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，試驗研究了不同實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。試驗結(jié)果表明，攪拌功率和攪拌不均勻性都隨著實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，攪拌功率和攪拌不均勻性的增幅都更為顯著；隨著實際充盈率的增大，適當(dāng)延長攪拌時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)延長攪拌時間并不能持續(xù)改善均勻性；實際充盈率應(yīng)根據(jù)攪拌機的額定充盈率進(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 充盈率 攪拌功率 攪拌均勻性

【基金項目】陜西省重大科技創(chuàng)新項目（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

雙臥軸攪拌機作為間歇強制式攪拌設(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充盈率的報道并不多見，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間的延長。實際上，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，在選定充盈率時一直采用經(jīng)驗值，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)場試驗的基礎(chǔ)，研究了不同實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，充盈率是指攪拌機內(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)量時的充盈率。根據(jù)額定充盈率η額

和實際充盈率η實，可以得到攪拌機的生產(chǎn)率：

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

二、試驗設(shè)備與方法

1.試驗設(shè)備

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

表1 攪拌機的主要參數(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)計值 4000 1976 2118 595 4.10 54.2 43

2.試驗材料

試驗所用的混合料為AC-20C，主要配比見表2。

3.試驗方法

根據(jù)試驗攪拌機的額定充盈率，選取4種實際充盈率，即65%、60%、55%和45%作為試驗工況，分別測定相應(yīng)攪拌過程的電機功率以及成品料的攪拌均勻性。攪拌功率是測量單個電機在整個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，按照混凝土取樣標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抽取。試驗標(biāo)準(zhǔn)工況的投料順序和攪拌時間為：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，總卸料時間約10s。一個全攪拌周期約47s。

三、試驗結(jié)果與分析

1.對攪拌功率的影響

圖1 單電機攪拌功率隨攪拌時間的變化曲線

圖2 實際充盈率對穩(wěn)定攪拌功率的影響

圖1給出了不同的實際充盈率工況下，單電機攪拌功率隨攪拌時間的變化曲線?？梢钥吹?，不同實際充盈率的攪拌功率有著相同的變化規(guī)律。隨著攪拌時間延長，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的試驗結(jié)果，在其他參數(shù)相同的條件下，隨著實際充盈率的增大，攪拌過程各階段的攪拌功率都隨之增大，特別是實際充盈率達(dá)到65%時，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)實際充盈率由45%增大至60%時，基本上充盈率每增大5%，攪拌功率增加約2kW；而當(dāng)實際充盈率超過60%繼續(xù)增大時，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，瀝青含量偏差超出了標(biāo)準(zhǔn)要求，并且超差幅度隨著實際充盈率的繼續(xù)增大而顯著增加。

攪拌時間分別延長5s、10s和20s后，重復(fù)60%和65%充盈率工況試驗，瀝青含量結(jié)果見圖3、圖4和圖5?？梢钥吹剑S著攪拌時間的不斷延長，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)實際充盈率為60%時，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)計時的額定充盈率和使用時的實際充盈率。合理的實際充盈率應(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 實際充盈率65%工況的瀝青含量抽提結(jié)果

圖4 實際充盈率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）試驗表明，攪拌功率和攪拌不均勻性都隨著實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，攪拌功率和攪拌不均勻性的增幅都更為顯著；隨著實際充盈率的增大，適當(dāng)延長攪拌時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)延長攪拌時間并不能持續(xù)改善攪拌均勻性。實際充盈率應(yīng)根據(jù)攪拌機的額定充盈率進(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].建筑機械，2004（9）：28-32.

[2]邵明建.瀝青路面機械化施工技術(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，主要從事機械制造及其自動化。