沥青混合料投料工艺对搅拌均匀性的影响研究

发表于 讨论求助 2023-05-10 14:56:27

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沥青混合料是由骨料、沥青、矿粉和其它添加剂组成的一种具有特定级配的复合材料,其结构成分较为复杂,因此如何将各种成分进行有效融合并使之搅拌均匀就显得十分关键。为此,学者针对拌合时间、拌合温度以及充盈率等参数进行了许多研究,认为这些参数均存在“最佳值”,当低于或高于最佳值时都会对混合料的搅拌质量产生影响。在实际生产中,投料工艺也会显著影响沥青混合料的搅拌质量,但是目前对其展开的研究却较少。

 

为此,本文采用EDEM离散元软件和试验研究相结合的方法来分析投料工艺对沥青混合料搅拌均匀性的影响。投料工艺参数具体包括投料位置和投料持续时间,合理的投料工艺能够提高搅拌效率并改善搅拌均匀性,从而提高所铺筑路面的质量,所以开展沥青混合料搅拌器投料工艺的研究十分重要。

 

投料工艺参数分析

 

投料位置

 

由于沥青混合料搅拌所需要的各种原材料都需要经过存储和计量,并且每锅的用量多少并不相同,同时受到搅拌器上方的空间限制,因此在现有结构中,沥青、矿料和粉料等都需要从搅拌器上方不同位置进行投放。显然,在搅拌过程中,原材料相对拌锅的投料位置决定了混合料在搅拌器内的初始分布均匀性,影响着混合料达到均匀分布所需要的时间,随着搅拌器容积的不断增大,这种影响程度也越来越显著。

 

目前各厂家搅拌器骨料的投料口多沿轴向对称布置在两个搅拌轴上方,而粉料、沥青相对搅拌器轴的撒布位置并不相同,,轴向端部布置,横向单侧布置)。

 

根据双卧轴搅拌器的结构特点和工作时两轴相向由外向内的转动特点,,这样可有效利用两轴的交互作用,使混合料被搅拌叶片快速抛掷分散,从而缩短搅拌时间。

 

投料持续时间

 

投料持续时间是指各种材料从计量装置全部进入拌锅所经历的时间,与材料类型、每次搅拌所需的材料量以及投料方式等有关,主要影响着材料进入拌锅的速率。各种材料被投入搅拌器时都存在较佳的投料持续时间,不可太短但也不能过长。

 

当投料时间过短时,材料迅速涌入搅拌器内,来不及分散,造成材料的初始分布均匀性极差,需要延长搅拌时间才可搅拌均匀。还可能会使矿粉和沥青粘结成团,影响所搅拌成品料的质量。而当投料时间过长时,会造成净搅拌时间显著减少。所谓的净搅拌时间是指所有原材料进入搅拌器后直到卸料门开启所经历的时间,影响沥青混合料的搅拌均匀性。当净搅拌时间减少时,后投入搅拌器的材料就来不及搅拌均匀,沥青成品料的质量也就无法得到保证。

 

EDEM离散元软件分析

 

离散元法的主要思想是将整个介质看作一系列由离散且独立运动的颗粒单元所组成的集合,通过求解系统中每个颗粒的受力及碰撞情况,来不断地追踪颗粒的位置和速度信息,从而描述整个颗粒系统的宏观运动规律。因此,基于EDEM离散元软件的搅拌器工作仿真,能够较好地反映出随着搅拌时间的不断进展,不同组份原材料在搅拌器内的连续运动规律及均匀度变化情况。

 

投料位置分析

 

本文利用Pro/E软件对某4000型沥青混合料搅拌器进行了建模。将建好的搅拌机模型另存为IGES格式并导入到EDEM离散元软件中进行分析,根据该4000型设备在工地实际采用的一种生产时序,选择整个模拟搅拌过程为47s,其中05s为矿料投放,09s为沥青投放,316s为粉料投放,净搅拌时间为22s,卸料时间为10s

 

通过比较3种不同投料位置材料离散系数随时间的变化情况,可以看出不同时刻物料的搅拌均匀程度。

 

由图可知,,材料的初始分布均匀性最好,表现为离散系数最小,混合料仅需要12s就可以搅拌均匀;横向单侧布置时,材料的初始分布均匀性次之,离散系数稍大,混合料需要16s可以搅拌均匀;轴向端部布置时,材料的初始分布均匀性最差,离散系数也最大,混合料需要24s才可以搅拌均匀。

 

根据双卧轴强制式搅拌器的结构特点,搅拌叶片在两轴之间的交互区域形成了交叉料流,并对物料进行强制抛洒而形成“抛沸”效应,有利于混合料在短时间内达到均匀。从三种投料位置的搅拌效果来看,随着搅拌时间的进行,不同组成材料相互混合并逐渐趋向均匀,,从而缩短搅拌时间。

 

投料持续时间分析

 

在充盈率50%、,设置三种投料持续时间:312s316s以及320s进行仿真研究。

 

可以看出,随着投料持续时间的逐渐延长,混合料达到均匀性所需的搅拌时间变短并且搅拌结束后的离散系数降低,投料时间320s相比312s316s拥有更好的搅拌均匀性和搅拌效率。这说明通过合理调整投料持续时间,能够在一定程度上改善混合料的搅拌质量。

 

因此,投料持续时间对沥青混合料搅拌均匀性和搅拌效率有着重要影响。适当减慢材料的投入速度、延长投入时间,对于有很大表面系数的矿粉来说,更易于均匀分散,避免与沥青胶结成团。

 

试验研究

 

本次试验采用装载机在沥青混合料搅拌器卸料口下方直接接料,再由人工在铲斗内分别沿着卸出料堆的轴向和径向均匀取样12个,每个试样约1.5kg。之后在实验室对生产现场提取的混合料进行抽提试验,分析其沥青含量偏差,优良的搅拌性能主要体现在搅拌器内不同部位的混合料具有较为接近的沥青含量。

 

可以看到,X1试样的离散系数为0.091X2试样为0.048X30.144。这说明在其它条件都相同时,轴向端部投料的方式所制备沥青混合料的均匀性最差,沥青含量离散系数最大;横向单侧布置的形式搅拌效果稍好,离散系数相比X1降低了36.8%;,材料的初始分布均匀性最好,搅拌效果也最好,沥青含量离散系数相比X1降低了66.7%

 

X2X4试样结果可以看出,当投料时间由12s延长至22s时,沥青含量离差系数降低了41.7%,搅拌匀质性有所改善,如前所述,这主要是得益于粉料缓慢投入搅拌器,实现了充分分散,降低了与粘性沥青胶结成团的概率,从而为实现均匀搅拌提供了有利的条件。

 

结论

 

1)投料工艺参数包括投料位置和投料持续时间,投料位置影响原材料在搅拌器内的初始分布均匀性,而投料持续时间主要影响着材料进入拌锅的速率,合理的投料工艺能够提高搅拌效率并改善混合料的搅拌均匀性,从而提高所铺筑路面的质量。

 

2,材料的初始分布均匀性最好,搅拌效率和搅拌均匀性都较高。在进行选取时,应保证不同材料的投放位置沿拌锅中心对称布置,,以有效利用搅拌器的两轴交互作用。

 

3)随着投料持续时间的延长,混合料的搅拌均匀性有所改善,这得益于粉料投入搅拌器的速率较慢,可以实现充分分散,降低了与沥青胶结成团的概率,从而提高混合料的搅拌质量。


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