沥青混合料搅拌设备相关技术的探讨
我国公路建设的经验和实践证明，采用间歇式沥青混合料搅拌设备更符合我国的国情，这是因为我国目前使用的材料品种杂，变异性大，再加上沥青混合料搅拌设备大都是露天作业，材料的含水量受天气影响很大，强制间歇式沥青混合料搅拌设备因其结构的完善、级配正确、计量精度高、成品料质量好、易于控制，在沥青路面特别是高速公路的施工工程中受到普遍的欢迎，强制间歇式沥青混合料搅拌设备是沥青路面施工的主要配套设备。随着我国公路建设的快速发展，国产沥青混合料搅拌设备也随之快速成长。经过多年的努力，至今国产沥青混合料搅拌设备已成为公路建设和养护的主力军，技术上得到了很大的发展。不管是封装式、厂房式、快搬式、整体式结构设计，还是再生、温拌等内生性能的提高，都反映了我国沥青混合料搅拌设备行业处于一个蒸蒸日上的时期。我国的公路建设和养护仍处于发展期，对沥青混合料搅拌设备还有较大的市场需求，因此国内沥青混合料搅拌设备的制造企业在不断地增加，国外的沥青混合料搅拌设备制造企业也纷纷在我国内建厂，沥青混合料搅拌设备的市场競争将日趋激烈。要在市场競争中处于不败之地，必须要在提高产品的技术性能及质量、并在节能和环保等方面不断的努力与改进。
沥青混合料搅拌设备发展至今，其结构和技术上可以说已经达到较完善的程度，但技术总是在不断的发展和提高的，沥青混合料搅拌设备技术的改进和提高基本都是在部件或局部范围内，本文结合国内外在沥青混合料搅拌设备上的一些技术发展作概要的介绍，供大家参考。
一．冷骨料仓
冷料供给系统由冷骨料仓和给料皮带机组成，冷骨料仓在强制间歇式沥青混合料搅拌设备中是一个结构较简单的部件，它是用钢板和型钢焊接起来的构件，粗看它是一个粗框型构件，其结构虽简单但同样有它自身的技术要求。冷骨料仓的容量必须要和其生产能力相匹配，皮带机给料阻力小；冷骨料仓的出料要均匀等。为满足上述要求，冷骨料仓的设计和制造关键点是出料口的形状。早期的冷骨料仓出料口的形状是矩形，矩形出料口料仓出料的均匀性差，且出料阻力大。最好的冷骨料仓出料口的形状应是梯形出料口。如图1所示。
图1冷骨料仓的梯形出料口
由于我国公路目前使用的材料品种杂、变异性大，加之材料搬运、装卸等过程中易使材料离析，用装载机将料装入料仓后增加其离析现象，梯形出料口是一项有效的措施。冷骨料仓梯形出料口料仓出料时，从宽度小的一端向宽度大的一端出料，这样可以减少出料阻力，而且保证料仓内的料均匀出料，即料仓整个宽度范围内都是有效出料区。矩形出料口冷骨料仓出料时如图2左图所示后部是有效出料区，后部的料挤压前部的料，因而增加了出料阻力；图2右图是梯形出料口料仓的工作状态，料仓整个宽度范围内均是有效出料区，因而出料均匀。
冷骨料仓的梯形出料口有一个斜度的要求，合理的斜度才能取得好的效果，梯形斜边的斜度通常在30～50之间。因为冷骨料仓有大小的区别，大料仓的斜度的要小一些，小料仓的斜度的要大一些。每个冷骨料仓的最佳斜度要通过试验测试确定，即测试不同斜度出料口冷骨料仓出料时皮带机电机的驱动功率，并观察料仓的出料均匀度情况。建议相关企业建立一些试验台，对相关部件进行试验，这是提高产品质量的唯一途径。
图2 矩形-梯形出料口料仓有效出料区对比图
二．沥青混合料级配的监控
冷料供给系统是存放一定量不同规格的冷骨料，并将冷骨料进行初级配再输送到干燥滚筒的装置。不同用途的沥青混合料有不同的级配要求，冷料供给系统所供给的骨料必须要满足工程级配的要求，沥青混合料的级配有密级配、半开级配、开级配、间断级配等，在不同的工程中有不同的级配设计，在工程施工中必须要满足级配的要求。沥青混合料搅拌设备在开始拌料前首先要对冷骨料的给料机按级配的要求进行调节。为保证级配的正确性，人们在沥青混合料搅拌设备冷骨料供给系统的皮带输送机上安装骨料级配检测分析系统（图3），随机取样分析冷骨料的级配情况。骨料级配检测分析系统包括取样器和分析仪，取样器（图3左图）安装在冷骨料的皮带输送系统中，取样器取样时间仅为0.5秒，因而对皮带输送机的工作不产生影响，取样器的取样量一般为9～13 kg，取样器取样后将料样送到分析仪（图3右图），对所取料样进行分析，取样分析的结果输送到计算机，经计算机对比分析后反馈到相应的控制机构，以纠正级配的误差，详情见有关的详细介绍。
图3 骨料级配检测分析取样系统
三．皮带输送机的皮带跑偏技术
沥青混合料搅拌设备的给料系统中有多个皮带输送机，冷料仓的下部安装有给料皮带机，汇集各给料皮带机骨料的集料皮带机，以及将集料皮带机输送的骨料送入滚筒的倾斜皮带输送机。给料皮带机主要由机架、输送皮带、皮带辊筒、张紧装置、传动装置等组成。皮带机主要由两端滚筒及紧套其上的闭合输送带组成，带动输送带转动的滚筒称为驱动滚筒（传动滚筒）；另一个仅在于改变输送带运动方向的滚筒称为张紧或改向滚筒。驱动滚筒由电动机通过减速器驱动，输送带依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力拖动。驱动滚筒一般都装在卸料端，以增大牵引力，有利于拖动。
皮带机工作过程中皮带跑偏是经常和最易发生的现象，最简单的方法是在皮带的两边加档滚以防皮带跑偏，皮带跑偏的原因有多种，针对不同的情况采取不同的措施，如：调整驱动滚筒与改向滚筒位置，驱动滚筒与张紧滚筒的调整是皮带跑偏调整的重要环节，所有滚筒的安装位置必须垂直于皮带输送机长度方向的中心线，若偏斜过大必然发生跑偏。特别是输送距离较大的皮带输送机，更易发生皮带跑偏现象。常用的方法是加皮带挡滚的方法这样既增加皮带的磨损，又增加了皮带的驱动功率。
解决皮带跑偏最简单的方法是采用鼓形驱动滚筒，如图4所示。输送皮带依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力拖动输送带，滚筒与输送带之间的摩擦力是垂直于滚筒鼓面的，从图5可以看出，摩擦力F分解为牵引力P和向滚筒中间的推力T。当皮带向某一侧偏移时，该侧的摩擦力F增大，其分力T也加大，两侧的推力始终保持平衡，则皮带回中了。滚筒鼓面为每呎鼓起1/8"（每100mm鼓起1.06mm）。
图4 鼓形滚筒 图5 受力分析图
四．干燥滚筒
骨料烘干加热系统的功能是将骨料加热到一定温度并充分脱水，以保证计量精确和结合料(沥青)对它的裹敷，使成品具有良好的摊铺性能。骨料的加热温度一般为160～180℃，对连续滚筒式搅拌设备可略低一些，一般为140～160℃。
干燥滚筒是对冷骨料进行烘干加热的装置，干燥滚筒是强制间歇式沥青混合料搅拌设备的主要部件之一，图6是干燥滚筒的结构图，它由滚筒、滚圈、支撑滚轮、止推滚轮、驱动装置、进出料箱和机架等组成。干燥滚筒是倾斜安置的，一般倾斜角度为30—50，滚筒用耐热耐磨钢板如锅炉钢板等焊接而成，滚筒前后有两个支承大滚圈，滚圈支承在支撑滚轮上。滚筒的驱动采用机械驱动或摩擦驱动，摩擦驱动由电机驱动支撑滚轮，依靠支撑滚轮和滚圈之间的摩擦力驱动滚筒。由于滚筒是倾斜安置的，因而在滚筒自重及筒内骨料重量的作用下，滚筒产生一向低端滑动的力，一般用止推滚轮阻挡滚筒的下滑，也可通过支撑滚轮来调节。
滚筒内壁安装有提料叶片，滚筒转动时骨料在提料叶片的作用下被提升和跌落形成一定的料帘，骨料在倾斜的滚筒内提升/跌落的过程中前进一段距离，使骨料从进料端向卸料端移动。滚筒不同区间的叶片有不同的形状和要求，在滚筒的燃烧区为保证火焰的充分燃烧，该区域内不允许有料帘存在，若滚筒的燃烧区有料帘存在，则易使火焰熄灭或发生燃料喷附于骨料的现象，易产生燃料的不完全燃烧，不完全燃烧的燃料随烟气进入布袋除尘器，燃油粘附布袋后易使布袋着火烧毁。滚筒的燃烧区内除保证滚筒燃烧区无料帘外，并尽量减少辐射热传导给滚筒壁，还应使燃烧的热能得到充分的利用，既使热能得到利用又能使滚筒得到保护。滚筒的其它区域的叶片应有利于骨料的干燥和加热，燃烧热气和骨料在滚筒内的对流运动进行热交换，热气流穿过密集的料帘将热量传递给骨料。
在滚筒的不同区域内布置不同的叶片如图7所示，使之形成不同的料帘密度，料帘密度过小时，热气流通过的速度则快，这样易使排烟温度升高，高的排烟温度将影响到布袋除尘器；料帘密度过大时，热气流通过的速度则慢，这样虽然热的利用率高，但降低了排烟温度，也将影响到生产率的下降及布袋除尘器的使用。因此滚筒内叶片的设计是十分重要的，可通过理论计算及经验值并通过试验进行修正的方法确定。
图6 干燥滚筒结构视图
图7 滚筒内不同区间不同形状的料帘图
滚筒的转速与滚筒直径有一定的关系，滚筒的转速直接影响到料帘的形成，具体的设计方法参照人民交通出版社“筑路机械手册”的相关章节。干燥滚筒是对冷骨料进行烘干加热的装置，冷骨料从滚筒的高端进入，烘干加热的骨料从滚筒的低端卸出，滚筒的低端安装有燃烧器，燃烧热气和骨料在滚筒内的对流运动，热气流穿过密集的料帘将热量传递给骨料。因此滚筒内必需要有一定的负压，保持有一定的气流速度。通常滚筒的负压为5～9mm水柱，风速约为5～6m/s。
五．沥青混合料的离析
沥青路面施工过程中，通常在摊铺作业时注意沥青混合料的离析问题，由于沥青混合料的离析会影响到沥青路面的质量，因而出现了沥青混合料的转运料车及再搅拌等技术。沥青混合料离析的问题应提前到沥青混合料搅拌设备的拌制过程中加以控制，以减少沥青混合料的离析的产生。
热骨料提升机将热骨料送入振动筛进行筛分，由于筛网面是有一定面积的，热骨料进入筛面后被陆续分散，筛分时细粒料先通过筛面，较粗的料陆续扩散后再通过筛面，这样细料先进入储存仓，然后较大粒料再进入储存料仓，最后进入的是最大粒径的料，从而在1号储存仓形成粗细料分离的现象(图8左图)，从热骨料储存仓内流出计量的料时会有离析现象，为避免此离析现象，可采用加挡板引导落料的合理位置以减少离析现象(图8右图)，这是减少沥青混合料的离析措施之一。
图8 热骨料储存仓的离析现象
六．节能
沥青混合料搅拌设备通常是露天作业的，使用的骨料都是露天堆放的，受下雨的影响使骨料的含水量增加，大含水量的骨料必然要增加燃油的消耗。沥青混合料搅拌设备节能最有效的方式是减少骨料的含水量。堆料场建立良好的排水设施、建立遮雨棚等都会有很好的效果。最新的还提出：可利用沥青混合料搅拌设备排放尾气等的余热来预热冷骨料或再生料。余热的来源：除尘器排放的尾气、干燥滚筒周围的热气、导热油加热器处的热气等，将这些热气收集并输送到冷骨料的预热装置，对冷骨料或再生料进行预热，如图9所示，对固定式搅拌设备来说是一个很好的建议。
经试验证明温拌沥青技术具有节能和环保效果，研究温拌技术的初衷是减少沥青烟对人体的危害，沥青烟中含有大量致癌物质，由于沥青烟在130～140摄氏度左右产生，因此温拌沥青的温度上限限定在130摄氏度，避免了沥青烟的产生。同时，根据有关部门对几千吨混合料检测得出的综合数据，这套技术能够降低二氧化碳排放56%，能耗降低22%，减少对人体有害的气体81%。温拌技术还能在较低气温条件下施工，从而能延长寒冷地区的施工周期。另外，热拌沥青混合料要求施工环境温度必须高于10摄氏度，因此在高原地区或我国北方，冬季就不能施工。目前环境污染和能源枯竭已得到全球范围的关注。为保护生态环境，世界各国都对温室气体、有害气体以及固体粉尘等排放进行严格限制。沥青混合料的生产是道路工程中能量消耗与环境污染大户，经研究数据表明，每生产1t热拌沥青混凝土需消耗8L燃料油。如拌和温度降低30～35℃，可节约燃料油2.4L/t，并可减少30%以上的CO2等气体以及粉尘的排放量。因此温拌沥青技术能明显地降低沥青烟气的排放量，而且环保和节能效果明显，目前我国温拌技术已经得到了广泛应用，细节技术上还应加强研究。
图9 利用沥青混合料搅拌设备排放尾气等余热来预热冷骨料
七．污染排放控制
1.沥青混合料搅拌设备污染排放物的限值
沥青路面的铺装过程包括：沥青混合料的拌制、沥青混合料的运输、沥青混合料的摊铺、沥青混合料铺层的碾压。国际上除对沥青混合料搅拌设备的排放污染加以控制外，对整个铺装过程中有害气体的排放均加以控制。对沥青混合料搅拌设备的污染不仅控制粉尘的排放量，对有机和无机物的排放均有限制。欧美国家沥青混合料搅拌设备污染排放物的限值如下表1。
表1 欧美国家沥青混合料搅拌设备污染排放物的限值
在我国，中国工程机械工业协会发布的T/CCMA0066-2018《沥青混合料搅拌设备 环保排放限值》团体标准已于2019年2月实施，标准中规定了我国现阶段沥青混合料搅拌设备的最新排放要求。T/CCMA0066-2018规定的环保排放限值如表2示。
表2 T/CCMA0066-2018规定的沥青混合料搅拌设备环保排放限值
2.沥青烟气的处理
沥青混合料在拌制过程中沥青一般要加热到150℃～180℃，成品沥青混合料的温度通常在140℃～160℃，沥青加热后会挥发出沥青烟气，因此在沥青路面铺装的搅拌、摊铺、碾压过程中均会挥发出沥青烟气，沥青烟气中含有对人体有害的多环芳烃等碳氢化合物，多环芳烃的排放量是随温度的变化而变化的，温度越高排放量增加，2-3环芳烃的挥发温度是140℃～160℃。欧美国家沥青混合料搅拌设备污染排放不仅对除尘器的排放加以控制，还在沥青储罐、成品料装车区、成品料储罐顶部的排放均加以控制处理，使之排放达到要求。
沥青混合料搅拌设备在骨料的烘干加热筛分搅拌等工作过程中均会产生一定量的粉尘，骨料在加热干燥过程中燃料燃烧时产生大量的氮硫氧化物，沥青在进行加热过程中挥发的烟气（俗称兰烟），上述的粉尘和烟气等直接排入大气必将对周围的环境造成严重的污染。随着对环保问题的重视，保护环境、维护生态已成为我们国家的基本国策。国外对沥青搅拌设备除配置除尘系统外，对沥青烟气等的排放进行了必要的控制，在沥青加热储存罐、搅拌锅的进料口、混合料装车处及热储料仓顶部等都加装对沥青烟气进行密闭抽吸的装置，将烟气抽送到专用的过虑处理装置，有的还将烟气抽送到燃烧器进行燃烧等，在滤除有害气体后再排入大气，如何减少沥青搅拌设备排放废气中有害气体(如氮氧化气)的含量问题应加以控制，使之排放达到要求，以减轻对周围环境的污染。
图10是沥青储罐烟气排放处理装置图，图10左图是单个卧罐烟气排放处理装置，图10右图是多个立式罐组合的烟气排放处理装置。图11是沥青混合料成品料装车区烟气排放控制处理装置图。
图10 沥青储罐烟气排放处理装置图
图11 沥青混合料成品料装车区烟气控制处理装置图
八．优化连接管件
干燥滚筒和布袋除尘器之间的排气连接管路一般设计为水平管路连接（图12右图），水平管路易产生粉料（特别是粗粒粉）的堆积，在管路直径设计不合理时更易产生，根据气力输送的原理，首先要合理选择管路直径的大小，以便于含尘气流的排放和输送。我们通常的设计为水平管路，在气流速度低时易产生粉料堆积，应改变为合理的管路连接结构型式，管路内即使有粉料下落，粉料也会沿着斜管自动滑落，不会产生堆积现象。沥青混合料搅拌设备结构件设计时应尽量优化，既要满足功能需要，还要易于制造，外形美观。
图12 干燥滚筒和布袋除尘器之间的联接管路
九．旧料再生
沥青路面的再生利用技术是从20世纪七十年代开始逐步发展起来的，从资源和经济性方面的考虑，旧沥青路面材料的再生利用引起了普遍的关注。多年来国际上很多国家的实践已证明，旧沥青路面材料的再生利用具有很大的优越性：环保、节能、经济性好。旧沥青路面材料的再生利用在国际上已被广泛推广使用，沥青路面的再生技术、工艺、设备也日趋成熟。
强制间歇式沥青混合料搅拌设备是公路建设中最常用的设备，因此国外的再生搅拌也通常利用强制间歇式沥青混合料搅拌设备。根据国外使用的经验，利用强制间歇式沥青混合料搅拌设备最高旧料比例一般不超过30%，旧料比例过高时再生混合料的质量不稳定，另外旧料在加热搅拌过程中，旧料中的水分还在继续蒸发，同时旧料中沥青轻油份也会挥发，这些水汽和挥发的油烟被抽送到布袋除尘器时易粘附于布袋，油烟气的存在是一种潜在的危险，遇到高温易燃烧而使布袋烧坏。
目前国内外强制间歇式沥青混合料搅拌设备用于再生的方法很多，使用较多的方法是在强制间歇式沥青混合料搅拌设备的基础上，增加一套旧料专用加热滚筒，图13是高置旧料专用加热滚筒的再生设备图。对旧料进行加热、贮存、计量后直接加入到搅拌锅。在实际使用过程中也发现不少问题，旧料易粘结滚筒及旧料易老化等。尽管这些问题的解决方法目前已有很多种，但人们还是在不断探索各种更合理、更经济的方法。如利用设备余热加热旧料以及利用导热油加热旧料的装置（图14示）等。
图13 高置旧料专用加热滚筒的强拌沥青混合料搅拌设备图
图14利用导热油加热旧料的装置
十．结束语
本文为作者所收集的相关资料和一些学习体会，有些资料可能有点迟后，观点也不一定正确，希望能起到抛砖引玉的作用，互相交流，以促进我国沥青混合料搅拌设备的技术更上一层楼，让地球上到处能见到我国制造的沥青混合料搅拌设备，让全世界的公路施工工地上都能见到MADE IN CHINA 的沥青混合料搅拌设备。