CN109371784A - 沥青混合料振动拌合装置和最佳振动拌合参数的选择方法 - Google Patents

沥青混合料振动拌合装置和最佳振动拌合参数的选择方法 Download PDF

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Abstract

一种沥青混合料振动拌合装置和最佳振动拌合参数的选择方法，属于沥青混合料室内试验拌合装置技术领域。本发明解决了现有的用沥青混合料拌合设备工作时沥青混合料中沥青、细集料、粗集料间的接触混合包裹和渗透不充分的问题。所述沥青拌合机包括机架主体、对称固接在机架主体上的两个支座、位于两个支座之间且与支座转动的拌合锅体，所述拌合锅体包括固接为一体的内壁及外壁，且内壁与外壁之间形成空腔，振动拌合装置还包括转速控制器、若干耐高温导线以及固接在拌合锅体空腔内的安装架、若干第一振动电机、若干第一电机安装环，所述安装架包括水平套设在拌合锅体内壁外部的卡环以及固接在卡环下方的弧形托架。

Description

沥青混合料振动拌合装置和最佳振动拌合参数的选择方法
技术领域
本发明涉及交通运输学科，具体涉及沥青混合料辅助振动拌合装置和最佳振动拌合参数的选择方法，属于沥青混合料室内试验拌合装置技术领域。
背景技术
现有的沥青混合料拌合设备是通过电机带动着叶片旋转，叶片的旋转带动着粗细集料运动，使其与沥青接触，细集料与沥青混合形成沥青胶浆，沥青胶浆在拌合的过程中裹覆在粗集料表面。
传统拌合设备即沥青拌合机主要由旋转电机，转动叶片，混合料盛放锅体和加热装置组成，在旋转电机带动下呈菱形的叶片开始旋转，带动集料和沥青的混合，加热装置保证沥青在拌合过程中不会冷却硬化。
《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中规定将预热好的石料加入到拌合锅中，再加入预先加热的沥青，通过叶片的旋转达到沥青与石料的接触从而均匀裹覆在石料表面。但在实际应用过程中出现了三个问题：(1)沥青与细集料形成的沥青胶浆不均匀，沥清无法均匀分散到细集料中，形成的沥青胶浆不均匀；(2)沥青胶浆在石料表面裹覆的不均匀。从而导致所成型试件各项指标变异性增大；(3)沥青无法快速渗入集料的开口孔隙中，导致沥青设计用量偏少。以上三点导致所成的沥青混合料各项指标变异性增大，性能不稳定。
发明内容
本发明是为了解决现有的用沥青混合料拌合设备工作时沥青混合料中沥青、细集料、粗集料间的接触混合包裹和渗透不充分的问题，进而提供了一种沥青混合料振动拌合装置和最佳振动拌合参数的选择方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种沥青混合料振动拌合装置，它包括沥青拌合机，所述沥青拌合机包括机架主体、对称固接在机架主体上的两个支座、位于两个支座之间且与支座转动的拌合锅体，所述拌合锅体包括固接为一体的内壁及外壁，且内壁与外壁之间形成空腔，振动拌合装置还包括转速控制器、若干耐高温导线以及固接在拌合锅体空腔内的安装架、若干第一振动电机、若干第一电机安装环，所述安装架包括水平套设在拌合锅体内壁外部的卡环以及固接在卡环下方的弧形托架，弧形托架的弧度与拌合锅体的内壁随形设置，第一振动电机与第一电机安装环的数量相等，若干第一振动电机对应通过若干第一电机安装环均布固接在卡环上，拌合锅体外壁底部开设有导线孔，转速控制器设置在拌合锅体外部，若干耐高温导线穿设在导线孔内，若干第一振动电机与转速控制器之间通过耐高温导线连接，且若干第一振动电机并联。
进一步地，弧形托架的下方设置有一个第二电机安装环和一个第二振动电机，所述第二电机安装环的结构与第一电机安装环的结构相同，且第二振动电机通过第二电机安装环固接在弧形托架的底部，第二振动电机与若干第一振动电机并联且与转速控制器之间通过耐高温导线连接。
进一步地，拌合锅体的外壁关于其中心轴线对称固接有两个转轴，拌合锅体与两个支座分别通过两个转轴转动固接，其中每个转轴上远离拌合锅体的一端与支座之间均设置有若干轴承，若干所述轴承与支座之间设置有橡胶垫圈。
进一步地，拌合锅体的外壁内侧面固接有隔音棉。
进一步地，耐高温导线外部套设有耐高温保护套管。
进一步地，弧形托架搭设在拌合锅体的外壁内侧底部。
进一步地，第一振动电机数量为三个。
沥青混合料最佳振动拌合工艺参数的选择方法，其特征在于：它包括如下步骤：
(1)、调试设备，确定沥青拌合机和振动拌合装置能够正常工作；
(2)、按照《公路沥青路面施工技术规范》中的要求配比出AC-16级配的集料；
(3)、选取技术参数，即振动电机的振动频率和振动拌合的时间，具体为：振动频率选取25Hz，33Hz，42Hz，50Hz，60Hz五组，振动拌合时间选取为60S，150S，180S，240S，300S五组，共组成二十五组振动拌合参数；
(4)、分别采用上述二十五组振动拌合参数的振动拌合成型方式AC-16级配的马歇尔试件，每组平行试件6个，分别测量上述马歇尔试件的马歇尔稳定度、流值和空隙率，并与现有技术中传统拌合方法下的技术指标进行对比，找出振动频率和振动拌合时间的最佳组合；
(5)、按步骤(4)中选取的振动拌合参数，进行AC-13和AC-20沥青混合料的马歇尔稳定度、流值和空隙率实验，验证方法的稳定性并对比集料粗细程度对振动拌合参数的影响；
(6)、按步骤(4)中选取的振动拌合参数，进行SMA和OGFC沥青混合料的马歇尔稳定度、流值和空隙率实验,验证方法的稳定性并对比级配类型对振动拌合参数的影响；
(7)、综合上述步骤(4)至步骤(6)的实验结果，提出沥青混合料最佳振动拌合参数和基于振动拌合的沥清混合料的马歇尔稳定度、流值及空隙率的标准值。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本发明申请主要是通过对电机带动旋转叶片转动，叶片带动集料转动，并且在混合料拌合锅体的内、外侧壁之间安装振动电机，从而使沥青混合料在拌合过程中受到振动作用和叶片旋转作用，达到沥青混合料中沥青、细集料、粗集料间的充分接触混合包裹和渗透，减小沥青混合料在实验阶段不同试件间的变异性，提高沥青设计用量的准确性。
本申请稳定性好，操作简单、控制方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图(局部剖视)；
图2为振动拌合装置的主剖视示意图；
图3为支座的侧视示意图；
图4为安装架的第一主视示意图；
图5为图4的左视示意图；
图6为图4的俯视示意图；
图7为安装架的第二主视示意图；
图8为图7的左视示意图；
图9为图7的俯视示意图；
图10为振动电机与转速控制器的连接示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～10说明本实施方式，一种沥青混合料振动拌合装置，它包括沥青拌合机1，所述沥青拌合机1包括机架主体1-1、对称固接在机架主体1-1上的两个支座1-2、位于两个支座1-2之间且与支座1-2转动的拌合锅体1-3，所述拌合锅体1-3包括固接为一体的内壁1-31及外壁1-32，且内壁1-31与外壁1-32之间形成空腔1-33，振动拌合装置还包括转速控制器2、若干耐高温导线3以及固接在拌合锅体空腔1-33内的安装架4、若干第一振动电机5、若干第一电机安装环6，所述安装架4包括水平套设在拌合锅体内壁1-31外部的卡环4-1以及固接在卡环4-1下方的弧形托架4-2，弧形托架4-2的弧度与拌合锅体1-3的内壁1-31随形设置，第一振动电机5与第一电机安装环6的数量相等，若干第一振动电机5对应通过若干第一电机安装环6均布固接在卡环4-1上，拌合锅体外壁1-32底部开设有导线孔1-34，转速控制器2设置在拌合锅体1-3外部，若干耐高温导线3穿设在导线孔1-34内，若干第一振动电机5与转速控制器2之间通过耐高温导线3连接，且若干第一振动电机5并联。
本申请中的第一振动电机5作为水平振动力来源，安装架4用于固定第一振动电机5，卡环4-1通过螺栓紧固在拌合锅体1-3上，第一电机安装环6与卡环4-1形状相同，尺寸较卡环4-1小，均通过螺栓紧固。第一振动电机5型号57ZYN010，额定电压24v，额定转速为3000rpm，额定转矩0.25N*M。第一振动电机5是在转子轴上端安装一组可调偏心块，利用轴及偏心块高速旋转产生的离心力得到激振力的设备。
若干第一振动电机5并联，同时工作。第一电机安装环6焊接在卡环4-1上。卡环4-1为壁厚2mm，轴向宽度5cm的钢板围设而成。
转速控制器2为现有技术，它是由电压转换模块和电压控制模块组成，电压转换模块是将220V交流电转换为24V直流电供第一振动电机5使用，该模块采用上海明玮S-350型工控电源，输入电压220V输出电压24v；电压控制模块为数显PWM直流电机调速器，电压调节范围为6-24V，PWM频率13KHZ，电压控制模块通过控制输入第一振动电机5的电压从而实现调节控制电机转速的目的。转速控制器2接入220V交流电，并与拌合锅体1-3顺出的耐高温导线3连接，调速旋钮和显示屏安装在沥青拌合机1的操作面板上。
根据现有的市场情况，本申请的硬件成本在1000元左右，加上安装、调试费用，合计2000元，生产成本低，利于推广使用。
本申请中所使用的螺栓均为防震螺栓。
采用低压电驱动24v和耐高温组件，具有能耗小，使用稳定性好，操作简单、控制方便等特点。
本申请的振动拌合装置是安装在传统的沥青拌合机1上。由于振动装置的加入，在高频振动作用下，沥青粘度进一步降低，使其更容易渗入到集料的开口孔隙，提高沥青混合料的耐久性，通过振动电机使拌合锅体1-3内的集料产生振动，使集料在小的空间内产生旋转，使集料的各个破裂面四周均能与沥青接触，提高沥青在集料表面分布的均匀性，当沥青分布均匀后，进入拌合后期，沥青胶浆沥青+细集料+矿粉和粗集料在振动和旋转叶片1-4搅动的双重作用下，粗集料既产生宏观的圆周运动和竖向的往复运动，又产生绕自身重心旋转运动，两种运动使沥青胶浆和粗集料分布均匀。
在沥青混合料配合比设计过程中，采用振动拌合装置拌合沥青混合料，可以大幅度提高沥青混合料中沥青分布的均匀性、粗细集料分布的均匀性，进而提高力学指标的均匀性，同时，沥青还会快速渗入集料开口孔隙，使沥青用量更加准确，能大幅度提高沥青配合比的设计质量，提高沥青路面的耐久性。
本发明申请主要是通过对电机带动旋转叶片1-4转动，叶片1-4带动集料转动，并且在混合料拌合锅体1-3的内、外侧壁之间安装振动电机，从而使沥青混合料在拌合过程中受到水平振动作用和叶片1-4旋转作用，达到沥青混合料中沥青、细集料、粗集料间的充分接触混合包裹和渗透，减小沥青混合料在实验阶段不同试件间的离异性，提高沥青设计用量的准确性，进而提高沥青混合料的性能。
工作原理：
沥青混合料的拌合温度在160摄氏度左右，在此状态下沥青仍具有一定粘性，只是通过叶片1-4的搅动难以使沥青与细集料充分的混合形成均质沥青胶浆，并且均匀裹覆在石料的表面。通过加入振动装置，会对沥青混合料的拌合起到三方面的作用：
一是使沥青分布均匀，在拌合初期沥青在高频振动波的作用下，其粘度会进一步降低，粗集料和细集料除了在随叶片1-4搅动产生宏观圆周运动外，还会在高频振动波作用下产生微观的旋转和振动，使沥青与集料的各个界面接触的频率增加，从而使沥青均匀地分布在集料的各个表面，提高沥青分布的均匀性；
二是在拌合中期高频振动降低了沥青的粘度，增加了渗透性，可以提高沥青向集料开口孔隙内的渗透量，使沥青混合料的沥青设计用量更加科学；
三是在拌合后期振动拌合会提高沥青胶浆和粗集料分布的均匀性，在拌合的初期和中期，一部分沥青与细集料均匀混合形成沥青胶浆，另一部分沥青粘附在粗集料表面和渗透其开口孔隙，此时，沥青拌合锅的竖向振动和横向振动会使沥青胶浆和粗集料实现竖向和横向运动，在叶片1-4的搅动作用下，沥青胶浆和粗集料会产生充分的混合，不会留下拌合死角，提高沥青胶浆和粗集料分布的均匀性。
弧形托架4-2可以为任意形状，如图4～6所示，弧形托架4-2包括第一弧形板4-21和第二弧形板4-22，两个弧形板的上端分别与卡环4-1底端固接，两个弧形板的另一端均位于拌合锅体1-3内壁1-31的正下方且对接为一体，优选两个弧形板之间的夹角为90度。
如图7～9所示，弧形托架4-2为一体的第三弧形板4-23，第三弧形板4-23的两端关于卡环4-1中心轴线对称固接在卡环4-1底端，弧形托架4-2的弧度与拌合锅体1-3的内壁1-31下部的弧度相同。
弧形托架4-2搭设在拌合锅体1-3的外壁1-32内侧底部。起到支撑卡环4-1的作用，防止在振动过程中卡环4-1从拌合锅体1-3的内壁1-31脱落下滑。
第一振动电机5数量为三个。
拌合锅体1-3的外壁1-32关于其中心轴线对称固接有两个转轴7，拌合锅体1-3与两个支座1-2分别通过两个转轴7转动固接，其中每个转轴7上远离拌合锅体1-3的一端与支座1-2之间均设置有若干轴承8，若干所述轴承8与支座1-2之间设置有橡胶垫圈9。所述轴承8的尺寸小于现有技术中的轴承8尺寸，并且通过橡胶垫圈9来减小支座1-2的刚性约束对振动效果的减弱作用，从而使大部分激振力集中在拌合锅体1-3上。
拌合锅体1-3的外壁1-32内侧面固接有隔音棉10。使第一振动电机5在工作时，通过1cm厚的隔音棉10减小噪音对使用者的危害。隔音棉10与拌合锅体1-3的外壁1-32通过抗高温胶水粘接。
弧形托架4-2的下方设置有一个第二电机安装环11和一个第二振动电机12，所述第二电机安装环11的结构与第一电机安装环6的结构相同，且第二振动电机12通过第二电机安装环11固接在弧形托架4-2的底部，第二振动电机12与若干第一振动电机5并联且与转速控制器2之间通过耐高温导线3连接。进一步使拌合锅体1-3内的沥青混合料搅拌均匀。通过振动电机使拌合锅体1-3内的集料既产生竖向振动，结合第一振动电机产生的横向振动，使集料在小的空间内产生360°旋转，使集料的各个破裂面四周均能与沥青接触，提高沥青在集料表面分布的均匀性，第二电机安装环11焊接在弧形托架4-2底部。
耐高温导线3外部套设有耐高温保护套管。对耐高温导线3进行进一步的保护，以延长振动拌合装置的使用寿命。
沥青混合料最佳振动拌合工艺参数的选择方法，其特征在于：它包括如下步骤：
(1)、调试设备，确定沥青拌合机1和振动拌合装置能够正常工作；
(2)、按照《公路沥青路面施工技术规范》中的要求配比出AC-16级配的集料；
(3)、选取技术参数，即振动电机的振动频率和振动拌合的时间，具体为：频率选取25Hz，33Hz，42Hz，50Hz，60Hz(即转速选取1500rpm，2000rpm，2500rpm，3000rpm，3600rpm)五组，振动拌合时间选取为60S，150S，180S，240S，300S五组，共组成二十五组振动拌合参数；
(4)、分别采用上述二十五组振动拌合参数的振动拌合成型方式AC-16级配的马歇尔试件，每组平行试件6个，分别测量上述马歇尔试件的马歇尔稳定度、流值和空隙率，并与现有技术中传统拌合方法下的技术指标进行对比，找出振动频率和振动拌合时间的最佳组合；(马歇尔试件的马歇尔稳定度、流值和空隙率均可由仪器直接测量得出。现有技术中传统拌合方法下的技术指标主要指的是温度和拌合时间。本步骤中先选取中等粒径的马歇尔试件，得到振动频率和振动拌合时间的最佳组合后，再在后面的步骤中对更细集料及更粗集料进行分别实验。)
(5)、按步骤(4)中选取的振动拌合参数，进行AC-13和AC-20沥青混合料的马歇尔稳定度、流值和空隙率实验，验证方法的稳定性并对比集料粗细程度对振动拌合参数的影响；(粗骨料多，粒径大，采用较高振动频率，相反，采用较低振动频率。)
(6)、按步骤(4)中选取的振动拌合参数，进行SMA和OGFC沥青混合料的马歇尔稳定度、流值和空隙率实验,验证方法的稳定性并对比级配类型对振动拌合参数的影响；其中SMA为沥青玛蹄脂碎石混合料Stone Mastic Asphalt或Stone Matrix Asphalt的简称，OGFC为一种嵌挤型热拌沥青混合料Open Graded Friction Course的简称。
(7)、综合上述步骤(4)至步骤(6)的实验结果，提出沥青混合料最佳振动拌合参数和基于振动拌合的沥清混合料的马歇尔稳定度、流值及空隙率的标准值。通过步骤(1)至(7)，确定室内沥青混合料的最佳振动工艺参数如下：普通石油沥青混合料的室内振动混合料拌合的工艺参数为：拌合温度T＝145℃，总振动拌合时间t＝150s，振动频率f＝50Hz；SBS改性沥青混合料室内振动混合料拌合的工艺参数为：拌合温度T＝175℃，总拌振动合时间t＝180s，振动频率f＝60Hz；
一、设备的组装：
(1)将沥青混合料拌合机上的拌合锅体1-3拆卸下来，打开拌合锅体1-3上部螺栓使内壁1-31和外壁1-32分离，将安装架4套装在拌合锅体1-3的内壁1-31外侧，在安装架4与拌合锅体1-3接触的地方涂抹耐高温胶水加固，拧紧安装架4上部开口处螺栓；图中未示出用于连接内壁1-31与外壁1-32的螺栓。
(2)将四个电机分别安装在安装架4上的电机安装环上，上部三个第一振动电机5呈120度水平分布，电机偏心块朝上，下部安装一个第二振动电机12，第二振动电机12呈水平方向放置，紧固电机安装环上的螺栓。通过耐高温导线3将四个电机并联连接，将耐高温导线3从拌合锅体1-3外壁1-32上的导线孔1-34顺出；
(3)在拌合锅体1-3外壁1-32内侧通过耐高温胶水粘结1cm厚隔音棉10并将拌合锅体1-3内、外壁1-32重新组装；
(4)将支座1-2拆卸下来，更换小号轴承8并在轴承8与支座1-2之间加入橡胶垫圈9，重新安装支座1-2，拌合锅体1-3安装在支座1-2上；
(5)将振动电机控制装置接入电路中，并将转速旋钮和数字显示屏安装在振动拌合装置的控制面板上；
二、设备的测试
(1)打开沥青混合料振动拌合装置的总电源；
(2)打开拌合锅体1-3的加热电源开关，预热拌合锅体1-3，并用温度计测试是否处于加热状态；
(3)打开沥青拌合机1上的叶片1-4旋转电源开关，观察叶片1-4是否转动；
(4)打开振动开关，触摸锅体外壁1-32感觉是否振动。
在完成1-4测试后，加热沥青拌合锅体1-3到规定温度后，在拌合锅里加入预热的集料和沥青，同时打开拌合和振动开关，振动拌合一定时间，取出沥青混合料，观察拌合状态是否充分，均匀。

Claims (8)

1.一种沥青混合料振动拌合装置，它包括沥青拌合机(1)，所述沥青拌合机(1)包括机架主体(1-1)、对称固接在机架主体(1-1)上的两个支座(1-2)、位于两个支座(1-2)之间且与支座(1-2)转动的拌合锅体(1-3)，所述拌合锅体(1-3)包括固接为一体的内壁(1-31)及外壁(1-32)，且内壁(1-31)与外壁(1-32)之间形成空腔(1-33)，其特征在于：振动拌合装置还包括转速控制器(2)、若干耐高温导线(3)以及固接在拌合锅体空腔(1-33)内的安装架(4)、若干第一振动电机(5)、若干第一电机安装环(6)，所述安装架(4)包括水平套设在拌合锅体内壁(1-31)外部的卡环(4-1)以及固接在卡环(4-1)下方的弧形托架(4-2)，弧形托架(4-2)的弧度与拌合锅体(1-3)的内壁(1-31)随形设置，第一振动电机(5)与第一电机安装环(6)的数量相等，若干第一振动电机(5)对应通过若干第一电机安装环(6)均布固接在卡环(4-1)上，拌合锅体外壁(1-32)底部开设有导线孔(1-34)，转速控制器(2)设置在拌合锅体(1-3)外部，若干耐高温导线(3)穿设在导线孔(1-34)内，若干第一振动电机(5)与转速控制器(2)之间通过耐高温导线(3)连接，且若干第一振动电机(5)并联。
2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料振动拌合装置，其特征在于：弧形托架(4-2)的下方设置有一个第二电机安装环(11)和一个第二振动电机(12)，所述第二电机安装环(11)的结构与第一电机安装环(6)的结构相同，且第二振动电机(12)通过第二电机安装环(11)固接在弧形托架(4-2)的底部，第二振动电机(12)与若干第一振动电机(5)并联且与转速控制器(2)之间通过耐高温导线(3)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种沥青混合料振动拌合装置，其特征在于：拌合锅体(1-3)的外壁(1-32)关于其中心轴线对称固接有两个转轴(7)，拌合锅体(1-3)与两个支座(1-2)分别通过两个转轴(7)转动固接，其中每个转轴(7)上远离拌合锅体(1-3)的一端与支座(1-2)之间均设置有若干轴承(8)，若干所述轴承(8)与支座(1-2)之间设置有橡胶垫圈(9)。
4.根据权利要求3所述的一种沥青混合料振动拌合装置，其特征在于：拌合锅体(1-3)的外壁(1-32)内侧面固接有隔音棉(10)。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种沥青混合料振动拌合装置，其特征在于：耐高温导线(3)外部套设有耐高温保护套管。
6.根据权利要求5所述的一种沥青混合料振动拌合装置，其特征在于：弧形托架(4-2)搭设在拌合锅体(1-3)的外壁(1-32)内侧底部。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种沥青混合料振动拌合装置，其特征在于：第一振动电机(5)数量为三个。
8.沥青混合料最佳振动拌合工艺参数的选择方法，其特征在于：它包括如下步骤：
(1)、调试设备，确定沥青拌合机和振动拌合装置能够正常工作；
(2)、按照《公路沥青路面施工技术规范》中的要求配比出AC-16级配的集料；
(3)、选取技术参数，即振动电机的振动频率和振动拌合的时间，具体为：振动频率选取25Hz，33Hz，42Hz，50Hz，60Hz五组，振动拌合时间选取为60S，150S，180S，240S，300S五组，共组成二十五组振动拌合参数；
(4)、分别采用上述二十五组振动拌合参数的振动拌合成型方式AC-16级配的马歇尔试件，每组平行试件6个，分别测量上述马歇尔试件的马歇尔稳定度、流值和空隙率，并与现有技术中传统拌合方法下的技术指标进行对比，找出振动频率和振动拌合时间的最佳组合；
(5)、按步骤(4)中选取的振动拌合参数，进行AC-13和AC-20沥青混合料的马歇尔稳定度、流值和空隙率实验，验证方法的稳定性并对比集料粗细程度对振动拌合参数的影响；
(6)、按步骤(4)中选取的振动拌合参数，进行SMA和OGFC沥青混合料的马歇尔稳定度、流值和空隙率实验,验证方法的稳定性并对比级配类型对振动拌合参数的影响；
(7)、综合上述步骤(4)至步骤(6)的实验结果，提出沥青混合料最佳振动拌合参数和基于振动拌合的沥清混合料的马歇尔稳定度、流值及空隙率的标准值。
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