減小熱拌瀝青混合料的生產不均勻性的過程控制淺析

史建方

(河北省青銀高速公路管理處)

1 背 景

熱瀝青混合料(HMA)的生產與質量管理是保證整個瀝青路面施工質量的第一個重要環節,2005年頒布實施的“公路瀝青路面施工技術規范”在施工質量管理與檢查驗收部分做出的最大修改是提出了對熱瀝青混合料的生產過程實施過程控制、總量檢驗和質量動態管理的要求。但是在規范中并沒有具體說明如何進行過程控制、總量檢驗和動態管理的方法。本文就如何對生產過程進行過程控制,減小熱拌瀝青混合料 HMA的生產不均勻性、保證配合比的準確性問題進行探討。

2 攪拌設備的基本生產過程和控制要點

攪拌設備的性能對熱瀝青混合料的生產質量起著決定性的影響。由于我國原材料的生產控制與國外有一定的差距等原因,因此我國公路建設大都使用間歇式的攪拌設備。熱瀝青混合料攪拌設備是由多臺設備共同組成的聯合機組,整個機組的性能一方面取決于每臺組成設備的性能,另一方面也取決于它們之間協同工作的結果。

對于混合料的組成及其均勻性質量的影響則主要取決于以下四個方面的因素: (1)各冷料倉的給料系統能否保持一穩定不變的流量; (2)熱料篩分系統能否將熱集料按規定的粒徑段正確地分離出來;

(3)集料、礦粉、瀝青的計量控制系統能否按要求的配比將規定重量的原材料送入攪拌缸;

(4)攪拌器能否將每批原材料充分拌和形成均勻的混合料。

因此,對影響成品料配合比準確性和均勻性原因的分析也主要涉及攪拌設備的材料供給系統、熱料篩分系統、計量控制系統、攪拌系統等四個系統。

3 各系統控制要點分析

3.1 材料供給系統

(1)冷集料流量的穩定性主要取決于:給料皮帶調速電機和速度控制系統的性能;冷料倉下料流暢、防止起拱的性能。

(2)集料、礦粉、瀝青供料系統的操作控制要點。

①裝載機手應面對料堆沒有粗料滾落的一面進行裝料,在裝料時應將插入料堆的鏟斗用動臂使鏟斗向上堆聚,然后退出,不要用轉動鏟斗的方法來挖掘,這樣可減少材料的離析。

②對于已經發生明顯粗料離析的部位,應重新混合后再行裝料。

③裝載機手應經常保持各冷料倉滿倉,在裝載時要避免發生混倉,應檢查冷料的流動情況,避免發生斷續供料、涌料的情況。

④給料皮帶的速度在標定生產率時應維持在中等轉速下工作,調速的范圍不可超出最大轉速的 20%～80%。

⑤礦粉應防止吸潮結塊,為此破拱用的壓縮空氣要經過水分離才可使用,礦粉不宜貯存過夜,所有礦粉輸送裝置中的粉料在工作結束后均應排空。

3.2 熱料篩分系統

(1)熱料篩分過程中導致集料級配變化的主要原因。

①由于篩分效率過低、篩網堵塞、篩網破損等原因而導致在某一規格段的熱料倉中混有其他非該粒徑段的熱集料(混倉)。

②由于篩分過程中,總是粒徑小于篩孔尺寸較多的集料先通過篩孔,從而導致熱料倉中的材料離析。

(2)干燥加熱系統的操作控制要點。

①工作開始時應在冷料供給系統停機時先用手動控制方式啟動干燥滾筒,點燃燃燒器用小火預熱筒體 5～10min后再上料,上料時應逐步增加進料量,根據出料口的熱料溫度逐步加大供油量,直至達到規定的生產量和穩定的溫度工況后再轉入自動控制方式。

②工作中當冷料系統突然停止供料或發生其他事故時應先關閉燃燒器讓滾筒繼續旋轉,引風機繼續抽風,待筒體完全冷卻后再關機。在工作結束時應以同樣的方式逐步關機。

④當冷料的含水量較高時會發生自動控制系統失控,溫度上下振蕩,此時應改用手動控制,并檢查熱料的殘余含水率,如過高則應降低生產量。

⑤應定時檢查熱集料的殘余含水率特別是在雨天之后,殘余含水率應控制在0.1%以下。

⑥廢氣溫度不宜過高或過低,一般應控制在 135～180℃左右,如廢氣溫度居高不下,而集料溫度又一并隨之升高,多半是由于冷料含水率太大造成的,應及時降低生產量。

⑥布袋除塵器的內外壓差應保持在 50～150mm水柱內,壓差過大表示布袋已嚴重堵塞,需及時處理或更換新袋。

(3)熱料篩分貯存系統的操作控制。

①應經常檢查熱料篩分裝置是否過載,篩網是否堵塞或有破洞,如發現篩面上物料堆積過高應停機予以調整。

②應定期抽樣檢查 2#熱料倉的混倉率,混倉率不應超過10%。

③當熱料倉供料失衡而需改變冷料倉的流量時就逐漸調節,不應突然加大某一料倉的供料,否則將嚴重影響集料的級配。

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3.3 計量控制系統

導致計量控制系統產生誤差的原因主要有秤的計量誤差和計量控制系統的控制誤差以下兩方面,現代熱瀝青混合料攪拌設備的稱量裝置大都采用的是二級精度的電子秤,在正確標定的條件下,秤的計量誤差是很小的。控制誤差則是在動態計量控制過程中產生的,它的數值要比秤的計量誤差大得多(一般要大一個數量級)是造成成品料組成比例不正確和不均勻的主要原因之一。

在間歇式攪拌設備中是集料的計量依靠集料秤的稱量信號通過關閉熱料倉斗門的方式來控制進入計量斗的集料數量。

在集料的動態計量控制過程中導致稱量誤差的主要原因。

(1)秤的讀數受到集料下落沖擊的影響,其中不僅有集料的靜重,而且還有一部分是集料下落動能轉化而來的。

(2)當控制系統發出關閉進入計量斗的斗門時還有一部分懸在空中的飛料沒有進入計量斗,而這一部分集料的質量只能靠估計來給出一補償值,并依靠不斷修正這一補償來使控制值與設定值的誤差保持在一可接受的范圍內,這種補償飛料的方法被稱為落差補償。

不僅是集料的稱量而且礦粉和瀝青的稱量都存在有落差補償的問題,礦粉的計量的控制誤差主要來源于螺旋輸送器的慣性,瀝青計量的控制誤差主要來源瀝青輸送管道中的殘余瀝青。

目前規范對于計量控制系統的動態計量誤差還沒相應的標準,但對于一臺現代化的熱瀝青混合料攪拌設備來說其計量控制系統的誤差應符合國際上公認的標準。表 1為美國ASTMD955《StandardSpecificationforMixingPlantsfor Hot-Mixed,Hot-LaidBituminousPavingMixtures》中對間歇式熱瀝青混合料攪拌設備計量—控制系統規定的公差標準。

3.4 攪拌系統

對于一個給定的攪拌器來說影響拌和均勻性的主要有兩方面的因素,一是每批加入攪拌缸的混合料數量,二是攪拌時間。這兩者之間是有關聯的,通常用充盈率來表示加入拌缸材料的多少,按照充盈率的概念,充盈率可按下式計算:充盈率 =每批加入拌缸混合料的容積 ÷有效容積 =混合料的重量×混合料的容重÷有效容積。

表2 攪拌設備自動配料系統按批給料的允許偏差

在拌和時間為一定的條件下,增大充盈率可成比例地增大攪拌缸的生產率,但會惡化拌和的均勻性,減少充盈率會改善拌和的均勻性,但相應降低了攪拌缸的生產率。然而不僅是過大的充盈率而且過小的充盈率對拌和的均勻性都是不利的。在正常情況下充盈率應在 45%～65%的范圍內。

攪拌時間直接決定了材料在攪拌缸內徑受各種攪拌作用的持續時間,是影響攪拌質量和生產率的決定性因素。因此選擇攪拌時間的原則應該是在保證混合料拌和均勻的前提下以最短的攪拌時間來完成攪拌作業。

3.5 計量控制和攪拌系統的操作控制要點

(1)計算機記錄的每批混合料的稱量數據是檢查計量控制系統工作是否正常的有力手段。每天開機待工作穩定后應連續打印 2h的稱量數據,并分析其系統誤差和隨機誤差。如發現超出規定要求,應及時檢查系統工作,分析原因,予以排除。

(2)攪拌系統不應在攪拌過程中停車,當攪拌設備因等待卡車而停止工作時攪拌缸內混合料應放空。

(3)每天拌缸工作結束后應用熱礦料進行擦洗,以除去攪拌缸內的殘留瀝青,通常用粗骨料、細骨料各洗 1～2次。

(4)從成品倉卸料時,卸料門應迅速開大,不允許讓混合料慢慢流出,以免造成離析。

4 結 語

隨著《公路瀝青施工技術規范》JTGF40-2004實施,對瀝青混合料的生產質量、過程控制提出了更高的要求,本文通過工程實踐,對影響成品料配合比準確性和均勻性原因的進行了分析,并結合工程實踐對攪拌設備的材料供給系統、熱料篩分系統、計量控制系統、攪拌系統等四個系統的操作控制要點進行了探討,取得了良好的控制效果。

[1] 公路瀝青施工技術規范(JTGF40-2004)[S].

[2] 上海孫祖望路橋技術研究公司.青銀高速公路技術控制手冊.2005.