充盈率對瀝青混合料攪拌性能的影響

申巖 劉朝陽 王波

【摘要】針對瀝青混合料攪拌設(shè)備中普通使用的雙臥軸攪拌機(jī)，試驗(yàn)研究了不同實(shí)際充盈率對混合料攪拌功率以及成品料攪拌均勻性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，攪拌功率和攪拌不均勻性都隨著實(shí)際充盈率的增大而增加，特別是充盈率超過60%繼續(xù)增大時(shí)，攪拌功率和攪拌不均勻性的增幅都更為顯著；隨著實(shí)際充盈率的增大，適當(dāng)延長攪拌時(shí)間有利于提高攪拌均勻性，但對于已經(jīng)達(dá)到良好均勻性的混合料，繼續(xù)延長攪拌時(shí)間并不能持續(xù)改善均勻性；實(shí)際充盈率應(yīng)根據(jù)攪拌機(jī)的額定充盈率進(jìn)行選取，但不能超過額定充盈率的10%，建議控制在60%以內(nèi)，以能夠同時(shí)兼顧攪拌性能和生產(chǎn)率。

【關(guān)鍵詞】瀝青混合料 雙臥軸攪拌機(jī) 充盈率 攪拌功率 攪拌均勻性

【基金項(xiàng)目】陜西省重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2008ZKC01-16）

【中圖分類號】G64；TU7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）13-0043-02

引言

雙臥軸攪拌機(jī)作為間歇強(qiáng)制式攪拌設(shè)備的核心工作裝置，其性能和水平?jīng)Q定著整臺設(shè)備的作業(yè)質(zhì)量與效率。目前國內(nèi)外關(guān)于瀝青混合料攪拌機(jī)充盈率的報(bào)道并不多見，專門性的研究更少。美國的專家和技術(shù)人員認(rèn)為，充盈率過大或者過小都會減弱混合料的翻拌效果而造成不均勻攪拌，并特別指出拌鍋內(nèi)投放的混合料不能高出攪拌葉片旋轉(zhuǎn)所到達(dá)的活動區(qū)域[1，2]；國內(nèi)的學(xué)者認(rèn)為，合理增大充盈率對提高生產(chǎn)率是有利的，但隨著充盈率的增大，會造成均勻攪拌所需時(shí)間的延長。實(shí)際上，由于攪拌過程的動態(tài)復(fù)雜性，無法用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型來優(yōu)化，在選定充盈率時(shí)一直采用經(jīng)驗(yàn)值，缺乏科學(xué)性。為明確充盈率對瀝青混合料攪拌性能的影響，本文在現(xiàn)場試驗(yàn)的基礎(chǔ)，研究了不同實(shí)際充盈率與混合料攪拌功率以及攪拌均勻性的變化關(guān)系，并給出了實(shí)際充盈率的合理選擇依據(jù)。

一、充盈率的概念

對于瀝青混合料攪拌機(jī)，充盈率是指攪拌機(jī)內(nèi)裝納的混合料占拌鍋有效容積的百分比。

式中：η—充盈率，%；V料—混合料體積，m3；V料=m/ρ，m為拌鍋內(nèi)混合料的質(zhì)量，t；ρ為混合料的平均松裝密度，一般1.8t/m3；Vh—拌鍋有效容積，m3，即高度為2R的鍋內(nèi)體積減去攪拌軸、攪拌臂和槳葉等攪拌裝置的體積，其中，R為鍋內(nèi)半徑。

額定生產(chǎn)率是攪拌設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)與型號依據(jù)，額定充盈率是拌鍋內(nèi)混合料為額定質(zhì)量時(shí)的充盈率。根據(jù)額定充盈率η額

和實(shí)際充盈率η實(shí)，可以得到攪拌機(jī)的生產(chǎn)率：

式中：Q—生產(chǎn)率，t/h；m額—攪拌機(jī)內(nèi)裝納的混合料額定質(zhì)量，kg；T—攪拌周期，s，即一個(gè)攪拌過程中的投料時(shí)間、攪拌時(shí)間和卸料時(shí)間的總和。

二、試驗(yàn)設(shè)備與方法

1.試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備為國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的4000型間歇式攪拌設(shè)備。配置的攪拌機(jī)為齒輪同步式雙臥軸結(jié)構(gòu)，采用兩臺55kW電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動。攪拌機(jī)主要參數(shù)見表1：

表1 攪拌機(jī)的主要參數(shù)

參數(shù) 混合料額定質(zhì)量m額/kg 鍋內(nèi)長度L/mm 鍋內(nèi)寬度B/mm 鍋內(nèi)半徑R/mm 有效容積Vh/m3 額定充盈率η額/% 攪拌軸轉(zhuǎn)速/（r/min）

設(shè)計(jì)值 4000 1976 2118 595 4.10 54.2 43

2.試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用的混合料為AC-20C，主要配比見表2。

3.試驗(yàn)方法

根據(jù)試驗(yàn)攪拌機(jī)的額定充盈率，選取4種實(shí)際充盈率，即65%、60%、55%和45%作為試驗(yàn)工況，分別測定相應(yīng)攪拌過程的電機(jī)功率以及成品料的攪拌均勻性。攪拌功率是測量單個(gè)電機(jī)在整個(gè)攪拌過程中的功率消耗。測試儀器為美國FLUKE公司的434型三相電參數(shù)測試儀。攪拌均勻性是在現(xiàn)場取樣后通過抽提和篩分試驗(yàn)，按照混凝土取樣標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抽取。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)工況的投料順序和攪拌時(shí)間為：先投入礦料和瀝青，延遲3s后投入粉料，投料與攪拌37s后開啟卸料門，總卸料時(shí)間約10s。一個(gè)全攪拌周期約47s。

三、試驗(yàn)結(jié)果與分析

1.對攪拌功率的影響

圖1 單電機(jī)攪拌功率隨攪拌時(shí)間的變化曲線

圖2 實(shí)際充盈率對穩(wěn)定攪拌功率的影響

圖1給出了不同的實(shí)際充盈率工況下，單電機(jī)攪拌功率隨攪拌時(shí)間的變化曲線。可以看到，不同實(shí)際充盈率的攪拌功率有著相同的變化規(guī)律。隨著攪拌時(shí)間延長，攪拌功率在材料的加入過程中增大至最大值，在攪拌均勻后趨于穩(wěn)定，隨著混合料卸出，攪拌功率隨之快速下降并最終處于空載值。但是對于不同的實(shí)際充盈率，攪拌過程各階段的功率值有較大的差異性。根據(jù)圖2的試驗(yàn)結(jié)果，在其他參數(shù)相同的條件下，隨著實(shí)際充盈率的增大，攪拌過程各階段的攪拌功率都隨之增大，特別是實(shí)際充盈率達(dá)到65%時(shí)，攪拌功率的增幅最為顯著，表明在這種大充盈率的工況下，攪拌功率對拌鍋內(nèi)負(fù)載的變化更為敏感。由圖2可以看到，對于攪拌階段后期的穩(wěn)定功率，當(dāng)實(shí)際充盈率由45%增大至60%時(shí)，基本上充盈率每增大5%，攪拌功率增加約2kW；而當(dāng)實(shí)際充盈率超過60%繼續(xù)增大時(shí)，雖然充盈率只增大了5%，但攪拌功率卻增加了約10kW。

2.對攪拌均勻性的影響

由表3的瀝青含量抽提結(jié)果可見，不同實(shí)際充盈率下的瀝青含量均值與設(shè)定值之間的系統(tǒng)偏差都在±0.1%以內(nèi)，但瀝青含量偏差卻隨著實(shí)際充盈率的變化出現(xiàn)了明顯不同。對于45%和55%充盈率，兩者瀝青含量偏差相差不大；而當(dāng)充盈率達(dá)到60%時(shí)，瀝青含量偏差超出了標(biāo)準(zhǔn)要求，并且超差幅度隨著實(shí)際充盈率的繼續(xù)增大而顯著增加。

攪拌時(shí)間分別延長5s、10s和20s后，重復(fù)60%和65%充盈率工況試驗(yàn)，瀝青含量結(jié)果見圖3、圖4和圖5。可以看到，隨著攪拌時(shí)間的不斷延長，不同位置試樣的瀝青含量波動性逐步減小，瀝青含量偏差值逐步降低；當(dāng)實(shí)際充盈率為60%時(shí)，攪拌延長5s和10s的瀝青含量偏差降低率在4～5%/s，并且延長10s后的瀝青含量偏差已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而在此基礎(chǔ)上繼續(xù)延長攪拌10s，瀝青含量偏差降低率卻只有0.9%/s，說明攪拌時(shí)間的不斷延長并不能夠達(dá)到攪拌均勻性的持續(xù)改善。

三、結(jié)論

1）充盈率是攪拌機(jī)內(nèi)裝納的混合料占拌鍋有效容積的百分比，確切的說包括設(shè)計(jì)時(shí)的額定充盈率和使用時(shí)的實(shí)際充盈率。合理的實(shí)際充盈率應(yīng)能首先保證混合料的攪拌均勻性，又能達(dá)到較高的生產(chǎn)率和良好的混合料性能。

圖3 實(shí)際充盈率65%工況的瀝青含量抽提結(jié)果

圖4 實(shí)際充盈率60%工況的瀝青含量抽提結(jié)果

圖5 瀝青含量偏差隨攪拌周期的變化曲線

2）試驗(yàn)表明，攪拌功率和攪拌不均勻性都隨著實(shí)際充盈率的增大而增加，尤其是充盈率超過60%繼續(xù)增大時(shí)，攪拌功率和攪拌不均勻性的增幅都更為顯著；隨著實(shí)際充盈率的增大，適當(dāng)延長攪拌時(shí)間有利于提高攪拌均勻性，但對于已經(jīng)達(dá)到良好均勻性的混合料，繼續(xù)延長攪拌時(shí)間并不能持續(xù)改善攪拌均勻性。實(shí)際充盈率應(yīng)根據(jù)攪拌機(jī)的額定充盈率進(jìn)行選取，但不能超過額定充盈率的10%，建議控制在60%以內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫祖望.熱瀝青混合料在施工過程中的不均勻性及其質(zhì)量控制[J].建筑機(jī)械，2004（9）：28-32.

[2]邵明建.瀝青路面機(jī)械化施工技術(shù)與質(zhì)量控制[M].北京：人民交通出版社，2001：16-18.

第一作者簡介：

申巖（1993-），男，甘肅天水人，長安大學(xué)碩士研究生，主要從事機(jī)械制造及其自動化。