沥青路面燃烧（共7篇）
沥青路面燃烧 篇1
1 研究背景
自20世纪改革开放以来, 我国开始加快交通基础设施建设, 我国公路建设取得迅猛发展。由于我国地势西高东低, 多山、多丘陵的地形特点, 截至2011年年底, 全国公路隧道为8 522处, 总计525.34万延米, 我国已经成为世界上公路隧道最多, 里程最长的国家。公路隧道尤其是行车速度较快的高速公路隧道, 交通事故率远大于隧道外路段, 浙江省2001年对通车的高速公路的调查, 隧道事故率是其他路段的3倍多;由于隧道的封闭性, 一旦发生火灾事故, 其后果不堪设想, 以下是国外一些隧道火灾的损失情况。
1999年5月29日发生的陶恩隧道 (Tauern Motorway Tunnel) 火灾, 持续4个小时, 造成49人受伤, 34辆车辆烧毁;2001年10月, 当时全球第二长隧道圣哥达隧道 (Sait Gotthard Highway Tunnel) 由于两辆货车相撞发生火灾, 大火燃烧了一天后才被扑灭, 隧道内温度达到1 000多摄氏度, 当天即被证实至少有100多人不明下落[2]。
由于公路隧道特殊的条件, 现有的公路隧道路面材料多采用沥青混凝土。沥青路面中含有沥青这种遇火易发生燃烧, 且易融化流淌的石油炼制最终产物, 一旦公路隧道发生大中型火灾, 沥青路面很有可能参与燃烧, 并产生有毒气体, 结合隧道火灾的特点, 沥青路面的燃烧将成为隧道火灾中极不安全的因素。因此, 研究公路隧道火灾特性、沥青及沥青混合料的燃烧机理对隧道消防具有极大的意义。
2 国内隧道火灾数值计算研究现状
20世纪80年代起, 为模拟预测隧道火灾中, 温度场及烟气分布规律和流动情况, 国外兴起了火灾的数值模拟研究, 取得的研究成果广泛的应用于铁路、公路隧道及地下空间的通风设计及消防研究。隧道火灾数值模拟研究近几年迅猛发展原因得益于以下几点:
1) 计算机技术的发展, 计算机硬件条件的提升为数值模拟提供了更好的计算平台。2) 流体力学、传热学、燃烧学相关学科理论的发展, 提供了更加坚实的理论基础。3) 越来越多实验数据的积累为公路隧道火灾的数值模拟提供了可靠的数据支撑。
我国在地铁、隧道火灾数值模拟研究领域, 研究人员主要是使用国外成套的CFD (Computational Fluid Dynamics, CFD) [3]计算软件对火灾进行数值计算, 或者以国外软件为基础对程序进行二次开发, 主要研究隧道火灾时的温度场分布情况及烟气浓度及流向规律情况。
东南大学屈言宾[4]采用CFD软件FLUENT对公路隧道火灾进行模拟, 分别比较了不同热释放率的火灾的温度场的分布情况, 并分析了通风速度对路面温度场的影响, 认为20 MW的火灾会使隧道内最高温度达到1 000℃;低于5 MW火灾基本不会造成沥青路面引燃, 但有可能释放有毒气体。
西南交通大学张会冰[5]主要考察在使用FDS模拟隧道火灾过程中, 如何设置边界条件尤其是壁面的类型才能使火灾模拟更加接近真实情况。作者采用FDS软件对隧道壁面进行不同的设置, 并对模拟结果进行了对比分析, 认为在火灾模拟过程中采用考虑温度变化和传热的变热流壁面模拟结果比较合理。
同济大学姚坚[6]以复兴东路双层越江公路隧道为原型, 使用FLUENT软件对隧道内火灾的最高温度、横断面温度、纵断面温度进行了考察, 并提出了隧道内横断面和纵断面温度场分布的近似公式。
哈尔滨工业大学邓宇强[7]利用CFD软件FLUENT对隧道火灾情况下隧道温度场进行了瞬态模拟。选择了比较适合隧道火灾模拟的建模方法, 主要针对火灾规模、通风条件变化的情况下的隧道火灾进行了模拟, 得出了隧道火灾温度场分布和烟气的流动情况, 并分析了不同火灾情况下可能参与燃烧的路面区域。
南京工业大学的唐高胤、张礼敬[8], 运用火灾模拟软件FDS对南京长江过江隧道火灾过程中的纵向通风进行了模拟计算, 并分析了烟气的浓度及温度场分布, 结果显示在3 m/s的通风条件下隧道结构安全, 基本能实现逃生人员安全疏散。
3 国内关于沥青燃烧与热解方面的研究
清华大学龚景松[9]采用挂滴燃烧法对单滴沥青燃料燃烧特性进行了初步的研究, 分别研究了沥青燃料滴的分解、蒸发、着火和燃烧规律。根据观察的实验现象和测量的结果表明沥青的燃烧具有不同于液体燃料和固体燃料的特点, 主要表现在单滴沥青在点燃时会产生明显的温度突跃, 而且存在明显的固体残炭的燃烧阶段, 燃烧过程中的单滴沥青体积会明显膨胀。
黄亚东, 冯丹丹[10], 采用热重法对SBS改性沥青、阻燃沥青及其胶浆的燃烧特性进行研究。结果表明:两种沥青及沥青胶浆的燃烧的TG曲线形状十分相近, 燃烧过程中, 沥青二次挥发分燃烧与残炭燃烧同时进行。同时, 作者认为采用添加阻燃剂的方式对沥青自燃点的影响不大, 但是加入阻燃剂的沥青燃烧速率较改性沥青低40%。
纪伦, 谭忆秋[11]通过极限氧指数实验、锥形量热仪实验, 研究两种形式存在的沥青, 研究表明, 沥青材料在火灾过程中, 放热量及发烟量大, 释放的烟尘会造成可见度降低, 而沥青混合料一旦点燃其燃烧依然剧烈并伴有大量烟尘和热量的释放。
董喜贵[12]从国内外5种原油中分离了沥青质, 分别进行了四个升温速率下氮气气氛的TG实验, 来研究沥青质的热解动力学特征。通过活化能分布模型计算了沥青质活化能、指前因子的分布规律。分析沥青质的热解动力学特征, 作者认为沥青质的热解是多组不同活化能参数物质的平行裂解反应, 指前因子和活化能具有良好的补偿效应, 采用活化能分布模型能够较好的分析沥青质的热解特性。
4 结语
国内隧道火灾数值计算研究方面较为系统科学, 大量的研究成果能够较好地模拟隧道火灾的情况, 得出的火灾温度场和烟气分布规律能够较好的为隧道火灾消防及防火设计提供依据。沥青路面燃烧方面, 主要集中在沥青材料燃烧性能的研究, 沥青混合料及沥青路面燃烧特性较少, 需进一步开展研究。
沥青路面燃烧 篇2
随着我国公路建设的发展, 公路隧道里程逐年增长, 至2002年底我国公路隧道总数已达1 782座, 总长度704 km, 是世界上公路隧道最多的国家。在21世纪前10年, 我国将有155 km的公路隧道需要投入建设。隧道是道路的咽喉, 对交通有控制作用。从国内外统计的资料显示, 特长公路隧道内发生火灾的几率与地面车辆发生火灾事故的几率相比要小得多, 但隧道内发生火灾后所造成的后果却严重得多。
隧道内交通事故的概率计算如式 (1) 所示。式 (1) 反映了隧道长度和交通量两个因素。
其中, P为隧道内事故概率估计值, 当P的计算值大于1时, 取值为1;L为隧道长度, km;q为隧道单洞年平均每日交通量, 辆/d;α为事故率, 事故数/100万车·km。
隧道100万车·km事故率α的取值:资料表明, 日本隧道100万车·km事故率取值为0.045, 而欧美国家多以火灾事故率为主, 取值0.10, 0.02, 0.05, 0.09, 0.014, 0.059不等。我国部分高速公路近期统计的100万车·km火灾概率为0.04。
因此, 假设一个隧道有3 000 m, 交通量为10 000辆/d, 则其事故率为:
可见在隧道内发生事故的概率是很大的。
从隧道火灾的情况来看, 许多隧道人员伤亡都是由于烟雾和有毒气体造成的。而对于铺设沥青路面的隧道结构, 这一点更重要, 沥青燃烧引起的烟尘, 是烟雾和有毒气体的重要成分。本文对两种隧道路面结构———密实沥青混凝土结构和排水性路面结构进行分析, 比较二者在发生火灾情况下的燃烧情况, 为隧道内采用何种沥青路面结构提供参考。
2 火灾的疏散能力
在实际火灾情形中, 人员并不会在火灾发生后立即开始疏散, 人员的疏散过程理论上可分为报警、人员响应、人员疏散行程3个阶段, 因此从火灾发生到人员疏散完毕所需时间为:
其中, Td为报警时间;Tr为人员响应时间;Tt为人员疏散行程时间。
预警时间为火灾开始到人员知道火灾之间的时间段, 它与探测和监控系统的性能有关;人员响应时间为人员意识到撤离车道或火灾影响区域所需的时间, 一般为120 s～180 s;行程时间为人员从开始撤离到到达安全地所需的时间, 取决于行程距离、逃生路径和人员数量等。
目前许多隧道都设置了间隔为250 m～350 m距离不等的横通道, 逃生人员一般位置处于两个横通道洞口之间, 如果逃生者都选择最近的路口, 那么所需跑的距离将大大减少, 在0 m～175 m之间, 然而在慌乱情况下, 要考虑最不利情况, 因此所需跑的距离在0 m～350 m之间。例如预警时间取1 min～2 min, 人员响应时间取2 min～3 min, 如果350 m最不利距离逃生时间取3 min～5 min, 则总的逃生时间为6 min～10 min。因此综合来看, 隧道内人员撤离所需时间还是比较长的, 此时的沥青路面已经开始燃烧。
3 两种路面结构在有燃烧油料情况下的排除能力
通常认为排水性路面的排除水分等流体的能力比密实性路面结构强, 然而对于大量流体撒落在沥青路面上时, 流体主要是侧向流动, 由于二者路面坡度一致, 当流体较多时, 排水性的空隙里也充满着油料, 二者都相当于流体在一块板上流动, 路面坡度一致则流体流动速度大体一致。
为了验证这一点, 制作了一个柜子, 将适合尺寸大小的沥青混凝土板和排水性板放在里面, 将柜子垫起3%的角度, 加入同样多的水, 然后突然提起柜子的一块侧板, 水沿着侧边流出, 发现对于有一定坡度的密实沥青混凝土和排水性沥青混凝土, 二者排除表面上一定体积的水所花费的时间基本一致, 只不过密实沥青混凝土结构表面上剩下的水分多一点。
然而排水性路面一般铺筑在密实沥青结构上, 虽然表面看起来剩下的流体较少, 实际上渗下去的部分到了下层的密实沥青结构上时并不能被很好的排除, 表面的流体数量加上在路面结构内部滞留的流体并不比双层密实沥青混凝土结构所滞留的流体少。
4 两种路面结构的燃烧情况分析
1) 燃烧温度变化情况。
为了模拟现场火灾发展情况, ISO国际标准组织制定了一条理想化的理论试验曲线, 称为时间—温度曲线, 即火灾现场温度由下式来确定:
其中, θ为t时刻的试验温度, ℃;t为升温时间, min。
目前, 世界上大多数国家都采用这条标准时间—温度曲线计算升温。
由传热学可知, 温度场的导热微分方程表达了物体的温度随时间和空间变化的关系。借鉴钢筋混凝土的热传导方程, 当沥青混凝土尚未燃烧时, 沥青混凝土结构在火灾作用下的导热属于第3类边界条件的混合问题, 其空间非稳态热传导方程、第3类边界条件及初始条件如下式所示:
其中, θ为沥青混凝土结构内部的瞬时温度;t为火灾时间;λ为沥青混凝土的导热系数;c为沥青混凝土的比热容;ρ为沥青混凝土的密度;α为火焰热流体与沥青混凝土之间的换热系数;θ0为初始温度;θf为与结构相接触的热流体介质的温度, 由标准升温曲线确定。
排水性路面由于空隙率较大, 因此导热系数较大, 传导热量较快, 因此排水性路面与燃烧流体的导热较快, 在燃烧的初期容易有更多的沥青参与燃烧。
2) 燃烧面积。
当表面的大量可燃液体流走后, 在路面表面上剩下的还有较薄的一层可燃流体, 对于密实结构而言, 这层可燃流体主要是在路面表面, 而对于排水性路面而言, 这层流体主要在路面结构内部, 当燃烧的时候, 透水性路面比密实结构的燃烧面积更大, 不光有表面的燃烧, 还有内部的部分燃烧, 在燃烧初期产生的烟反而多。
3) 燃烧沥青量。
如果燃烧时间较长, 则密实沥青混凝土和排水沥青混凝土的沥青都参与了燃烧, 沥青的总燃烧量基本一致。
当燃烧时间较短时, 由于排水性路面导热较快, 加上空隙率较大, 许多可燃流体较早进入路面结构内部, 因此在初期燃烧较快, 而到了后期燃烧比密实沥青混凝土慢。密实沥青混凝土早期燃烧较慢。综合来看, 排水性路面的燃烧时间要比密实沥青混凝土短, 即产生的烟的密度较大。
5 结语
1) 综合来看, 隧道内人员撤离所需时间还是比较长的, 此时的沥青路面已经开始燃烧。2) 一定坡度的密实沥青混凝土和排水性沥青混凝土, 二者排除表面上一定体积的水所花费的时间基本一致。3) 排水性沥青混凝土在初期燃烧较快, 而到了后期燃烧比密实沥青混凝土慢。
参考文献
[1]杨良, 郭忠印, 杨学良, 等.OGFC面层在公路隧道防火中的作用[J].安全与环境学报, 2004, 4 (4) :59-60.
[2]张锐, 黄晓明.新型无卤阻燃沥青的开发与性能试验[J].公路交通科技, 2007, 24 (11) :49-50.
[3]郜进良.沥青混凝土路面铺装技术在公路隧道中的应用[J].河北建筑工程学院学报, 2005, 23 (2) :33-34.
浅谈沥青搅拌设备燃烧控制设计 篇3
关键词：沥青搅拌设备,燃烧器,控制
烘干系统是决定沥青搅拌设备生产能力和能耗性能的关键系统，它集料烘干并加热到生产温度，结构如图1所示，燃烧器是烘干系统的核心总成之一。搅拌设备生产商一般采用外购的燃烧器成品，如HAUK燃烧器、百得燃烧器等;也有些生产商自主开发燃烧器，如德国BENNINGHOVEN公司、瑞士AMMANN公司等。
燃烧器作为独立功能的成品，其控制系统设计上一般分为燃烧控制和温度控制两部分。燃烧控制负责燃烧器的清吹、点火、火焰监测、熄火保护等功能，是燃烧器安全稳定燃烧的关键，一般采用专用的燃烧控制器，如西门子LAL系列、霍尼韦尔7800系列控制器等。温度控制一般采用智能调节器或上位计算机实现温度的自动和手动控制，智能调节器如欧陆的2604型、霍尼韦尔的UDC3200型等。
专用的燃烧控制器俗称“黑盒子”，其内部控制过程不可见，当出现突然断火等故障时会有故障报警开关量输出。对于整个沥青搅拌设备控制系统来说，由于燃烧控制器不能与主控PLC或上位计算机通讯，成为系统中的一个孤岛。当出现燃烧故障时只有一个报警开关量，无法获取更多的故障信息。特别是当燃烧控制器本身出现问题时，由于其内部控制过程不可见，故障更难以诊断。
解决这个问题可以有两种方案：一是实现燃烧控制器与主控PLC或上位计算机通讯;二是将燃烧控制器的功能直接在主控PLC或上位计算机上实现。
1 燃烧器控制分析
采用西门子LAL2.25型燃烧控制器和欧陆818S型温控器的燃烧器控制系统，燃烧控制分为4个过程。
1)点火前清吹过程启动轴流风机，并将风门开到最大进行清吹，清吹完后将风门关到最小准备点火，清吹过程如果发生故障则发出报警并停止轴流风机。
2)点火过程点火变压器通电，煤气打开，点火电极间断发生电火花并点燃煤气，燃油泵阀和压缩空气阀打开，燃油喷入、雾化并被煤气火焰点燃，煤气阀关断。如果光电眼检测火焰稳定则点火完成，否则点火故障报警并关断燃油泵阀和压缩空气阀。
3)燃烧过程监控通过光电眼持续检测火焰是否稳定，如果火焰消失或不稳定则关断燃油泵阀和压缩空气阀并发出报警。正常燃烧后，由温控器自动或手动控制油风门开度以实现温度控制。
4)熄火处理关断燃油泵阀和压缩空气阀，将风门关到最小并停止轴流风机。
从电路结构和过程分析可见：这种燃烧控制是一般的逻辑控制，容易通过PLC或上位计算机编程实现;只有一个故障报警开关量，不利于进一步获取故障信息，不利于系统为操作员提供进一步的维护提示。
2 采用PLC和温控器的燃烧控制设计
2.1 系统结构
燃烧控制采用主PLC预留的控制模块，电路如图2所示，控制输出采用OC225模块，安装在02号通道;输入模块采用IA122模块，安装在04号通道。
2.2 控制流程
燃烧控制流程如图3所示，与原燃烧控制器不同的是，增加了手动点火功能。集料含水量过量、油品问题等可能造成燃烧过程突然中断，为保证已经进入烘干筒内的集料能继续连续烘干加热，在安全的情况下可以选择手动点火，及时恢复生产。
3 结束语
沥青拌和站燃烧器常见故障分析 篇4
1 结构原理
1)结构“将军1200”燃烧器主要由电子点火装置、火焰调节装置、电子温度控制装置、电磁阀、喷枪等组成。并配有燃油齿轮泵和送风机。燃油供给系统中安装有压力调节泵,最小火时该泵压力通常在0.2～0.4Mpa,最大火时供油压力一般为1.6～1.8Mpa。此燃烧器以轻油为主,使用重油时必须用导热油加热装置加热至轻油状态,压力可适当调高(以不冒黑烟为止)。燃油供给系统中设置有燃油流量控制调节装置,该装置由油量控制阀和凸轮组成。凸轮由伺服控制箱控制。在该控制箱内有一联动机构将凸轮轴和节气门轴连接在一起,节气门的开度和凸轮轴的转动量存在一定的比例关系,即为空气燃油混合比,简称风油比。风油比由曲线调节螺杆调节控制。燃烧器燃烧状态的控制由德国产LAL2.25微电脑控制器控制。在燃烧器上安装有压力调节泵和火焰检测器(光电管)。
2)工作原理该燃烧器采用全自动闭环控制,启动、运行实现了自动化。系统送电,按下启动按钮,LAL2.25控制器先进行系统检测,感光管感应黑暗(若感应到光亮,系统跳闸,红灯指示报警),同时将系统复位,此时进油量最低并和进风量匹配。系统检测正常,首先送风机通过“星变角”降压启动,同时点火电极打火,待送风机启动正常后,供油泵启动,使燃油枪内燃油压力稳定瞬时油路电磁阀打开,喷出雾化燃油,遇电极火花引燃,感光管感应光亮正常,温控仪将根据热电偶感应的温度情况,对风门进行调节并通过连动装置调节燃油压力,风门开度随之变化。随后油门将加大,热料温度升高,然后油门减小,温度略降低,由于温度感应和温度传输的延迟和误差,油门加大、减小状态持续几分钟左右,逐渐平衡在设定温度的±5℃范围内,温控仪稳定工作,系统正常工作。
2 常见故障与排除
1)点火不成功LAL2.25控制器损坏,启动程序损坏,系统不启动。点火电极接地包括粉尘受潮短路,造成启动故障报警;点火电极积炭过多、两电极距离过大、电磁阀不工作、电磁阀制动杆固定销脱落、电线禁锢螺丝松动虚接等原因造成点火失败并报警。供油泵的损坏也是造成此故障的原因,但并不报警。应定期对燃烧器进行清理、禁锢等保养措施,避免该故障发生。
2)点火后瞬间灭火感光管镜面被粉尘污染,无法感光或是风油比不合适,风量大,将火吹灭;枪头或高压管接头漏油,造成提前着火,随后熄火(此故障由于漏油积存,容易出现爆炸现象,每天工作完毕,将燃油罐阀门关闭);管路出现堵塞,过滤器堵塞,燃油供应不好。应定期对感光管镜面进行清理,清洗或更换过滤器滤网;枪头漏油根据枪头磨损情况调整更换。高压管接头漏油应更换O型圈。
3)点火成功后串出较多火苗一般是风油比不适配,油量大、送风量小或是燃油质量低劣。应调节风门或更换较好的燃油。
4)火焰停留在小火状态燃油供应不足是该故障的主要原因。应主要检查过滤器,高压管是否腐蚀变软,燃烧泵的磨损情况,及时排除故障。应进行清洗过滤器,更换高压管保证油路畅通。
5)火焰异常点火后外围有雪片状火星或火焰有多根黑条,中心暗红。这是雾化质量或风油比不合适的表现,应清洗枪头、雾化片导油道或调整风油比。
6)燃烧不稳定,冒黑烟等异常现象风油比不合适、凸轮磨损严重、压力调节泵油路泻油、倒流板位置不当、曲线调整螺杆脱落等原因造成的,针对故障及时调整或更换元件。
沥青路面燃烧 篇5
1.1 级配碎石基层的应用回顾
在我国, 20世纪70年代前后, 相当一部分的二级公路是采用的柔性基层, 许多干线公路, 国道以及大量的城市道路主干线, 建筑的是柔性基层沥青路面, 那时的柔性基层的质量是非常差的, 公路和城市道路主要使用天然砂砾, 级配碎石是少数, 甚至根本没有用过真正意义上的级配碎石, 但是一直到21世纪, 这些干线公路和城市道路都在运营, 只不过已经维修了几次, 由于沥青层很薄, 很多路面已发生了网裂。
通过这些工程的研究, 得出:
1.1.1 半刚性沥青路面因半刚性基层干缩,
温缩开裂导致的反射裂缝成为沥青路面的主要病害之一, 而采用级配碎石基层或过渡层对于防止和减少沥青面层裂缝具有较好的效果。
1.1.2 采用级配碎石过渡层结构都没有关于路面抗车辙性能差的报道,
因此至少没有证明因采用了级配碎石而减弱了路面结构的抗车辙性能。
1.1.3 采用级配碎石层结构的沥青路面, 如果沥青层厚度较薄时, 容易产生沥青路面疲劳破坏。
1.1.4 级配碎石的生产必须严格控制原材料碎石的质量。
1.2 厚沥青层路面的应用与问题
在我国有几条高速公路采用了沥青导相对较厚的半刚性沥青路面, 如北京首都机场高速公路, 京津塘高速公路和广深高速公路。这些沥青路面沥青层较厚, 已经不是我国传统意义上的薄沥青层半刚性路面。
1.3 厚沥青层路面的问题调查
1.3.1 采用较厚的沥青层, 没有任何迹象表明这些高速公路结构强度不足。
1.3.2 虽然沥青层较厚, 但是车辙并不大,
特别是京津塘和广深珠高速公路的交通量应该说很大, 这说明了增加沥青层厚度, 并不意味着车辙量的增加, 从广深高速公路的栓测结果看, 在炎热的气候条件下和大交通量的情况下采用较厚的沥青路面, 其车辙量显然并不大。
1.3.3 这些高速路的主要裂缝表现为表面裂缝, 且裂缝深度仅局限在表面层。
2 我国新型沥青路面结构的研究进展
纵观国际上的高速公路和重交通道路, 大量使用的全厚式路面或者柔性基层沥青路面。相反半刚性基层沥青路普遍使用于交通量不很大的公路, 或者往往在半刚性基层下设置一个碎石过渡层, 同样称为半刚性基层的水泥稳定碎石基层。在强度要求, 具体做法上也有许多不同之处, 这引起了我国研究人员的普遍重视, 开始关注对沥青路面结构问题的研究, 希望改变目前单一使用半刚性基层沥青路面的状况, 使不同的路面结构得到合理的使用。
2.1 从2001年起, 交通部公路科学研究院
针对目前高速公路沥青路面早期损坏现象, 充分考察了国际上高速公路普遍采用的结构, 吸取了本国不同沥青路面结构应用的经验, 结合西部研究课题《高速公路早期病害预防措施的研究》以及交通部公司司《沥青稳定碎石与级配碎石结构设计指标》项目的研究, 结合新材料、新结构、新工艺、新技术对柔性基层, 组合式基层沥青路面进行了深入细致研究。在多个省市的高速公路上铺筑了不同结构沥青路面试验路, 并进行了大量研究, 在这些试验路段中, 结构型式主要有柔性路面, 分别采用级配碎石过渡层和较厚沥青层的组合式路面, 同时也试验了一些低强度的半刚性基层沥青路面, 将这些结构和我国高速公路常用的沥青层较薄的半刚性基层沥青路面进行比较。
2.2 江苏省沿江高速公路试验路。沿江高
速公路试验路于2004年7月建成。结构A是正常路段的半刚性基层结构形式, 结构B是采用沥青稳定碎石基层的组合式基层, 结构C是采用了沥青稳定碎石和级配碎石过渡层的组合式基层, 结构D是按照永久性路面结构设计的路面结构, 结构D的沥青厚度达45cm。
在2005年进行了试验中物观测, 使用情况良好, 试验路全线没有发现坑槽, 泛油, 车辙, 开裂等路面病害现象, 在沥青层厚度较大的B、C、D结构段并没有产生较大车辙变形, 沥青层最厚的结构D和采用级配碎石过渡层的结构C的车辙平均值均小于有较厚水稳碎石基层的B和正常路段。
2.3 青海省平西试验路。平西试验路于2002年通车,
结构A采有低强度水稳基层结构, 水泥稳定碎大专生的设计强度为2.5MPA。结构B是采用级配碎石过渡层的组合式基层结构, 结构C是全柔性沥青路面结构, 结构C的沥青层后为21cm。
2.4 2002年通车的试验路及对应生产路段, 2004年观测时,
试验路C结构柔性基层路段均没有发现任何横向裂缝, 在A结构, 即低强度的水稳碎石基层路段共发现了4条横贯3个车道的横向裂缝, 而在试验路的对向车道上, 使用了3.5mpa的水稳碎石基层的路段, 约1400m路段上出现了22条横向裂缝, 在2001年7月开放交通的其它常规路段, 经过三个冬季低温考验以后, 路面的横向开裂成为主要的损坏形式之一, 平均开裂间距为50~58m。
3 我国新型沥青路面结构的应用
随着对于柔性基层以及组合式基层研究的深入, 我国越来越多的高速公路从业者开始接受这些新的技术, 特别是随着管理部门对于高速公路早期病害问题的高度重视, 管理者越来越注重沥青路面的耐久性和工程全寿命周期成本的理念。我国的高速公路结构已经不再局限于原来单一的结构型式, 已经开始在高速公路上尝试采用多种新型的沥青路面结构在福建省的两条高速公路上, 建设部门已经采用新型的路面结构作为主要的高速公路结构形式, 福建省多雨潮湿地区, 以往该地区高速公路的结构都采用了15~16cm厚的沥青路面, 基层为半刚性基层, 设计使用年限为15年, 但是通车后不到设计使用年限一半的时间路面病害就不断加剧。通过研究论证, 新建的两条高速公路将采用组合式基层沥青路面, 希望能够避免和延缓反射裂缝出现, 同时改善多雨潮湿地区基层的排水功能, 在级配碎石上使用了较厚的沥青层, 厚度为22~23cm, 一方面是提高沥青路面的耐久性, 另一方面是保证高速公路具有足够的强度。
新型路面结构的造价相比原来的配筋半刚性基层沥青路面结构的造价都要有报增加, 但增加的比例并不大, 不超过总造价的1%, 但是从沥青路面全寿命周期的费用角度分析, 初期投资高一些能够使得后期的维修、养护费用降低, 路面的使用寿命得到延长, 采取这样的方案是非常合理的。
结束语
对于以往常用的平刚性基层的使用要进行改造, 完善它的设计与应用, 明确它的适用范围, 最大限度地减少半刚性基层沥青路面的早期损坏, 延长沥青路面的使用寿命。更为重要的是大力推广采用组合式基层, 柔性基层等其它路面结构, 鉴于我国的实际情况, 由于对半刚性基层有丰富的应用经验, 当前应该首先发展组合式基层沥青路面, 即以沥青混凝土作面层, 沥青稳定碎石作基层, 半刚性材料作底层这种结构形式, 也可以在半刚性底基层上加铺级配碎石过渡层以防止反射性裂缝和有利于排水。
摘要：介绍了半刚性沥青与新型沥青路面结构的应用。
关键词：半刚性沥青路面,新型沥青路面,结构
参考文献
[1]高速公路早期病害预防措施的研究[J].交通部公路科学研究院, 2004.
[2]山区重载路段沥青路面车辙变形防止措施[J].交通部公路科学研究院2004.
沥青路面燃烧 篇6
1 沥青搅拌站燃烧设备选型
骨料烘干滚筒是沥青搅拌站的重要设备, 其主要功能是去除骨料中的水份, 并将骨料加热至所需温度, 一般普通沥青砼160~190℃;改性沥青砼190~22 0℃左右。烘干滚筒相当于一台流动床热交换器, 其换热效率高, 骨料的烘干加热效果就好, 设备生产效率也就高。沥青搅拌烘干滚筒是由燃烧器火焰直接燃烧加热提供骨料所需热量。因此滚筒燃烧器的选择对沥青搅拌站设备的技术性能改造起着重要作用。
烘干滚筒分为调整、烘干和燃烧三个区。进入滚筒的骨料还具有一些粘性, 撒播性能不好, 调整区中带槽口或锯齿的拨料板可将其打散、调整均匀。燃料在燃烧区中完成燃烧, 形成高强度火焰对骨料进行高效辐射加热, 高温烟气穿过烘干区和调整区的料帘对骨料进行对流换热, 烟气最后经除尘器后从烟囱排出。如果尾气温度不符合布袋除尘器的要求, 设备调试中可对对流换热量做适当调整, 即对调整区或加热区拨料板数量做适当增减。
沥青搅拌站烘干滚筒燃烧区短, 容积热负荷高。以3000型拌和站为例, 滚筒内有效净空间 (以拨料板边缘计算) 内径为2.2m、3m长的燃烧区形成的燃烧空间就是燃烧区容积:
计算燃油量为1 6 8 0 k g/h (一般燃油热值为1 0 5 0 0 k c a l/k g) , 总燃烧热量:
计算容积热负荷:
经换算相当1800k W/m3, 是工业锅炉的燃烧容积热负荷 (200~500 k W/m3) 的3.6~9倍。因此单从提高燃烧强度而言, 长火焰的燃烧器就不适合用于要求高容积热负荷的沥青砼拌和用烘干滚筒。
沥青搅拌站烘干滚筒是一种适用高强度燃烧的特殊换热装置, 燃料消耗直接影响设备运行成本。为了最大限度提高换热效率, 降低运行成本, 技术改造时应采用符合要求的专用燃烧器, 尽可能提高燃烧强度。以及同时考虑火焰长度的可调性, 燃烧区拨料板结构形式, 做到料帘不浇打火焰, 燃烧器大小火调节比宽, 烟气中的CO含量低等等, 以期获得最好的设备配置性能。
Star Jet系列燃烧器是为沥青搅拌站烘干筒设计的专用燃烧器, 燃烧器设计时充分考虑了搅拌站烘干筒对容积热负荷、对调节比等特殊要求, 容积热负荷分别可达1560~2070 k W/m3和1814~2580k W/m 3, 完全能实现在有限的燃烧空间内完成充分燃烧, 在小空间内产生很高的热负荷, 以高强度辐射换热有效地保证了烘干筒内最佳换热效果。
通过技术讨论和各种燃烧设备的对比, LIN TEC C S D-2 5 0 0型沥青搅拌设备技术改造也确定采用美国豪科的沥青拌合专用油、气两用双燃料燃烧机, 该机为多燃料品种, 可燃轻、重、渣油、天然气及各种工业气体。并且已在ASTEC LB-3000型沥青搅拌设备上燃油使用多年, 性能比较稳定。技术改造更换的Star Jet燃烧器特点如下:
(1) 燃料为渣油、重油、轻油、天然气, 无需更换喷嘴, 适应范围广泛。
(2) 低压雾化, 只需普通油泵, 避免频繁更换泵的烦恼, 使用寿命长。
(3) 火力调节比宽7:1, 火焰可调, 适合不同结构的滚筒。
2 技术改造工程实施方案
2.1 燃烧器使用天然气燃料工艺参数要求
(1) 天然气调压站出口压力为0.03MPa, 直供滚筒燃烧器。
(2) 供给LINTEC2500沥青拌合滚筒转炉燃烧器天然气流量约1290m3/h。
(3) 供给ASTEC3000沥青滚筒燃烧器天然气流量约210 0m3/h。
2.2 燃烧器使用天然气燃料管道流程
室外天然气管网 (压力约在0.2MPa范围) →用户调压站 (设备管前动压力保证0.03MPa) →接烧嘴天然气管组→燃气调节蝶阀→进燃烧器喷嘴炉膛燃烬→除尘、排烟系统。点火方式用液化气瓶点火。
2.3 燃烧器更换主要配套件
燃烧器本体、燃油管组、天然气管组、高压雾化风机与电机、BCS3000燃烧电气控制盘、自动点火及火焰监测系统。
2.4 燃烧器更换技术说明
燃烧电气控制系统与现运行设计系统相连接。燃烧器可快捷进行油、气燃料切换。现运行设备除尘、引风机及负压测量、物料红外测温等与燃烧控制不相连系统不修改。针对2500型需拆除原燃烧器及高压油泵、一级供油离心泵。更换齿轮油泵一台。
3 降低沥青混合料生产成本
3.1 改造前
A S TE C 3 0 00型沥青搅拌设备2 00 6年产量160927.5t, 耗柴油总量1342962t, 每吨用油8.3451kg。
LINTEC 2500型沥青搅拌设备年产量109329.8t, 耗柴油总量760190t, 每吨用油6.9532kg。
统计每吨成品料耗柴油量6.50~8.5kg/t, 按油价5元/k g计算, 燃料费为3 2.50元/t。
3.2 改造后
ASTEC 3000型沥青搅拌设备 (2008.3.31~2 0 0 9.4.1 9) 生产总量1 9 2 7 1 0.3 2 6 t, 耗气总量1 2 7 6 8 8 1 m3, 每吨用气6.6259m3。
LINTEC 2500型沥青搅拌设备 (20008.10~2009.8.2) 生产总量75796.7t, 耗气总量533145.948m3, 每吨用气7.0339m3。
初步测试统计每吨成品料耗天然气6.5 0~7.5 m3/t, 按天然气价1.7 5元/m 3计算, 燃料费为1 3.1 2 5元/t。
燃气比燃油节约成本
如果按燃料油价3.5 0元/k g计算, 燃料费为22.75元/t, 燃气比燃料油节约成本
3000型和2500型沥青搅拌设备燃烧天然气时每吨骨料的耗气量约为7.0 m 3左右, 节能效果显著, 大大降低了生产成本并为单位取得较好的经济效益。
4 利于城市环境保护
无论是燃烧轻油还是重油甚至渣油, HAUCK的S t a r J e t燃烧器都能达到尾气C O含量小于300ppm。排放尾气中CO的含量是反映燃烧是否完全的一个重要指标。雾化不完全、燃烧不充分、风油比不对、石料打火焰等都可能造成尾气CO含量过高。CO是具有热值的可燃成分, CO含量低, 高效节能。
燃烧产物中NOx (氮氧化物) 排放量在35ppm以下。
排水沥青路面高粘度沥青对比研究 篇7
2005年,江苏省结合江苏省交通科学研究计划项目《排水性沥青路面应用技术研究》在盐城—南通高速公路修筑了单幅17 km排水性沥青路面。经过近3年时间的跟踪观测,目前路面结构和排水功能状况均良好,这为我国排水沥青路面的推广应用提供了优良素材[3]。
2008年7月,江苏省高速公路建设指挥部在宁杭高速(二期)修筑双幅六车道约20 km的排水性沥青路面,此为目前我国最大的排水沥青路面铺装工程。
本文以宁杭高速(二期)排水性沥青路面确定高粘度改性沥青方案的相关试验和经济性分析,对我国排水沥青路面适用的沥青方案进行探讨。
1 高粘度改性沥青的主要指标要求
高粘度改性沥青的效果目前主要通过高的绝对粘度和软化点两个指标来体现,其具体指标要求可以参照表1所列要求[2,4]。
2 高粘度改性沥青的实现途径
目前,市场上得到高粘度改性沥青的渠道主要有两种:1)沥青工厂改性好的成品高粘度改性沥青,目前国内外较大的改性沥青厂商均有相关产品,如壳牌、SK,我国的兰亭高科、广州路翔等。2)使用一些外加的高粘度改性剂,使用时于现场自行外加投放于基质沥青中。目前,这种高粘度改性剂既有国外的,如日本大有公司的TPS改性剂;也有国产的,如RST改性剂。对外加剂使用的基质沥青,则既可以是普通石油沥青,如我国高速公路常用的A级70号;也可以是已经经过一次改性的普通改性沥青,如常用的SBS改性沥青。需要特别指出的是,不同基质沥青与高粘度沥青外加剂之间的配伍性有时差异较大,必须通过试验验证确认其可靠性[2]。
为得到宁杭高速排水沥青路面适用的高粘度改性沥青,对各种方案进行了试验对比,然后结合经济分析综合确定最终方案。
3 不同高粘度改性沥青方案的指标情况和技术分析
3.1 TPS外加剂的情况
本项目使用日本大有公司的TPS改性剂,TPS是以热塑性橡胶为主要成分,颗粒状(2 mm～3 mm),颜色为淡黄色,密度为1.0 g/cm3左右。交通部公路科学研究所在西部项目《山区公路沥青面层排水技术的研究》和江苏省交通厅科技计划项目《排水性沥青路面应用技术研究》曾对该改性剂进行过系列试验研究,并在重庆渝邻高速和江苏盐通高速铺筑实体工程[1,2]。
分别采用两种70号沥青和三种SBS改性沥青进行配伍性试验,基质沥青指标分别满足A级70号和SBS(I-D类)相关技术要求。试验指标主要以掺配TPS后60 ℃动力粘度和软化点为主,动力粘度较高时,进行高温(175 ℃)的布氏粘度试验,以核实其施工性能[2](见表2)。
不同基质沥青种类成品高粘度改性沥青指标的差异反映了基质沥青与改性剂的配伍性。以本组试验结果为例,CPC 70号为基质沥青加工的SBS改性沥青,在与TPS改性剂的配伍性上与其他改性沥青品种差距较大,说明其不适合用于与TPS的改性。
从动力粘度指标看,基质沥青为70号的掺量比例为12∶88时虽满足基本要求,但刚刚达标,宜增加掺量到14∶86。而配比为8∶92的SBS基质沥青方案中有三种SBS改性沥青的动力粘度指标在20万Pa·s以上,远高于50 000 Pa·s的基本要求,技术指标可靠性高。
此外,即便60 ℃动力粘度较高的高粘度改性沥青,其高温旋转粘度并不高,说明这些高粘度沥青方案不存在由于粘度过高导致的施工和易性下降问题。
3.2 成品高粘度改性沥青
本项目共检验成品高粘度改性沥青两种,分别为兰亭高科和江阴沥青公司提供的样品。其指标见表3。
两种成品高粘度改性沥青的动力粘度均在20万Pa·s以上,能够较好的保证技术可靠性。特别是兰亭高科的成品高粘度改性沥青,其动力粘度大于30万Pa·s,且厂家可根据需要通过配制技术实现绝对粘度的更高水平,说明部分国产改性沥青厂商已经掌握高粘度改性沥青的主要生产技术。
3.3 关于相容性的技术考虑
对使用TPS改性剂的方案,外加方法为混合料拌和过程中的干投,TPS改性剂依靠集料的高温剪切作用迅速分散和熔融,不存在改性剂与基质沥青由于相容性导致的储存管理问题。
使用成品高粘度改性沥青必须考虑其改性剂与基质沥青的相容性问题:首先要进行离析试验检验其相容性,其次要根据其相容性情况采取各种措施实现改性沥青进场后的尽快使用,时间较长时必须采取保温存储、循环搅拌等措施,并在使用前再次检测其指标。
4 经济分析
根据前述满足技术指标要求的成品高粘度改性沥青方案,主要考虑不同沥青方案直接的材料成本[5],对各种方案进行经济分析。
从分析结果看出,经济性最好的是使用国产成品高粘度改性沥青,且其技术指标亦较好。但鉴于宁杭高速项目现场沥青存储设施未考虑专门的成品高粘度改性沥青稳定性问题,且国产成品高粘度改性沥青用于排水沥青路面尚缺少工程实践,本项目暂未采纳该方案。
对使用TPS外加剂的方案,由于TPS价格昂贵,比例有所增加其材料成本即上升较快。由于使用70号基本上要采用14∶86的技术方案,而其每吨高粘度改性沥青单价达到1万余元。相比之下,8∶92的SBS基质沥青方案不足9 000元。综合前述试验结果,无论从技术指标还是材料成本方面的对比分析,使用SBS改性沥青、添加较低剂量的TPS改性剂都是更合理的技术方案。
另据了解,国内同类改性剂的价格约为TPS改性剂的50%～70%左右,则其每吨高粘度改性沥青(SBS方案)折算单价约为8 000元左右。
最后,从技术和经济以及运输便捷等角度考虑,采用通沙SBS(SK基质沥青)+8%TPS改性剂作为本项目最终采用的高粘度改性沥青方案。
5 结语
1)通过对TPS改性剂与不同种类基质沥青的配伍性试验,结合经济分析和既有应用经验,确定宁杭高速(二期)排水沥青路面的高粘度沥青采用通沙SBS改性沥青+TPS(92∶8)的技术方案。2)对确定的高粘度沥青组成的混合料进行了水稳定性和高温稳定性等性能验证,其结果能够较好的满足排水性沥青混合料技术要求。3)从国内外的技术和产品现状来看,国产成品高粘度改性沥青价格优势明显,室内试验指标亦能达到较好水平,应择机加强其在排水沥青路面铺装工程中的实践应用,检验其实际路用性能。4)国外高粘度改性剂价格昂贵,不利于排水路面的大面积推广应用。建议加强国产高粘度沥青外加改性剂的开发应用,以降低成本。5)外加改性剂不必担心高粘度改性沥青的储存稳定性等使用问题,但也存在添加控制较为麻烦的问题,宁杭高速项目专门为此准备了自动化的风送颗粒添加装置,取得了较好效果。
参考文献
[1]江苏省高速公路建设指挥部.排水性沥青路面应用技术研究总报告[R].2006.
[2]交通部公路科学研究院.山区公路沥青面层排水技术的研究总报告[R].2004.
[3]钱国超,刘清泉,曹东伟,等.排水性沥青路面技术在盐通高速公路上的应用与创新[J].公路交通科技(应用技术版),2006(10):52-56.
[4]日本道路协会.排水性铺装技术指南(案)[M].东京:丸善株式会社,1996.