Chương III: hệ thống gia nhiệt cho cốt liệu
1. Khái quát về cốt liệu

Hình 1. Cốt liệu bê tông nhựa nóng
Cốt liệu đóng vai trò rất quan trọng trong hỗn hợp bê tông nhựa nóng. Nó chiếm
khoảng 92 đến 96 % tổng khối lượng vật liệu BTNN và chiếm trên 30% giá thành kết
cấu mặt đường. cốt liệu chủ yếu của BTNN là đá dăm ( hoặc sỏi), cát ( cát tự nhiên hoặc
cát nghiền, bột đá vôi, các cốt liệu nhân tạo( sỏi keramit, xỉ lò cao, xi măng)…
Cốt liệu có thể phân loại theo nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo. cốt liệu tự nhiên được
lấy từ tự nhiên và trong quá trình khai thác, sản xuất không làm thay đổi bản chất của
chúng, chỉ sử dụng cách nghiền đẽo, sàng hay rửa. trong nhóm này đá dăm, sỏi và cát là
phổ biến nhất, mặc dù có thể thêm đá bọt đá vỏ sò đá quặng, và đá vôi. Cốt liệu nhân tạo
gồm xỉ lò cao, đất sét nung, cốt liệu nhẹ, và các vật liệu thải
a) Thành phần cốt liệu
-

Đá dăm hay sỏi

Chất lượng đá dăm hay sỏi về cường độ, tính đồng nhất, hình dạng, trạng thái bề mặt,
thành phần khoáng vật vv.. có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bê tông nhựa nóng
Đá dăm để chế tạo bê tông nhựa nóng có thể là đá dăm sản xuất từ đá thiên nhiên, đá
dăm từ đá cuội, hoặc đá dăm chế tạo từ xỉ lò cao, nhưng phải phù hợp với các yêu cầu
của tiêu chuẩn. thành phân hạt đá dăm hay sỏi được chia làm ba nhóm gồm 20-40; 10-20;
5-10 mm
Đá dăm cần phải liên kết tốt với nhựa đường. về mặt này thì các loại đá vôi, đôlômit,
tốt hơn đá axit nếu dùng loại đá liên kết kém với nhựa đường thì phải gia công đá bằng
1


chất phụ gia hoạt tính như vôi, xim ăng hoặc cho thêm chất phụ gia hoạt tính bề mặt vào
nhựa đường

Đá cần phải sạch, lượng ngậm bẩn không quá 1% theo khối lượng
- Cát
Vai trò của cát trong hỗn hợp bê tông nhựa nóng là chèn kẽ hở giữa các hạt cốt liệu
lớn làm tăng độ đặc của hỗn hợp
- Bột khoáng
Bột khoáng là thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông nhựa nóng. Nó không
những nhét đầy lỗ rỗng giữa các loại cốt liệu lớn hơn ( cát, đá dăm hay sỏi) làm tăng độ
đặc của hỗn hợp mà còn làm tăng diện tích tiếp xúc, làm cho màng nhựa đường trên mặt
hạt khoáng càng mỏng như vậy lực tương tác giữa chúng tăng lên cường độ và độ bền
nước của BTNN cũng tăng lên
b) Đặc điểm
Các loại cốt liệu cần được sấy đến nhiệt độ 180-210 độ C. nhiệt độ sấy quá thấp sẽ
không đủ nhiệt giữ cho nhựa chảy loãng trong quá trình trộn và không đủ nhiệt khi rải và
lu lèn. Nhiệt độ quá cao 240 độ c, khiến đá bị vôi hóa, mất độ chịu lực, gây cháy nhựa
đường
Cốt liệu chiếm tỷ trọn lớn trong sản phẩm. tùy theo vật liệu đầu vào, lượng nước trong
vật liệu thay đổi nhiều. do vậy công suất của hệ thống sấy côt liệu cũng phải khá lớn và
phải điều chỉnh trong một dải rộng theo độ ẩm khối lượng và tỉ lệ tương đối của vật liệu
đầu vào.
Cốt liệu được gia nhiệt trực tiếp trong tang sấy nên thời gian gia nhiệt ngắn do vậy đòi
hỏi diện tích bề mặt tiếp xúc gia nhiệt phải lớn.
2. Đầu Đốt
Để gia nhiệt, người ta cần phải sử dụng năng lượng điện hoặc nhiệt năng lấy từ quá
trình đốt nhiên liệu. Trong sản xuất bê tông nhựa, chi phí năng lượng cho sấy vật liệu là
rất lớn. Người ta cố gắng sử dụng các loại nhiên liệu có tỷ trọn lớn hoặc than đá để giảm
giá thành sản phẩm.
Đầu đốt là cụm thiết bị trọn bộ có nhiệm vụ đốt cháy nhiên liệu (gas, dầu DO
hoặc FO) để tạo ra nhiệt năng cung cấp cho quá trình sấy.
Đầu đốt được phân loại bởi các thông số cơ bản sau:
2



- Công suất nhiệt: Lượng nhiệt giải phóng khi đầu đốt làm việc bình thường (htải).
- Nhiệt độ làm việc: Nhiệt độ mà đầu đốt có thể gia nhiệt cho tải (nhiệt độ cao nhất
ở điều kiện làm việc bình thường). Nhiệt độ đầu đốt liên quan đến loại nhiên liệu mà
đầu đốt sử dụng; Nhiên liệu càng nhẹ, quá trình cháy càng mãnh liệt, nhiệt độ của ngọn
lửa và của lò càng cao. Với dải nhiệt độ 6000 C trở xuống,
Các đầu đốt sử dụng nhiên liệu dầu FO hoặc DO. Với dải nhiệt độ cao hơn, đến
1200°C, nhiên liệu sử dụng là khí gas.
- Hiệu suất đốt: Năng lượng toả ra trên một đơn vị khối lượng nhiên liệu. Hiệu
suất cao đòi hỏi khống chế chính xác tỷ lệ nhiên liệu/không khí và khuếch tán tốt nhiên
liệu để đảm bảo sự cháy hoàn toàn và giảm thiểu sự ô nhiễm đối với không khí.
- Tính tự động: Khả năng tự động duy trì nhiệt độ lò, khống chế lượng nhiên
liệu cấp vào cũng như các thao tác khởi động/tắt lò.
- Tính an toàn: Đầu đốt sử dụng một lượng lớn nhiên liệu ở nhiệt độ cao.Nếu
lượng nhiên liệu này không được đốt một cách an toàn và hợp lý, sẽ có nguy cơ cháy nổ
rất nguy hiểm. Do vậy, tính an toàn của hệ thống đòi hỏi rất cao; Thiết bị phải có khả
năng phát hiện và đảm bảo an toàn cho hệ thống khi có bất kỳ sự cố nào xảy ra.

H4. Đàu đốt dầu FO P450P/N
Thông số:
- Công suất tiêu thụ nhiên liệu: 100/225 - 450 kg/h
- Công suất nhiệt lượng: 1140/2615 - 5130 kW
- Tổng công suất điện 34 kW

3


- in ỏp: 380V, 50Hz


3. Tang sy

H3. Tang sy
Chứa các vật liệu (cát, đá các cỡ) và rang sấy đến nhiệt độ cần thiết
(180ữ210C).Làm giảm độ ẩm của vật liệu, làm sạch cốt liệu,tạo điều kiện thuận lợi trong
quá trình dính bám với nhựa đờng và từ đó các hạt cốt liệu dễ bám dính với nhau hơn.
Tuy nhiên nếu sấy với nhiệt độ cao hơn 2400C thì đá dăm có hiện tợng vôi hóa do
đó làm giảm cờng độ chịu lực của vật liệu dẫn đến giảm cờng độ chịu lực của bê tông
asphalt. Nếu nhiệt độ sấy thấp dới 1800C thì nhiệt độ của asphalt bê tông sau khi trộn
không đảm bảo yêu cầu. Chính vì các lý do nêu trên nên các trạm trộn thờng có bộ khống
chế nhiệt độ sấy tự động.
Trong thc t, vic t ng n nh nhit ct liu khú t chớnh xỏc cao, vỡ
vy thng c giỏm sỏt v iu khin bng tay: cụng nhõn vn hnh trờn c s quan
sỏt nhit ti cỏc im, m ca vt liu, t l cỏc loi vt liu v lng vt liu ngui
cp vo lũ iu chnh nhiờn liu phun vo lũ.
Phõn b cỏc vựng trong tang sy

4


H4. Các vùng trong tang sấy
Cốt liệu nguội được đưa vào từ phía cuối của tang sấy, khi tang sấy quay cốt liệu d
chuyển về phía thấp hơn hay phía đầu tang sấy, dưới tác dụng của ngọn lửa đầu đốt độ
ẩm cốt liệu giảm dần và nhiệt độ cốt liệu tăng. Đường đi dòng khí đi ngược chiều với cốt
liệu.
Sơ đồ nhiệt độ trong tang sấy

H5. Nhiêt độ trong tang sấy khi gia nhiệt

5



Ban đầu cốt liệu đầu vào có nhiệt độ môi trường và độ ảm cao, qua các khu vực
trong tang sấy cốt liệu độ ẩm cốt liệu bắt đầu giảm đần đến khi độ ẩm gần như bằng 0 và
quá trình gia nhiệt diễn ra mạnh mẽ khi đến đầu ra nhiệt độ cốt liệu đạt khoảng 180 ÷
200°C.
Theo mặt cắt ngang của tang sấy nhiệt độ giữa hai điểm bất kỳ trong một mặt cắt
không được quá 80 độ.

H6. Mặt cắt ngang tang
Để đạt được điều này cốt liệu khi tang sấy quay phải cốt liệu trút một cách hợp lý
nếu không dẫn đến nhiệt độ phân bố trong tang sấy sẽ bị chênh lệch giứa hai mặt đối diện
và cốt liệu sẽ không được cấp nhiệt đấy đủ đồng thời làm tăng nhiệt độ vỏ tang sấy và khí
thải, khi ra khỏi tang sấy không đủ điều kiện về nhiệt độ

6


Cốt liệu phải có kích thước đúng, số lượng đầy đủ, kiểm soát tốc độ quay tang sấy
và độ nghiêng của tang sấy phải được thiết kế một cách hợp lý để tối đa hóa sự tương tác
giữa cốt liệu và dòng khí nóng đảm bảo gia nhiệt một cách hiệu quả. Mặt khác theo thời
gian bề mặt phía trong tang sấy bị mài mòn bởi ma sát với cốt liệu và có thể bị biến dạng
bởi nhiệt độ cao vì vậy phải kiểm tra bảo dưỡng định kỳ.
Trong tang sấy dòng khí đi ngược chiều với dòng cốt liệu. dòng khí này được cung
cấp qua hệ thống bơm khí đầu vào cấp cho đầu đốt và phải có đường thoát ra khỏi tang
sấy vì khi dòng khí đến đầu cuối của tang sấy khí bị chặn lại tạo một áp suất âm đẩy
ngược trở lại gây nguy hiểm cho đầu đốt. ngoài ra người ra còn bố trí một hệ thống quạt
hút để hỗ trợ hút dòng khí này ra ngoài. Do dòng khí này sau khi ra khỏi tang sấy mang
theo một lượng bụi trong cốt liệu nên có hệ thống lọc bụi đảm bảo không gây ô nhiễm
cho môi trường

Quạt cung cấp khí cho đầu đốt

7


4. Hệ thống lọc bụi cho cốt liệu

Lọc sơ cấp

Buồng túi lọc
Buồng lọc là một buồng kim loại lớn chứa hàng trăm túi vài chịu nhiệt tổng hợp,
thường là silicon nhằm thu lại lượng bụi trong dòng khí đi ra tử tang sấy . nguyên lý hoạt
động của buồng lọc giống như một chiếc máy hút bụi. người ta bố trí một chiếc quạt chân
không lớn tạo ra một lực hút lớn hút luồn khíg trong tang sấy vào buồng lọc( sau khi qua
lọc sơ cấp). khi không khí bẩn đi qua các túi lọc bụi bẩn được giữ lại ở trên bề mặt các túi
này. Không khí sạch tiếp tục được dẫn qua ống thoát khí ra môi trường bên ngoài.

8


Cuối cùng lượng bụi được tích tụ thành các bánh bụi ở túi lọc, trên mỗi hàng túi lọc
có một ống thẳng dẫn khí nén xuống, khi cần làm sạch các túi lọc thì một van điện từ mở
ra trong thời gian ngắn, tạo một áp lực đẩy bụi ra khỏi túi rơi xuống đáy của buồng lọc và
được đẩy ra ngoài nhở vít tải.

9


5. Kiểm soát nhiệt độ
Để kiểm soát nhiệt độ cốt liệu người ta bố trí can nhiệt tại vị trí sau

Tại chân băng gầu nóng: sau khi ra khỏi tang sấy. vật liệu sẽ rơi vào băng gầu nóng.
Do vậy nhiệt độ tại điểm này cho thấy nhiệt độ của vật liệu sau khi sấy khỏi lò. Tuy nhiên
điểm này không thường xuyên có vật liệu nên nhiệt độ theo dõi tại điểm này không phản
ánh liên tục và chính xác nhiệt độ lò.

H8. Vị trí can nhiệt
10


Tại khoang chứa vật liệu nóng sau sàng: trong các phễu chứa vật liệu nóng thường
chứa một lượng lớn vật liệu, nên đo nhiệt độ vật liệu ở điểm này sẽ ổn định và dễ dàng
hơn. Tuy nhiên, nhiệt độ tại điểm này thường thấp hơn nhiệt độ ra khỏi tang sấy khoảng
10 đến 20 độ C. thông thường các can nhiệt được bố trí ở ngăn có kích thước hạt nhỏ nhất
để tăng cường khả năng tiếp xúc và trao đổi nhiệt để giữ can nhiệt và vật liệu.
Tín hiệu này sẽ được đưa đến bộ hiển thị rời hoặc đưa và hệ thống điều khiển giám sát
của trạm
6. So sánh hệ thống sấy cốt liệu trong trạm trộn nhựa nóng với hệ thống cấp
nhiệt cho lò hơi sử dụng bộ đầu đốt
Nguyên lý làm việc của lò hơi

Quy trình:
Nước cấp cho bồn chứa phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng, được bơm hút về và đẩy
vào lò hơi. Bộ phận cung cấp nhiệt được đốt bằng dầu mazut (có thể nhiên liệu khác) và
nguồn nhiệt đạt được đến khoảng 1600 - 2200 oC. Với mô hình thiết bị như trên, khói lò
sau khi đi qua 3 pass và ra khỏi lò nhiệt độ hạ xuống còn 900 - 1300 oC (Hình vẽ bên
dưới). Hơi được cung cấp cho các thiết bị trao đổi nhiệt và sau khi ra khỏi các thiết bị
này sẽ bị ngưng tụ thành lỏng và quay trở lại bồn chứa nước cấp cho lò hơi.
Lò hơi

11



Mô hình vật thể lò hơi

7. Bổ sung
Ngoài hệ thống trạm trộn bê tông nhựa nóng sử dụng tháp trộn người ta còn có hệ
thống trộn bằng tang trộn
a) Trạm trộn liên tục cấp nhiệt trực tiếp
12


Các trạm trộn được cung cấp các hỗn hợp vật liệu khoáng, nhựa đường mà không
dung hệ thống các thùng chứa cốt iêu nóng, phễu định lượng và thùng trộn. về nguyên
tắc hệ thống cấp cốt liệu nguội giống như mô tả ở trên tuy nhiên ở trạm trộn thùng quay
trạm trộn lien tục cấp nhiệt trược tiếp thì cốt liệu được cấp liên tục từ các thùng cấp cốt
liệu nguội thành phần cấp phối cốt liệu phải chính xác bởi bất kỳ một sai sót nào về tỷ
lệ cấp liệu chỉ được phát hiện khi các mẫu của hỗn hợp vật liệu trộn xong được phaan
tích ở phòng thí nghiệm
Các thùng cấp liệu nguội đỏ cốt liệu vào các băng tải các băng tải này lần lượt đổ các
cốt liệu vào băng truyền tải việc phối cấp liệu được thực hiên ở mỗi cầu cân cho phép
biểu thị tốc độ của dòng cốt liệu ( làm giảm độ ẩm cốt liệu) và do vậy cho phép tính toán
được lượng cốt liệu mịn và nhựa đường cần thêm vào
13


Thùng quay ở đây được dùng khác với ở trạm trộn chu kỳ cấp nhiệt gián tiếp ở hai
điểm cơ bản là
-

Đầu đốt đặt ở cuối thùng quay và do vậy cốt liệu chảy vào theo chiều ngọn lửa

Hình dạng của các buồng bên trong thùng quay phức tạp hơn

Bên trong thùng quay có hai khu vực khu vực thứ nhất để rang sấy và cấp phối cốt
liệu khu vực thử hai để trộn cốt liệu với nhựa đường khu vực trộn được bảo vệ bằng màn
chắn ngọn lửa hoặc thiết bị làm tăng mật độ của màn cốt liệu để bảo vệ cốt liệu đã trộn
xong khỏi bức xạ nhiệt từ lò sấy
Nhựa đường được phun vào thùng quay tại điểm khởi đẩu của khu vực hai. Tốc độ
cảu dòng nhựa đường tỷ lên vởi dòng cốt liệu và được khống chế hoặc bằng các bơm
định trước các tốc độ khoác nhảu hoặc bằng các van có độ mở khác nhau
So với trạm trộn khác lượng khói xả của trạm trộn này chỉ bằng 10% lượng bụi thải ra
của các loại trước đây điều này đạt được là do lượng bụi khí sinh ra ở vùng rang sấy được
hấp thụ bởi hỗn hợp cấp liệu nhựa đường ở buồng trộn
Loại trạm trộn nay khó sư dụng một cách linh họat và đòi hỏi những thay đổi lớn nếu
muốn thay đổi dạng hỗn hợp cần nhào trộn. tuy nhiên việc tự động hóa điều khiển bằng
máy tính đã khắc phục được điều này. Loại trạm trộn này tương đối đơn giản và các bộ
phận khá nhỏ vì vậy nó khá lý tưởng cho những gói thầu nhỏ nơi cần lăp đặt trạm trộn
tạm thời có thể duy chuyển được. sự đơn giản của trạm trộn cũng làm giảm chi phí bảo
đường cà cải tiến độ tin cậy. tuy nhiên sự ưu điểm vượt trội hơn cả của trạm trộn thùng
quay là công suất của chúng. Chúng là thiết bị lý tưởng cho những gói thầu xây dựng yêu
cầu vật liệu đá nhựa cùng chủng loại với khối lượng lớn và trong một thời gian dài.
b) Trạm trộn chu kỳ cấp nhiệt trực tiếp

14


Loại trạm trộn này, cấp phối cốt liệu nguội được định lượng theo từng mẻ từ bộ
phân cấp liệu nguội và được đổ vào tang sấy rổi được xả vào máy trộn để trộn với nhựa
đường. ở bộ phận cấp lieeun nguội cấp phối cốt liệu nguội theo tỷ lệ định sẵn được đổ
vào phễu để kiểm tra trọng lượng trước khi rang ssaays. Tỷ lệ cốt liệu nguội không được
thay đổi trong quá trình và do vậy việc điều khiển cấp liệu nguội phải rất chính xác. Từ

phễu định lượng các cốt liệu được cho vào thùng sấy từng mẻ một. thực tế thời gian sấy
một mẻ khá ngắn. sau đó cốt liệu được cho vào máy trộn để trộn với nhựa
Loại trạm trộn này cốt liệu nguội được xác định thành phần trước khi gia nhiệt,
chúng cho phép thay đổi nhanh chóng các chỉ tiêu kỹ thuật hỗn hợp mà không bị han
chét bởi dung lượng thùng chứa cốt liệu nóng. Tuy nhiên cốt liệu có độ ẩm hơn 2 % thì
dùng trạm trộn này không kinh tế ( với yêu cầu sấy khô vật liệu). do vậy loại trạm trộn
này thích hợp với các loại vật liệu yêu cầu nhiệt độ vừa và thấp như đá dăm trộn nhựa
hơn là những hỗn hợp có hàm lượng cát cao

15