乳化進口瀝青的研制與應(yīng)用(2)

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2 試驗路的鋪筑
    為了進一步驗證采用國產(chǎn)乳化劑乳化進口瀝青的使用品質(zhì),在省公路局、常州、淮陰、鎮(zhèn)江公路處的大力支持下,分別在南京-杭州104國道、常州-溧陽一級公路、寧連一級公路馬壩-武墩段擴大試驗,共生產(chǎn)鎮(zhèn)江2#埃索乳液39t,鋪筑了三段試驗路,這些路線共同的特點是日交通量都在一萬輛左右,路面結(jié)構(gòu)均為二灰碎石基層上鋪筑瀝青混凝土面層。詳細情況如下:
    (1) 104國道1205+500-1206+000路面改造工程下封層試驗段位于車左幅,長500m、寬8.4m,共計4200m2.該路底基層采用水泥混凝土路面破碎后灌注水泥漿、基層為20cm二灰碎石、面層為9cm雙層瀝青混凝土。交通量約8000多輛次/晝夜,其中重型貨車占30%左右。下封層采用雙層式灑布型,第一層乳液用量1.8kg/m2、5~10mm石料12m3/km2,第二層乳液用量1.0kg/m2、3~8mm石料6m3/m2.施工時天晴、氣溫30℃,灑布后約15min破乳,經(jīng)行車1個月后實施瀝青混凝土面層,鋪面層前檢查下封層表面平整無坑塘,與基層粘結(jié)緊密牢固。
    (2) 常州-溧陽新建一級公路下封層試驗段路面半幅寬10m,計7000m2.該路基層為二灰碎石、面層為9cm瀝青混凝土,交通量約6000輛/晝夜,邊施工邊通車。下封層采用單層試驗灑布型,乳液用量為1.8kg/m2,0.3~0.8cm石屑用量8m3/km2.施工時天氣小雨轉(zhuǎn)陰、氣溫25℃,破乳時間約30min.經(jīng)行車后表面平整密實、無起皮、坑塘,無推移、輪跡,與基層粘結(jié)牢固緊密。
    (3)寧連一級公路路面改建工程下封層試驗路段,試驗段位于11k+500-12k+500路線西側(cè),長1000m、寬10m,計面積10000m2.該路基層為30cm二灰碎石、面層為16cm瀝青混凝土,日交通量大于10000輛次。下封層采用單層式灑布型,乳液用量1.5kg/m2、石屑用量7m3/km2.施工時天晴、氣溫18℃,破乳時間約35min.經(jīng)行車表面平整無推移坑塘、脫落,與基層粘結(jié)緊密牢固。
    對上述三段試驗路,我們分別鉆取了樣芯,104國道、常州-溧陽線路取了自面層至基層全部樣芯,試件表明下封層將油面層與基層牢固地粘結(jié)成整體。寧連一級公路因取樣機的原因,致使二灰碎石未能完整取出,但從二灰碎石的斷裂面看下封層與基層仍然粘結(jié)完整牢固。這充分說明進口瀝青乳化后作為下封層它的粘結(jié)力很強,既起到層間連接的作用,又能防止雨雪水透入基層。
    通過室內(nèi)試驗及擴大試驗路鋪筑,對使用進口瀝青乳液鋪筑下封層,有以下進一步認識:
    ①我站生產(chǎn)的進口瀝青乳液產(chǎn)品質(zhì)量是好的、穩(wěn)定的。采用油罐車裝運,共生產(chǎn)乳液50t,沒有因運輸、貯存及運至工地一時不能施工而發(fā)生沉淀分層凝塊現(xiàn)象。
    ②當乳液運至工地,從運油罐車移至灑油車內(nèi),采用管道直接泵送,每輸送一車僅10min.不像一般運輸車隊采用高站臺低貨位的自流方式,每自流一車需1h,而且還可免去因選擇高站臺而導(dǎo)致的繞行。由于采用管道泵送,不會混入大量的氣泡,影響噴灑效果和使用質(zhì)量。
    ③噴灑過程中乳液分布均勻,無泡沫粘附在石料表面導(dǎo)致空白。另外施工日期無論在8月或10月,均未因溫差對破乳速度造成影響。
    (4) 進口瀝青乳液的粘結(jié)性。下封層試驗段完成后,我們待面層施工鋪筑完成,分別鉆取了樣芯。104國道樣芯15cm,常州至溧陽線、馬壩至武墩段樣芯均為10cm.馬武段除機械原因未將基層整層取出。其余二條線多個樣芯可以看出下封層將面層與基層粘結(jié)成一體無一脫開,完全達到設(shè)計層間連續(xù)的要求。樣芯雖然經(jīng)長途運輸與顛簸,送至各級檢查均未導(dǎo)致上下層脫開。
    (5) 三段試驗路均采用鎮(zhèn)江2#乳液,以灑布法施工,用量為1.4~2.8kg/m2,所用石屑質(zhì)地堅硬、清潔無雜質(zhì),嚴格控制粉料含量。由于試驗路都處于不中斷交通的施工路段,二灰碎石基層在行車作用下表層細小石屑及粉料基本掃凈,形成首料林立理想的粘結(jié)表面,加之灑布下封層采用森林滅火鼓風(fēng)機吹凈基層表面浮塵,使層間粘結(jié)條件更好。另外撒料時間、撒料方法、碾壓時間的掌握與破乳速度之間的配合做到恰到好處,這對保證下封層的質(zhì)量及開放車輛行駛極為重要。
    (6) 試驗路完成后即可開放交通,恢復(fù)車輛行駛,但必須掌握:
    ①開放交通初期必須慢行;
    ②指揮車輛全段均勻行車,不得在車道上集中行駛。
    3 瀝青乳化工藝及設(shè)備
    乳化瀝青是熱熔的瀝青摻配乳化劑水溶液,通過機械作用,把瀝青切割成微粒制成水包油型乳狀液,簡稱"乳液".它是由瀝青、水和乳化劑等三個成分組成,經(jīng)過乳化設(shè)備的作用而形成。由此可知制造乳化瀝青必須有基本裝置-乳化機,它是生產(chǎn)乳化瀝青的核心。另外,還需要有乳化劑水溶液罐、熱瀝青貯存罐和加溫裝置等等,這就形成了生產(chǎn)組合車間。
    綜上所述可知,瀝青乳化不僅需要專用的機械設(shè)備,而且還必須制定一定的工藝生產(chǎn)流程,在特定的工藝條件下才能完成。乳化瀝青的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備對乳液的質(zhì)量和成本起著重要的作用,選擇好的設(shè)備、制定完善的生產(chǎn)工藝、管線布局、充分利用現(xiàn)有條件,是建好生產(chǎn)車間的前提。同時,建立科學(xué)的生產(chǎn)管理制度是保證產(chǎn)品質(zhì)量、發(fā)展乳化瀝青生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。
    3.1 充分利用優(yōu)越的運輸及熱能條件
    六十年代中期,在鎮(zhèn)江近郊已建立了一座熱瀝青中轉(zhuǎn)油庫,年進出瀝青近1.5萬t.中轉(zhuǎn)油庫有可停靠6節(jié)槽車的鐵路專用線,有二臺2t蒸氣鍋爐、一臺650大卡導(dǎo)熱油鍋爐和4000t瀝青儲罐,既可中轉(zhuǎn)瀝青也能為施工直接供加熱至160℃~180℃的熱瀝青。另外還有200t的汽車專用運輸罐車,專門送運熱瀝青或乳化瀝青。因此發(fā)展生產(chǎn)乳化瀝青時:
    (1)可利用加熱條件為生產(chǎn)乳化瀝青提供加熱至要求的熱融瀝青和要求溫度的乳化劑溶液;
    (2)可利用蒸氣對生產(chǎn)設(shè)備預(yù)熱;
    (3)可利用原有房屋減少基建投資;
    (4)可利用鐵路專用線調(diào)運瀝青直接入庫,減少運輸環(huán)節(jié),降低成本;
    (5)充分利用油庫的供水供電條件;
    (6)利用原有瀝青檢測設(shè)備及試驗人員,增加些專用設(shè)備,即可建立起健全的質(zhì)量檢測體系。
    3.2 設(shè)備的選型
    八十年代初,我站即利用中轉(zhuǎn)瀝青的有利條件,組建了國內(nèi)較先進的以乳化國產(chǎn)瀝青為主的生產(chǎn)車間,它有較完善的瀝青加熱熔化和供給系統(tǒng)、供水供汽系統(tǒng)、乳化劑水溶液摻配系統(tǒng)、計量控制系統(tǒng)、乳化瀝青生產(chǎn)機械、乳液儲存系統(tǒng)、乳液質(zhì)檢設(shè)備、乳液生產(chǎn)電控系統(tǒng)以及乳液外運系統(tǒng)。
    乳化機是乳化設(shè)備的心臟,通過機械的剪切、沖擊和研磨完成對瀝青的粉碎分散,因不同的力學(xué)作用原理,乳化機械有攪拌機、勻油機、膠體磨等,其中采用最多的是膠體磨,膠體磨的乳化機是較理想的乳化機械,它磨出的瀝青粒子均勻、細度小、計量穩(wěn)定、安裝調(diào)試方便。其主要部件是轉(zhuǎn)子和定子,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般為16.6-200r/s,轉(zhuǎn)速可達300r/s.轉(zhuǎn)子和定子間有一定間隙可以調(diào)整,最小間隙可調(diào)至0.025mm.瀝青與乳化劑水溶液從進口流入,在離心力的作用下,穿過轉(zhuǎn)子與定子間的縫隙,經(jīng)高速剪切與研磨,從出口流出即完成分散乳化,瀝青即形成極細小的微粒穩(wěn)定于乳化劑水溶液中。我們選用的W1型膠體磨,工作時依靠兩個齒形面的相對運動,通過二齒面間隙使制品受到剪切、研磨、高頻振動、漩渦等多種的作用,因此乳液被有效地分散、碎破,均化乳化細度<2um,產(chǎn)量8t/h、電動機功率13kW,動磨盤與靜磨盤均采用不銹鋼制造,抗腐蝕能力強。
    瀝青乳化生產(chǎn),除核心部分乳化機極為關(guān)鍵外,其他配套生產(chǎn)設(shè)備設(shè)置是保證乳化機生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)品成本的重要部分。要求各部位設(shè)計緊湊、堅固、管道布置合理,節(jié)省能源、便于檢修、操作方便,整個設(shè)備做到文明生產(chǎn)。
    配套設(shè)備主要有乳液生產(chǎn)系統(tǒng)、油水供給裝置、溫度調(diào)節(jié)裝置、流量控制裝置、乳液貯存及輸出、儀表控制室及試驗室等六大部分。現(xiàn)分述如下:
    (1)乳液生產(chǎn)系統(tǒng)。
    乳液生產(chǎn)系統(tǒng)各設(shè)二個200×150×150cm過渡鍋,以滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求。為了節(jié)省用地,利用高位差,使過渡鍋底標高離地面200cm左右。二鍋間設(shè)有溢流孔,以防止瀝青溢鍋時外流。為保證生產(chǎn)時供料穩(wěn)定,并提高產(chǎn)量,過渡鍋出口處設(shè)二臺齒輪泵,規(guī)格為10″,作供熱瀝青及乳化劑水溶液之用。
    乳化劑的制備。先在1t調(diào)配池內(nèi)加入一定量水,使乳化劑全部溶解,以防止影響使用效果。鍋內(nèi)設(shè)蒸氣管道,利用鍋爐蒸氣加熱。鍋外設(shè)水標,可清晰地看到用水情況。瀝青鍋的設(shè)置位置與水鍋對稱,鍋內(nèi)設(shè)有遠紅處加熱器,其他結(jié)構(gòu)與鍋相同。
    (2)油水供給裝置(包括溫度調(diào)節(jié)裝置、流量控制裝置)。
    為滿足瀝青路面工程不同用途,我站可以對多標號的瀝青進行乳化。按不同施工方式以及施工季節(jié)的需要共設(shè)三個乳化瀝青貯存罐。大小可以配套,最小間隙可調(diào)至0.025mm.它工作的混合液從進口流入,在重力作用下穿過轉(zhuǎn)子與定子間的縫隙,從出口流出即完成分散,瀝青液體在縫隙中受到轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力和磨擦力的作用,磨碎成極細小的微粒。我們選用的小型膠體磨機,它工作時依靠兩個齒形面的相對運動,使通過二齒面間的乳液受到剪切力、高頻振動、漩渦等復(fù)雜力的作用,因而乳液被有效地分散、破碎、均化、乳化和混合。
    (3)溫度調(diào)節(jié)裝置。
    乳化瀝青生產(chǎn)車間所需熱能以充分利用原油庫蒸氣熱源為原則,并設(shè)置必要的電加熱設(shè)備,作溫度調(diào)節(jié)控制。對瀝青貯存罐及瀝青加熱鍋均設(shè)置有蒸氣加熱管及遠紅外電熱管二套設(shè)備,瀝青加熱鍋內(nèi)設(shè)二組遠紅外電熱管總功率為64kW.可以分組使用,以熱電偶指示加熱溫度,自動控溫。乳化劑水溶液采用蒸氣加熱,以壓力式溫度計指示加熱溫度。乳液貯存罐內(nèi),為考慮貯存溫度而設(shè)有蒸氣管道,另外為保證生產(chǎn)過程及防止間隙生產(chǎn)乳液破乳使管道泵體、膠體磨中的殘留瀝青凝固,在這些設(shè)備上均備有蒸氣預(yù)熱裝置。