浅谈沥青拌合过程中温度离析控制

浅谈沥青拌合过程中温度离析控制
1前言
沥青混合料的温度离析是指在储存、运输及摊铺过程中，沥青混合料受天气、施工机械和施工工艺等影响产生热量损失而出现温度差异的现象。

研究表明，沥青混合料的温度离析对路面质量影响很大，将导致路面压实度不均匀、平整度降低，严重时路面不仅会出现如松散、剥落、坑槽等病害，而且寿命可能会减少50%以上。

沥青混合料拌合过程中的温度离析非常隐蔽，在沥青混合料拌和生产过程中，质量控制从流程上可分为沥青混合料拌和设备冷料控制、热料控制及搅拌控制，温度离析主要产生于冷料控制及热料控制过程。

本文通过对拌合设备温度自动控制系统和原材料中的含水率变化进行分析研究，提出有效的拌合设备出料温度控制措施，以避免沥青混合料拌合过程中温度离析的产生。

2 温度控制流程分析及出料温度控制措施
沥青混合料的拌和需要在一个特定的温度环境下进行，要满足施工工艺的要求，沥青拌和设备必须具备稳定而准确的温度控制系统。

目前主流沥青拌和设备的温度控制流程基本是一致，见图1，经过加热的骨料进入热料提升机之前，沥青拌和设备通过温度传感器收集信息，通过A/D转换，数据送到温度调节控制器PLC，PLC经过比较模块等进行运算，发出指令给调节模块和执行电机进行温度调节。

不同品牌的沥青拌和设备使用的温度传感器有所不同，主要为采用热电偶或热电阻式温度传感器和红外线温度传感器两种。

图2为冷料烘干系统，虽然是一个闭环系统，但是由于滚筒中材料移动存在着很大的机械惯性，当采用热电隅或热电阻式传感器时存在着很大的热惯性，導致设备出料温度控制精度和温度稳定性较差。

有些设备由于设计和使用不当出料温度变化在±15℃以上，给后续施工控制带来很大困难。

因此应提高拌合设备温度自动控制系统控温精度和温度稳定性。

温度自动控系统由两部分组成：一是硬件部分，二是软件部分，对这两部分都应有较为特殊的要求。

2.1硬件部分控制措施
控制沥青混合料温度变异、减小温度离析应设置一个比例调节的燃烧器，而且供油调节比应尽量大一些，一般要求>1：4，按控制要求配置比例调节燃烧器，可以根据温度变化对供油量进行调节，以保证出料温度不会有大的波动。

避免采
用拌合设备配套两段式燃烧器，即只有大火和小火两种状态，当出料温度高时用小火，出料温度低时用大火，造成出料温度波动幅度十分剧烈。

部分拌合设备即使采用比例式燃烧器，由于调节范围很小，当原材料含水量发生变化或产量产生变化时，燃烧器的调节已进入死区，无法对温度进行有效控制。

温度自动控制系统同时应配置一个灵敏度高的温度传感器。

目前很多设备采用的热电隅式温度传感器，热滞后性较大，当矿料温度从30℃环境温度上升到160℃出料温度时，其反映速度滞后可达1min～4min。

当传感器温度到达160℃时，料温已经高达200℃，这种热惯性给自动控制系统软件的编制和自动控温制造了很大困难，造成混合料出料温度的大幅波动。

因此需要尽量采用灵敏度高的传感器形式，如红外传感器，红外线传感器对温度变化反应较热电偶传感器快，所以在实际的生产中，我们对于不同的传感器要选择不同的传感器反应快慢的系数。

提高温度传感器精度的重要措施是对温度传感器进行标定，这种标定采用系统标定和实物标定的方法进行。

当由传感器、导线、仪表组成系统时要进行系统标定，特别是红外温度传感系统，影响因素较多，如材料种类，灰尘的影响，水蒸气的影响等。

2.2软件部分控制措施
由于拌合设备烘干筒和温度传感器存在很大的机械和温度惯性，给在线实时控制造成许多困难，因此，采用趋势预测、多点传感的负反馈控制系统较为合理，采取这种措施出料温度一般可控制在±5℃以内。

2.3 原材料含水率的影响
冷料烘干系统存在很大的热惯性和机械惯性，因此原材料中的含水率变化和供料量的波动对控温系统影响很大。

由于冷料需在滚筒中停留3min～5min才能到达出口温度传感器部位，并且温度传感器自身存在温度滞后，而控制系统并未设置冷料含水量测定装置，不能预知原材料中含水量的变化情况。

冷料含水量的大幅度变化对出料温度稳定性有十分严重的影响，经测定当冷料含水量变化范围在2%～7%时，一些设备出料温度波动范围达±18℃。

当然拌和设备产量的突然变化对出料温度也有很大影响。

因此对原材料特别是细集料含水量进行控制和保持拌和设备工作稳定十分重要。

2.4 出料温度对比试验
针对以上措施，选取拌和站进行试验研究，A组数据为状态和使用较差的设备出料温度测试情况，B组为经过认真调整，合理使用的搅拌设备出料温度测试情况，测试数据见表1，数值统计结果见表2。

根据以上数据分析可知，A组数据变异系数达到3.6%；B组数据变异系数1.1%。

表中数据表明通过对搅拌设备的温度控制系统的正确配置，对原材料的科学管理和对搅拌设备的合理使用，混合料的出料温度十分稳定。

本试验研究认为，当变异系数≤1.6%时，混合料出料温度即处于稳定状态。

3 结论
沥青混合料的拌合过程是温度离析产生的环节之一，找出沥青混合料拌合过程产生温度离析的原因，才能控制温度变异、减小温度离析。

通过提高拌合设备出料温控系统的控温精度、减小传感器的标定误差和加强原材料含水率管理等措施，可以有效地解决沥青混合料拌合过程中的温度离析现象，从而提高沥青混凝土路面的质量。

参考文献
[1] 公路沥青路面施工技术规范.北京：人民交通出版社，2004.
[2] 公路工程沥青及沥青混合料试验规程.北京：人民交通出版社，2000.。