOT公司的报告表示了方法之间的成功和失败的不连贯率（disconnected rate)，且对于沥青再生当前没有要遵循的国家规范。DOT公司、城镇和县都寻找更好更经济 的方式来延长路面寿命。近年来，现场热再生（"HIR"）处理的普及度已经在增长，但是这 些处理具有多个缺陷。这些缺陷包括处理对环境不友好、引起污染、以及需要大量的能量来 产生用于HIR处理所需的热量。
[0004] 还有其它用于路面再生的方法，包括CIR-冷现场再生、FDR-全深度再生以及 HIR-热现场再生。
[0005] CIR是对环境友好的路面恢复处理，该路面恢复处理在不使用热量的情况下进行， 该CIR从二十一世纪初期以来就是普通的路面恢复技术。两种最普通的CIR方法使用沥青 乳液或泡沫沥青作为稳定剂。在任何位置，2至5英寸的当前道路表面磨碎至特定集料尺 寸，与乳液或泡沫沥青混合，然后重新用于铺设该相同道路。使用的设备（图1)在单次通 过时碾碎一部分路面（直到14英尺宽），使它通过机动的压碎和尺寸设置装置，然后通过搅 拌机，沥青稳定剂在该搅拌机中添加，最终的材料堆在后部外，在该处，它由标准的沥青铺 设设备来拾取，并向下铺设至相同的道路表面上。联合铺路机为大约150'长。
[0006] CIR生产的最终产品有大约10%的气隙（与用于热混合沥青的3-7%比较）， 并有新近热混合沥青的结构值的大约60-80 % (AASHT0层系数0. 25-0. 28vs热混合的 0. 35-0. 44)。因此，最终产品具有明显较差的初始完整性，且在质量上在强度和寿命方面比 新近的沥青路面更差。
[0007] FDR本质上与CIR类似，尽管通常该方法将再生更多基部材料，其中，通常2+英寸 的基部被拔起和包含在再生处理中。
[0008] HIR也是类似的处理，包括四个步骤：（1)通过热量来使得路面表面软化；（2)机械 除去表面材料；（3)使得该材料与再生剂和/或原始集料和沥青粘合剂混合；以及（4)将再 生的混合物放置和铺设在路面表面上。用于执行HIR的设备近似200英尺或更长的长度， 包括预热器、翻路机和混合设备。HIR通常限制为只再生路面的上部1至2英寸。还没有关 于HIR路面的结构值的可用公布研宄，不过，因为使用的方法，它同样等效或稍微优于CIR， 但是仍然并不等效于新沥青路面。生产HIR所需的设备使用大量的热量来软化路面。路面 通常在加热后翻松，而不是磨碎，这与CIR相比导致更不确定的路面边缘-使得完成的最终 产品较差。热量通常通过红外线加热器来产生，该红外线加热器使用丙烷作为燃料源（最 通常使用Heat Master 16)。根据制造商的规格，HM-16具有每主面板8222000BTU/hr输出 X 2 = 16444000BTU/hr的总BTU/hr输出。因为直接将高热量施加在路面上，因此沥青粘合 剂将老化和因此硬化，从而降低了最终产品抗热裂化的能力。
[0009] 由于再生设备机组的尺寸，这些路面复原方法最适合较长部分的路面，如图2中 所示。HIR设备机组能够相当大（图3)。
[0010] 我们国家的道路在过去二十年里的增长交通要求、减少的预算资金以及对于安 全、高效和具有成本效益的道路系统的需求都导致明显增加了再生我们现有路面的需求。 过去的25年也发现，作为现有路面复原的、在技术上和环境上优选的方式，沥青的再生和 利用明显增加。沥青再生和利用需要进行改进，以便满足提供安全、高效的道路的全部社 会目标，同时还需要明显降低对环境的影响和能量（油）的消耗（与普通路面重新建造相 比）。通过新结构来快速发展道路网络的时期到达顶点，现有道路的基础结构已经老化，大 量的道路正接近它们的有利使用寿命的结束。有限的资金和对现有资源的需求已经将重点 从新结构转变成保持和/或延长现有道路的使用寿命。实施更及时或提前的预防维护和复 原处理已经用作保持现有道路基础结构的方式。
[0011] 尽管这些现有技术在环境上更合理和具有成本效益，但是由于缺乏对它们的优点 的了解和意识以及一些公司对试验新策略的犹豫，它们的实施不能被广泛接受。在一些情 况下，导致不成熟的失败的不正确的设计及结构技术阻止了这些技术的发展。这些障碍阻 碍了市场化的努力以及对新颖和改进的再生策略的促进。下面列出阻碍原地再生实施的一 些障碍：缺乏经验和技术专家；本地承包商不可用；缺乏沥青行业的本地支持；很难保留适 合范围；偏见和误解；过去不成熟的失败；缺乏对合适使用和处理控制的清楚指导；不一致 的规格；没有意识到成本效益；关于HIR的空气质量问题；再生设备的较大成本；关于结构 能力适当性的问题；在安装最终的热混合沥青（"HMA"）或可选的粗磨料之前，很多使用的 乳液需要直到一周来"固化"，这导致建造的较大延迟，在一些情况下建造设备的双重运动 增加了成本和建造的持续时间；工程乳液和泡沫乳液在整个国家具有不一致的成功率，这 使得一些承包商没有意愿来加入这种节省成本的方法；对于新的乳液混合物设计，需要在 项目规范和投标之前进行大量的实验室测试。根据当前的成功率，这是障碍；HIR方法消耗 大量的能量来实现；且尽管现有的再生方法增加了老化路面的寿命，但是它们仍然达不到 新HMA总体性能标准。
[0012] 因此，还需要一种提高的沥青再生产品和方法，它没有现有技术的缺陷和缺点。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的是提供一种用于生产高性能热混合沥青产品的机动沥青设备的改 进装置和方法，该机动沥青设备包括：RAP材料；乳液，该乳液添加给RAP ;以及低能微波加 热系统，用于处理RAP乳液混合物。本领域技术人员通过参考下面的说明、附图和权利要求 将清楚本发明的这些和其它目的。
【附图说明】
[0014] 图1表示了沿道路运动的CIR设备机组。
[0015] 图2表不了 HIR设备机组的一部分。
[0016] 图3表示了沿道路运动的HIR设备机组，它通过来自较大燃料箱的直接火焰来加 热路面，该燃料箱位于被牵引的拖车的顶部。
[0017] 图4表示了在拾取机和铺路机前面的、注射工程乳液的CIR机组。
[0018] 图5表示了拾取机和铺路机，其中，本发明将布置于它们之间。
[0019] 图 6 表示了 MLEHS。
[0020] 图 7 表示了 MLEHS。
[0021] 图 8 表示了 MLEHS。
[0022] 图 9 表示了 MLEHS。
[0023] 图 10 表示了 MLEHS。
【具体实施方式】
[0024] 本发明的目的是克服与当前再生方法相关联的问题，努力提供更好路面性能的方 案，同时经济和节省能源。本发明在乳液混合阶段完成（在标准CIR或FDR再生设备机组 中）的过程中或之后处理再生的沥青，并使用微波系统来快速地加热材料，该微波系统包 括最少四个微波发射单元，这四个微波发射单元具有分配器/波导件，该分配器/波导件将 微波能量从各发射器引导入两个旋转头部加热腔室中，使用大约2. 4或915MHz。微波处理 在本文中称为低能加热系统"LEHS"或机动低能加热系统（"MLEHS"）。使用连续微波能够 使得功率和强度循环，以便获得在控制表面上的最佳加热效果。用于传送微波能量的另一 可能结构是通过管或不锈钢管（使用不锈钢螺旋传送器）（或者其它适合抗微波能量损坏 的材料），同时使用波导件来分配来自各发射器的微波能量，并从多侧引导能量进入腔室。
[0025] 微波单元具有合适的屏蔽，以便保护操作人员和向材料提供足够热量，从而在运 行通过MLEHS处理器时获得大约220至340华氏度的温度。当材料传送通过MLEHS加热腔 室时施加正确的热量，且关键是软化在老化沥青中存在的有限沥青乳液粘合剂，从而使它 与新的沥青乳液混合。完成的材料在所需温度下落入铺路机中，以便在存在于老化路面中 的剩余沥青和引入的新乳液之间提供最佳的压紧和熔合。
[0026] 图4中表示了使用现有CIR设备机组的方法。该设备直接从道路上除去旧的路面 或者路面和基部材料。路面材料被除去和传送至混合站，在该混合站中注入直到两种不同 的新工程沥青乳液粘合剂，注射的材料再落回至地面。该处理在设备机组沿道路运动时进 行。在大型的设备机组之后，较小的"拾取"单元跟随运动，从道路上除去注射的材料，并使 它落入铺路机中，以便重新安装在道路上（图5)。
[0027] 图6-10中所示的模型表示了 MLEHS微波处理器的结构，该MLEHS微波处理器能够 插入设备机组中并在拾取机后面和恰好在铺路机前面。当图5中所示的拾取机从地面上 除去注射后的再生沥青路面（"RAP"）时，它向上传送，并直接置于在MLEHS前面的传送器 上。注射后的RAP在它通过MLEHS时加热至用于该区域的设计性能HMA混合物规格。高性 能HMA离开MLEHS，并直接落在铺路机上，用于均匀地分布在道路上。压紧辊跟随铺路机运 动，以便压紧HMA至正确的压紧水平。其它可能的MLEHS结构包括将微波单元安装在铺路 机的顶上或者附接在再生搅拌机上，新乳液引入该再生搅拌机中。
[0028] 图6中所示的MLEHS装置包括四个微波发射器单元，这四个微波发射器单元具有 内部布置的分配器/波导件，该分配器/波导件将来自各发射器的微波能量引导到两个旋 转头部加热腔室中，各发射器使用大约2. 4或915MHz (低能加热系统）。不过，根据用途能 够使用不同数目的微波发射器。例如，可以使用多至10或更多微波发射器，并有内部布置 的分配器/波导件，该分配器/波导件将来自各发射器的微波能量引导到两个旋转头部加 热腔室中。
[0029] MLEHS装置将由较小的半牵引车来拉动，该半牵引车具有向左或向右偏离中心的 操作人员站，以便容纳材料传送器。注射后的RAP材料供给至一端到传送器上，进行处理， 然后从另一端直接沉积在铺路机中。这种单元使用它自带的发电机来作为电源。当产生高 性能HMA时，组合的发电机和微波功率使用为大约800000BTU每小时（只是用于HIR设备 的 16000000BTU/HR 的一小部分）。