Предприятия по изготовлению асфальтобетонных смесей

    Асфальтобетон - строительный материал в виде уплотненной смеси: песок, щебень, минеральный порошок и битум. Перед смешением, составные части высушивают и нагревают до температуры 110-160°C. Различают горячий асфальтобетон, содержащий вязкий битум, укладываемый и уплотняемый при температуре не ниже 120°C; теплый - с маловязким битумом и температурой уплотнения 40-80°C; холодный - с жидким битумом, уплотняемый при температуре окружающего воздуха, но не ниже 10°C. Асфальтобетон может быть крупно-, средне-, мелкозернистым и песчаным (наибольшая крупность зёрен, соответственно, 40-25-15-5 мм).

Плотные дорожные асфальтобетоны (горячие и холодные) в зависимости от количественного содержания в них крупного или мелкого заполнителя подразделяют на пять типов: А, Б, В, Г, Д. Например: тип А содержит 50-65% щебня; тип Б содержит 35-50% щебня или гравия; тип В содержит 20-35% щебня или гравия. Кроме того, плотные горячие и теплые асфальтобетоны подразделяют на три марки - I, II, III в зависимости от качественных показателей.

Применение асфальтобетона для покрытий дорог, эксплуатируемых плоских кровель, в гидротехническом строительстве, аэродромов. В зависимости от нагрузок и климатических условий к асфальтобетону предъявляются соответствующие требования по плотности, прочности, сдвигоустойчивости, водостойкости. Для приготовления асфальтобетона используют фракционированные минеральные материалы и битумы, качества которых регламентируются государственными стандартами. Для уплотнения жестких и пластичных масс применяют тяжелые и средние катки. Литую асфальтобетонную массу часто уплотняют специальными валками, легким катком или не уплотняют.

Битум является одним из важнейших компонентов асфальтобетонной смеси.

Основной объем битума, используемого дорожными организациями, производят из нефти. Процесс производства битума связан с нагревом нефти и выделением из нее более легких компонентов - бензина, лигроина, керосина. Далее, при температуре 300...400°С, отгоняют машинные, веретенные, трансформаторные и другие смазочные масла. Выделение этих масел из нефти ведут под вакуумом. В результате разложения нефти остается густой смолистый остаток - гудрон (остаточный битум), который используют или как исходный материал для получения более вязких окисленных битумов, или используют без переработки.

Свойства гудрона зависят как от свойств нефти, так и от технологии ее переработки. Гудрон из тяжелой смолистой нефти составляет 7-8% от ее массы и имеет более высокое качество, чем из легкой (1% от массы).

Наиболее распространенным способом производства битумов является продувка гудрона воздухом при температуре 260...270 °С. В зависимости от типа окислительной установки, интенсивности и продолжительности процесса получают битумы различной вязкости.

Для производства горячих укатываемых асфальтобетонных смесей отечественная нефтеперерабатывающая промышленность выпускает вязкие дорожные битумы, преимущественно, марок БНД 40/60, БНД 60/ 90 и БНД 90/130.

Минеральный порошок представляет собой молотый известняк, доломит, основной доменный шлак с размером зерен меньше 1,25 мм, при этом содержание частиц мельче 0,071 мм должно быть не менее 70%.

Для отдельных видов асфальтобетонной смеси (для пористого или высокопористого асфальтобетона, асфальтобетона II и III марки) допускается применение молотых основных металлургических шлаков, пыли уноса цементных заводов и золы тепловых станций.

Асфальтобетон без минерального порошка получается очень пористым, не морозостойким и, как правило, быстро разрушается.

Минеральный порошок должен отвечать требованиям стандарта [97].

Чем выше степень дисперсности минерального порошка, тем выше его энергетический потенциал и сцепление с битумом, тем прочнее склеиваются зерна минеральной смеси в монолит. Однако порошок не должен быть чрезмерно тонкого помола. Иначе, он будет слипаться в комки и плохо перемешиваться с другими минеральными материалами и битумом.

Одной из важных характеристик порошка является пористость, которая не должна быть выше 35 % у образцов, уплотненных нагрузкой 30 МПа. Для снижения пористости и гигроскопичности порошка рекомендуется при помоле горной породы обрабатывать вновь образующиеся поверхности активирующей композицией, состоящей из ПАВ и битума в количестве 1,5-2,5% от массы порошка. Присутствие ПАВ существенно улучшает смачивание поверхности частиц битумом и способствует образованию прочных связей. Качественный минеральный порошок приготовляют путем помола породы прочностью на сжатие не ниже 20 МПа.

Коэффициент водостойкости образцов из смеси порошка и битума должен быть не ниже 0,7-0,8.

Песок - необходимый компонент практически любой асфальтобетонной смеси. Его качество также оказывает значительное влияние на свойства асфальтобетона.

Смеси для верхнего слоя покрытия приготовляют на природных (горных, речных или морских) и дробленых (отсевы от дробления горных пород) песках. Дробленые пески фракции 0-5 мм повышают сдвигоустойчивость и фрикционные характеристики покрытия, однако при большом содержании увеличивают жесткость, ухудшают подвижность и уплотняемость смеси, снижают водостойкость покрытия.

Для улучшения подвижности смеси и физико-механических свойств асфальтобетона дробленый песок или отсевы дробления смешивают с природным окатанным песком в соотношении 1:1 или 2:1. При использовании только природного песка лучше применять крупно- или среднезернистый, т.е. с модулем крупности, соответственно, более 2,5 или в пределах 2,0-2,5 и содержанием зерен крупнее 0,63 мм в пределах 35-50%. Чем крупнее песок, тем плотнее асфальтобетон и выше его деформационная устойчивость.

В смесях для нижних слоев допускается применение мелкого и очень мелкого песка с модулями крупности 1,7 и 1,1 соответственно. При соответствующем технико-экономическом обосновании мелкий песок можно улучшать добавками извести, которую вводят в количестве 2,5-5% от массы песка и перемешивают с ним до однородного состояния.

Песок должен быть чистым. Содержание в нем глинистых частиц должно быть не более 0,5%, а пыли и ила не более 3% - в природном песке и 5% - в дробленом. Песок должен удовлетворять требованиям стандарта [97].

Щебень применяют прочный и морозостойкий из горных пород изверженного, осадочного и метаморфического происхождения, а также из некоторых разновидностей атмосферостойких и прочных шлаков.

К изверженным породам относятся граниты, габбро, диабаз, базальты, диориты. Эти породы образовались после остывания и кристаллизации магмы и являются наиболее прочными.

Осадочные породы - известняки, доломиты, мергель и песчаники сформировались путем осаждения и цементации веществ из водной среды рек, морей и океанов. Их прочность и морозостойкость, как правило, ниже, чем у изверженных пород. Из осадочных пород весьма распространены в производстве асфальтобетонных смесей гравийные материалы в дробленом состоянии.

Метаморфические породы - мрамор, кварциты образовались в результате глубокого изменения изверженных и осадочных пород под действием высокой температуры и давления.

Независимо от происхождения горной породы щебень должен выдерживать 50 циклов испытания на морозостойкость для верхнего слоя покрытия и 25 - для нижнего.

Горная порода, перерабатываемая на щебень, не должна иметь слоистое строение. В противном случае при дроблении будут образовываться щебенки плоской формы - «лещадка». При повышенном содержании в асфальтобетонной смеси «лещадки» (более 15%), она при уплотнении катками ломается. В изломе покрытие становится водопроницаемым, неморозостойким и быстро разрушается. Поэтому слоистые породы применять не рекомендуется. Камень для переработки в щебень должен иметь предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии не менее 80-100 МПа.

Размер зерен щебня для приготовления асфальтобетонной смеси для верхнего слоя принимают равным 5-10, 5-15 или 5-20 мм. Зерна щебня должны быть чистыми и иметь форму близкую к кубу или тетраэдру, так как требуют меньше битума и обеспечивают более высокую плотность, прочность и сдвигоустойчивость асфальтобетона.

Для нижнего слоя покрытия и слоев основания приготовляют крупнозернистую смесь на щебне размером 5-35(40) мм. Поскольку нижележащие слои испытывают меньшую нагрузку от движущегося транспорта и от воздействия атмосферных факторов, требования к прочности камня снижают на 20-25%.

Большое влияние на водостойкость и прочность асфальтобетона оказывают активность поверхности, шероховатость и прочность зерен щебня. Чем выше эти показатели, тем более водостойким, морозостойким и прочным является асфальтобетон. В этом отношении гравийные материалы, как в естественном, так и дробленом состоянии уступают щебню из горных пород изверженного, осадочного и метаморфического происхождения. Они, как правило, неоднородны по минералогическому составу, имеют ультракислую и менее развитую поверхность, и по этой причине хуже взаимодействуют с битумом.

 

При проектировании состава необходимо правильно выбрать исходные компоненты и их соотношения, при которых асфальтобетонную смесь будет легко и выгодно изготовить, максимально обеспечить и сохранить ее однородность и температуру, ровно уложить и после уплотнения получить слои с требуемыми эксплуатационными и экономическими показателями.

Проектирование состава начинают с анализа условий работы асфальтобетона в дорожной конструкции, назначения марки и типа смеси, в соответствии с требованиями проекта. Далее, выбирают исходные компоненты с учетом их качества и стоимости, анализируют технологические возможности производства, уточняют требования к параметрам и режиму приготовления, подбирают состав смеси, составляют техническую документацию и передают ее на производство.

Среди указанных мероприятий подбор состава является ключевым.

В общем случае при подборе производят:

• испытание щебня, песка, минерального порошка, битума, руководствуясь требованиями и методиками соответствующих ГОСТов;

• расчет содержания компонентов в смеси по выбранной методике;

• формовку и испытание образцов;

• оценку результатов на соответствие установленным требованиям;

• корректировку состава с уточнением оптимального содержания компонентов, при котором физико-механические свойства образцов удовлетворяют техническим требованиям, а рецептура остается экономически целесообразной.

Расчет содержания компонентов является центральной операцией при подборе состава. От того насколько корректно он выполнен будут зависеть себестоимость, технологические свойства асфальтобетонной смеси, физико-механические свойства асфальтобетона, определяющие эксплуатационные характеристики и стоимость покрытия.

Известны различные методы расчета содержания компонентов [60]. Общим в них является подбор плотного минерального скелета и определение рационального количества битума, при котором физико-механические свойства образцов удовлетворяют требованиям стандарта.

Метод расчета по заданным эксплуатационным условиям  (метод проф. И.А. Рыбьева) основан на двух общих закономерностях, присущих всем конгломератным материалам  -  законе прочности оптимальных структур и законе створа[60].

Асфальтобетонные заводы (АБЗ) являются основными производственными предприятиями дорожного хозяйства и предназначены для приготовления различных асфальтобетонных смесей для строительства, реконструкции и ремонта слоев асфальтобетонного покрытия.

Однако перечень выполняемых на АБЗ технологических операций, а следовательно и номенклатура технологического оборудования АБЗ, значительно шире просто комплекса операций по приготовлению смесей и перечня необходимого для приготовления их оборудования.

 

Рис. 4.16 Схема асфальтосмесительного завода непрерывного действия

1 -  бункеры - дозатор; 2 - сборный конвейер; 3 - конвейер с контролем влажности; 4 -  сушильно-смесительный барабан; 5 - дозатор и подача старого асфальтобетона; 6 -  смесительная зона; 7 - бункер ожидания скипа; 8 -  пылесос – вентилятор; 9 -  накопительный бункер; 10 - кабина управления; 11 -  силос минерального порошка; 12 -  бункер старого асфальтобетона; 13 -  конвейер с контролем влажности; 15 -  пылеуловитель и силос пыли; 16 -  битумный бак-цистерна; 17 -  нагреватель масла; 18 - конвейер сушильного барабана;

Перечень технологических и обеспечивающих операций включает:

- технологические операции (комплекс операций) по приготовлению смесей, включая предварительное дозирование минеральных материалов, нагрев и сушку минеральных материалов, сортировку (грохочение) и кратковременное хранение нагретых каменных материалов, точное дозирование минеральных материалов, битума или другого специального вяжущего, минерального порошка и добавок, смешение составляющих в мешалке и выгрузка из мешалки готовой (товарной) асфальтобетонной смеси;

- технологические операции по приему, хранению и подаче в бункеры по фракциям каменных материалов, а при необходимости получение на АБЗ необходимых по крупности фракций щебня и песка путем дробления и сортировки более крупных фракций щебня;

- технологические операции по приему, хранению, нагреву и подаче в дозаторы битума;

- технологические операции по приему, хранению и подаче в дозатор минерального порошка (заполнителя);

- технологические операции по приему, хранению, нагреву и подаче в дозатор поверхностно-активных веществ (ПАВ);

- технологические операции по складированию, кратковременному хранению и отгрузке готовой асфальтобетонной смеси.

Для выполнения всего комплекса технологических операций в состав АБЗ входит следующее технологическое оборудование:

- асфальтосмесительные установки;

- приемные устройства для каменных материалов, площадки для их хранения и машины для их подачи в бункеры асфальтосмесительных установок;

- приемные устройства для битума, хранилища (емкости) для битума, битумонагревательное оборудование, битумные насосы;

- приемные устройства и площадки для бочек с ПАВ или емкости для ПАВ, нагреватели для ПАВ и насосы для их подачи к смесителю;

- приемные устройства и емкости для хранения минерального порошка и насосы (пневмосистемы) для подачи его к смесителю;

- загрузочное устройство (скип или элеватор) готовой смеси, бункеры-накопители готовой смеси;

- дробильно-сортировочное оборудование для получения требуемых фракций щебня и песка.

Асфальтобетонные заводы различают:

по типу размещения: на прирельсовые и притрассовые (приобъектные);

по длительности работы на одном месте: на стационарные, инвентарные (перебазируемые) и передвижные (часто перебазируемые);