CN104968766A - 制造用于沥青混合料制造的结合剂泡沫的方法和设备 - Google Patents

制造用于沥青混合料制造的结合剂泡沫的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制造用于沥青混合料制造的结合剂泡沫的方法。在此，将在大气压时具有比被加热的结合剂流的温度低的蒸发温度的液体、优选水在与结合剂流的流动方向(S)成大于90°的角度(α)的情况下喷入被加热的结合剂、优选沥青的处于过压下的流中，使得在喷入位置(D)下游存在结合剂连同在其中分布的液滴或连同在其中分布的液滴和从所述液滴中产生的汽泡的处于过压下的混合流。然后降低该混合流的压力，优选至大气压，由此由于在结合剂中包含的液滴的蒸发和/或从液滴中产生的汽泡的膨胀而发生结合剂的发泡。

Description

制造用于沥青混合料制造的结合剂泡沫的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种按照独立权利要求的前序部分所述的、制造用于沥青混合料制造的结合剂泡沫、尤其是用于制造泡沫沥青的方法、用于制造包括按照之前提到的方法制造的结合剂泡沫的沥青混合料的方法、用于实施最先提到的方法的设备以及所述设备的应用。
背景技术
为了在沥青混合料制造时减少能量需求和CO2排放，在近年来开发了不同的技术。其中一种技术是通过使用泡沫沥青降低沥青混合温度。通过对沥青发泡，其体积暂时增大，并且与此关联地其粘性暂时降低。由此，要与沥青混合成沥青混合料的碎石只须被较少加热，以便保证碎片颗粒表面的完全润湿。相应地需要更少燃料并且借此也产生更少的CO2。
在现今已知的制造用于沥青混合料制造的结合剂泡沫的方法中，将水喷射到热的、处于过压下的沥青流中。沥青和水的这样获得的混合流必要时在其先行在压力下穿过混合器之后被通过发泡喷嘴引导至大气压，其中，沥青通过在其中一起携带的水的蒸发而发泡。
在此，以已知的方法获得的沥青泡沫的质量显著变化。
为了获得在混合时碎石的良好润湿和沥青混合料的长的渗入(Einbau)时间，值得期望的是，使用具有尽可能精细的气泡结构的强烈发泡的结合剂泡沫，因为这样的泡沫只非常缓慢地缩小并且结合剂由此相对长时间地具有减小的粘性。
这样的泡沫现今只能以相对耗费的方法制造，例如其中沥青和水的混合流在发泡之前被引导通过静态混合器。然而由此产生相对大的设备技术的花费，并且经济性被混合器的经常的净化/保养的必要性不利地影响。
与之相反，利用现今已知的以简单的低成本的设备在没有混合装置的情况下可实施的简单的方法不能够达到希望的泡沫质量。
发明内容
因此提出的任务是，提供方法和装置，其不具有或至少部分地避免现有技术的之前所述的缺点。
该任务通过独立权利要求的技术方案解决。
相应地，本发明的第一方面涉及一种用于制造用于沥青混合料制造的结合剂泡沫的方法，优选用于制造泡沫沥青。在此，作为最初产品提供被加热的并且处于过压下的结合剂、例如沥青的流以及液体、例如水，所述液体具有在大气压时比提供的结合剂流的温度低的蒸发温度。液体通过一个或多个喷嘴在与结合剂流的流动方向成大于90°的角度的情况下在过压下喷入结合剂流中，从而在喷入的位置下游存在结合剂连同在其中分布的液滴或连同在其中分布的液滴和从所述液滴中产生的汽泡的处于过压下的混合流。进一步在下游，该混合流的压力如此程度地减小，优选至大气压，使得由于在结合剂中包含的液滴的蒸发和/或由于从在其中包含的液滴中产生的汽泡的膨胀而发生该结合剂的发泡。
换句话说，本发明的第一方面涉及一种制造用于沥青混合料制造的结合剂泡沫的方法，其中，将在大气压时具有比被加热的结合剂流的温度低的蒸发温度的液体、优选水在与结合剂流的流动方向成大于90°的角度的情况下这样喷入被加热的结合剂、优选沥青的处于过压下的流中，使得在喷入位置下游存在结合剂连同在其中分布的液滴或连同在其中分布的液滴和从所述液滴中产生的汽泡的处于过压下的混合流。然后降低该混合流的压力，优选至大气压，由此由于在结合剂中包含的液滴的蒸发和/或从液滴中产生的汽泡的膨胀而发生该结合剂的发泡。
已表明，利用按照本发明的方法以小的设备技术的花费能够制造具有精细的气泡结构的在质量方面高品质的结合剂泡沫，从而在对泡沫质量有高的要求时也可以放弃用于混匀结合剂连同在其中分布的液滴或连同在其中分布的液滴和从所述液滴中产生的汽泡的混合流的机械式混合装置、例如静态混合器，这也相应于按照本发明的方法的一种优选的实施形式。
优选，喷入液体到结合剂流中在与结合剂流的流动方向成大于120°的角度的情况下、还更优选成180°的角度的情况下、即沿倾斜相反于或完全相反于结合剂流的流动方向的方向进行。
同样优选，喷入液体到结合剂流中在结合剂流的中心进行。
通过这些措施能够实现液体在结合剂流中的特别良好的分布，由此能够进一步改善泡沫质量。
有利地提供和喷入如下液体，在所述液体中结合剂不可溶或仅部分地可溶。由此产生如下优点，即，全部喷入的液体量或至少其大部分可用作用于使结合剂发泡的发泡剂。
在所述方法的一种优选的实施形式中，在压力下将液体喷入结合剂流中，所述压力高于在喷入位置处结合剂流中的压力，并且更确切地说是优选高于在喷入位置处结合剂流中的压力至少1巴。
在此进一步优选，这样调节液体的喷入压力，使得液体的喷入速度为结合剂流在喷入位置的区域中的流动速度的至少两倍那样大。
已表明，这些措施有利于在结合剂流中形成精细的液滴并且借此能够实现泡沫质量的进一步改善。
在所述方法的另一种优选的实施形式中，这样调节结合剂流的流动速度，使得至少在结合剂流的一部分区域中、优选在喷入位置的区域中并且有利地附加地至少在喷入位置下游的一定的部分区域中存在拉伸流
在此还更优选的是，在喷入位置和混合流的压力为了使结合剂发泡而降低所在的位置之间的结合剂流的整个延伸尺寸上或在所述延伸尺寸的大部分上存在拉伸流。
通过产生拉伸流而可能的是，将在喷入位置之后在结合剂流中一起携带的液滴进一步分成更小的液滴，这对由混合流产生的结合剂泡沫的精细的泡沫结构有促进。
有利地在按照本发明的方法中，这样选择在喷入位置和混合流的压力为了使结合剂发泡而降低所在的位置之间的结合剂流的延伸尺寸，使得该延伸尺寸相应于在喷入位置处结合剂流的直径或液压直径的多倍、优选在二十五倍至五十倍之间。这样的尺寸确定被证实为特别能实行的。
结合剂连同在其中分布的液滴或连同在其中分布的液滴和从所述液滴中产生的汽泡的混合流的压力为了使结合剂发泡而降低优选通过一个或多个、优选相同的发泡喷嘴、例如直接到沥青混合料搅拌机之中地进行。喷嘴的使用能够实现连续的过程引导和受控制的压力降低。
每单位时间喷入的液体量优选为在喷入位置处结合剂流的体积流量的1至8体积百分比、还更优选为其2至4体积百分比。这样的量比例在实际中被证实为特别适合的。
在所述方法的还另一种优选的实施形式中，这样选择结合剂流和喷入的液体的温度和压力，使得在喷入位置处存在在喷入的液体和结合剂之间的大于0.5、优选大约1.0的粘度比例。由此有利于在结合剂流中形成精细的液滴，这有益于良好的泡沫质量。
在所述方法的还另一种优选的实施形式中，这样选择结合剂流和喷入的液体的温度及其量比例，使得对于喷入的液滴保持液相的情况，混合流的理论混合温度超过液体在大气压时的蒸发温度至少30％、优选至少50％并且还更优选至少60％。
在所述方法的还另一种优选的实施形式中，这样调节在喷入位置和混合流的压力为了使结合剂发泡而降低所在的位置之间的混合流中的压力，使得在混合流中包含的液滴直至上文最后提到的这个位置为液态并且通过为了使结合剂发泡而降低混合流的压力才蒸发。
已表明，通过上文最后提到的两个方法方案，尤其是在降低混合流的压力至大气压时，可以达到特别良好的发泡作用。
在按照本发明的方法中，作为结合剂优选使用沥青，带有或没有附加的添加剂，并且作为液体优选使用水，同样带有或没有添加剂。这样的原材料在沥青混合料制造中被建立并且数十年来被证明可行。
如果提供基本上由沥青组成的结合剂流，则其优选具有至少150℃的温度。在这样的沥青温度时，可以使用具有正常室温的水作为液体，并且可以放弃特别的水预热。
本发明的第二方面涉及一种用于制造沥青混合料的方法。在此，将利用按照本发明第一方面的方法制造的结合剂泡沫、优选利用所述方法制造的沥青泡沫与被加热的碎石和必要时其他的成分混合。
本发明的第三方面涉及一种用于实施按照本发明第一方面的方法的设备。所述设备具有流动通道，所述流动通道在其两个端部中的第一端部上与用于要发泡的结合剂、尤其是沥青的输入装置连接或可连接，以用于在按规定的运行中在流动通道中产生被加热的结合剂在过压下的流。此外，所述设备具有用于将液体、优选水喷入在按规定的运行中在流动通道中产生的被加热的结合剂的流中的机构，从而可以在喷入位置下游在流动通道中产生结合剂连同在其中分布的液滴或连同在其中分布的液滴和从所述液滴中产生的汽泡的处于过压下的混合流。用于喷入液体的机构这样构成，使得液体可以在与在按规定的运行中在流动通道中产生的被加热的结合剂的流的流动方向成大于90°的角度的情况下喷入。换句话说，用于喷入液体的机构亦即这样构成，使得液体可以被横向和/或相反于在按规定的运行中在流动通道中产生的被加热的结合剂的流的流动方向喷入。
此外，所述设备具有用于在优选跳跃式降低混合流的压力、有利地降低至大气压的情况下将结合剂连同在其中分布的液滴或连同在其中分布的液滴和从所述液滴中产生的汽泡的混合流从流动通道中释放的机构，由此由于在结合剂中包含的液滴的蒸发和/或从液滴中产生的汽泡的膨胀可以实现使结合剂发泡。优选，用于从流动通道中释放混合流以使结合剂发泡的机构具有一个或多个、优选相同的发泡喷嘴。
利用按照本发明的设备能够以小的设备技术的花费根据按照本发明第一方面的方法制造具有精细的气泡结构的在质量方面高品质的结合剂泡沫。
在所述设备的一种优选的实施形式中，用于喷入液体的机构这样构成，使得液体可以在与在按规定的运行中在流动通道中产生的被加热的结合剂的流的流动方向成大于120°的角度的情况下、优选成180°的角度的情况下喷入该流中，即沿倾斜相反于或完全相反于结合剂流的按规定的流动方向的方向。
同样优选，所述设备这样构成，使得喷入液体到结合剂流中可以在结合剂流的中心进行。
通过这些措施，能够实现液体在结合剂流中的特别良好的分布并且进一步改善泡沫质量。
在所述设备的另一种优选的实施形式中，所述设备在用于喷入液体的机构和用于从流动通道中释放混合流以使结合剂发泡的机构之间没有机械式混合装置、例如静态混合器。这样的设备在购置和维修费用方面是健壮的和运行可靠以及低成本的。
在按照权利要求的意义上，用于喷入液体到在按规定的运行中在流动通道中产生的被加热的结合剂的流中的按照权利要求的机构没有构成机械式混合装置，即使其尤其是在大于90°的喷入角时和中央的喷入时通过构造元件如输入导管和/或支承结构可以通过换向影响喷入位置下游的流。
在所述设备的还另一种优选的实施形式中，在喷入位置和混合流的压力在按规定的运行中为了使结合剂发泡而降低所在的位置之间的流动通道的延伸尺寸相应于在喷入位置处流动通道的直径的多倍、优选在二十五倍至五十倍之间。这样的确定尺寸对于达到良好的泡沫质量被证实为特别能实行的。
本发明的第四方面涉及按照本发明第三方面的设备用于制造泡沫沥青的应用。这样的设备的这种应用是特别优选的。
附图说明
本发明的其他的设计方案、优点和应用由从属权利要求和由借助附图现在接着的说明得出。在此：
图1示出按照本发明的设备的透视性的俯视图；
图2示出图1的设备的透视性的剖视图；以及
图3示出图1的设备的纵剖视图。
具体实施方式
图1至3示出用于实施按照本发明的方法的按照本发明的设备，一次以透视性的俯视图(图1)示出，一次以透视性的剖视图(图2)示出并且一次以纵剖视图(图3)示出。
如由这些图的概观得出的，该设备具有一个由相继设置的并且通过法兰部分相互连接的管区段4a、4b、4c形成的流动通道1，所述流动通道在其输入端部5(其两个端部中的按照权利要求的第一端部)上设有法兰6，所述法兰在所述设备的按规定的运行中用于将流动通道1连接到一输入导管(未示出)上，通过所述输入导管，被加热的沥青的流在过压下被供给到流动通道1中。
朝输入端部5指向的喷嘴2设置在流动通道1的第一管区段4a的中心，所述喷嘴与一输入导管7连接，通过该输入导管在设备的按规定的运行中水流在过压下输入至喷嘴2，以用于将水喷入热的处于过压下的沥青流中。输入导管7具有用于在按规定的运行中在过压下输入水的水接头8、用于为了在按规定的运行之后净化喷嘴2而输入净化剂、例如压缩空气的净化剂接头9以及压力传感器10，利用所述压力传感器可以监控输入导管7中的压力。如尤其是由图3可看出的，水喷入到沥青流中基于喷嘴2的布置结构和取向在按规定的运行中在流动通道1的中心进行，并且借此在其中引导的沥青流的中心进行，并且与在流动通道1中产生的被加热的沥青的流的流动方向S成180°的角度α的情况下进行。通过喷入水到沥青流中，在按规定的运行中在喷入位置D下游产生处于过压下的沥青连同在其中精细分布的水滴的混合流。
发泡喷嘴3设置在流动通道1的最后的管区段4c的端部上，通过所述发泡喷嘴，处于过压下的沥青连同在其中分布的水滴的混合流在按规定的运行中离开流动通道1并且在此在压力方面降低至大气压，其中，其由于在其中包含的水滴的蒸发和/或从水滴中产生的汽泡的膨胀而发泡。
如由各图可进一步看出的，所述设备在用于将水喷入到沥青流中的喷嘴2和用于将沥青和喷入的水滴的混合流从流动通道1中释放的发泡喷嘴3之间没有任何机械式混合装置或流动障碍，而是构成为光滑的、直线的管道。
虽然在本申请中说明了本发明的优选的实施方式，但要清楚指出，本发明不限制于这些实施方式并且也可以以其他方式在现在所附的权利要求书的范围内实施。

Claims (25)

1.用于制造用于沥青混合料制造的结合剂泡沫的方法，尤其是用于制造泡沫沥青，具有步骤：
a)在过压下提供被加热的结合剂、尤其是沥青的流；
b)提供液体、尤其是水，所述液体在大气压时具有比提供的被加热的结合剂流的温度低的蒸发温度；
c)在过压下将液体喷入结合剂流中，使得在喷入位置下游存在结合剂连同在其中分布的液滴或连同在其中分布的液滴和从所述液滴中产生的汽泡的处于过压下的混合流；并且
d)降低混合流的压力、尤其是至大气压，用以由于在结合剂中包含的液滴的蒸发和/或从液滴中产生的汽泡的膨胀而使结合剂发泡，
其中，液体喷入到结合剂流中在与结合剂流的流动方向(S)成大于90°的角度(α)的情况下进行。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，液体喷入到结合剂流中在与结合剂流的流动方向(S)成大于120°的角度(α)的情况下、尤其是成180°的角度(α)的情况下进行。
3.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在喷入液体和为了使结合剂发泡而降低混合流的压力之间不借助机械式混合装置、尤其是静态混合器混匀混合流。
4.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，喷入液体到结合剂流中在结合剂流的中心进行。
5.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，提供和喷入如下液体，在所述液体中结合剂不可溶或仅部分地可溶。
6.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在压力下将液体喷入结合剂流中，所述压力高于在喷入位置(D)处结合剂流中的压力，尤其是高于在喷入位置(D)处结合剂流中的压力至少1巴。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，调节液体的喷入压力，使得液体的喷入速度为结合剂流在喷入位置(D)的区域中的流动速度的至少两倍那样大。
8.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，调节结合剂流的流动速度，使得至少在结合剂流的一部分区域中、尤其是在喷入位置(D)的区域中存在拉伸流。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，调节结合剂流的流动速度，使得在喷入位置(D)和混合流的压力为了使结合剂发泡而降低所在的位置之间的结合剂流的整个延伸尺寸上或在所述延伸尺寸的大部分上存在拉伸流。
10.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，选择在喷入位置(D)和混合流的压力为了使结合剂发泡而降低所在的位置之间的结合剂流的延伸尺寸，使得该延伸尺寸相应于在喷入位置处结合剂流的直径的多倍、尤其是在二十五倍至五十倍之间。
11.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了使结合剂发泡而降低混合流的压力通过一个或多个、尤其是相同的发泡喷嘴(3)进行。
12.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，每单位时间喷入的液体量相应于在喷入位置(D)处结合剂流的体积流量的1至8体积百分比、优选2至4体积百分比。
13.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，选择结合剂流和喷入的液体的温度和压力，使得在喷入位置(D)处存在在喷入的液体和结合剂之间的大于0.5、优选大约1.0的粘度比例。
14.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，选择结合剂流和喷入的液体的温度及其量比例，使得对于喷入的液滴保持液相的情况，混合流的理论混合温度超过液体在大气压时的蒸发温度至少30％、优选至少50％、还更优选超过液体在大气压时的蒸发温度至少60％。
15.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，调节在喷入位置(D)和混合流的压力为了使结合剂发泡而降低所在的位置之间的混合流中的压力，使得在混合流中包含的液滴直至上文最后提到的位置为液态并且通过为了使结合剂发泡而降低混合流的压力才蒸发。
16.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，作为结合剂基本上使用沥青，并且作为液体基本上使用水。
17.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，提供基本上由沥青组成并且具有至少150℃的温度的结合剂流。
18.用于制造沥青混合料的方法，其中，将利用按照上述权利要求之一所述的方法获得的结合剂泡沫、尤其是泡沫沥青与被加热的碎石混合。
19.用于实施按照权利要求1-17之一所述的方法的设备，具有：
a)流动通道(1)，所述流动通道在其两个端部中的第一端部(5)上与用于要发泡的结合剂、尤其是沥青的输入装置连接或可连接，以用于在按规定的运行中在流动通道(1)中产生被加热的结合剂的处于过压下的流，
b)用于将液体、尤其是水喷入在按规定的运行中在流动通道(1)中产生的被加热的结合剂的流中的机构(2)，使得在喷入位置(D)下游在流动通道(1)中存在结合剂连同在其中分布的液滴或连同在其中分布的液滴和从所述液滴中产生的汽泡的处于过压下的混合流；和
c)用于在尤其是跳跃式降低混合流的压力、尤其是至大气压的情况下将结合剂连同在其中分布的液滴或连同在其中分布的液滴和从所述液滴中产生的汽泡的混合流从流动通道(1)中释放的机构(3)，用以由于在结合剂中包含的液滴的蒸发和/或从液滴中产生的汽泡的膨胀而使结合剂发泡，
其中，用于喷入液体的机构(2)构成为，使得液体能在与在按规定的运行中在流动通道(1)中产生的被加热的结合剂的流的流动方向(S)成大于90°的角度(α)的情况下喷入。
20.按照权利要求19所述的设备，其特征在于，用于喷入液体的机构(2)构成为，使得液体能在与在按规定的运行中在流动通道(1)中产生的被加热的结合剂的流的流动方向(S)成大于120°的角度(α)的情况下、尤其是成180°的角度(α)的情况下喷入。
21.按照权利要求19至20之一所述的设备，其特征在于，所述设备在用于喷入液体的机构(2)和用于将混合流从流动通道(1)中释放以使结合剂发泡的机构(3)之间没有机械式混合装置、尤其是没有静态混合器。
22.按照权利要求19至21之一所述的设备，其特征在于，用于喷入液体的机构(2)构成为，使得液体能在结合剂流的或流动通道(1)的中心喷入。
23.按照权利要求19至22之一所述的设备，其特征在于，在喷入位置(D)和混合流的压力为了使结合剂发泡而降低所在的位置之间的流动通道(1)的延伸尺寸相应于在喷入位置(D)处流动通道(1)的直径的多倍、尤其是在二十五倍至五十倍之间。
24.按照权利要求19至23之一所述的设备，其特征在于，用于从流动通道(1)中释放混合流以使结合剂发泡的机构(3)具有一个或多个、尤其是相同的发泡喷嘴(3)。
25.按照权利要求19至24之一所述的设备的应用，用于制造泡沫沥青。
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