沥青拌和设备在生产排水性沥青混合料中的温度控制探讨
■ 长沙理工大学汽车与机械工程学院 程战锋/CHENG Zhanfeng 李自光/LI Ziguang
摘 要：针对排水性沥青路面所用沥青混合料的特点，分析沥青混合料生产过程中引起温度控制偏差产生的原因，建立了温度控制要求及设定原则，基于此原则给出了沥青温度控制规范、骨料温度控制规范和排水性沥青混合料温度控制规范，并进行了排水性沥青混合料的生产与设备性能相适应的相关调整及优化，实现了准确控制温度的目的。
关键词：拌和设备 排水性沥青混合料 温度控制
排水性沥青路面是20世纪80年代以来在发达国家发展起来的一种新型路面，它是将空隙率大（一般在17～22％）的排水性沥青混合料用于路面上面层（其下铺不透水层）。由于此种面层机构有着多孔性的特点，可使路表积水不经排水设施而直接从路面结构中下渗而迅速排出，这样就减少了溅水、喷雾等危害的发生，而且由于排水性沥青路面的骨架空隙结构，增加了路表的摩擦系数及路面抗车辙能力，进一步增加了行车安全。
由于排水性沥青路面突出的是排水机能，因此其排水性沥青混合料的最主要的一个质量检查评价指标是空隙率。在既定的生产配合比下，温度对空隙率的影响最大：沥青拌和设备生产的排水性混合料的温度过高，则易产生物料内沥青的流淌，形成结块阻塞空隙通路；温度低则现场施工作业极为困难。可以说，在排水性沥青路面铺装施工中沥青拌和楼的混合料生产是关键，沥青混合料的温度控制则是整个生产作业的核心和难点。因此，排水性混合料的生产必须在严格的温度控制要求下进行。
1 沥青拌和设备性能分析及温度控制原则
1.1 设备及路面材料的性能分析
生产排水性沥青路面混合料比生产密级配沥青混合料时生产能力降低约60%，降低的主要原因主要有：
(1)排水性沥青混合料单粒度粗骨料多，沥青拌和设备等待时间、热料仓的储藏量相应增加；
(2)为防止流淌，排水性沥青混合料生产所设定温度比通常利用粘—温曲线得出的混合温度低，为实现骨料的均匀裹覆，拌和时间延长；
(3)使用纤维质材作为添加剂，因材料计量、投入等使生产时间增加。
鉴于在生产沥青排水性路面时，沥青拌和设备的生产能力较之生产其他沥青混合料的能力要低的特征，为了能生产出合乎质量要求沥青混合料，须对设备进行必要调整，通过调整沥青拌和设备的设定参数，使之更切合排水性沥青混合料的生产，并力求降低消耗，改善设备运行效益，提高生产效率。
1.2 生产排水性沥青混合料时温度设定原则
使用颗粒状纤维添加剂，在设备的搅拌装置内完成现场改性。在形成高粘度改性沥青混合料情况下，沥青拌和设备温度控制系统的温度设定原则：
（1）骨料加热烘干温度在骨料提升机前处时为185±5℃，这样才能保证混合料温度标准不超过180±5℃范围；
（2）保证作业施工并考虑到沥青劣比性（沥青混合料到施工现场温度>160℃）；
（3）根据外界环境情况，在许可范围内适当调节混合料温度（环境温度<10℃时，温度标准定为185±5℃）。
沥青拌和设备进行排水性沥青混合料生产是建立在适宜的温度控制与质量管理基础之上的。 沥青拌和设备的控制系统采用计算机为PLG通用自动控制装置，温度控制通过感应器与设定值做比较并进行反馈，可全自动实现温控。
2 沥青温度控制
沥青温度控制主要包括基质沥青温度控制、现场改性的高粘度改性沥青温度控制两个方面。
基质沥青的储存温度主要是又基质沥青的理化性能指标决定的。沥青储罐的温度是燃烧炉加热导热油间接获得，储存温度一般依基质沥青的物性不同而有所差异，适宜的储存温度可以确保长时间储存不会影响沥青的性能，通常基级沥青储存温度设为110-130℃范围。拌和设备正常施工时，沥青温度应达到使用温度才允许生产，使用温度是依照基质沥青的粘度曲线设定，由燃烧炉加热温度自动控制系统获得。基质沥青使用温度一般为150～170℃范围。
由于高粘度改性沥青是由基质沥青在使用温度时进入搅拌锅，同时与高热骨料、纤维添加剂混合，利用热骨料的高温现场形成，因此高粘度改性沥青温度的控制主要也是由基质沥青使用温度与热骨料温度决定。其温度范围为160～175℃。
生产排水性沥青混合料与生产普通沥青混合料相比，沥青温度控制差别不大。沥青拌和设备的导热油加热及油温控制系统可方便实现沥青温度的自动调节。
3 骨料温度控制
3.1 骨料“料帘理论”
(1）与生产普通的密集性混合料相比，排水性混合料骨料是不连续的，形成的骨料帘也是不密实的。沥青拌和设备在干燥器出口设有红外温感、自动控制装置，这样当遇到断级配骨料帘时，温度自动控制系统显示的温度与实际骨料温度就会出现偏差，温度感应控制系统无法测到真实的骨料温度。
为此，通常情况下沥青拌和设备在生产排水性沥青混合料时，加入过量细集料，除了消耗掉相对过剩的烘干能力因素外，主要是通过细骨料加入构建密实的料帘，使沥青拌和设备的温度自动控制系统能真实反映加热后的骨料温度。
传统细填料充当降温剂，增加物料进给量，吸收过剩多余热能，多余物料从溢料管溢出，造成燃料、物料浪费；物料即使可重复使用，受热后也会造成物料性能变化。
(2）在生产过程中研究中可知，当骨料粒径变大混合料变粗时，红外感温系统显示温度比实际测得料温有变大的趋势；在不加细料情况下与普通混合料相比，红外感应温度与真实料温相差约10～20℃。
因而可以据此掌握骨料粒径大小与设备红外感温系统显示之间的变化关系，探索出设备温控系统在不加细料情况下实现自动真实的对热骨料的测控。当冷骨料各种粒度相对稳定时，排水性沥青混合料的热骨料形成的是稳定的不连续料帘，这样就可以利用红外感应温度与真实料温之间相对温差进行效正，实现自动真实测控。测控温度误差不大于±5℃，完全符合排水性沥青混合料温差控制需要。
(3）为实现平稳温控，在排水性沥青混合料生产中还需对原材料的干湿程度有一定的认识。增加物料含水量，以含水量的增加来降低燃烧器烘干能力，但存在含水量不均时温度控制更难以稳定的问题。
燃烧器根据实际含水量进行有效调整与之相配的烘干能力，含水量均匀性对骨料的烘干能力影响很大，含水量每降低1%。生产能力约下降10%。因此含水量不均，则易产生骨料加热温度过高或者过低，难以控制。再者各种骨料的颗粒径均匀性的影响，骨粒径均匀性若不稳定，则特别易形成不稳定、不连续、断继配料帘，使红外测温更难反映真实温度。
料帘理论的提出运用，克服了多加细骨料产生的一系列缺陷，使沥青拌和设备生产排水性沥青混合料成为现实。实现了在骨料粒度相对稳定、含水量变化不大情况下排水性沥青混合料时的准确温控，是拌和设备温度控制的重大突破。
3.2 燃烧器系统技术改造
为有效地解决烘干能力与生产排水沥青混合料匹配的问题，在更大程度降低原有系统的烘干能力，对燃烧器系统进行了改造调整。
(1）把喷油嘴变小（由φ4减小至φ3.5），减小单位时间的进油量，从整体上降低其烘干能力；
(2）调整燃油压力及进风量，匹配适合的风、油比，改善燃烧性能；
(3）优化燃烧器系统参数，使进入喷油口的燃油系统压力为25～30MPa，耗油量降为4.5～5.0kg/t，改善了设备的经济性能。
总体上解决了因沥青拌和设备生产排水性沥青混合料时生产能力下降产生的与设备烘干能力相匹配的问题。
3.3 生产循环周期的优化
在设备PLC微机自动控制系统，有许多影响设备运行的内部参数，决定着设备运行的稳定性及称量系统的准确性，影响着生产循环周期。
（1）优化沥青拌和设备内部参数。其中对循环周期有影响的是：骨料称量稳定时间、粉称量稳定时间、沥青称量稳定时间和拌锅卸料开启时间等；
（2）沥青喷油方式。喷洒式比流淌式更易均匀包裹骨料，拌和时间可以相对缩短；
（3）改进添加剂输送方式。采用在搅拌装置上侧喂料的颗粒纤维直接加入法，由人工直接将纤维素用一个定量容器，在粗集料放料的同时投入搅拌装置内，使纤维素与矿料干拌15～18s后，再喷洒沥青进行拌和。湿拌时间为40s，总拌和时间由原有的64s降低为58s，即可做到稳定剂充分打开并拌和均匀。比传统鼓风输送方式更便捷可靠，节省时间。
进行合理优化后，相对缩短每批次生产循环周期增大进料量，改善烘干能力相对过剩矛盾，设备运行也更可靠平稳。
4 混合料温度控制
为及时准确地知道沥青拌和设备生产的成品混合料温度，在设备的搅拌装置成品料出口处设置额外的料温检测装置及显示仪器，使反馈的料温更加及时准确便捷。
排水性沥青成品混合料在成品储仓内存放的时间不宜过长，因为放置久易产生高温混合料内沥青流淌，加上因其骨料粗温度易散失，就会影响物料性能，也容易发生与仓壁的粘连。所以原则上要求排水性沥青成品混合料在仓内存放时间不超过两个小时。
在寒冷季节，5℃以下或5℃以上但风力较大不得以沥青拌和设备进行生产时，采取比正常情况下相应高出一定值。为避免沥青的高温流淌及劣化现象发生，设定的温度不高于必要的混合料温195℃。
施工方法直接决定工程质量，排水性沥青混合料施工中对温度控制特别重要。一般沥青拌和设备进行排水性沥青混合料的生产时，为寻求生产排水性沥青混合料的技术改进与提高，应对生产施工过程、温度控制变化情况、技术改进的相关参数及影响温度控制的相关数据进行记录整理。排水性沥青混合料施工的记录不仅是对生产技术温度控制的不断完善有利，而且也为以后排水性的沥青混合料施工温度管理规范化提供了宝贵的基础资料。
5 结 论
通过本文分析，可以得知生产排水性沥青混合料的温度控制原则，并以次原则为依据优化设备运行参数，同时得出排水性沥青混合料在生产、储存过程中哪一个或哪几个因素是影响其温度控制的因素，从而针对这些因素在沥青拌和设备上采取相应的温控措施；通过对设备的生产能力降低（为正常生产的40％～70％）；沥青的控制温度（生产一般沥青混合料时差别不大）；骨料的控制温度（不采用加入过量细骨料的方法，而采用经验公式以求真实的测温）；改造燃烧烘干系统与生产能力降低相匹配，降低设备的烘干能力；沥青混合料的温度控制等一系列技术措施，为实现准确温度控制提出了现实依据。当然在沥青混合料的生产中还有一些有待完善的地方，如温控偏差受骨料粒径影响规律尚需在生产实践中进一步总结，对烘干系统改造后易发生火焰烧烤烘干筒内壁现象，骨料在搅拌装置拌和时间长引起的磨损加速问题。所以沥青拌和设备生产排水性沥青混合料还需要与设备结构性能进一步优化相协调。
参考文献
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2.沈金安.改性沥青与SMA路面[M].北京：人民交通出版社,1999.
3.百莱玛工程有限公司. MAP320E274LP型沥青拌和设备操作与维护说明书.北京.2001
