1  泡沫瀝青特點(diǎn)及應(yīng)用

泡沫瀝青是瀝青發(fā)泡后的產(chǎn)物。瀝青發(fā)泡的基本過程如圖1所示，在1個管道中瀝青被加熱至一定溫度（140°C以上）后，從一個噴嘴以一定的壓力噴入發(fā)泡腔，此時將處于環(huán)境溫度的冷水和壓縮空氣從另外的噴嘴以一定的壓力也噴入發(fā)泡腔內(nèi)，兩者在發(fā)泡腔中均勻接觸時，水分會迅速蒸發(fā)，從而使瀝青在飽和蒸汽內(nèi)產(chǎn)生爆炸泡沫，體積膨脹至原來的15~20倍，這時瀝青黏度急劇下降，與混合料具有較好的和易性（即裹覆性能）。泡沫瀝青的優(yōu)勢具體表現(xiàn)在：泡沫瀝青混合料拌和時可以減少瀝青用量達(dá)10%~15%，混合料拌和的時間減少15%~20%，不僅降低了成本，也提高了生產(chǎn)率；其次，還可以降低瀝青和礦料的加熱溫度，從而降低生產(chǎn)過程中的熱能消耗，減輕瀝青的老化程度。另外，泡沫瀝青不但能夠有效利用瀝青路面回收料（RAP），減少對石油資源的開采，且受季節(jié)和氣候的影響小，施工時不必中斷交通。

圖1 瀝青發(fā)泡原理

2 泡沫瀝青發(fā)生裝置介紹

我公司基于模塊化理念開發(fā)出的瀝青發(fā)泡裝置，已申請了實用新型專利和發(fā)明專利。此瀝青發(fā)泡裝置考慮了與攪拌站的接口，可直接安裝在現(xiàn)有攪拌站的拌和樓上，根據(jù)承包商或業(yè)主的需要購買，無需對攪拌站作過多更改；既利用了攪拌站嚴(yán)格控制級配的優(yōu)點(diǎn)，又避免了泡沫瀝青冷再生機(jī)大額投資。在現(xiàn)有攪拌站上安裝瀝青發(fā)泡裝置后，攪拌站在原有設(shè)備功能的基礎(chǔ)上，可以增加泡沫瀝青新料拌和工藝、RAP材料的配比拌和工藝及泡沫瀝青溫拌工藝。

3  攪拌站泡沫瀝青混合料拌和工藝

目前，我國的瀝青混合料生產(chǎn)單位主要使用間歇式、滾筒式或連續(xù)式拌和設(shè)備，無論對于哪種拌和設(shè)備，瀝青發(fā)泡裝置的任務(wù)都是生產(chǎn)高復(fù)合性能的泡沫瀝青，并要求能夠準(zhǔn)確計量。由于連續(xù)式拌和設(shè)備避免了頻繁的電機(jī)啟動，相對間歇式拌和設(shè)備增設(shè)瀝青發(fā)泡功能裝置比較容易實現(xiàn)，根據(jù)泡沫瀝青使用的特點(diǎn)，在泡沫瀝青穩(wěn)定材料時需要具有連續(xù)級配，因此在拌和設(shè)備上要增添兩個必要的系統(tǒng)，即水泥和加濕水的添加系統(tǒng)。圖2是間歇式攪拌站泡沫瀝青混合料拌和工藝示意圖。由于在現(xiàn)有拌和設(shè)備上增加瀝青發(fā)泡功能模塊，使攪拌站增加泡沫瀝青混合料拌和功能，所以保留了現(xiàn)有拌和設(shè)備的全部部件，雖然有些部件在泡沫瀝青混合料拌和工藝中并不適用，如烘干筒等。下面以間歇式拌和設(shè)備為例，說明泡沫瀝青混合料拌和工藝實現(xiàn)的步驟。

操作過程如下：操作員在中央控制發(fā)出開機(jī)命令后，冷料倉的骨料經(jīng)皮帶運(yùn)輸至烘干筒內(nèi)，不必烘干（泡沫瀝青應(yīng)用的突出特點(diǎn)），直接提升、篩分后落入各料倉室。各骨料和礦粉填料由稱量斗內(nèi)的電子秤計量后，按比例送入攪拌缸內(nèi)，水泥（或石灰）計量后經(jīng)由增設(shè)的螺旋輸送器送至攪拌缸，此時，添加適量的加濕水，加濕水由泵、閥、噴嘴進(jìn)行組合控制，邊噴邊拌，使水均勻噴淋在混合料上，并使水泥、加濕水以及骨料拌和均勻。然后，開啟瀝青發(fā)泡裝置生產(chǎn)泡沫瀝青并直接噴入攪拌缸內(nèi)，各種料在攪拌缸內(nèi)攪拌均勻后形成成品，卸到料斗，最后通過卸料閥將成品料放到運(yùn)輸車上，運(yùn)到施工現(xiàn)場使用。

4  瀝青發(fā)泡裝置的設(shè)計

4.1  瀝青發(fā)泡裝置系統(tǒng)設(shè)計
瀝青發(fā)泡裝置的系統(tǒng)原理如圖3所示。圖中①~⑧是設(shè)置的8個瀝青發(fā)泡腔，它們以相同的方式安裝在瀝青終端管路，形成噴灑桿結(jié)構(gòu)，直接安放在攪拌倉內(nèi)部。每部發(fā)泡腔均設(shè)置有發(fā)泡水入口，瀝青入口以及壓縮空氣入口，還設(shè)置有泡沫瀝青出口，在發(fā)泡腔內(nèi)實現(xiàn)瀝青發(fā)泡過程中的復(fù)雜物理變化過程，最終以泡沫瀝青的形態(tài)噴射進(jìn)入攪拌倉。
瀝青發(fā)泡裝置分成瀝青系統(tǒng)、發(fā)泡水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。瀝青系統(tǒng)主要完成瀝青的計量輸送預(yù)計加熱保溫功能；發(fā)泡水系統(tǒng)除了要精確計量并輸送發(fā)泡水外，還應(yīng)該保證發(fā)泡水必要的霧化效果，使水滴霧化到100~150μｍ是比較適合的，能夠確保水的相變率和快速高效地產(chǎn)生水蒸氣；壓縮空氣系統(tǒng)不僅要提供瀝青噴射開關(guān)裝置中氣缸所必需的用氣量，還要提供發(fā)泡腔具有足夠壓力的壓縮空氣輔助瀝青發(fā)泡，以達(dá)到滿意的瀝青發(fā)泡效果；瀝青發(fā)泡裝置設(shè)置了系統(tǒng)監(jiān)控界面，由組態(tài)軟件完成；計算機(jī)作為系統(tǒng)的上位機(jī)，是控制系統(tǒng)的中心，PLC、變頻器以及流量計作為下位機(jī)，均由計算機(jī)直接控制。上位機(jī)與下位機(jī)之間均采用232/485轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通訊。分布在各個監(jiān)測點(diǎn)的傳感器、電磁閥、流量計等作為檢測和執(zhí)行元件，將信號返回給計算機(jī)，計算機(jī)再通過控制算法進(jìn)行集中控制

4.2  瀝青發(fā)泡裝置人機(jī)界面

泡沫瀝青發(fā)生裝置設(shè)置有手動和自動兩種操作方式，這兩種操作方式可在上位機(jī)主界面上進(jìn)行選擇。當(dāng)選擇手動操作時，系統(tǒng)等待指令，操作者需要在控制柜上逐步進(jìn)行操作；當(dāng)選擇自動操作時，系統(tǒng)按照既定操作動作自動進(jìn)行。手動操作可方便技術(shù)人員進(jìn)行各種不同目的的試驗操作，自動操作是成熟工藝的提煉。

根據(jù)生產(chǎn)工藝和管理需要，人機(jī)界面具備了控制操作功能、生產(chǎn)管理功能和監(jiān)控報警功能。界面系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)提示選擇或輸入系統(tǒng)參數(shù)，如選擇瀝青型號和密度，輸入噴射時間、泡沫瀝青比例、發(fā)泡水比例及計量泵容積比例等。界面上設(shè)置了操作人員登錄及密碼設(shè)置菜單，專人專用，方便查詢操作人員的工作時間，自動統(tǒng)計個人工作效率。另外，系統(tǒng)中預(yù)存了幾種典型的瀝青型號，為這些典型的瀝青型號設(shè)置了發(fā)泡參數(shù)的配方管理功能，只要按照提示選擇瀝青型號即可實現(xiàn)最佳發(fā)泡參數(shù)的調(diào)用，如果采用的瀝青型號系統(tǒng)中沒有預(yù)存，可根據(jù)提示輸入相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)會根據(jù)控制算法進(jìn)行泡沫瀝青性能的預(yù)算，然后選擇合適的瀝青發(fā)泡參數(shù)供選擇。此外，人機(jī)界面設(shè)置了監(jiān)控報警功能，可在線監(jiān)控各個系統(tǒng)的壓力、流量、溫度等重要參數(shù)，這些參數(shù)在生產(chǎn)過程中的實時值和累計值等均記錄在數(shù)據(jù)庫，可隨時調(diào)用或打印，如果系統(tǒng)出現(xiàn)誤操作或參數(shù)超差等現(xiàn)象會自動報警。