我国早期沥青路面高速公路建成通车至今已有10多年,按沥青路面的一般设计年限为15年,但由于近年来交通量猛增,远远超出当时的设计能力以及先天不足等诸多原因,通常使用到10年左右,路面结构承载能力下降,路面出现坑洞、龟裂、沉降、车辙等破坏现象,严重影响到行车的安全性和舒适性。1989年建成通车的广佛高速公路现已进入了全线大修阶段。路面大修时,铣刨出大量旧沥青混合料(约10万m3),对旧沥青混合料的处理通常是在垃圾场或其他填埋场填埋,这样既造成周边地区的环境污染,也造成了资源的浪费。因此,提出了旧沥青混合料的再生利用课题,针对这一课题,首先要解决的就是拌和设备的选型、调试与试验。
1.沥青再生设备的选型
常用的沥青再生设备有:就地冷再生设备、就地热再生设备、场拌冷再生设备和场拌热再生设备。我国目前道路维修比较适用的是场拌冷再生和场拌热再生。而高等级高速公路路面维修工程所采用的设备是场拌热再生设备。考虑到当前的石料结构状况,采用的多是强制间歇式沥青混合料再生设备。
场拌热再生设备结构相对复杂,费用也较高。强制间歇式沥青再生设备,除了具备一般的强制间歇式混合料热拌设备的结构外,还有一套专门的加热回收料而设计的干燥筒和燃烧器,以保证旧回收料达到一定的温度时表面所吸附着的沥青不老化,并专门配置了热回收料储存仓及称量设备。为最大限度地减少加热旧回收料释放出来的有害气体,还专门安装了 一套气体吸收设备,对旧回收料在加热过程及储存时所释放出的气体进行回收处理。由于旧回收料的计量增加了计量时间,为保证新、旧料混合充分,使新、旧沥青充分裹覆均匀,又要增加搅拌时间,所以此种设备一般产量较低。
再来看连续式沥青再生设备。经过筛分级配的骨料烘干后,在燃烧器一端进入烘干筒外壁,与刚进入的旧回收料混合,旧回收料靠热骨科和烘干筒外筒壁的辐射热加热,因旧沥青混合料与火焰隔开,沥青不会老化,靠装在烘干筒外壁上的搅拌器(类似单卧轴搅拌机)强制搅拌。烘干筒的长度较长,新、旧料在双滚筒内的搅拌时间可达60-90s,使得混合料拌和均匀。在新、旧料搅拌过程中所产生的有害气体又送回到燃烧室燃烧后,大大减少了进入除尘器的沥青气及有害气体,减少了对大气的二次污染。该设备从骨料的计量、输送、加热、搅拌至成品料的输送都是连续的,其结构相对简单,产量较高,故障率低,可以添加50%的旧回收料。因此,本项工程路面大修的拌和设备选择了环保型、高产量的连续式拌和设备。
连续式拌和设备中使用最广泛、最有代表性的是美国爱斯泰克公司生产的双滚筒拌和设备;20世纪90年代,该设备在美国市场的销售率高达95%。其结构如图1所示。
2.拌和设备的调试
拌和设备安装完毕后,首先要对机械系统进行全面的调试。连续式搅设备要求各系统工作都要连续,各机运行平稳,各计量系统标定准确,因各系统要有正确的安装和调试。
(1)冷矿料配料装置
由于连续式搅拌设备中没有矿3热筛分与称量装置,各种矿料的级配精度取决于冷矿料配料装置的给料精度,这就要求配料装置机构运行平稳各料仓的斗门开启度与所供材料的生产配合比相一致。根据各种规格料在生产配合比中的百分比,粗调斗门的开启度,当电机转速达75%的额定转速时,此料仓的供料量接近各种生产配合比中所需的最大量,然后标定出电机转速与供料能力的关系图表,保证所需量接近线性中位。
(2)冷矿料(回收料)集料称重装置
各种规格料经配料装置配料后由集料称重输送机送至烘干筒。此装置不仅是输送机,也是各种规格料的总质量的称重装置。
称重装置由质量传感器和转速传感器组成,当物料通过时,传感器将检测到的质量和转速信号输入计算机,计算机可连续显示出冷矿料的瞬时流量(t/h)和累计数量(t)。因为整个计量系统中各种。填充料、回收料、沥青和再生剂等的添加量都以冷矿料的瞬时流量为基准,因此,瞬时流量在计量系统中起决定作用。为使系统的计量精度准确,冷矿料(回收料)集料称量装置中各机构的运转应灵活(须调整好胶带的张紧度,胶带轮的转动应平稳,没有打滑现象,质量传感器机构应灵活,胶带驳接应用胶水分层粘接以减少胶带接头对传感器的影响等)。回收料集料称量装置的进料端还装有一双卧轴破碎机,使结块的回收料碎成松散状,有利于搅拌均匀。注意,要调整好双卧轴的距离,以保证回收料的松散程度。
(3)双滚筒装置
滚筒采用了双层结构,烘干、拌和都在滚筒内进行,它是双滚筒拌和设备的核心部分。其内筒是一个旋转体,支承、转动和内部结构与间歇式搅拌设备干燥筒相似,用于冷矿料的加热。被加热的矿料在燃烧器一端的出料口从内筒流到外筒的内腔中,与填充料、回收料、再生剂以及沥青混合。当内筒旋转时,内筒外壁上的搅拌叶桨拨动混合料向冷矿料运动相反方向作螺旋运动推进,搅拌混合料经过外筒较长时间的拌和,成品料从卸料口排出。双滚筒调整主要是保证双滚筒的运行平稳,可以通过4个支承轮进行调整,其驱动是靠浮动的马鞍形链条完成。
(4)成品料输送及储存仓
从卸料口排出的成品料,经刮板输送机送至储存仓顶端的防离析斗。当成品料达3t时斗门打开卸料,防止出现成品料离析。成品料仓注油式料门及锥体部分采用导热油加温,以确保卸料口的成品料温度和斗门的开关灵敏度。要调整刮板输送机使其不跑偏,防离析斗门及成品料仓门应开关灵活。
3.计量系统的标定
(1)冷矿料(回收料)计量的标定
①冷矿料集料计量的标定
冷矿料集料的计量,是根据装在集料胶带上的质量传感器和速度传感器所获得的瞬时值,经过计算处理后得到在某段时间冷矿料通过胶带的累计质量。在标定前首先要使输送胶带运转至少30min,以保证胶带运转平稳及匀速运动。用于调节生产标定的参数S.Fact即为所要标定的参数值。
标定时按照屏幕显示及提示依次进行,当标定误差%Err超标(大于0.5)时,需要重新标定,直至%EIr值小于0.5,此时保留更新的S.Fact参数,标定完毕。
②冷矿料配料计量的标定
冷矿料配料计量的标定步骤与集料计量的标定步骤相同。所不同的是,配料装置标定时不用清零,并且将冷矿料的标定比例AGGl设置为75%。A/D值变为Freq(此频率值的变化决定配料产量值)。最终要标定的也是S.Fact参数,对不同规格的材料、不同的斗门开启度都有不同的标定参数,当任一成分改变后,都要重新标定S.Fact,直至标定误差%Err小于0.5时,计算机才保存更新的S.Fact值。
(2)沥青A/C计量的标定
沥青的计量采用容积法,电机驱动沥青泵,其泵出的沥青去推动沥青计量泵转动,通过改变电机的频率参数Freq而改变沥青的输出量。只有当有沥青流过计量泵时,计量泵才转动计量。沥青计量的标定程序与冷矿料配料计量的标定一样。
在标定沥青时,考虑到由于沥青的特殊物理性能使之过磅称量较困难,专门加工了-个沥青标定罐,底部安装了电子秤,罐内布置了导热油管道,当计量标定完毕后,反方向转动计量泵,把标定罐内的沥青重新泵回沥青罐内。据测算,计量泵每转一转,可泵出2.6L沥青。
(3)填充料(水泥、矿粉、回收粉)计量的标定
填充料也是采用容积法计量,通过改变转阀的转数(频率参数Freq)而改变粉料的供料量,其标定步骤与方法同上(设定MFl=75%)。
4.生产运行时间的确定
拌和楼各计量系统经过标定,确保了各种材料的计量准确性,把试验室提供的由5个配料仓的取样筛分结果而确定的生产配合比对冷矿料、填充料、沥青、回收料和含水量的要求比例值输入计算机(每天开机前要测定冷矿料的含水量),计算机根据各种材料配比自动确定A/D、Freq值,并在屏幕中显示冷矿料、沥青、填充料和回收料的瞬时流量及瞬时产量。
拌和楼的生产是连续的,这就要求在生产时各种材料的供给也是连续的,而且在生产开始或停止时,各种材料的添加或停止有一定顺序,必须按顺序时间进行,在沥青添加口附近重合或停料,才能确保按生产配合比拌和出合格的成品料,减少生产成品料前后废料的数量。
(1)开机时间参数的确定(见图2)
开启冷矿料(回收料)集料称重皮带约30min→烘干筒燃烧器点火约230s(布袋温度达到110-120℃时)→输入冷矿料的含水率及按生产配合比设置各种材料的比例→5#料仓开启,3s后→4#料仓开启,3s后→3#料仓开启,3s后→2#料仓开启, 3s后→1#料仓开启,16s后集料称重显示瞬时值,152s后→Recl#开启,50s后→矿粉仓开启,3s后→水泥仓开启。至此,各种冷矿料同时在双滚筒内拌和,当检测混合料在出料口的温度达到要求时,开启沥青泵A/C1#,当Bypass(废料口)见黑料约50S→关闭Bypass斗门,成品料经刮板输送机输送到成品料仓。
(2)停机时间参数的确定
根据测算,成品料前段和后段在Bypass处排出的废料约8-9t,故在确定停机时间时,应使计算机屏幕上显示的混合料质量达到拌和料目标质量加上废料质量时,才开始进入停机时间的计算。
当拌和量达到要求时,关闭5#料仓,3s后→关闭40料仓,3s后→关闭3#料仓,3s后→关闭2#料仓,3s后→关闭1#料仓,178s后→关闭Recl#,40s后→关闭矿粉仓,3s后→关闭水泥仓,2s后→关闭沥青泵A/C1#,55s后→打开Bypass斗门(有白料排出)。
广州冠粤路桥有限公司采用美国爱斯泰克公司生产的RDB-9640型连续双滚筒式沥青再生拌和设备,已连续搅拌LSM、AC-251、FAC20三种规格的混合料9万多吨,成功地把连续式沥青再生拌和设备应用于沥青高速公路路面的大修。通过在混合料中对新、旧料掺和的配比试验可知:再生沥青混合料级配及再生沥青混合料性能指标等物理性能均符合设计规范要求,具备较高的稳定度。经过大面积的摊铺,在开放交通的情况下其质量仍不错(但长期使用效果有待进一步观察)。旧回收料的利用率达到了20%(就设备的生产能力可以达到50%)。粉尘排放已降至20mg/m3,并且无黑烟排放,沥青气、有毒气体经燃烧后,废气中有害气体成分极低。干燥筒燃烧器配置有转换包,所用燃料可在柴油与重油之间任意切换(重油由于黏度指标较大,燃烧前需加热到130-1dO℃),重油的价格较柴油低,扣除发热量等因素可节省燃料费达20%以上,旧回收料靠双滚筒的辐射热及热矿料的热交换,又可节省10%左右的燃料费。新、旧料拌和在双滚筒内强制进行,拌和容积较大,产量较高,可达到360t/la。经过较长距离的搅拌(时间达到60-90s),混合料很均匀,新、旧料与沥青可以完全裹覆。
5.存在问题
虽然连续双滚筒式沥青再生拌和设备有许多优势,但在生产过程中也发现了一些有待解决的问题。
①由于目前我国的石料现状、石场的生产环境、经营管理等原因,造成冷矿料规格不稳定,直接影响了生产配合比的准确度。针对这种状况,在冷矿料配料装置顶部加设了2台平振动筛,对冷矿料进行筛分后直接排放于各冷料仓,由于冷矿料受含水量的影响,细粉料常常堵塞筛网孔,影响了级配及生产效率。在各冷料仓中所筛分的规格料的量与生产配合比的需用量很难一致,从而导致某一料仓多料(溢料)需定时排料,而另一料仓不够料(等料)的现象,造成生产不连续。
②由于旧回收料成分较复杂,常常含有多种规格成分的石料、泥土、石粉和杂质。对路面铣刨回收的混合料需重新筛分成两种规格料,按比例添加于双滚筒内与新料拌和。就当前状况下,再生混合料只能用于LSM、AC-25Ⅰ等结构层。
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