沥青改性与乳化沥青设备.pdf

长安大学公路养护机械结构课教学 制作：展朝勇 第七章 改性沥青及乳化沥青生产设备 第一节 改性沥青生产设备 第二节 乳化沥青生产设备 第一节 改性沥青生产设备 一、改性沥青的含义及特点 1)1)改性沥青：在热态沥青中加入改性材料，如丁苯在热态沥青中加入改性材料，如丁苯 橡胶橡胶( (SBRSBR) )、合成橡胶、合成橡胶( (SBSSBS：苯乙烯丁二烯共聚：苯乙烯丁二烯共聚 物物) )、聚氯乙烯、聚氯乙烯(PUC)(PUC)、聚乙烯、聚乙烯( (LDPELDPE) )等，并将改性等，并将改性 材料充分细化，以使沥青的路用性能得到改善；材料充分细化，以使沥青的路用性能得到改善； 2)2)用改性沥青拌制的混合料所铺筑的沥青路面，在用改性沥青拌制的混合料所铺筑的沥青路面，在 抗车辙性能抗车辙性能、回弹模量回弹模量、低温性能低温性能、水稳性水稳性、抗疲抗疲 劳能力劳能力和和使用寿命使用寿命等方面都优于普通沥青路面。故等方面都优于普通沥青路面。故 改性沥青路面具有良好的耐久性、抗磨性，且高温改性沥青路面具有良好的耐久性、抗磨性，且高温 不软化，低温不开裂。不软化，低温不开裂。 二、沥青改性设备构造 （一）总体构造 改性沥青设备由沥改性沥青设备由沥 青过滤、输送和计量青过滤、输送和计量 系统、改性剂输送和系统、改性剂输送和 计量系统、沥青和改计量系统、沥青和改 性剂混溶罐、研磨机性剂混溶罐、研磨机 及传动系统、成品料及传动系统、成品料 储存罐、导热油加热储存罐、导热油加热 系统、循环泵及动力系统、循环泵及动力 传动系统、机架和操传动系统、机架和操 纵控制系统组成纵控制系统组成。 （1 1）对于移动式的沥青改性设备，各装置安装在一）对于移动式的沥青改性设备，各装置安装在一 个拖式底盘上，可根据施工需要随时转移工地；个拖式底盘上，可根据施工需要随时转移工地； 注： （2 2）现代改性沥青生产设备中，）现代改性沥青生产设备中， 沥青和改性剂混溶的搅拌罐多用沥青和改性剂混溶的搅拌罐多用 导热油进行保温。导热油进行保温。 注： 导热油 导热油导热油又称又称传热油传热油，是一种热量的传，是一种热量的传 递介质，因其具有加热均匀，调温控制递介质，因其具有加热均匀，调温控制 准确，能在低蒸汽压下产生高温，传热准确，能在低蒸汽压下产生高温，传热 效果好，节能，输送和操作方便。现已效果好，节能，输送和操作方便。现已 被广泛应用于各种加热保温场合。被广泛应用于各种加热保温场合。 以前使用以前使用三氯联苯三氯联苯作为导热油作为导热油, ,性能优越性能优越, ,但由于毒但由于毒 性问题性问题, ,已经禁止使用。目前使用最多的是以矿物油已经禁止使用。目前使用最多的是以矿物油 ( (石油馏份，如价格相对比较低的石油馏份，如价格相对比较低的1212烷基苯烷基苯) ) 为为基础基础 油油, ,加上加上抗氧化抗氧化和和清净分散剂清净分散剂作为导热油。作为导热油。 清净分散剂清净分散剂的作用是将已经氧化生成油泥的杂质悬的作用是将已经氧化生成油泥的杂质悬 浮起来浮起来, ,并被过滤掉。并被过滤掉。 国产部分导热油产品组成物化性能表（1） 国产部分导热油产品组成物化性能表（2） （二）沥青改性设备基本组成及工艺流程 SBSSBS 液态沥青液态沥青 稳定剂稳定剂 成品料成品料 （三）各工作装置介绍 1胶体磨式研磨机 为利用研磨的方式来细化改为利用研磨的方式来细化改 性沥青混合物的装置。性沥青混合物的装置。 胶体磨可以使沥青与改性剂胶体磨可以使沥青与改性剂 很好地均匀混合，为生产改性很好地均匀混合，为生产改性 沥青的核心设备。沥青的核心设备。 2沥青和改性剂搅拌罐(混溶罐) 1)1)罐外设有导热油保温层；通罐外设有导热油保温层；通 过罐内搅拌器将计量后注入罐过罐内搅拌器将计量后注入罐 内的基体沥青和聚合物改性剂内的基体沥青和聚合物改性剂 进行搅拌溶混。进行搅拌溶混。 2)2)有的搅拌罐在内壁上装有对有的搅拌罐在内壁上装有对 称可变角度的导流板以配合搅称可变角度的导流板以配合搅 拌器使罐内的混合液体始终处拌器使罐内的混合液体始终处 于流动状态，避免产生沉积和于流动状态，避免产生沉积和 离析现象。离析现象。 （1）组成 （2）结构特点 3成品料储存罐 1 1）罐体有立式、卧式等，）罐体有立式、卧式等， 用来储存成品改性沥青。用来储存成品改性沥青。 3 3）罐内装有不断地进行）罐内装有不断地进行 搅拌的浆叶式搅拌器，以搅拌的浆叶式搅拌器，以 避免聚合物发生离析。避免聚合物发生离析。 2 2）为保持成品料的改性，）为保持成品料的改性， 罐体设有保温层和导热油罐体设有保温层和导热油 油管以便进行沥青保温；油管以便进行沥青保温； 4阀门及管道循环系统 用来将若干个搅用来将若干个搅 拌罐、研磨机和成拌罐、研磨机和成 品储存罐等连接成品储存罐等连接成 为一整体，工作中为一整体，工作中 根据需要开启或关根据需要开启或关 闭不同的阀门而实闭不同的阀门而实 现不同的循环。现不同的循环。 工作时循环泵转动，通过开启和关闭相应的阀门工作时循环泵转动，通过开启和关闭相应的阀门 可使改性沥青混合物在搅拌罐之间、搅拌罐、胶体可使改性沥青混合物在搅拌罐之间、搅拌罐、胶体 磨和成品料储存罐之间循环流动。磨和成品料储存罐之间循环流动。 5操纵控制系统 具有自动和手动两套系统。其自动控制系统多采具有自动和手动两套系统。其自动控制系统多采 用可编程序控制器，功能如下：用可编程序控制器，功能如下： （1 1）控制基体沥青由基体沥青罐泵入搅拌罐；）控制基体沥青由基体沥青罐泵入搅拌罐； （2 2）对基体沥青及改性沥青进行称量；）对基体沥青及改性沥青进行称量； （3 3）准确控制循环泵、沥青或溶液搅拌器以及胶体）准确控制循环泵、沥青或溶液搅拌器以及胶体 磨的启闭；磨的启闭； （4 4）控制改性沥青从储存罐中输出；）控制改性沥青从储存罐中输出； （5 5）控制所有闸门、阀门的启闭。）控制所有闸门、阀门的启闭。 三、德国BMA-4型沥青改性设备 1.组成 1)1)启动沥青泵和螺旋输启动沥青泵和螺旋输 送器送器, ,将基体沥青和聚将基体沥青和聚 合物改性填料分别计量合物改性填料分别计量 并输送到混溶罐并输送到混溶罐A A中；中； 2.生产工艺流程 2)2)启动卧式储料罐中的启动卧式储料罐中的 搅拌器，对加入到混溶搅拌器，对加入到混溶 罐罐A A中的基体沥青和聚中的基体沥青和聚 合物改性剂进行搅拌，合物改性剂进行搅拌， 使二者初步溶混；使二者初步溶混； 3)3)启动沥青泵启动沥青泵2 2及胶及胶 体磨，对罐体磨，对罐A A的聚合的聚合 物改性剂进行研磨、物改性剂进行研磨、 剪切，使之初步细化剪切，使之初步细化 并与沥青均匀混合；并与沥青均匀混合； 4)4)通过循环沥青泵通过循环沥青泵1 1将将 罐罐A A的混合物泵入搅拌的混合物泵入搅拌 罐罐B B中，并在罐中，并在罐B B中通中通 过搅拌器进一步进行过搅拌器进一步进行 搅拌、溶混；搅拌、溶混； 2.生产工艺流程 5)5)沥青泵沥青泵2 2及胶体磨对及胶体磨对 B B罐中的聚合物改性剂罐中的聚合物改性剂 再次进行研磨、剪切，再次进行研磨、剪切， 使之更进一步地细化、使之更进一步地细化、 均匀混合均匀混合; ; 2.生产工艺流程 6)6)循环沥青泵循环沥青泵1 1将混合将混合 物由物由B B罐打入罐打入A A罐中进行罐中进行 新一轮循环，磨碎循环新一轮循环，磨碎循环 过程每进行一次，聚合过程每进行一次，聚合 物改性剂就被细化一次，物改性剂就被细化一次， 且温度升高且温度升高11； 7)7)重复上述过程重复上述过程3 34 4 次，改性剂被研磨成次，改性剂被研磨成 粒径小于粒径小于1010mm的的颗粒，颗粒， 并均匀地分布在基体并均匀地分布在基体 沥青中，构成了改性沥青中，构成了改性 沥青，沥青泵沥青，沥青泵1 1将改性将改性 沥青由混溶罐沥青由混溶罐A A、B B送送 到储存罐中在搅拌中到储存罐中在搅拌中 储存备用；储存备用； 2.生产工艺流程 8)8)出料沥青泵将改性沥青送至出料沥青泵将改性沥青送至 沥青罐车或搅拌设备中使用。沥青罐车或搅拌设备中使用。 四、XRD(新瑞都)橡胶粉改性沥青设备 沥青罐 橡胶粉罐 控制柜 搅拌罐A 搅拌罐B 改 性 沥 青 罐 稳定剂罐 添加剂罐 高剪切胶体磨 循环泵 沥青泵 循环泵 出料泵 导热油炉 高剪切搅拌器 搅 拌 器 罐 体 搅拌器 多功能混溶搅拌罐工作示意图 捷 流 式 高 剪 切 搅 拌 器 电机 减速器 支 架 定子头 转 轴 第二节 乳化沥青生产设备 一、乳化沥青的含义及作用 1)1)先将先将液态沥青液态沥青与与乳化剂水溶液乳化剂水溶液初混，再初混，再 用胶体磨将混合液中的沥青破碎成微小颗用胶体磨将混合液中的沥青破碎成微小颗 粒，并通过搅拌使微小的沥青颗粒均匀分粒，并通过搅拌使微小的沥青颗粒均匀分 散在乳化剂水溶液中形成稳定的乳状液体，散在乳化剂水溶液中形成稳定的乳状液体， 称其为乳化沥青；称其为乳化沥青； 2)2)乳化沥青主要用于公路、乳化沥青主要用于公路、 城市道路等工程中作为透城市道路等工程中作为透 层、粘结层的喷洒，也可层、粘结层的喷洒，也可 作为冷态沥青混合料铺层作为冷态沥青混合料铺层 的结合料。的结合料。 国内常用沥青乳化剂类型 不同乳化沥青的适用范围 几种乳化沥青的配方 稳定剂稳定剂可以改善乳化沥青乳液的均匀性，延缓颗粒之间的凝聚可以改善乳化沥青乳液的均匀性，延缓颗粒之间的凝聚 速度，提高乳液的贮存稳定性，增强与石料的粘附力，速度，提高乳液的贮存稳定性，增强与石料的粘附力，添添加稳定加稳定 剂可以降低乳化剂的使用量。稳定剂通常分为两类：剂可以降低乳化剂的使用量。稳定剂通常分为两类： 注： 在制备乳化沥青过程中，可根据需要加入少量的在制备乳化沥青过程中，可根据需要加入少量的稳定剂稳定剂。在。在 沥青乳液中，乳化剂的用量一般为沥青乳液中，乳化剂的用量一般为0.1%0.1%1%1%，而稳定剂的数量，而稳定剂的数量 则为乳化剂的则为乳化剂的65%65%以下。以下。 无机稳定剂：无机稳定剂无机稳定剂可延缓乳液的可延缓乳液的表面活性，常用的稳表面活性，常用的稳 定效果最明显的无机盐类有氯化钙、氯化镁和氯化铵等。定效果最明显的无机盐类有氯化钙、氯化镁和氯化铵等。 有机稳定剂：它与阳离子乳化剂复合使用它与阳离子乳化剂复合使用可可对蜡含量高的沥对蜡含量高的沥 青的乳化和贮存稳定性有良好的作用。常用的青的乳化和贮存稳定性有良好的作用。常用的有机稳定剂为有机稳定剂为聚乙聚乙 烯醇，此外还有聚丙烯酰胺、糊精烯醇，此外还有聚丙烯酰胺、糊精、三聚氰胺甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂( (MFMF) )等等。 稳定剂在生产乳化沥青时是同时加入还是稳定剂在生产乳化沥青时是同时加入还是生产生产后加后加入入乳液乳液中中， 需要试验确定。除此之外，根据需要可在乳化剂溶液中添加无机需要试验确定。除此之外，根据需要可在乳化剂溶液中添加无机 或者有机酸，调整或者有机酸，调整PHPH值，可改善乳化效果，是否使用添加剂及添值，可改善乳化效果，是否使用添加剂及添 加剂的量加剂的量也也需要试验确定。需要试验确定。 1.移动式沥青乳化设备 将主要装置固定在一个拖式底盘上或集装箱内，可将主要装置固定在一个拖式底盘上或集装箱内，可 及时转移施工地点，一般为中、小生产能力的设备。及时转移施工地点，一般为中、小生产能力的设备。 多用于工程分散、用量较少、频繁移动的公路工程。多用于工程分散、用量较少、频繁移动的公路工程。 二、乳化沥青生产设备的分类 2.组合式沥青乳化设备 各主要装置分别安装在数个集装箱内，通过拖车工地各主要装置分别安装在数个集装箱内，通过拖车工地 转移后，吊装机具将几个总成安装组合成乳化设备。广转移后，吊装机具将几个总成安装组合成乳化设备。广 泛应用于不同工程量的公路工程施工与养护中。泛应用于不同工程量的公路工程施工与养护中。 3.固定式沥青乳化设备 不需要搬迁，通常布置在大型沥青储存库或炼油厂不需要搬迁，通常布置在大型沥青储存库或炼油厂 附近，构成有一定服务半径的乳化沥青生产基地。附近，构成有一定服务半径的乳化沥青生产基地。 对于固定式乳化沥青生产设备又分 1）开式系统乳化沥青生产设备 该系统中沥青和该系统中沥青和 乳化剂在自重作用乳化剂在自重作用 下，通过控制流量下，通过控制流量 阀门流入乳化机进阀门流入乳化机进 料漏斗；该系统设料漏斗；该系统设 备结构简单，但易备结构简单，但易 使空气混入乳化机使空气混入乳化机 中而产生气泡，使中而产生气泡，使 生产率大大下降。生产率大大下降。 沥青和乳化剂分沥青和乳化剂分 别用输送泵通过管别用输送泵通过管 路直接注入乳化机路直接注入乳化机 内，流量计指示各内，流量计指示各 自流量。其优点是自流量。其优点是 不易使空气混入乳不易使空气混入乳 化机，便于自动化化机，便于自动化 控制，乳液质量和控制，乳液质量和 产量比较稳定。产量比较稳定。 2）闭式系统乳化沥青生产设备 三、乳化沥青设备生产工艺 沥青、乳化剂水溶液分别进行配制沥青、乳化剂水溶液分别进行配制沥青与乳化剂沥青与乳化剂 水溶液流入胶体磨水溶液流入胶体磨沥青在胶体磨中剪切乳化沥青在胶体磨中剪切乳化乳化乳化 沥青进行储存与输送。沥青进行储存与输送。 四、乳化沥青生产工艺分类 按照沥青与按照沥青与乳化剂水溶液进入沥青乳化机（乳化剂水溶液进入沥青乳化机（胶体磨胶体磨） 的方式不同，可分为的方式不同，可分为分批作业式与连续作业式两种。分批作业式与连续作业式两种。 1）分批作业式 乳化剂和水的掺乳化剂和水的掺 配预先在一个掺配配预先在一个掺配 罐内完成，然后用罐内完成，然后用 泵将其输入乳化机泵将其输入乳化机 中。一罐乳化剂水中。一罐乳化剂水 溶液用完后，再进溶液用完后，再进 行下一次的掺配。行下一次的掺配。 将水、乳化剂、外将水、乳化剂、外 掺剂掺剂( (稳定剂、酸等稳定剂、酸等) ) 混合到一起并加热到混合到一起并加热到 预定温度；然后将热预定温度；然后将热 沥青与乳化剂水溶液沥青与乳化剂水溶液 一起送入沥青乳化机一起送入沥青乳化机 加工，即可生产出乳加工，即可生产出乳 化沥青。成品乳化沥化沥青。成品乳化沥 青输入到储存罐内，青输入到储存罐内， 以供施工之用。以供施工之用。 分批作业式生产乳化沥青工艺流程： （1）交替掺配连续作业 指工作中乳化剂水溶液连续不断地进入乳化机中。指工作中乳化剂水溶液连续不断地进入乳化机中。 2）连续作业式 （2）分批掺配连续式作业 分批掺配连续式作业特点：乳化剂和水的计量与：乳化剂和水的计量与 预掺配，先在掺配罐内完成，然后泵入储存罐，掺预掺配，先在掺配罐内完成，然后泵入储存罐，掺 配后的乳化剂水溶液连续不断地进入乳化机中。配后的乳化剂水溶液连续不断地进入乳化机中。 （3）计量与掺配均为连续式的 这种设备自动化程度高，可实现连续大流量作业而而生产乳这种设备自动化程度高，可实现连续大流量作业而而生产乳 化沥青，且其设备体积可以大大减小。化沥青，且其设备体积可以大大减小。 将水、乳化剂和其将水、乳化剂和其 它添加剂它添加剂(如酸、氯化如酸、氯化 钙等钙等)分别用计量泵送分别用计量泵送 入胶体磨中，乳化剂入胶体磨中，乳化剂 水溶液的掺配在输送水溶液的掺配在输送 到胶体磨的管道中完到胶体磨的管道中完 成。胶体磨连续生产成。胶体磨连续生产 乳化沥青并输送到罐乳化沥青并输送到罐 内存储。内存储。 五、沥青乳化设备构造 该设备主要由该设备主要由沥青配制系统沥青配制系统、乳化剂水溶液掺配系乳化剂水溶液掺配系 统统、沥青乳化机沥青乳化机、乳液贮罐乳液贮罐、计量控制系统及电器计量控制系统及电器 系统系统等部分组成。等部分组成。 沥 青 乳 化 设 备 布 置 图 （一）沥青供给系统 1.组成 该系统一般由沥青罐、加热器、温度控制器、搅该系统一般由沥青罐、加热器、温度控制器、搅 拌器、液面控制器、沥青泵等组成。拌器、液面控制器、沥青泵等组成。 2.作用与要求 其作用是为生产乳化沥青提供符合生产要求的沥其作用是为生产乳化沥青提供符合生产要求的沥 青制品。要求沥青供给系统应具有对沥青升温、控青制品。要求沥青供给系统应具有对沥青升温、控 温、保温的功能，并具有一定的容量。温、保温的功能，并具有一定的容量。 （二）乳化剂水溶液掺配系统 1.组成 乳化剂水溶液掺配系统主要由热水罐、乳化剂水溶液掺配系统主要由热水罐、 乳化剂水溶液掺配罐（或存储罐）和乳化剂水溶液掺配罐（或存储罐）和 水溶液输送泵等组成。水溶液输送泵等组成。 2.作用 该系统用来溶解乳化剂及其它添加剂，并具有升温、该系统用来溶解乳化剂及其它添加剂，并具有升温、 保温、计量等功能，以制备符合沥青乳化工艺要求保温、计量等功能，以制备符合沥青乳化工艺要求 的乳化剂水溶液。的乳化剂水溶液。 （三）沥青乳化机 1.作用 通过通过增压增压、冲击冲击、剪切剪切、研磨研磨等机械作用，使沥等机械作用，使沥 青形成均细化颗粒，并稳定而均匀地分散于乳化剂青形成均细化颗粒，并稳定而均匀地分散于乳化剂 水溶液中，形成乳化沥青。水溶液中，形成乳化沥青。 2.分类 乳化机可分为乳化机可分为均化器类乳化机均化器类乳化机、胶体磨类乳化机胶体磨类乳化机、 管线式高剪切乳化机管线式高剪切乳化机等三种。其中胶体磨等三种。其中胶体磨通过转子通过转子 相对于定子高速运转，所产生的挤压和剪切力可对相对于定子高速运转，所产生的挤压和剪切力可对 沥青起到研磨及分散作用，因其生产率高，故胶体沥青起到研磨及分散作用，因其生产率高，故胶体 磨式乳化机应用较为广泛。磨式乳化机应用较为广泛。 3.胶体磨式乳化机（简称胶体磨） 1）平面槽式胶体磨 （1）组成 胶 体 磨 该胶体磨的定子和转子相对的端面该胶体磨的定子和转子相对的端面 有一定的缝隙，其各表面有许多同心有一定的缝隙，其各表面有许多同心 的环槽或径向槽。的环槽或径向槽。 （2）工作过程 沥青与乳化剂混合液从乳化机上部进入其内部后，被转子沥青与乳化剂混合液从乳化机上部进入其内部后，被转子 带动，在离心力作用下高速通过定子和转子间的缝隙，并受带动，在离心力作用下高速通过定子和转子间的缝隙，并受 到到剪切力、摩擦力、高频振动、漩涡剪切力、摩擦力、高频振动、漩涡等复杂力的作用，混合等复杂力的作用，混合 液中的沥青被有效破碎并分散于乳化剂水溶液中。液中的沥青被有效破碎并分散于乳化剂水溶液中。 2）光滑锥面胶体磨 该机的定子和转子该机的定子和转子 配合面为光滑锥面。配合面为光滑锥面。 （1）组成 进入胶体磨沥青混合液进入胶体磨沥青混合液 借助与转子间的摩擦力随借助与转子间的摩擦力随 转子一起旋转，在离心力转子一起旋转，在离心力 的作用下的作用下高速喷射到定子高速喷射到定子 上，然后通过定子和转子上，然后通过定子和转子 间的缝隙，在间的缝隙，在剪切剪切与与摩擦摩擦 力力作用下，液体被分裂成作用下，液体被分裂成 细小颗粒而形成均匀的乳细小颗粒而形成均匀的乳 液并从锥面的左侧流出，液并从锥面的左侧流出， 从而完成了乳化过程。从而完成了乳化过程。 （2）工作过程 2）光滑锥面胶体磨 3）综合式胶体磨 （1）组成 定子和转子配合表面前 半段为加工有粗凹槽表 面，后半段为光滑（或 细凹槽）表面。 定子 转子 （2）工作过程 进入胶体磨混合液先由叶进入胶体磨混合液先由叶 轮上的六个搅拌叶片强力搅轮上的六个搅拌叶片强力搅 拌，并在离心力作用下压向拌，并在离心力作用下压向 定子和转子缝隙中；定子和转子缝隙中； 液体通过定子和转子表面液体通过定子和转子表面 前半段时受到前半段时受到很大冲击和剪很大冲击和剪 切切，并形成旋涡运动，液体，并形成旋涡运动，液体 在后半段通过离心力产生在后半段通过离心力产生剪剪 切与摩擦切与摩擦作用，被分裂成细作用，被分裂成细 小颗粒完成均匀细化工作，小颗粒完成均匀细化工作， 形成高质量的沥青乳液。形成高质量的