冷拌树脂沥青混凝土拌和机的研制与应用.pdf

CoNSTRUCT1 0N M ACHI NERY AND M ANAGEMENT 文章编 号： 1 0 0 0 0 3 3 X( 2 0 1 6 ) 0 1 - 0 0 9 3 0 5 冷拌树脂沥青混凝土拌和机的研制与应用 卢 亮 ， 张旱英 ， 李春 生， 张云 昊， 陈万如 ( 浙江省交通工程建设集 团有限公司 ， 浙江 杭州 3 1 O 0 1 2 ) 摘 要： 针对冷拌树脂沥青混凝土拌和机械化程度低 、 拌和质量不 易控制等 问题 ， 在充分掌握树脂 沥青混凝土及树脂类固化材料性质的特殊性基础上， 对冷拌树脂沥青混凝土拌和设备 的胶结料添 加 、 搅拌 系统及控制平台等几项关键技术进行 了深入分析 ， 从 而设计及制定了树脂沥青混凝土拌和 的工作程序 、 设备结构参数 ， 据此研制出 1套树脂沥青混凝土专用拌和设备 。经 实际工程验证 ， 设 备 各 系统运 转 良好 、 出产 混合 料质 量优 良 ， 满足 实体 工程 应 用技 术要 求 。 关键 词 ： 树 脂 沥青混 凝 土 ； 拌 和机 ； 数控 添加 ； 智能化 中图分 类号 ： U4 1 5 5 2 文献 标志 码 ： B De v e l o pme n t a nd App l i c a t i o n o f Co l d M i x Pl a nt f o r Re s i n As pha l t Co nc r e t e LU Li a ng，ZHANG H a n y i ng，LI Chu n s he ng，ZHANG Yu n ha o，CH EN W a n r u ( Z h e j i a n g Tr a n s p o r t a t i o n En g i n e e r i n g Co n s t r u c t i o n Cr o u p Co Lt d ，Ha n g z h o u 2 1 0 0 1 2，Z h e j i a n g，Ch i n a ) Abs t r a c t ： Ai m e d a t t h e pr o bl e ms o f c o l d mi x pl a n t f o r r e s i n a s pha l t c o nc r e t e t ha t t h e m e c ha n i z a t i o n l e v e l i s l o w a n d m i x i ng q ua l i t y i s s ha ky， ke y t e c hn ol o g i e s f o r b i nd e r a dd i n g， m i x i ng s ys t e m a nd t h e c o nt r o l pl a t f o r m we r e an a l y z e d i n de pt h ba s e d o n t he f ul l gr a s p of t h e pr o pe r t i e s o f r e s i n a s ph a l t c o nc r e t e a nd r e s i n c ur i ng m a t e r i a l s The wo r ki n g pr o c e du r e s a nd s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s we r e d e s i gne d，b a s e d o n w h i c h a c o l d mi x pl a nt f o r r e s i n a s ph a l t c on c r e t e wa s d e v e l o pe d Pr a c t i c a l u s e s ho ws t ha t t h e m a c hi n e f un c t i on s we l l a nd y i e l d s qu a l i t y pr od uc t Ke y wo r d s ：r e s i n a s p h a l t c o n c r e t e ；mi x i n g pl a n t ；n u me r i c a l l y c o nt r o l l e d a d d i t i o n；i n t e l l i g e n t i z a t i o n 0 引 言 拌和质量。 树脂沥青组合体 系钢桥面铺装 技术是 由浙江 省交通工程建设集团有 限公 司等国 内 3家单 位 自 主研 发 ， 截 止 目前 在 国 内 几 十 座 大 型 钢 箱 梁 桥 施 工中已得 到应用 ， 总体效 果 良好 ， 且 建设 成本 低 。 不 过 由于 应 用 时 间 相 对 不 长 且 树 脂 类 固 化 材 料 的 特殊性质 ， 相关 机械施 工设 备 的研制 一直处 于滞 后 状 态 ， 核 心 结 构 层 RA( R e i s n As p h a l t ) 树 脂 沥 青 混 凝 土 拌 和 设 备 自动 化 程 度 低 ， 尤 其 是 胶 结 料 的 添加基本依靠人 工 ， 造成 拌和工效低 、 控制精度欠 缺 、 施 工 连贯 性 不 足 等 问 题 。为 此 ， 亟 待 研 制 一 套 基于单元智能化技术 平台的树脂沥青 混凝土搅拌 设备 ， 实现树脂沥青流变物 的数 控添加 ， 提升搅拌 系统的智能化 水平 ， 进 一步确 保树 脂沥 青混 凝土 收 稿 日期 ： 2 0 1 5 - 0 9 0 4 1 拌和设备研制关键技术 1 1 胶 结料输 送 、 计量 及清 洗 系统设 计 树脂沥青混凝土胶结料采用 自主研发的树脂沥 青 材料 ， 属 于 冷 固性 材 料 ， 在 非 高 温 条 件 下 固 化 成 型 ， 在 2 0 0 以上 高 温条件 下 不软化 ， 与纯沥 青类 材 料 性质 完全 不 同 ， 是 由 A、 B两种 组 份 组 成 ， A 组 份 主要是 反应 性复 合树脂 ， B组 份包 含 固化剂 、 基 质 沥 青 及 添加 剂 等 。A、 B组 份按 照一 定 比例混 合 ， 随着 温 度 、 时 间的变化 ， 固化 反应 速 度 逐 步 加 快 ， 材 料 粘 度 逐渐 增大 ， 在经 历溶 胶 、 凝胶 、 玻璃 化 、 三维 交联 结 构 四阶段热历程后 ， 形成以沥青为分散相 、 复合树脂 为连续相的“ 超” 稳定体系 1 。由于 A、 B两种组份 材料 在 常温 下都 较 为粘 稠 ， 需 要 良好 的动 力 系 统将 9 3 CONS TRUCTI ON M ACHI NERY AND M ANAGEM ENT 其输送 至计 量罐 内， 在 结构 的设计 上 ， 应 尽量增 加输 送管道 的横 截 面积 ， 减少 内摩 阻力 ， 以便 胶结料 能快 速 的输 送至 计量储 罐 内 ， 而 且 2种 材料 的混合 比例 必须控制精确 ， 为此需设计一套精密的计量控制程 序 。同时 由于胶 结料 在 常 温 下经 过 1 0个 多 小 时后 会发 生 固化 ， 必 须设计 1套 自动 清 洗 系统 预 先 对胶 结料混合搅拌罐、 混合料搅拌锅进行彻底清洗 ， 以免 残余胶结料固化对设备造成严重影响。 1 2树脂 沥 青混凝 土搅 拌 系统 设计 树脂 沥青 混凝 土 由树脂 沥 青 、 0 3 i iT l 和 3 5 mm 的碎石及 矿 粉 组 成 ， 属 于 砂 粒 式 密 级 配 混 合 料 ， 在非高温 、 胶结料比较黏稠状态下拌和成型 。若 采用 常规 双 卧轴搅 拌 系 统 ， 一方 面 搅 拌 区域 容 易 存 在 “ 死角 ” ， 混 合料不 易达 到均匀 的程 度 ， 甚 至 出现漏 拌 现象 ， 且容 易混入 更 多空气 ， 造成成 品混 合料 内部 气 泡较 多 ； 另 一方 面矿料 粒径较 小 ， 若 轴 端密封装 置 不严， 干拌过程中矿料将从壳体挤入定动间隙， 在定 动元件 中产 生研磨 作用 ， 磨损 定动元 件 ， 导致轴 端漏 浆现象的发生， 最终造成整机无法正常工作 。因 此 ， 设 计 中采 用 了新型 的立轴 行 星式搅拌 系统 ， 该搅 拌机 主要有 2个 特点 。 ( 1 )搅拌 叶 片 由多 组 搅 拌 臂 组 成 ， 既 有公 转 又 有 自转运动 ， 搅拌 叶片 覆盖整 个搅 拌 区域 ， 搅 拌轨迹 复杂 ， 搅拌 强烈 、 均匀 ， 如 图 1 所示 。 9 4 ( a )搅拌 片 白转运动 ( b )搅拌叶片公转运动 图 1 搅拌 叶片运行轨迹 ( 2 )所有传动系统( 含 电机) 置于搅拌罐上部 ， 与混凝 土完 全隔 开 ， 罐 体 内空 间 大 ， 便 于拆 装 维 修 ， 无 双 卧轴搅拌 机轴 端漏浆 现象 ， 维护 方便 。 1 3建立 单元智 能化技 术 平台 单元智能化技术平 台主要包括信 息采集与传 输、 智能控制、 故障诊断与维护 3 个方面。在设备能 够平稳 有 序 的按 照工艺 流程 及工作 程序 实现 系统 的 运动 学 、 动 力学及 过程 逻辑 控制等 功能 的前提 下 ， 研 究施 工机 械 的智 能 化共 性 技 术 ， 形 成树 脂 沥 青 混凝 土搅拌机系列的核心单元智能化技术 。 ( 1 )建立 气路 控制 系统 、 物 料 循环 输送 系 统 、 混 合搅拌系统等数据模块 ， 同时编辑系统控制程序 ， 实 现物料输送、 计量、 混合搅拌 的数控操作。 ( 2 )建立 完 整 的数 据 处 理 模 块 ， 通 过 人 机 交 互 界 面 的数 字显示 优 点 ， 方便 操作 人员 的参数 标定 ， 实 现 精确控 制 。 ( 3 )建 立故 障监测 、 显示 和报 警 功能 ， 操 作 过程 中如若出现异常、 故障时， 能够发出报警信号并实时 显 示故 障信 息 。 2设备工作原理及结构 参数 2 1设备 工作原 理 综合现有t 昆 凝土搅拌机的结构特点， 针对树脂 沥青材 料 的特殊性 以及施 工 工 艺 要 求 ， 增加 1 套 材 料的输送添加系统 、 l套计量系统、 1套双料搅拌系 统和 1套胶洁料清洗系统。采用单元智能化技术 ， 控制 A、 B组 份 2套物料 供 给系统 同步 运作 ， 实 现 完 成 2种物料 的同步混合搅拌。工艺流程如下 ： A、 B 组份液体按规定的流量 、 比例压力输送 至各 自的计 量罐 内， 通过计量系统精确给定用量后 ， 打入胶结料 在搅 拌罐 内混合 搅 拌 ， 再 通过 双 料 昆合 系统 将 胶 结 料 与碎石 矿料 共 同搅 拌 ， 树脂 沥 青 混 凝 土搅 拌 机 工 艺 流程见 图 2 。 2 2设 备结构 参数 树脂沥青混凝 土 搅拌 机 主要构 成部 件包 括 主搅 拌机支架 、 组份储罐、 胶料添加计量系统、 混合料搅拌 系统、 人机交互系统等。主搅拌机支架为钢体焊接结 构件， 长为 3 3 m， 宽为 3 3 m， 高为7 8 r D _ 。上方固定 混凝土搅拌缸 ， 拌缸左进料口上方安放树脂沥青搅拌 罐 ， 外接 A、 B胶 结料输送 管道 ， 右 进料 口上方 安放 集 料输送斗 。集 料输 送 斗 前 方 布置 一 台 P Z S 0型 配 料 机 。A、 B储罐 布置在 主搅 拌机 左侧 ， 气 路控 制 系统 、 C0NS TRUCT I oN M ACHI NER Y AND M ANAGE M E NT ( 上接 第 7 7页) 表 7 冻融劈裂试验结果 未经冻融循环试件 经冻融循环试件 冻融劈裂抗 劈裂抗拉 平均值 劈裂抗拉 平均值 拉强度 比 强 度 MP a MP a 强 度 MP a MP a 1 3 7 1 3 6 1 2 6 1 2 7 9 3 HD P橡胶沥青胶浆侧向流动 ， 因此可 以有效改善沥 青与集料间的粘结力 ， 从而提高混合料 的水稳定性 。 4 结 语 对 HDP橡胶沥青混合料采用马歇尔设计法进 行配合比设计 ， 测定马歇尔试件的稳定 度、 流值、 毛 体积密度 、 空隙率 、 矿料间隙率 、 沥青饱和度 ， 通过计 算 分 析得 出 AC - 1 3 C型 的 HD P橡胶 沥青 混 合 料 的 最佳油石 比为 5 0 。对 HD P橡胶沥青混合料进 行 路 用性 能检 验 ， 通过 高温 稳定 性 、 低温 抗裂 性 能及 水稳定性的试验 ， 表明 HD P橡胶沥青混合 料具有 较好 的温度稳定性和抗水损 害性能力 g ， 可有效延 长沥青路面的使用寿命 。 参 考文 献 ： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 夏 玮 废 胶粉改性 沥青及 沥青混合料 路用性能研究 D 重 庆 ： 重庆交 通大学 ， 2 0 0 9 吕伟民 ， 孙 大权 沥青混合 料设计手 册 M 第 1版 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 7 冯 文欣 ， 季 国庆 ， 孔 宪明 近年废 胶粉 改性 道路 沥青 的研究 E J 石油沥青 ， 2 0 0 8 ， 2 2 ( 1 ) ： 6 - l 1 沈金安 沥青及沥青混合料 路用性 能 M 北京 ： 人 民交通 出 版社 ， 2 0 0 1 谢臻 高耐久铺装沥青混合料组成设计与性能研究E D 重 庆 ： 重庆交通大学 ， 2 o 1 3 黄 文元 轮 胎橡胶 粉改性 沥青路 用性 能及应用 研究 D 上 海 ： 同济大学 ， 2 0 0 4 黄文元 ， 张隐西 道路路面用橡胶沥青的性能特点与指标体 系 E J 中南公路工程 ， 2 0 0 7 ， 3 2 ( 1 ) ： 1 】 1 1 1 4 刘桂秋 ， 施楚贤 ， 刘一彪 砌体及砌 体材料 弹性 模量取 值的研 究 J 湖南 大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 8 ， 3 5 ( 4 ) ： 2 9 3 2 J TG E2 O 一 2 O 1 1 ， 公路工程沥青及沥青混合料试验规程E S 2 责任编辑 ： 杜敏浩 9 7