浅谈泡沫沥青设备及相关技术

1  泡沫沥青特点及应用

泡沫沥青是沥青发泡后的产物。沥青发泡的基本过程如图1所示，在1个管道中沥青被加热至一定温度（140°C以上）后，从一个喷嘴以一定的压力喷入发泡腔，此时将处于环境温度的冷水和压缩空气从另外的喷嘴以一定的压力也喷入发泡腔内，两者在发泡腔中均匀接触时，水分会迅速蒸发，从而使沥青在饱和蒸汽内产生爆炸泡沫，体积膨胀至原来的15~20倍，这时沥青黏度急剧下降，与混合料具有较好的和易性（即裹覆性能）。泡沫沥青的优势具体表现在：泡沫沥青混合料拌和时可以减少沥青用量达10%~15%，混合料拌和的时间减少15%~20%，不仅降低了成本，也提高了生产率；其次，还可以降低沥青和矿料的加热温度，从而降低生产过程中的热能消耗，减轻沥青的老化程度。另外，泡沫沥青不但能够有效利用沥青路面回收料（RAP），减少对石油资源的开采，且受季节和气候的影响小，施工时不必中断交通。

图1 沥青发泡原理

2 泡沫沥青发生装置介绍

我公司基于模块化理念开发出的沥青发泡装置，已申请了实用新型专利和发明专利。此沥青发泡装置考虑了与搅拌站的接口，可直接安装在现有搅拌站的拌和楼上，根据承包商或业主的需要购买，无需对搅拌站作过多更改；既利用了搅拌站严格控制级配的优点，又避免了泡沫沥青冷再生机大额投资。在现有搅拌站上安装沥青发泡装置后，搅拌站在原有设备功能的基础上，可以增加泡沫沥青新料拌和工艺、RAP材料的配比拌和工艺及泡沫沥青温拌工艺。

3  搅拌站泡沫沥青混合料拌和工艺

目前，我国的沥青混合料生产单位主要使用间歇式、滚筒式或连续式拌和设备，无论对于哪种拌和设备，沥青发泡装置的任务都是生产高复合性能的泡沫沥青，并要求能够准确计量。由于连续式拌和设备避免了频繁的电机启动，相对间歇式拌和设备增设沥青发泡功能装置比较容易实现，根据泡沫沥青使用的特点，在泡沫沥青稳定材料时需要具有连续级配，因此在拌和设备上要增添两个必要的系统，即水泥和加湿水的添加系统。图2是间歇式搅拌站泡沫沥青混合料拌和工艺示意图。由于在现有拌和设备上增加沥青发泡功能模块，使搅拌站增加泡沫沥青混合料拌和功能，所以保留了现有拌和设备的全部部件，虽然有些部件在泡沫沥青混合料拌和工艺中并不适用，如烘干筒等。下面以间歇式拌和设备为例，说明泡沫沥青混合料拌和工艺实现的步骤。

操作过程如下：操作员在中央控制发出开机命令后，冷料仓的骨料经皮带运输至烘干筒内，不必烘干（泡沫沥青应用的突出特点），直接提升、筛分后落入各料仓室。各骨料和矿粉填料由称量斗内的电子秤计量后，按比例送入搅拌缸内，水泥（或石灰）计量后经由增设的螺旋输送器送至搅拌缸，此时，添加适量的加湿水，加湿水由泵、阀、喷嘴进行组合控制，边喷边拌，使水均匀喷淋在混合料上，并使水泥、加湿水以及骨料拌和均匀。然后，开启沥青发泡装置生产泡沫沥青并直接喷入搅拌缸内，各种料在搅拌缸内搅拌均匀后形成成品，卸到料斗，最后通过卸料阀将成品料放到运输车上，运到施工现场使用。

4  沥青发泡装置的设计

4.1  沥青发泡装置系统设计
沥青发泡装置的系统原理如图3所示。图中①~⑧是设置的8个沥青发泡腔，它们以相同的方式安装在沥青终端管路，形成喷洒杆结构，直接安放在搅拌仓内部。每部发泡腔均设置有发泡水入口，沥青入口以及压缩空气入口，还设置有泡沫沥青出口，在发泡腔内实现沥青发泡过程中的复杂物理变化过程，最终以泡沫沥青的形态喷射进入搅拌仓。
沥青发泡装置分成沥青系统、发泡水系统、压缩空气系统以及控制系统。沥青系统主要完成沥青的计量输送预计加热保温功能；发泡水系统除了要精确计量并输送发泡水外，还应该保证发泡水必要的雾化效果，使水滴雾化到100~150μｍ是比较适合的，能够确保水的相变率和快速高效地产生水蒸气；压缩空气系统不仅要提供沥青喷射开关装置中气缸所必需的用气量，还要提供发泡腔具有足够压力的压缩空气辅助沥青发泡，以达到满意的沥青发泡效果；沥青发泡装置设置了系统监控界面，由组态软件完成；计算机作为系统的上位机，是控制系统的中心，PLC、变频器以及流量计作为下位机，均由计算机直接控制。上位机与下位机之间均采用232/485转换器进行通讯。分布在各个监测点的传感器、电磁阀、流量计等作为检测和执行元件，将信号返回给计算机，计算机再通过控制算法进行集中控制

4.2  沥青发泡装置人机界面

泡沫沥青发生装置设置有手动和自动两种操作方式，这两种操作方式可在上位机主界面上进行选择。当选择手动操作时，系统等待指令，操作者需要在控制柜上逐步进行操作；当选择自动操作时，系统按照既定操作动作自动进行。手动操作可方便技术人员进行各种不同目的的试验操作，自动操作是成熟工艺的提炼。

根据生产工艺和管理需要，人机界面具备了控制操作功能、生产管理功能和监控报警功能。界面系统可以根据系统提示选择或输入系统参数，如选择沥青型号和密度，输入喷射时间、泡沫沥青比例、发泡水比例及计量泵容积比例等。界面上设置了操作人员登录及密码设置菜单，专人专用，方便查询操作人员的工作时间，自动统计个人工作效率。另外，系统中预存了几种典型的沥青型号，为这些典型的沥青型号设置了发泡参数的配方管理功能，只要按照提示选择沥青型号即可实现最佳发泡参数的调用，如果采用的沥青型号系统中没有预存，可根据提示输入相关参数，系统会根据控制算法进行泡沫沥青性能的预算，然后选择合适的沥青发泡参数供选择。此外，人机界面设置了监控报警功能，可在线监控各个系统的压力、流量、温度等重要参数，这些参数在生产过程中的实时值和累计值等均记录在数据库，可随时调用或打印，如果系统出现误操作或参数超差等现象会自动报警。