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沥青混合料拌和设备生产过程质量控制的研究

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沥青路面的质量与沥青混合料的质量是直接相关的,而沥青混合料质量与沥青混合料拌和设备(以下简称沥青拌和设备)的质量控制是紧密相关的。长期以来不同型号沥青拌和设备生产同一级配沥青混合料及同一型号沥青拌和设备生产不同级配混合料的质量稳定性控制是困扰高速公路施工质量的一 道世界性难题。

沥青拌和设备生产的质量控制从流程上可分为:沥青拌和设备冷料控制,热料控制,搅拌控制。本文以LBA3000型和ASTEC-50型沥青拌和设备为例,对沥青混合料生产各个流程进行分析探讨。

1 冷料控制

1.1冷料控制的基本过程

LBA3000型及ASTEC-50型沥青拌和设备冷料控制装置均由冷料仓、冷料仓集料皮带、冷料输 送平皮带、冷料输送斜皮带等组成。工作时由安装在冷料仓下方的冷料仓集料皮带按照设定的转速把冷料按照目标配合比输送到冷料输送平皮带,再经过冷料输送斜皮带输送到滚筒中进行加热。

1.2冷料控制相关参数的确定

为了原材料达到目标配合比要求,冷料控制系统参数的确定非常重要。冷料仓的参数确定主要是要做好各个冷料仓的集料流量测定工作,绘制每个 冷料仓集料电机分速度—集料流量曲线。其步骤如下。

1)各冷料仓小皮带的转速测定。用秒表实测各个冷料仓在相同分速度(集料电机转速表转速)V i(较大分速度的100% 、90%、80%、70%和60%)下转一周长度L所耗用的时间t,通过下面的公式 Li=L/t得出单位时间(h)各小皮带的运转长度L i(m/h)。

2)开启并固定各冷料仓门,测量冷料仓集料料流断面面积A i。在实测中发现,集料料流断面面积Ai 的大小与冷料仓的开启程度有关外,还与集料的粒径及含水量有关。这是由于集料料径的不同, 压缩冷料仓仓门的开启程度不同。所以应分别测定不同集料的料流断面面积A i。含水量对料流的影响也较大。当含水量增大,A i相应的减少,这种关系在细集料中更明显。

3)测量计算各种集料的松方容重Ri 。至此,可以通过如下公式Qi= Li×Ai×R i得到单位时间各集料的流量Qi 。 根据冷料仓在不同的集料分速度下得到的不同的集料流量值绘制集料分速度—集料流量曲线

4)对应生产中实际使用的目标配合比,通过集料分速度—集料流量曲线,反算得到满足目标配 合比的冷料仓集料分速度(0%--100%)。这样得到的分速度比较严格的和目标配合比吻合。

由于原材料存在变异,在变异较大时应重新筛分原材料。根据筛分结果和级配线反算出各种集料 的比例,同时重新做各集料的料流流量实验,得到新的冷料参数。

2 热料控制

在沥青拌和设备的生产中,产品质量、生产效率及生产成本主要决定于热料控制。我们从以下几 个方面进行热料系统生产质量的控制。

2.1热料温度的控制

沥青混合料的拌和要求在一个特定的温度环境下进行,相对于不同的混合料级配、不同的原材料 (如不同的沥青)对拌和温度范围要求不同。要满足施工工艺的要求,沥青拌和设备必须具备稳定而准 确的温度控制系统。

LBA3000型及ASTEC-50型沥青拌和设备的温度控制原理是一致的。经过加热的骨料进入热料提升机之前,沥青拌和设备通过温度传感器收集信息,通过A/D转 换,数据送到温度调节控制器(PLC),PLC经过比较模块等进行运算,发出指令给调节模块和执行 电机进行温度调节。不同品牌的沥青拌和设备使用的温度传感器有所不同,如LBA3000型沥青拌和设备采用红外线温度传感器而ASTEC TS-50 型沥青拌和设备采用热电偶温度传感器。红外线传感器对温度变化反应较热电偶传感器快,所以在 实际的生产中,我们对于不同的传感器要选择不同的传感器反应快慢的系数(传感器参数设定)。 对于LBA3000型沥青拌和设备,我们选择较快的反应系数来适应红外线传感器的较快的反应速度; 对于ASTEC-50型沥青拌和设备,我们选择较慢的反应系数来适应热电偶传感器。合适的反应系数的确定,有利于两种不同型号沥青拌和设备出料时保持温度的稳定性。

2.2振动筛的选择

振动筛是沥青混合料拌制过程中一个重要的装置,沥青混合料能否达到设计级配曲线的要求,很大程度上决定于振动筛的筛分水平。控制好筛分过程,一般要做好以下几点。

振动筛

1)振动筛网的选择。LBA3000型和ASTEC-50型沥青拌和设备原机配圆孔筛,使用效果不理想。经改进采用高强度、综合性能良好的合金钢材方孔筛网。

2)振动筛振幅的调整。研究LBA3000型和ASTEC-50型沥青拌和设备的振动筛结构发现,一 般的振动筛的传动系统由电机、传动皮带、偏心块组成。偏心块结构,振动筛振幅的调整 一般是通过增加偏心块的重量来实现的。通常新的设备由于电机性能,传动系统的性能良好,振幅 都能达到生产工艺要求,设备陈旧时则要通过振幅检测装置来测量振幅值,通过添加不同质量的偏心块来满足振幅要求。

振动筛

2.3热料生产级配的控制

1)单锅拌和能力的确定。为了能使搅拌锅的拌和能力充分的得到利用,施工现场的热料仓配合比 一般是按照沥青拌和设备的稳定生产的较大产量来提供的。高速公路施工企业使用的沥青拌和设备均 能实现自动控制且以间歇式为主,沥青拌和设备一般具备4—5个热料储料仓,分别对应各挡热料。拌 和配料时,控制系统在各料仓取料量满足下表的关系。B1—B5、L 、T分别代表热料配合比中各种热料的重量,他们的%则代表各自占的比例。

N=B1+B2+B3+B4+B5+T+L

1= B1%+B2%+B3%+B4%+B5%+T%+L%

上述公式中,N代表沥青拌和设备单锅拌和能力。从我公司的实践经验来看,为达到拌和设备的更大利用率中,LBA3000型沥青拌和设备一般N取3000Kg,ASTEC-50型沥青拌和设备一般N取4500Kg—5000Kg。

2)热料称量的控制。热料系统的控制主要是要做好各材料组分的称量精度控制。沥青拌和设备的 热料称量控制系统一般有三部分组成:石料称量系统、填料(粉料)称量系统、沥青称量系统。

①石料称量系统。石料经滚筒烘干机烘干、振动筛筛分后暂时储存在4-5个热料仓内,然后分别进入称 量斗进行称量,称量的精度通常取决于下列因素:

滚筒烘干机

控制系统的传感器精度。我公司使用的LBA3000型和ASTEC-50型沥青拌和设备传感器都 可达到≤5kg,即控制热料理论称量误差在0.2%,可满足施工工艺的要求。热料斗斗门的开度和反应快慢程度。热料仓的热料在向称量斗卸料过程,在控制系统发出关闭斗 门信号时,仍然有石料卸向称量斗(俗称飞料)。 如图4所示。解决飞料对称量的影响至关重要。LBA3000型沥青拌和设备采取了设定飞料经验值 和二次称量的方法,称量系统给定每种石料的飞料经验值H,每种料称量到(B-H)的重量时就发出关 门信号,称量实际值正好达到级配重量B。ASTEC-50型沥青拌和设备采用百分比控制称量,石料称量 达到设定值的85%-95%时(实际生产中系统自动调节)发出关门信号,使实际称量值和设定值一定。

②填料称量系统。该系统由填料(粉料)罐,称量斗,输送装置组成。粉料由填料(粉料)罐到 称量斗中进行称量,再经输送装置输送到搅拌锅。该系统的称量传感器满足≤2kg精度范围。保证填 料的干燥,不结块对填料(粉料)的称量精度有很大的帮助。

③沥青称量系统。该系统包括沥青储藏保温罐、沥青泵、沥青称量斗。沥青泵把在沥青罐内按 照规范要求的热沥青经管道输送到沥青称量斗内,称量斗的控制精度达到≤2kg。为使沥青称量精确,一般采用二次称量方式,沥青斗门打开开度到更大,完成60%-70%的沥青称量,再以30%斗门较大开度完成剩余的称量,减少沥青的飞料。

通常,沥青称量时斗门开度越小,得到的沥青称量值越精确,但是生产效率也越低。实际生产过 程中,必须得到一个平衡两者关系的适当的斗门开度,即在不影响热料配料系统配料速度的情况下, 使用较小的斗门开度。

④除尘系统的控制。除尘系统也是影响混合料质量和成本的重要因素。由于中性或酸性回收粉不 但使沥青用量增加,而且生产出来的混合料色泽暗淡,降低了沥青的胶浆作用,导致稳定度偏低。 ASTEC-50型沥青拌和设备的除尘系统是一级旋风式除尘,二级布袋式除尘。当原材料的泥粉较多时, 混合料的质量还是受到较大影响。所以不洁净的原材料不但使燃油成本加大,而且由于回收粉不可能 完全吸附干净,影响了混合料的质量。同时,由于粉尘太多,吸尘的风门开得太大,把部分 0.3mm 的细集料吸附走,影响了混合料的级配组成。

3 搅拌控制

沥青按照级配要求配好后,并按照一定的顺序进入搅拌锅搅拌成成品料。成品料的均匀与否主要 受以下3个因素的影响。

1)各材料进入搅拌锅的顺序。由于按照施工规范的要求,石料进入搅拌锅后要进行干拌,使石 料得到充分的搅拌。所以下料的顺序为石料、填料(粉料)、沥青。

2)搅拌时间的选择。搅拌时间的长短直接关系到沥青混合料搅拌均匀与否。一般来讲,石料干 拌时间越长、总搅拌时间越长,搅拌出来的料的均 匀性越好。但是带给搅拌锅的损伤也越大,温度的散失也越严重 ;过长的搅拌时间还会让混合料出现过拌离析现象。所以在施工过程中,一般选择5-10s 作为石料的干拌时间,总搅拌时间控制在48-60s之间为佳。

3)搅拌锅内机械元件的磨损情况。搅拌锅单组搅拌件的结构如图5所示,搅拌臂和搅拌刀片磨 损后搅拌直径d减小,对搅拌锅的性能造成一定的影响,影响混合料的热料称量控制系统质量。

沥青拌和设备生产质量控制是一个系统工程,需要从原材料生产、原材料备料、冷料、热料配比、 搅拌系统等环节综合考虑。

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