Технологический процесс. Процесс приготовления горячей асфальтобетонной смеси состоит из множества взаимосвязанных операций, среди которых наиболее важные:

Процесс приготовления горячей асфальтобетонной смеси состоит из множества взаимосвязанных операций, среди которых наиболее важные:

• заготовка материалов (щебня, песка, минерального порошка, битума) требуемого качества и надлежащее их хранение;

• подготовка (выпаривание, нагрев) битума;

• предварительное дозирование песка и щебня в агрегате питания;

• сушка и нагрев песка и щебня до заданной температуры;

• рассев горячего песка и щебня на фракции 0-5, 5-15(20) и 20-40 мм и их рассортировка по отсекам горячего бункера;

• точное дозирование каждой фракции и минерального порошка в заданной пропорции в весовой бункер, взвешивание материалов нарастающим итогом, сброс в мешалку и их «сухое» перемешивание между собой;

• дозирование и ввод подготовленного битума;

• перемешивание смеси минеральных материалов с битумом;

• выгрузка готовой асфальтобетонной смеси в накопительный бункер или транспортное средство.

Приготовление асфальтобетонной смеси производится по схеме, показанной на рис. 2.

Рис. 2. Схема приготовления асфальтобетонной смеси

Заготовку щебня и песка производят на складских территориях завода. Склады представляют собой открытые площадки или закрытые помещения с отсеками для хранения песка и щебня разных пород фракции 5-10 (15, 20) мм и 15(20)-35(40) мм. Открытые площадки должны иметь уклон для стока дождевой воды.

Со склада влажные и холодные песок и щебень соответствующей породы и фракции грузят фронтальным погрузчиком или надвигают бульдозером в соответствующие бункеры агрегата питания.

Отечественные агрегаты питания имеют от двух до 6-8 бункеров. Пол каждым бункером имеется собственный питатель, с помощью которого требуемое количество щебня соответствующей фракции и песка через объемный дозатор с точностью ±5% подаются на сборный ленточный конвейер. С ленточного конвейера щебень и песок поступают по лотку загрузочной коробки в сушильный барабан на просушку и нагрев.

В сушильном барабане влажные и холодные материалы сушат и нагревают при перемешивании. Для обеспечения требуемой производительности установки и необходимой скорости продвижения каменных материалов барабан располагают с наклоном в сторону их выгрузки. В барабане имеются мощная горелка и транспортирующие лопатки. При вращении барабана лопатки поднимают, пересыпают и продвигают песок и щебень навстречу пламени горелки.

Горячие газы, проходя через завесу каменных материалов, сначала их сушат, а затем нагревают до требуемой температуры. Для достижения требуемой температуры нагрева материалов в сушильном барабане оператор варьирует загрузку барабана и расход топлива на горелку.

Температуру нагрева материалов назначают в зависимости от марки применяемого битума (табл. 3).

Таблица 3

Марка битума	Температура нагрева песка и щебня, С
БНД 40/60	170...185
БНД 60/90	170...180
БНД 90/130	165...175

Далее, горячие минеральные материалы ссыпают в приемное устройство горячего элеватора, поднимают ковшами на верхнюю отметку и по лотку направляют в сортировочное устройство (грохот) смесительного агрегата для разделения на фракции (рис. 3).

Рис. 3. Расположение основных узлов в смесительном агрегате

Зерна размером 0-5мм попадают в отсек песка «А», размером 5-15 (20)мм - в отсек мелкого щебня «Б», а размером 15-35 (40)мм - в отсек крупного щебня «D». Все отсеки оборудованы весовыми дозаторами, через которые материалы поступают в бункер «Г» для взвешивания нарастающим итогом. Зерна, размер которых превышает 35(40) мм, отводятся в специальный бункер для отходов «Д».

На импортных установках грохот состоит из 5(6) сит с размерами отверстий: 2,5(3), 5(6), 8, 12, 24(28) мм. Такие сита необходимы для разделения минеральных материалов на фракции 0-2,5(3), 2,5(3)-5(6), 5(6)-8, 8-12, 12-24(28) мм и более, наличие которых в асфальтобетонных смесях нормируется стандартами некоторых зарубежных стран.

После взвешивания каждой фракции на весы поступает минеральный порошок с температурой воздуха. Погрешность при взвешивании фракций каменных материалов не должна превышать ±3%, а минерального порошка -±1,5%.

Минеральный порошок поступает на взвешивание из агрегата минерального порошка. Этот агрегат состоит из оборудования для хранения и подачи порошка на дозирование.

Оборудование для хранения порошка представляет собой, как правило, вертикально-стоящую металлическую или железобетонную цилиндрическую емкость (одну или несколько), внутри которой имеются аэрационные устройства, предотвращающие слипание порошка.

Наверху емкости имеется фильтр, защищающий окружающую среду от пыли, которая образуется во время загрузки емкости порошком из автоцементовозов, а также механизм, препятствующий переполнению емкости. В нижней (конусной) части емкости имеется указатель уровня порошка. Еще ниже расположен питатель лопастного типа, через который порошок поступает в шнек, и далее на взвешивание в весовой бункер.

На некоторых заводах имеются специальные склады минерального порошка, оборудованные системой пневмопроводов. По пневмопроводам минеральный порошок поступает касфальтосмесительной установке в соответствующую расходную емкость с дозатором.

В процессе сушки, нагрева, сортировки, дозирования и перемешивания материалов образуется много пыли и отходящих газов.

Пыль и газы направляют по газоходам с помощью дымососа и вентиляторов в пылегазоулавливающий агрегат, где воздух очищают от пыли и других вредных примесей и через дымовую трубу выбрасывают в атмосферу. По действующим нормам допустимая концентрация пыли на высоте 1,6 м от земли не должна превышать 0,5 мг/м³.

Отечественные асфальтосмесительные установки оснащены, как правило, трехступенчатой системой очистки отходящих газов. На первой ступени (в осадительной камере) улавливают крупные частицы; на второй (в циклонах) - мелкие частицы; на третьей (в скруббере «Вентури») тончайшие частицы пыли и газа.

Пыль, уловленную в осадительной камере и в циклонах, как правило, утилизируют и направляют с помощью шнекой в горячий элеватор и далее в отсек песка смесительного агрегата. В скруббере орошаемая водой тончайшая пыль и газы превращаются в шлам, который в производстве не используется и вывозится на свалку.

Наиболее эффективная очистка отходящих газов производится с помощью тканевых фильтров. Эти фильтры задерживают почти 99,98 % пыли. Пыль практически полностью утилизируется. Крупная пыль поступает на замес с песком, а тонкая дозируется отдельно и может замешать некоторую долю минерального порошка (не более 4%).

После взвешивания минеральные материалы сбрасывают в мешалку и интенсивно перемешивают между собой, а затем с битумом (рис. 4).

Рис. 4. Двухвальная лопастная мешалка

а - устройство мешалки;

б - минеральные материалы в процессе перемешивания

Двухстадийное перемешивание необходимо для обеспечения фракционной, температурной и энергетической однородности смеси.

В процессе перемешивания минеральных материалов идет теплообмен между нагретой песчано-щебеночной смесью и не нагретым минеральным порошком. В результате происходит выравнивание температур с переходом тепла от песчано-щебеночной смеси к порошку. При этом разрушаются начальные связи между частицами, увеличивается их подвижность, мельчайшие частицы притягиваются более крупными с силой, пропорциональной массе и разнице энергетических потенциалов частиц. Частицы равномерно распределяются с заполнением межзернового пространства более мелкими фракциями, тончайшие из которых осаждаются и фиксируются на поверхности более крупных зерен. Постепенно композиционная система переходит в состояние кинетического равновесия.

Далее, в однородную минеральную смесь через битумные форсунки, впрыскивают заданное рецептом количество битума. Погрешность при дозировании битума не должна превышать ±1,0%.

Примерная схема дозирования и ввода битума в мешалку показана на рис. 5.

Рис. 5. Схема дозирования и ввода битума в мешалку

При вводе горячего битума в горячую, однородную и уравновешенную систему происходит интенсивное выделение газов, которые смешиваются с воздухом, вызывают рост давления, ускорение адсорбционных процессов и образование сложных физико-химических реакции и соединений. При этом битум и минеральные компоненты необратимо теряют (изменяют) свои индивидуальные свойства, особенно в местах контакта.

Поскольку известняковый минеральный порошок заряжен положительно и обладает наибольшим энергетическим потенциалом, битум обволакивает его первым. Затем в процесс вовлекаются более крупные зерна песка и щебня, обволакиваясь соответственно асфальтовым вяжущим веществом и смесью вяжущего вещества с песчаными частицами, образуя на поверхностях зернистых компонентов более толстые оболочки.

Оболочка по своему составу и свойствам неоднородна. На границе раздела фаз она больше структурирована асфальтенами и имеет более высокую вязкость, когезию и устойчивость к высокой температуре. На периферии оболочка менее структурирована, и адекватно реагирует на увеличение температуры уменьшением своей вязкости и расширением в объеме.

В общем случае процесс механического перемешивания минеральных материалов с битумом основывается на закономерности обтекания твердых частиц потоком жидкой среды. В зависимости от скорости движения частиц, обусловленной их массой, в среде возникают ламинарные или турбулентные потоки [15].

Крупные тяжелые зерна претерпевают турбулентные завихрения под действием центробежных сил. Тончайшим частицам минерального порошка из-за их ничтожной массы свойственно ламинарное движение, поскольку они находятся в непосредственном контакте с более крупными зернами или в межзерновом пространстве и участвуют во вращении вместе с ними.

Свойства образующихся оболочек, включая их адгезию, когезию, вязкость, теплоустойчивость, хрупкость, устойчивость под действием технологических факторов и другие, зависят как от свойств и содержания материалов (битума, минерального порошка, песка и щебня), так и от условий их перемешивания.

Например, для смесей с высокой долей асфальтового вяжущего вещества температура и время перемешивания должны быть повышенными. При высокой температуре периферийная часть оболочки разжижается и расширяется в объеме настолько, что смесь может приобрести вязкопластичную или даже литую консистенцию с присущей ей подвижностью и плотностью, что не адекватно простому увеличению количества битума в смеси, так как в этом случае структура станет неоптимальной, легко расслаивающейся и термочувствительной. Иными словами для каждого способа укладки и уплотнения существует своя оптимальная мера разжижения и расширения оболочек, определяющая комплекс технологических и структурно-механических свойств.

О влиянии времени перемешивания на однородность смеси можно проследить по изменению коэффициента вариации [16] (рис. 6).

Рис. 6. Изменение однородности асфальтобетонных смесей в процессе перемешивания

1 - смесь не содержит минерального порошка; 2 - содержание асфальтового вяжущего вещества в смеси - 12 %; 3 - то же, - 25 %; 4 - то же, - 30 %.

МN - линия оптимальных значений времени перемешивания минеральных материалов с битумом при изготовлении смесей с различным содержанием асфальтового вяжущего вещества

По мере перемешивания однородность асфальтобетонной смеси растет, достигает максимума, а затем снижается. Снижение однородности смеси обусловлено замедлением процесса дальнейшего перераспределения битума и связано с остыванием и слипанием смеси в комки. При этом и качественные характеристики асфальтобетонной смеси ухудшаются.

Видно также, что чем больше содержится в смеси минерального порошка, тем дольше ее требуется перемешивать до однородного состояния.

Если соединить все минимальные значения, то получится огибающая кривая «MN». Она представляет собой геометрическое место точек оптимального времени перемешивания минеральных материалов с битумом при изготовлении асфальтобетонных смесей различных составов.

Закономерность выражается формулой

(1)

где С_x - минимальный коэффициент вариации количества битума, экстрагированного из асфальтобетонной смеси с заданным содержанием асфальтового вяжущего вещества;

С ₀ - то же, смеси, не содержащей минерального порошка (т.е. асфальтовое вяжущее вещество представлено только битумом);

t_x - оптимальное время перемешивания смеси минеральных материалов с битумом при приготовлении асфальтобетонной смеси с заданным содержанием асфальтового вяжущего вещества, с;

t ₀ - то же, смеси, не содержащей минерального порошка, с;

z - показатель степени, величина которого изменяется в пределах 0,5-1,0 и зависит от объема мешалки, скорости вращения валов, геометрии лопастей мешалки, схемы перемешивания, размера, формы, массы зерен и давления ввода битума.

Оптимальное время перемешивания любой конкретной минеральной смеси с битумом при заданной величине С_х можно определить из формулы

(2)

В табл. 4 приведено рекомендуемое время перемешивания смесей, рассчитанное по вышеуказанной формуле.

Таблица 4

Тип смеси	Время перемешивания минеральных материалов, с
между собой	с битумом	общее
А	10-20	15-25	25-45
Б	15-25	20-30	35-55
В	20-25	25-35	45-60
Г	25-30	35-40	60-70
Д	25-30	30-35	55-65

Продолжительность перемешивания асфальтобетонной смеси можно сократить, если ввести ПАВ в количестве 0,15-0,25% от массы минеральной смеси или в горячую минеральную смесь (до объединения ее с битумом) или непосредственно в битум. В битум вводят ПАВ с температурой 60...70 °С в количестве 3-4% от массы битума и перемешивают с ним в обогреваемой емкости в течение 30-35 мин до однородного состояния. Затем, готовое вяжущее перекачивают в расходную емкость, поддерживая его температуру на уровне 110...130°С, и после дозировки вводят в мешалку на горячие минеральные материалы [17].

Поверхностно-активное вещество (добавка) ускоряет и улучшаем обволакивание зерен битумом, повышает сцепление битума с минеральными материалами и подвижность смеси, позволяет использовать недостаточно просушенные материалы, что имеет место весной и осенью, уменьшить температуру нагрева материалов и повысить производительностьасфальтосмесительной установки.

По окончании процесса перемешивания готовую смесь из мешалки выгружают в кузов автомобиля-самосвала, либо в ковш скипового подъемника и далее в накопительный бункер. Наполнение накопительною бункера смесью должно производиться компактными порциями, а не высыпанием, что исключает фракционную сегрегацию смеси и ее остывание.

Для сохранения оптимальной рабочей температуры смеси и уменьшения интенсивности термоокислительных процессов, приводящих к старению битума, время хранения рыхлых смесей в накопительном бункере ограничивают. Смеси типов «А» и «Б» и смеси для нижних слоев хранят в накопительном бункере не более 1,5 ч. Смеси других типов - не более 0,5 ч. Смеси с добавками ПАВ и активированных минеральных порошков могут находиться в накопительном бункере не более двух и одного часа соответственно.

Дата добавления: 2015-05-06