1  泡沫瀝青特點及應用

泡沫瀝青是瀝青發泡后的產物。瀝青發泡的基本過程如圖1所示，在1個管道中瀝青被加熱至一定溫度（140°C以上）后，從一個噴嘴以一定的壓力噴入發泡腔，此時將處于環境溫度的冷水和壓縮空氣從另外的噴嘴以一定的壓力也噴入發泡腔內，兩者在發泡腔中均勻接觸時，水分會迅速蒸發，從而使瀝青在飽和蒸汽內產生爆炸泡沫，體積膨脹至原來的15~20倍，這時瀝青黏度急劇下降，與混合料具有較好的和易性（即裹覆性能）。泡沫瀝青的優勢具體表現在：泡沫瀝青混合料拌和時可以減少瀝青用量達10%~15%，混合料拌和的時間減少15%~20%，不僅降低了成本，也提高了生產率；其次，還可以降低瀝青和礦料的加熱溫度，從而降低生產過程中的熱能消耗，減輕瀝青的老化程度。另外，泡沫瀝青不但能夠有效利用瀝青路面回收料（RAP），減少對石油資源的開采，且受季節和氣候的影響小，施工時不必中斷交通。

圖1 瀝青發泡原理

2 泡沫瀝青發生裝置介紹

我公司基于模塊化理念開發出的瀝青發泡裝置，已申請了實用新型專利和發明專利。此瀝青發泡裝置考慮了與攪拌站的接口，可直接安裝在現有攪拌站的拌和樓上，根據承包商或業主的需要購買，無需對攪拌站作過多更改；既利用了攪拌站嚴格控制級配的優點，又避免了泡沫瀝青冷再生機大額投資。在現有攪拌站上安裝瀝青發泡裝置后，攪拌站在原有設備功能的基礎上，可以增加泡沫瀝青新料拌和工藝、RAP材料的配比拌和工藝及泡沫瀝青溫拌工藝。

3  攪拌站泡沫瀝青混合料拌和工藝

目前，我國的瀝青混合料生產單位主要使用間歇式、滾筒式或連續式拌和設備，無論對于哪種拌和設備，瀝青發泡裝置的任務都是生產高復合性能的泡沫瀝青，并要求能夠準確計量。由于連續式拌和設備避免了頻繁的電機啟動，相對間歇式拌和設備增設瀝青發泡功能裝置比較容易實現，根據泡沫瀝青使用的特點，在泡沫瀝青穩定材料時需要具有連續級配，因此在拌和設備上要增添兩個必要的系統，即水泥和加濕水的添加系統。圖2是間歇式攪拌站泡沫瀝青混合料拌和工藝示意圖。由于在現有拌和設備上增加瀝青發泡功能模塊，使攪拌站增加泡沫瀝青混合料拌和功能，所以保留了現有拌和設備的全部部件，雖然有些部件在泡沫瀝青混合料拌和工藝中并不適用，如烘干筒等。下面以間歇式拌和設備為例，說明泡沫瀝青混合料拌和工藝實現的步驟。

操作過程如下：操作員在中央控制發出開機命令后，冷料倉的骨料經皮帶運輸至烘干筒內，不必烘干（泡沫瀝青應用的突出特點），直接提升、篩分后落入各料倉室。各骨料和礦粉填料由稱量斗內的電子秤計量后，按比例送入攪拌缸內，水泥（或石灰）計量后經由增設的螺旋輸送器送至攪拌缸，此時，添加適量的加濕水，加濕水由泵、閥、噴嘴進行組合控制，邊噴邊拌，使水均勻噴淋在混合料上，并使水泥、加濕水以及骨料拌和均勻。然后，開啟瀝青發泡裝置生產泡沫瀝青并直接噴入攪拌缸內，各種料在攪拌缸內攪拌均勻后形成成品，卸到料斗，最后通過卸料閥將成品料放到運輸車上，運到施工現場使用。

4  瀝青發泡裝置的設計

4.1  瀝青發泡裝置系統設計
瀝青發泡裝置的系統原理如圖3所示。圖中①~⑧是設置的8個瀝青發泡腔，它們以相同的方式安裝在瀝青終端管路，形成噴灑桿結構，直接安放在攪拌倉內部。每部發泡腔均設置有發泡水入口，瀝青入口以及壓縮空氣入口，還設置有泡沫瀝青出口，在發泡腔內實現瀝青發泡過程中的復雜物理變化過程，最終以泡沫瀝青的形態噴射進入攪拌倉。
瀝青發泡裝置分成瀝青系統、發泡水系統、壓縮空氣系統以及控制系統。瀝青系統主要完成瀝青的計量輸送預計加熱保溫功能；發泡水系統除了要精確計量并輸送發泡水外，還應該保證發泡水必要的霧化效果，使水滴霧化到100~150μｍ是比較適合的，能夠確保水的相變率和快速高效地產生水蒸氣；壓縮空氣系統不僅要提供瀝青噴射開關裝置中氣缸所必需的用氣量，還要提供發泡腔具有足夠壓力的壓縮空氣輔助瀝青發泡，以達到滿意的瀝青發泡效果；瀝青發泡裝置設置了系統監控界面，由組態軟件完成；計算機作為系統的上位機，是控制系統的中心，PLC、變頻器以及流量計作為下位機，均由計算機直接控制。上位機與下位機之間均采用232/485轉換器進行通訊。分布在各個監測點的傳感器、電磁閥、流量計等作為檢測和執行元件，將信號返回給計算機，計算機再通過控制算法進行集中控制

4.2  瀝青發泡裝置人機界面

泡沫瀝青發生裝置設置有手動和自動兩種操作方式，這兩種操作方式可在上位機主界面上進行選擇。當選擇手動操作時，系統等待指令，操作者需要在控制柜上逐步進行操作；當選擇自動操作時，系統按照既定操作動作自動進行。手動操作可方便技術人員進行各種不同目的的試驗操作，自動操作是成熟工藝的提煉。

根據生產工藝和管理需要，人機界面具備了控制操作功能、生產管理功能和監控報警功能。界面系統可以根據系統提示選擇或輸入系統參數，如選擇瀝青型號和密度，輸入噴射時間、泡沫瀝青比例、發泡水比例及計量泵容積比例等。界面上設置了操作人員登錄及密碼設置菜單，專人專用，方便查詢操作人員的工作時間，自動統計個人工作效率。另外，系統中預存了幾種典型的瀝青型號，為這些典型的瀝青型號設置了發泡參數的配方管理功能，只要按照提示選擇瀝青型號即可實現最佳發泡參數的調用，如果采用的瀝青型號系統中沒有預存，可根據提示輸入相關參數，系統會根據控制算法進行泡沫瀝青性能的預算，然后選擇合適的瀝青發泡參數供選擇。此外，人機界面設置了監控報警功能，可在線監控各個系統的壓力、流量、溫度等重要參數，這些參數在生產過程中的實時值和累計值等均記錄在數據庫，可隨時調用或打印，如果系統出現誤操作或參數超差等現象會自動報警。