CN106812045A - 发泡沥青系统及发泡沥青的制备装置以及制备和使用方法 - Google Patents

发泡沥青系统及发泡沥青的制备装置以及制备和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发泡沥青系统及发泡沥青的制备装置以及制备和使用方法。其发泡沥青系统包括封闭在压力容器中的沥青与发泡剂的混合物，还包括能够使压力容器中的沥青与发泡剂的混合物保持在发泡剂的常压沸点之上的加热系统，和能够使压力容器中的压力高于发泡剂的饱和蒸汽压的压力系统。本发明能够稳定储存和运输发泡沥青，并可以施工现场方便地生成泡沫沥青材料。

Description

发泡沥青系统及发泡沥青的制备装置以及制备和使用方法
技术领域
本发明涉及路面工程沥青材料的制备技术，具体涉及一种发泡沥青系统及发泡沥青的制备装置以及制备和使用方法。
背景技术
研究发现，用于沥青路面的在沥青混合料生产过程中，温度每降低10℃，每吨沥青混合料将减少产生0.9kg的CO2排放量。如果沥青混合料的拌合温度能比常规温度降低30℃，普通沥青混合料的CO2排放量将减少14％，改性沥青混合料的CO2排放量将减少13％。此外，相比于热拌沥青，温拌沥青的使用将节约30％-35％的燃料消耗。在此背景下泡沫沥青温拌技术应运而生。
目前，泡沫沥青的生产是利用拌合楼的沥青储罐及加温设施，在进拌缸之前加装沥青发泡装置来得到泡沫沥青。所使用的泡沫沥青都是现发现用，对于发泡效果、发泡沥青的质量等等问题只能通过经验法事后发现。在路面施工现场采用拌合楼现场制备泡沫沥青不但增加了拌合楼的工作量，对沥青质量也无法保证；还限制了泡沫沥青的应用范围，对于一些小的微养护作业等使用量小的工程使用极不方便。
发明内容
本发明的一个目的是：提供一种发泡沥青系统，使其能够稳定储存和运输发泡沥青，并可以施工现场方便地生成泡沫沥青材料；提供一种发泡沥青的制备装置以及制备和使用方法，使其能够在工厂连续生产发泡沥青，产品质量稳定，并能够稳定储存、运输，使用方便。
本发明的发泡沥青系统包括封闭在压力容器中的沥青与发泡剂的混合物，还包括能够使压力容器中的沥青与发泡剂的混合物保持在发泡剂的常压沸点之上的加热系统，和能够使压力容器中的压力高于发泡剂的饱和蒸汽压的压力系统。
所述沥青为针入度为10-300的道路沥青或重交通道路沥青，或加入已知改性剂生产的改性沥青；所述发泡剂为水或含有表面活性剂的皂液或其他已知的能够用于沥青发泡的介质。
所述发泡剂和沥青的质量比为0.1∶99.9～80∶20。
本发明的发泡沥青制备装置包括有分别连接沥青供料系统和发泡剂供料系统的沥青泵和发泡剂泵，沥青泵和发泡剂泵的出料管路均连接至混合器，所述混合器的出口经增压设备和压力罐进料阀连接至一个压力罐的进出料管线；所述压力罐的进出料管线还通过压力罐出料阀连接出料管；该装置还包括有能够对压力罐内物料加热的压力罐加热系统，和能够使压力罐内保持一定的高于常压压力的压力罐稳压系统，以及能够搅拌压力罐内物料的搅拌系统。
所述沥青泵和发泡剂泵的入口侧还分别设置有用来加热沥青和发泡剂的沥青加温装置和发泡剂加温装置。
所述沥青泵和发泡剂泵出口侧还分别连接有沥青质量流量计和发泡剂质量流量计。
所述混合器为静态混合料搅拌或剪切机，或胶体磨，或已知的能够使沥青和发泡剂混合的机械装置。
所述增压设备为空气推射器或其他能够压缩发泡沥青的增压设备。
所述混合器出口侧与增压设备之间连接有发泡沥青缓冲罐。
所述压力罐内的进出料管线的进出料口位于压力罐内腔底部的积料槽中。
所述压力罐加热系统包括位于压力罐内腔中并与外部导热油炉连接的导热油盘管和/或穿过压力罐内腔并与外部燃烧器连接的加热烟道。压力罐加热系统也可以采用外置加热装置。
所述进出料管线上设置有管线加温保温装置。
本发明的发泡沥青的制备和使用方法基于上述发泡沥青制备装置，包括以下步骤，
步骤一：原料沥青温度加热到100～180℃，与发泡剂分别通过沥青泵和发泡剂泵，经计量后进入混合器充分混合、均质；发泡剂为水或含有表面活性剂的皂液或其他已知的能够用于沥青发泡的介质，发泡剂和原料沥青的质量比为0.1∶99.9～80∶20；
步骤二：经混合器充分混合后的物料由增压设备加压后进入到压力罐，输入压力罐后的混合物料通过压力罐稳压系统进行稳压，实现稳定储存；根据物料的温度和发泡剂的饱和蒸汽压，确定稳压系统压力范围在0.05mpa-10mpa。
步骤三：压力罐内的发泡沥青通过压力罐加热系统、压力罐稳压系统和搅拌系统进行恒温、恒压及搅拌，达到发泡的温度和压力条件后由压力罐上的称重计量系统进行计量。
步骤四：使用时，将压力罐运至施工现场，通过接口连接压力罐的出料口与现场的混合料拌和缸，利用压力罐稳压系统的压力排出发泡沥青，形成泡沫沥青，用于拌制沥青混合料。
进一步的，本发明的方法通过控制系统对沥青的质量流量和发泡剂的质量流量联动控制，实现沥青与发泡剂的比例控制；通过控制系统对发泡剂压力与沥青温度联动控制，使发泡剂的压力大于沥青温度下发泡剂的饱和蒸汽压，保证发泡剂的稳定喷入；通过控制系统对压力罐的压力与沥青温度联动控制，使压力罐的压力大于沥青温度下发泡剂的饱和蒸汽压，使压力罐中的发泡剂处于液相状态。
与现有技术相比，本发明的优点是采用连续的生产工艺和特有的储存系统，利用控制发泡剂的饱和蒸气压的原理，实现工厂化连续生产，得到质量稳定的发泡沥青；连续生产出的发泡沥青通过特定的储存装置实现稳定的储存；利用储存装置的不同容积选择可实现连续、稳定的向各种需求的用户进行供货；通过储存装置上的自成体系的成套设备向用户连续供货，减少了用户的固定设备的投资及用户自行生产过程中的质量、成本以及环保的压力；通过工厂化的精确控制生产过程及特有的储存装置保证了产品质量的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例的发泡沥青制备装置的结构原理图。
具体实施方式
实施例一：
该实施例的发泡沥青制备装置包括有分别连接沥青供料系统和发泡剂供料系统的沥青泵1和发泡剂泵2，沥青泵和发泡剂泵的出料管路均连接至混合器3，所述混合器的出口经增压设备4(空气推射器)和压力罐进料阀5连接至一个压力罐6的进出料管线14；压力罐6的进出料管线还通过压力罐出料阀7连接出料管；该装置还包括有能够对压力罐内物料加热的压力罐加热系统，和能够使压力罐内保持一定的高于常压压力的压力罐稳压系统，以及能够搅拌压力罐内物料的搅拌系统。沥青泵1和发泡剂泵2的入口侧分别设置有用来加热沥青和发泡剂的沥青加温装置8和发泡剂加温装置9。
沥青泵和发泡剂泵出口侧还分别连接有沥青质量流量计10和发泡剂质量流量计11。
混合器3出口侧与增压设备4之间连接有发泡沥青缓冲罐12。
压力罐6内的进出料管线14的进出料口位于压力罐内腔底部的积料槽中13。
压力罐加热系统包括位于压力罐内腔中并与外部导热油炉连接的导热油盘管15和穿过压力罐内腔并与外部燃烧器连接的加热烟道16。
其工作过程：原料沥青经沥青加温装置8加热控温到工艺温度后由沥青泵1进行泵送，经过沥青质量流量计10及沥青比例控制阀控制流量后进入到混合器3与发泡剂进行混合；发泡剂经发泡剂加温装置9加热控温到工艺温度后由发泡剂泵2进行加压泵送，经过发泡剂质量流量计11及发泡剂比例控制阀控制流量后进入到混合器3与原料沥青进行混合；经混合器3充分混合后的混合液经过倍压阀进入到发泡沥青缓冲罐12进行稳定发泡，稳定后的发泡沥青由增压设备4(空气推射器)进行再次混合压缩经管线进入压力罐6。整个生产发泡过程的质量指标由控制系统自动控制，过程中原料沥青流量和发泡剂流量通过出口比例调节阀进行联动控制，实现了沥青与发泡剂比例的精细控制；发泡剂的压力和沥青温度联动控制，保证发泡剂的压力大于沥青温度下发泡剂的饱和蒸汽压，实现稳定的生产过程。
该装置的储存部分由压力罐、搅拌系统、压力罐加热系统、进出料计量系统、压力罐稳压系统及安全控制系统组成。其实现方案为：一、压力罐：压力罐罐体由罐外壁17、保温层18、保温外敷板19组成，压力罐承受的压力应为发泡剂在发泡温度下的饱和蒸汽压力的1.0倍以上；二、搅拌系统：搅拌器设置在压力罐内部，由轴套20，搅拌桨叶21，密封件22以及搅拌电机23组成，搅拌器的设计满足了成品的均匀、稳定性，密封件22满足了压力要求，搅拌电机23满足搅拌的动力；三、压力罐加热系统：压力罐加热系统由2种加热器组成，便于实际使用。一种是导热油加热系统，导热油盘管15安装在底部的型钢支架上，保证盘管的稳固；导热油盘管的换热面积与罐容积的比应不小于30％；导热盘管与罐外侧的导热油炉连通，直接方便的给予供热；第二种是直接式火焰加热系统，加热烟道16采用双回程设计，保证热量的最大化利用，外部直接设置与燃烧器对接，简单方便、实用，在临时应急或紧急出货情况下使用。四、进出料计量系统：压力罐进料阀5和压力罐出料阀7全部采用自动控制阀来控制，进出阀门接口处分别采用方便的快速接口连接，进出料管线14采用夹套管结构，使进出料能够在很短的时间实现。进出料管线14的进出料口连接在压力罐底部的积液槽内，保证在出料时能够一次性将压力罐内的成品放净。压力罐进料阀5和压力罐出料阀7与罐底部的称重模块24实现联动，保证进出料的精准计量。压力罐压力与沥青温度联动控制，保证发泡沥青罐的压力大于沥青温度下发泡剂的饱和蒸汽压，使发泡沥青罐中的发泡剂处于液相状态。五、压力罐稳压系统:系统压力的稳定直接与泡沫沥青质量有关，稳定的压力是发泡剂与沥青共同存在的前提条件。压力罐稳压系统由空压机组25提供动力源，经过空气管路与自动稳压阀26连接，经稳压后的压缩空气通过控制单向阀27与压力罐联通。在泡沫沥青储存阶段始终保持压力罐的压力恒定，在系统出料时给予一定的压力，将成品泡沫沥青压出使用。本系统不需要设置额外的沥青泵浦，直接靠压力压出使用。六、安全控制系统：安全控制系统由电器控制箱与压力罐上的温度传感器pt100、压力传感器，安全控制阀连接，随时监测、控制压力罐的压力、温度。保证压力罐的安全平稳控制。与压力罐底部的称重传模块24、压力罐进料阀5、压力罐出料阀7连接，精确控制进出料的数量。
本实施例的装置可采用便携式储存装置和车载式储存装置实现将稳定的发泡沥青进行方便的物流转移，达到生产到使用的无缝对接。实现只要有泡沫沥青的使用需求，无论数量多少，通过多样的便携与车载设备都可以达到，方便了用户的使用，拓宽了泡沫沥青的使用范围。整个装置只需和用户的现场管道进行快速对接后就能直接使用，省去了用户生成过程及设备投资和生产过程中的环保压力。
实施例二：
利用本发明装置及方法生产20吨发泡沥青，储存1小时、5小时、15小时、48小、72小时、240小时、360小时后测试指标。
工艺条件：
原料沥青为：AH-70#沥青；温度120℃
发泡剂为常温水。
原料沥青与水的比例按质量比为98％∶2％；
生产产能：10吨/小时
实现本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一：系统预热，启动沥青泵，将原料沥青通过换热器及流量计进行循环预热升温至130±0.5℃，原料沥青与发泡剂(水)的比例为98％∶2％，进行设定调节好沥青流量为9.8吨/小时；启动发泡剂泵，按照原料沥青与发泡剂(水)的比例为98％∶2％，设定好发泡剂的流量为0.2吨/小时，调节好发泡剂泵的压力大于沥青温度130±0.5度下的水的饱和蒸汽压力为0.35mpa。
步骤二：通过控制阀将原料沥青和水同时切进混合器；
步骤三：混合后的物料经压力直接进入到发泡腔。
步骤四：当发泡腔内压力达到0.35mpa时，空气推射泵自动启动，直接将发泡沥青压进储存罐中。过程中控制系统压力为不低于0.35mpa。
步骤五：设定连续生产2小时。2小时后停机。
步骤六：储存罐内压力恒定为≥0.35mpa，温度130±0.5度。
步骤六：停机后从储存装置取样分析1小时、5小时、15小时、48小时、72小时、240小时、360小时，分析生产泡沫沥青的膨胀率及半衰期。
通过分析得到表一所列泡沫沥青数据，可见通过本生产装置及储存系统储存的发泡沥青非常稳定。
表一：
实施例三：
利用本发明装置及方法生产60吨发泡沥青，储存1小时、5小时、15小时、48小、72小时、240小时、360小时后测试指标。
工艺条件：
原料沥青为：SBS改性沥青I-C；温度140℃
发泡剂为常温水。
原料沥青与水的比例按质量比为97.5％∶2.5％；
生产产能：20吨/小时
实现本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一：系统预热，启动沥青泵，将原料沥青通过换热器及流量计进行循环预热升温至140±0.5℃，原料沥青与发泡剂(水)的比例为97.5％∶2.5％，进行设定调节好沥青流量为19.5吨/小时；启动发泡剂泵，按照原料沥青与发泡剂(水)的比例为97.5％∶2.5％，设定好发泡剂的流量为0.5吨/小时，调节好发泡剂泵的压力大于沥青温度140±0.5度下的水的饱和蒸汽压力为0.4mpa。
步骤二：通过控制阀将原料沥青和水同时切进混合器；
步骤三：混合后的物料经压力直接进入到发泡腔。
步骤四：当发泡腔内压力达到0.4mpa时，空气推射泵自动启动，直接将发泡沥青压进储存罐中。过程中控制系统压力为不低于0.4mpa。
步骤五：设定连续生产3小时。3小时后停机。
步骤六：储存罐内压力恒定为≥0.4mpa，温度140±0.5℃。
步骤六：停机后从储存装置取样分析1小时、5小时、15小时、48小时、72小时、240小时、360小时，分析生产泡沫沥青的膨胀率及半衰期。
通过分析得到表二所列泡沫沥青数据，可见通过本生产装置及储存系统储存的发泡沥青非常稳定。
表二：
实施例四
利用本发明装置及方法生产10吨发泡沥青，储存1小时、5小时、15小时、48小、72小时、240小时、360小时后测试指标。
工艺条件：
原料沥青为：AH-110；温度120℃
发泡剂为常温水。
原料沥青与水的比例按质量比为97％∶3％；
生产产能：10吨/小时
实现本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一：系统预热，启动沥青泵，将原料沥青通过换热器及流量计进行循环预热升温至120±0.5℃，原料沥青与发泡剂(水)的比例为97％∶3％，进行设定调节好沥青流量为9.7吨/小时；启动发泡剂泵，按照原料沥青与发泡剂(水)的比例为97％∶3％，设定好发泡剂的流量为0.3吨/小时，调节好发泡剂泵的压力大于沥青温度120±0.5度下的水的饱和蒸汽压力为0.3mpa。
步骤二：通过控制阀将原料沥青和水同时切进混合器；
步骤三：混合后的物料经压力直接进入到发泡腔。
步骤四：当发泡腔内压力达到0.3mpa时，空气推射泵自动启动，直接将发泡沥青压进储存罐中。过程中控制系统压力为不低于0.3mpa。
步骤五：设定连续生产1小时。1小时后停机。
步骤六：储存罐内压力恒定为≥0.3mpa，温度120±0.5℃。
步骤六：停机后从储存装置取样分析1小时、5小时、15小时、48小时、72小时、240小时、360小时，分析生产泡沫沥青的膨胀率及半衰期。
通过分析得到表三所列泡沫沥青数据，可见通过本生产装置及储存系统储存的发泡沥青非常稳定。
表三：
实施例五
利用本发明装置及方法进行生产300吨发泡沥青，储存1小时、5小时、15小时、48小、72小时、240小时后测试指标。
工艺条件：
原料沥青为：AH-30#沥青；温度140℃
发泡剂为常温水。
原料沥青与水的比例按质量比为97％∶3％；
生产产能：30吨/小时
实现本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一：系统预热，启动沥青泵，将原料沥青通过换热器及流量计进行循环预热升温至140±0.5℃，原料沥青与发泡剂(水)的比例为97％∶3％，进行设定调节好沥青流量为29.1吨/小时；启动发泡剂泵，按照原料沥青与发泡剂(水)的比例为97％∶3％，设定好发泡剂的流量为0.9吨/小时，调节好发泡剂泵的压力大于沥青温度140±0.5℃下的水的饱和蒸汽压力为0.4mpa。
步骤二：通过控制阀将原料沥青和水同时切进混合器；
步骤三：混合后的物料经压力直接进入到发泡腔。
步骤四：当发泡腔内压力达到0.4mpa时，空气推射泵自动启动，直接将发泡沥青压进储存罐中。过程中控制系统压力为不低于0.4mpa。
步骤五：设定连续生产10小时，10小时后停机。
步骤六：储存罐内压力恒定为≥0.4mpa，温度140±0.5℃。
步骤六：停机后从储存装置取样分析1小时、5小时、15小时、48小时、72小时、240小时小时，分析生产泡沫沥青的膨胀率及半衰期。
通过分析得到表四所列泡沫沥青数据，可见通过本生产装置及储存系统储存的发泡沥青非常稳定。
表四：

Claims (14)

1.一种发泡沥青系统，其特征是：包括封闭在压力容器中的沥青与发泡剂的混合物，还包括能够使压力容器中的沥青与发泡剂的混合物保持在发泡剂的常压沸点之上的加热系统，和能够使压力容器中的压力高于发泡剂的饱和蒸汽压的压力系统。
2.根据权利要求1所述的发泡沥青系统，其特征是：所述沥青为针入度为10-300的道路沥青或重交通道路沥青，或加入已知改性剂生产的改性沥青；所述发泡剂为水或含有表面活性剂的皂液或其他已知的能够用于沥青发泡的介质。
3.根据权利要求1所述的发泡沥青系统，其特征是：所述发泡剂和沥青的质量比为0.1∶99.9～80∶20。
4.一种发泡沥青制备装置，其特征是：包括有分别连接沥青供料系统和发泡剂供料系统的沥青泵（1）和发泡剂泵（2），沥青泵和发泡剂泵的出料管路均连接至混合器（3），所述混合器的出口经增压设备（4）和压力罐进料阀（5）连接至一个压力罐（6）的进出料管线（14）；所述压力罐的进出料管线还通过压力罐出料阀（7）连接出料管；该装置还包括有能够对压力罐内物料加热的压力罐加热系统，和能够使压力罐内保持一定的高于常压压力的压力罐稳压系统，以及能够搅拌压力罐内物料的搅拌系统。
5.根据权利要求4所述的发泡沥青制备装置，其特征是：所述沥青泵（1）和发泡剂泵（2）的入口侧还分别设置有用来加热沥青和发泡剂的沥青加温装置（8）和发泡剂加温装置（9）。
6.根据权利要求4所述的发泡沥青制备装置，其特征是：所述沥青泵（1）和发泡剂泵（2）出口侧还分别连接有沥青质量流量计（10）和发泡剂质量流量计（11）。
7.根据权利要求4所述的发泡沥青制备装置，其特征是：所述混合器（3）为静态混合料搅拌或剪切机，或胶体磨，或已知的能够使沥青和发泡剂混合的机械装置。
8.根据权利要求4所述的发泡沥青制备装置，其特征是：所述增压设备（4）为空气推射器或其他能够压缩发泡沥青的增压设备。
9.根据权利要求4所述的发泡沥青制备装置，其特征是：所述混合器（3）出口侧与增压设备（4）之间连接有发泡沥青缓冲罐（12）。
10.根据权利要求4所述的发泡沥青制备装置，其特征是：所述压力罐内的进出料管线（14）的进出料口位于压力罐内腔底部的积料槽（ 13）中。
11.根据权利要求4所述的发泡沥青制备装置，其特征是：所述压力罐加热系统包括位于压力罐内腔中并与外部导热油炉连接的导热油盘管（15）和/或穿过压力罐内腔并与外部燃烧器连接的加热烟道（16）。
12.根据权利要求4所述的发泡沥青制备装置，其特征是：所述进出料管线（14）上设置有管线加温保温装置。
13.一种基于权利要求4所述发泡沥青制备装置的发泡沥青的制备和使用方法，其特征是：包括以下步骤，
步骤一：原料沥青温度加热到100～180℃，与发泡剂分别通过沥青泵和发泡剂泵，经计量后进入混合器充分混合、均质；发泡剂为水或含有表面活性剂的皂液或其他已知的能够用于沥青发泡的介质，发泡剂和原料沥青的质量比为0.1∶99.9～80∶20；
步骤二：经混合器充分混合后的物料由增压设备加压后进入到压力罐，输入压力罐后的混合物料通过压力罐稳压系统进行稳压，实现稳定储存；根据物料的温度和发泡剂的饱和蒸汽压，确定稳压系统压力范围在0.05mpa-10mpa；
步骤三：压力罐内的发泡沥青通过压力罐加热系统、压力罐稳压系统和搅拌系统进行恒温、恒压及搅拌，达到发泡的温度和压力条件后由压力罐上的称重计量系统进行计量；
步骤四：使用时，将压力罐运至施工现场，通过接口连接压力罐的出料口与现场的混合料拌和缸，利用压力罐稳压系统的压力排出发泡沥青，形成泡沫沥青，用于拌制沥青混合料。
14.根据权利要求13的发泡沥青的制备和使用方法，其特征是：通过控制系统对沥青的质量流量和发泡剂的质量流量联动控制，实现沥青与发泡剂的比例控制；通过控制系统对发泡剂压力与沥青温度联动控制，使发泡剂的压力大于沥青温度下发泡剂的饱和蒸汽压，保证发泡剂的稳定喷入；通过控制系统对压力罐的压力与沥青温度联动控制，使压力罐的压力大于沥青温度下发泡剂的饱和蒸汽压，使压力罐中的发泡剂处于液相状态。
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