本發(fā)明涉及路面工程瀝青材料的制備技術，具體涉及一種發(fā)泡瀝青系統(tǒng)及發(fā)泡瀝青的制備裝置以及制備和使用方法。

背景技術：

研究發(fā)現，用于瀝青路面的在瀝青混合料生產過程中，溫度每降低10℃，每噸瀝青混合料將減少產生0.9kg的CO2排放量。如果瀝青混合料的拌合溫度能比常規(guī)溫度降低30℃，普通瀝青混合料的CO2排放量將減少14％，改性瀝青混合料的CO2排放量將減少13％。此外，相比于熱拌瀝青，溫拌瀝青的使用將節(jié)約30％-35％的燃料消耗。在此背景下泡沫瀝青溫拌技術應運而生。

目前，泡沫瀝青的生產是利用拌合樓的瀝青儲罐及加溫設施，在進拌缸之前加裝瀝青發(fā)泡裝置來得到泡沫瀝青。所使用的泡沫瀝青都是現發(fā)現用，對于發(fā)泡效果、發(fā)泡瀝青的質量等等問題只能通過經驗法事后發(fā)現。在路面施工現場采用拌合樓現場制備泡沫瀝青不但增加了拌合樓的工作量，對瀝青質量也無法保證；還限制了泡沫瀝青的應用范圍，對于一些小的微養(yǎng)護作業(yè)等使用量小的工程使用極不方便。

技術實現要素：

本發(fā)明的一個目的是：提供一種發(fā)泡瀝青系統(tǒng)，使其能夠穩(wěn)定儲存和運輸發(fā)泡瀝青，并可以施工現場方便地生成泡沫瀝青材料；提供一種發(fā)泡瀝青的制備裝置以及制備和使用方法，使其能夠在工廠連續(xù)生產發(fā)泡瀝青，產品質量穩(wěn)定，并能夠穩(wěn)定儲存、運輸，使用方便。

本發(fā)明的發(fā)泡瀝青系統(tǒng)包括封閉在壓力容器中的瀝青與發(fā)泡劑的混合物，還包括能夠使壓力容器中的瀝青與發(fā)泡劑的混合物保持在發(fā)泡劑的常壓沸點之上的加熱系統(tǒng)，和能夠使壓力容器中的壓力高于發(fā)泡劑的飽和蒸汽壓的壓力系統(tǒng)。

所述瀝青為針入度為10-300的道路瀝青或重交通道路瀝青，或加入已知改性劑生產的改性瀝青；所述發(fā)泡劑為水或含有表面活性劑的皂液或其他已知的能夠用于瀝青發(fā)泡的介質。

所述發(fā)泡劑和瀝青的質量比為0.1∶99.9～80∶20。

本發(fā)明的發(fā)泡瀝青制備裝置包括有分別連接瀝青供料系統(tǒng)和發(fā)泡劑供料系統(tǒng)的瀝青泵和發(fā)泡劑泵，瀝青泵和發(fā)泡劑泵的出料管路均連接至混合器，所述混合器的出口經增壓設備和壓力罐進料閥連接至一個壓力罐的進出料管線；所述壓力罐的進出料管線還通過壓力罐出料閥連接出料管；該裝置還包括有能夠對壓力罐內物料加熱的壓力罐加熱系統(tǒng)，和能夠使壓力罐內保持一定的高于常壓壓力的壓力罐穩(wěn)壓系統(tǒng)，以及能夠攪拌壓力罐內物料的攪拌系統(tǒng)。

所述瀝青泵和發(fā)泡劑泵的入口側還分別設置有用來加熱瀝青和發(fā)泡劑的瀝青加溫裝置和發(fā)泡劑加溫裝置。

所述瀝青泵和發(fā)泡劑泵出口側還分別連接有瀝青質量流量計和發(fā)泡劑質量流量計。

所述混合器為靜態(tài)混合料攪拌或剪切機，或膠體磨，或已知的能夠使瀝青和發(fā)泡劑混合的機械裝置。

所述增壓設備為空氣推射器或其他能夠壓縮發(fā)泡瀝青的增壓設備。

所述混合器出口側與增壓設備之間連接有發(fā)泡瀝青緩沖罐。

所述壓力罐內的進出料管線的進出料口位于壓力罐內腔底部的積料槽中。

所述壓力罐加熱系統(tǒng)包括位于壓力罐內腔中并與外部導熱油爐連接的導熱油盤管和/或穿過壓力罐內腔并與外部燃燒器連接的加熱煙道。壓力罐加熱系統(tǒng)也可以采用外置加熱裝置。

所述進出料管線上設置有管線加溫保溫裝置。

本發(fā)明的發(fā)泡瀝青的制備和使用方法基于上述發(fā)泡瀝青制備裝置，包括以下步驟，

步驟一：原料瀝青溫度加熱到100～180℃，與發(fā)泡劑分別通過瀝青泵和發(fā)泡劑泵，經計量后進入混合器充分混合、均質；發(fā)泡劑為水或含有表面活性劑的皂液或其他已知的能夠用于瀝青發(fā)泡的介質，發(fā)泡劑和原料瀝青的質量比為0.1∶99.9～80∶20；

步驟二：經混合器充分混合后的物料由增壓設備加壓后進入到壓力罐，輸入壓力罐后的混合物料通過壓力罐穩(wěn)壓系統(tǒng)進行穩(wěn)壓，實現穩(wěn)定儲存；根據物料的溫度和發(fā)泡劑的飽和蒸汽壓，確定穩(wěn)壓系統(tǒng)壓力范圍在0.05mpa-10mpa。

步驟三：壓力罐內的發(fā)泡瀝青通過壓力罐加熱系統(tǒng)、壓力罐穩(wěn)壓系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)進行恒溫、恒壓及攪拌，達到發(fā)泡的溫度和壓力條件后由壓力罐上的稱重計量系統(tǒng)進行計量。

步驟四：使用時，將壓力罐運至施工現場，通過接口連接壓力罐的出料口與現場的混合料拌和缸，利用壓力罐穩(wěn)壓系統(tǒng)的壓力排出發(fā)泡瀝青，形成泡沫瀝青，用于拌制瀝青混合料。

進一步的，本發(fā)明的方法通過控制系統(tǒng)對瀝青的質量流量和發(fā)泡劑的質量流量聯動控制，實現瀝青與發(fā)泡劑的比例控制；通過控制系統(tǒng)對發(fā)泡劑壓力與瀝青溫度聯動控制，使發(fā)泡劑的壓力大于瀝青溫度下發(fā)泡劑的飽和蒸汽壓，保證發(fā)泡劑的穩(wěn)定噴入；通過控制系統(tǒng)對壓力罐的壓力與瀝青溫度聯動控制，使壓力罐的壓力大于瀝青溫度下發(fā)泡劑的飽和蒸汽壓，使壓力罐中的發(fā)泡劑處于液相狀態(tài)。

與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是采用連續(xù)的生產工藝和特有的儲存系統(tǒng)，利用控制發(fā)泡劑的飽和蒸氣壓的原理，實現工廠化連續(xù)生產，得到質量穩(wěn)定的發(fā)泡瀝青；連續(xù)生產出的發(fā)泡瀝青通過特定的儲存裝置實現穩(wěn)定的儲存；利用儲存裝置的不同容積選擇可實現連續(xù)、穩(wěn)定的向各種需求的用戶進行供貨；通過儲存裝置上的自成體系的成套設備向用戶連續(xù)供貨，減少了用戶的固定設備的投資及用戶自行生產過程中的質量、成本以及環(huán)保的壓力；通過工廠化的精確控制生產過程及特有的儲存裝置保證了產品質量的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的發(fā)泡瀝青制備裝置的結構原理圖。

具體實施方式

實施例一：

該實施例的發(fā)泡瀝青制備裝置包括有分別連接瀝青供料系統(tǒng)和發(fā)泡劑供料系統(tǒng)的瀝青泵1和發(fā)泡劑泵2，瀝青泵和發(fā)泡劑泵的出料管路均連接至混合器3，所述混合器的出口經增壓設備4(空氣推射器)和壓力罐進料閥5連接至一個壓力罐6的進出料管線14；壓力罐6的進出料管線還通過壓力罐出料閥7連接出料管；該裝置還包括有能夠對壓力罐內物料加熱的壓力罐加熱系統(tǒng)，和能夠使壓力罐內保持一定的高于常壓壓力的壓力罐穩(wěn)壓系統(tǒng)，以及能夠攪拌壓力罐內物料的攪拌系統(tǒng)。瀝青泵1和發(fā)泡劑泵2的入口側分別設置有用來加熱瀝青和發(fā)泡劑的瀝青加溫裝置8和發(fā)泡劑加溫裝置9。

瀝青泵和發(fā)泡劑泵出口側還分別連接有瀝青質量流量計10和發(fā)泡劑質量流量計11。

混合器3出口側與增壓設備4之間連接有發(fā)泡瀝青緩沖罐12。

壓力罐6內的進出料管線14的進出料口位于壓力罐內腔底部的積料槽中13。

壓力罐加熱系統(tǒng)包括位于壓力罐內腔中并與外部導熱油爐連接的導熱油盤管15和穿過壓力罐內腔并與外部燃燒器連接的加熱煙道16。

其工作過程：原料瀝青經瀝青加溫裝置8加熱控溫到工藝溫度后由瀝青泵1進行泵送，經過瀝青質量流量計10及瀝青比例控制閥控制流量后進入到混合器3與發(fā)泡劑進行混合；發(fā)泡劑經發(fā)泡劑加溫裝置9加熱控溫到工藝溫度后由發(fā)泡劑泵2進行加壓泵送，經過發(fā)泡劑質量流量計11及發(fā)泡劑比例控制閥控制流量后進入到混合器3與原料瀝青進行混合；經混合器3充分混合后的混合液經過倍壓閥進入到發(fā)泡瀝青緩沖罐12進行穩(wěn)定發(fā)泡，穩(wěn)定后的發(fā)泡瀝青由增壓設備4(空氣推射器)進行再次混合壓縮經管線進入壓力罐6。整個生產發(fā)泡過程的質量指標由控制系統(tǒng)自動控制，過程中原料瀝青流量和發(fā)泡劑流量通過出口比例調節(jié)閥進行聯動控制，實現了瀝青與發(fā)泡劑比例的精細控制；發(fā)泡劑的壓力和瀝青溫度聯動控制，保證發(fā)泡劑的壓力大于瀝青溫度下發(fā)泡劑的飽和蒸汽壓，實現穩(wěn)定的生產過程。

該裝置的儲存部分由壓力罐、攪拌系統(tǒng)、壓力罐加熱系統(tǒng)、進出料計量系統(tǒng)、壓力罐穩(wěn)壓系統(tǒng)及安全控制系統(tǒng)組成。其實現方案為：一、壓力罐：壓力罐罐體由罐外壁17、保溫層18、保溫外敷板19組成，壓力罐承受的壓力應為發(fā)泡劑在發(fā)泡溫度下的飽和蒸汽壓力的1.0倍以上；二、攪拌系統(tǒng)：攪拌器設置在壓力罐內部，由軸套20，攪拌槳葉21，密封件22以及攪拌電機23組成，攪拌器的設計滿足了成品的均勻、穩(wěn)定性，密封件22滿足了壓力要求，攪拌電機23滿足攪拌的動力；三、壓力罐加熱系統(tǒng)：壓力罐加熱系統(tǒng)由2種加熱器組成，便于實際使用。一種是導熱油加熱系統(tǒng)，導熱油盤管15安裝在底部的型鋼支架上，保證盤管的穩(wěn)固；導熱油盤管的換熱面積與罐容積的比應不小于30％；導熱盤管與罐外側的導熱油爐連通，直接方便的給予供熱；第二種是直接式火焰加熱系統(tǒng)，加熱煙道16采用雙回程設計，保證熱量的最大化利用，外部直接設置與燃燒器對接，簡單方便、實用，在臨時應急或緊急出貨情況下使用。四、進出料計量系統(tǒng)：壓力罐進料閥5和壓力罐出料閥7全部采用自動控制閥來控制，進出閥門接口處分別采用方便的快速接口連接，進出料管線14采用夾套管結構，使進出料能夠在很短的時間實現。進出料管線14的進出料口連接在壓力罐底部的積液槽內，保證在出料時能夠一次性將壓力罐內的成品放凈。壓力罐進料閥5和壓力罐出料閥7與罐底部的稱重模塊24實現聯動，保證進出料的精準計量。壓力罐壓力與瀝青溫度聯動控制，保證發(fā)泡瀝青罐的壓力大于瀝青溫度下發(fā)泡劑的飽和蒸汽壓，使發(fā)泡瀝青罐中的發(fā)泡劑處于液相狀態(tài)。五、壓力罐穩(wěn)壓系統(tǒng):系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定直接與泡沫瀝青質量有關，穩(wěn)定的壓力是發(fā)泡劑與瀝青共同存在的前提條件。壓力罐穩(wěn)壓系統(tǒng)由空壓機組25提供動力源，經過空氣管路與自動穩(wěn)壓閥26連接，經穩(wěn)壓后的壓縮空氣通過控制單向閥27與壓力罐聯通。在泡沫瀝青儲存階段始終保持壓力罐的壓力恒定，在系統(tǒng)出料時給予一定的壓力，將成品泡沫瀝青壓出使用。本系統(tǒng)不需要設置額外的瀝青泵浦，直接靠壓力壓出使用。六、安全控制系統(tǒng)：安全控制系統(tǒng)由電器控制箱與壓力罐上的溫度傳感器pt100、壓力傳感器，安全控制閥連接，隨時監(jiān)測、控制壓力罐的壓力、溫度。保證壓力罐的安全平穩(wěn)控制。與壓力罐底部的稱重傳模塊24、壓力罐進料閥5、壓力罐出料閥7連接，精確控制進出料的數量。

本實施例的裝置可采用便攜式儲存裝置和車載式儲存裝置實現將穩(wěn)定的發(fā)泡瀝青進行方便的物流轉移，達到生產到使用的無縫對接。實現只要有泡沫瀝青的使用需求，無論數量多少，通過多樣的便攜與車載設備都可以達到，方便了用戶的使用，拓寬了泡沫瀝青的使用范圍。整個裝置只需和用戶的現場管道進行快速對接后就能直接使用，省去了用戶生成過程及設備投資和生產過程中的環(huán)保壓力。

實施例二：

利用本發(fā)明裝置及方法生產20噸發(fā)泡瀝青，儲存1小時、5小時、15小時、48小、72小時、240小時、360小時后測試指標。

工藝條件：

原料瀝青為：AH-70#瀝青；溫度120℃

發(fā)泡劑為常溫水。

原料瀝青與水的比例按質量比為98％∶2％；

生產產能：10噸/小時

實現本實施例的方法包括以下步驟：

步驟一：系統(tǒng)預熱，啟動瀝青泵，將原料瀝青通過換熱器及流量計進行循環(huán)預熱升溫至130±0.5℃，原料瀝青與發(fā)泡劑(水)的比例為98％∶2％，進行設定調節(jié)好瀝青流量為9.8噸/小時；啟動發(fā)泡劑泵，按照原料瀝青與發(fā)泡劑(水)的比例為98％∶2％，設定好發(fā)泡劑的流量為0.2噸/小時，調節(jié)好發(fā)泡劑泵的壓力大于瀝青溫度130±0.5度下的水的飽和蒸汽壓力為0.35mpa。

步驟二：通過控制閥將原料瀝青和水同時切進混合器；

步驟三：混合后的物料經壓力直接進入到發(fā)泡腔。

步驟四：當發(fā)泡腔內壓力達到0.35mpa時，空氣推射泵自動啟動，直接將發(fā)泡瀝青壓進儲存罐中。過程中控制系統(tǒng)壓力為不低于0.35mpa。

步驟五：設定連續(xù)生產2小時。2小時后停機。

步驟六：儲存罐內壓力恒定為≥0.35mpa，溫度130±0.5度。

步驟六：停機后從儲存裝置取樣分析1小時、5小時、15小時、48小時、72小時、240小時、360小時，分析生產泡沫瀝青的膨脹率及半衰期。

通過分析得到表一所列泡沫瀝青數據，可見通過本生產裝置及儲存系統(tǒng)儲存的發(fā)泡瀝青非常穩(wěn)定。

表一：

實施例三：

利用本發(fā)明裝置及方法生產60噸發(fā)泡瀝青，儲存1小時、5小時、15小時、48小、72小時、240小時、360小時后測試指標。

工藝條件：

原料瀝青為：SBS改性瀝青I-C；溫度140℃

發(fā)泡劑為常溫水。

原料瀝青與水的比例按質量比為97.5％∶2.5％；

生產產能：20噸/小時

實現本實施例的方法包括以下步驟：

步驟一：系統(tǒng)預熱，啟動瀝青泵，將原料瀝青通過換熱器及流量計進行循環(huán)預熱升溫至140±0.5℃，原料瀝青與發(fā)泡劑(水)的比例為97.5％∶2.5％，進行設定調節(jié)好瀝青流量為19.5噸/小時；啟動發(fā)泡劑泵，按照原料瀝青與發(fā)泡劑(水)的比例為97.5％∶2.5％，設定好發(fā)泡劑的流量為0.5噸/小時，調節(jié)好發(fā)泡劑泵的壓力大于瀝青溫度140±0.5度下的水的飽和蒸汽壓力為0.4mpa。

步驟二：通過控制閥將原料瀝青和水同時切進混合器；

步驟三：混合后的物料經壓力直接進入到發(fā)泡腔。

步驟四：當發(fā)泡腔內壓力達到0.4mpa時，空氣推射泵自動啟動，直接將發(fā)泡瀝青壓進儲存罐中。過程中控制系統(tǒng)壓力為不低于0.4mpa。

步驟五：設定連續(xù)生產3小時。3小時后停機。

步驟六：儲存罐內壓力恒定為≥0.4mpa，溫度140±0.5℃。

步驟六：停機后從儲存裝置取樣分析1小時、5小時、15小時、48小時、72小時、240小時、360小時，分析生產泡沫瀝青的膨脹率及半衰期。

通過分析得到表二所列泡沫瀝青數據，可見通過本生產裝置及儲存系統(tǒng)儲存的發(fā)泡瀝青非常穩(wěn)定。

表二：

實施例四

利用本發(fā)明裝置及方法生產10噸發(fā)泡瀝青，儲存1小時、5小時、15小時、48小、72小時、240小時、360小時后測試指標。

工藝條件：

原料瀝青為：AH-110；溫度120℃

發(fā)泡劑為常溫水。

原料瀝青與水的比例按質量比為97％∶3％；

生產產能：10噸/小時

實現本實施例的方法包括以下步驟：

步驟一：系統(tǒng)預熱，啟動瀝青泵，將原料瀝青通過換熱器及流量計進行循環(huán)預熱升溫至120±0.5℃，原料瀝青與發(fā)泡劑(水)的比例為97％∶3％，進行設定調節(jié)好瀝青流量為9.7噸/小時；啟動發(fā)泡劑泵，按照原料瀝青與發(fā)泡劑(水)的比例為97％∶3％，設定好發(fā)泡劑的流量為0.3噸/小時，調節(jié)好發(fā)泡劑泵的壓力大于瀝青溫度120±0.5度下的水的飽和蒸汽壓力為0.3mpa。

步驟二：通過控制閥將原料瀝青和水同時切進混合器；

步驟三：混合后的物料經壓力直接進入到發(fā)泡腔。

步驟四：當發(fā)泡腔內壓力達到0.3mpa時，空氣推射泵自動啟動，直接將發(fā)泡瀝青壓進儲存罐中。過程中控制系統(tǒng)壓力為不低于0.3mpa。

步驟五：設定連續(xù)生產1小時。1小時后停機。

步驟六：儲存罐內壓力恒定為≥0.3mpa，溫度120±0.5℃。

步驟六：停機后從儲存裝置取樣分析1小時、5小時、15小時、48小時、72小時、240小時、360小時，分析生產泡沫瀝青的膨脹率及半衰期。

通過分析得到表三所列泡沫瀝青數據，可見通過本生產裝置及儲存系統(tǒng)儲存的發(fā)泡瀝青非常穩(wěn)定。

表三：

實施例五

利用本發(fā)明裝置及方法進行生產300噸發(fā)泡瀝青，儲存1小時、5小時、15小時、48小、72小時、240小時后測試指標。

工藝條件：

原料瀝青為：AH-30#瀝青；溫度140℃

發(fā)泡劑為常溫水。

原料瀝青與水的比例按質量比為97％∶3％；

生產產能：30噸/小時

實現本實施例的方法包括以下步驟：

步驟一：系統(tǒng)預熱，啟動瀝青泵，將原料瀝青通過換熱器及流量計進行循環(huán)預熱升溫至140±0.5℃，原料瀝青與發(fā)泡劑(水)的比例為97％∶3％，進行設定調節(jié)好瀝青流量為29.1噸/小時；啟動發(fā)泡劑泵，按照原料瀝青與發(fā)泡劑(水)的比例為97％∶3％，設定好發(fā)泡劑的流量為0.9噸/小時，調節(jié)好發(fā)泡劑泵的壓力大于瀝青溫度140±0.5℃下的水的飽和蒸汽壓力為0.4mpa。

步驟二：通過控制閥將原料瀝青和水同時切進混合器；

步驟三：混合后的物料經壓力直接進入到發(fā)泡腔。

步驟四：當發(fā)泡腔內壓力達到0.4mpa時，空氣推射泵自動啟動，直接將發(fā)泡瀝青壓進儲存罐中。過程中控制系統(tǒng)壓力為不低于0.4mpa。

步驟五：設定連續(xù)生產10小時，10小時后停機。

步驟六：儲存罐內壓力恒定為≥0.4mpa，溫度140±0.5℃。

步驟六：停機后從儲存裝置取樣分析1小時、5小時、15小時、48小時、72小時、240小時小時，分析生產泡沫瀝青的膨脹率及半衰期。

通過分析得到表四所列泡沫瀝青數據，可見通過本生產裝置及儲存系統(tǒng)儲存的發(fā)泡瀝青非常穩(wěn)定。

表四：