Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Автодороги arrow Пособие Строительство и ремонт дорожных асфальтобетонных покрытий. Учебное пособие  
21.07.2018
    
Пособие Строительство и ремонт дорожных асфальтобетонных покрытий. Учебное пособие

ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
«АСФАЛЬТТЕХМАШ»

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

__________________________________________________________________

М.С. Мелик-Багдасаров, К.А. Гиоев, Н.А. Мелик-Багдасарова

СТРОИТЕЛЬСТВО И РЕМОНТ
ДОРОЖНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области железнодорожного
транспорта и транспортного строительства в качестве учебного пособия
для студентов вузов, обучающихся по специальности
«Автомобильные дороги и аэродромы»
направления подготовки «Транспортное строительство»

Белгород
2007

Рецензенты:

В.В. Ядыкина - доктор технических наук, профессор, заместитель заведующего кафедрой автомобильных дорог и аэродромов Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.

Л.А. Горелышева - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ФГУП «РОСДОРНИИ».

В данном издании приведены технологии строительства, ремонта и содержания дорожных асфальтобетонных покрытий муниципальных, территориальных и федеральных дорог. Подробно описаны техника и процессы приготовления, транспортирования, укладки и уплотнения смесей разных составов, консистенции и назначения. Даны рекомендации по оптимальным технологическим режимам на всех этапах производства работ с учетом последних разработок отечественной и зарубежной теории и практики.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы» и «Городское строительство и хозяйство», работников и специалистов, занятых в сфере дорожного строительства, а также для слушателей системы дополнительного профессионального образования.

содержание

 TOC o "1-3" h z u ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АСФАЛЬТОБЕТОННЫЕ ПОКРЫТИЯ ИЗ ГОРЯЧИХ УКАТЫВАЕМЫХ СМЕСЕЙ

§ 1.1. Определение и классификация

§ 1.2. Компоненты смеси

§ 1.3. Проектирование состава смеси

§ 1.4. Приготовление смесей

Асфальтосмесительные установки

Технологический процесс

Организация труда

§ 1.5. Транспортирование асфальтобетонной смеси

Транспортные средства и требования к ним

Подготовка транспортных средств

Погрузка асфальтобетонной смеси

Перевозка смесей

§ 1.6. Строительство

Организационные работы

Подготовительные работы

Техника для укладки асфальтобетонной смеси

Техника для уплотнения смесей

Подготовка асфальтоукладчика и катков к работе

Выгрузка смеси в асфальтоукладчик

Перегружались асфальтобетонной смеси

Что делать с забракованной смесью?

Укладка смеси

Как добиться хорошего уплотнения?

Технология укатки

Особенности строительства асфальтобетонных покрытий из щебеночно-мастичных смесей

§ 1.7. Особенности производства и укладки асфальтобетонной смеси при пониженной температуре

ГЛАВА 2. АСФАЛЬТОБЕТОННЫЕ ПОКРЫТИЯ ИЗ ГОРЯЧИХ ЛИТЫХ СМЕСЕЙ

§ 2.1. Краткая история применения литых смесей

§ 2.2. Классификация литых асфальтобетонных смесей

§ 2.3. Особенности формирования структуры

§ 2.4. Нормативно-техническая документация

§ 2.5. Компоненты, рецептура и свойства

§ 2.6. Приготовление смесей

§ 2.7. Перевозка смесей

§ 2.8. Строительство покрытий.

Организационные и подготовительные работы

Устройство и отделка поверхности покрытия

ГЛАВА 3. РЕМОНТ И СОДЕРЖАНИЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ

§ 3.1. Виды повреждений и причины их образования

§ 3.2. Рекомендации по ремонту покрытий

Заделка трещин

Заделка выбоин

Устранение колейности и сдвигов

§ 3.3. Устройство тонкослойных шероховатых и защитных слоев

Поверхностная обработка с последовательным распределением вяжущего и щебня

Поверхностная обработка с синхронным распределением вяжущего и щебня (технология фирмы «Сэкмэр»)

Устройство шероховатого защитного слоя с помощью холодной эмульсионно-минеральной смеси литой консистенции («Сларри Сил»)

Устройство шероховатого тонкослойного покрытия по высокотемпературной технологии

ГЛАВА 4. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

§ 4.1. Контроль при производстве смесей

§ 4.2. Контроль строительства покрытия

ГЛАВА 5. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

§ 5.1. Охрана труда и техника безопасности на АБЗ

§ 5.2. Охрана труда и техника безопасности на объекте

ГЛАВА 6. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

§ 6.1. Охрана природы

§ 6.2. Природоохранные мероприятия при производстве асфальтобетонной смеси

§ 6.3. Природоохранные мероприятия при строительстве и ремонте асфальтобетонных покрытий

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приложение 1 Технические требования к асфальтобетонам

Приложение 2 Технические характеристики асфальтосмесительных установок

Приложение 3 Инструменты асфальтобетонщика

Приложение 4 Примеры решения некоторых производственных задач

Приложение 5 Технические характеристики дорожных фрез

Приложение 6 Технические характеристики автогудронаторов

Приложение 7 Технические характеристики асфальтоукладчиков

Приложение 8 Технические характеристики катков

Приложение 9 Ориентировочный расход альтобетонной смеси на 100 м2

Приложение 10 Технические характеристики термосов-миксеров (самоходных и прицепных)

Приложение 11 Технические характеристики установки БЦМ-24

Приложение 12 Технические характеристики асфальторезательных машин

Приложение 13 Технические характеристики «Чипсилеров»

Приложение 14 Технические характеристики установки ДН-009 для приготовления и укладки литых эмульсионно-минеральных смесей

Приложение 15 Методика расчета коэффициента вариации и коэффициента однородности асфальтобетонной смеси для оценки качества ее приготовления

Приложение 16 Составы, структурные характеристики и температура при укладке основных разновидностей горячих асфальтобетонных смесей

библиографический список

 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время автомобилизация страны получила мощное ускорение, создав немало проблем для дорожно-транспортной сети. Для их эффективного решения в условиях дефинитного финансирования внедрение достижений научно-технического прогресса и передового опыта приобретает большое практическое значение.

В книге основное внимание уделено вопросам совершенствования традиционных технологий строительства и ремонта дорожных покрытий с применением горячих укатываемых асфальтобетонных смесей, а также новым технологиям с применением щебеночно-мастичных, литых асфальтобетонных смесей, холодных литых эмульсионно-минеральных смесей, специальных смесей для устройства шероховатых защитных тонкослойных покрытий и др.

По ходу изложения технологий читатель знакомится и с достижениями в области дорожного машиностроения.

В книге освещены вопросы контроля качества, техники безопасности и охраны окружающей среды. В ней учтены требования нормативных документов.

Авторы не претендуют на исчерпывающую полноту раскрытия темы и будут весьма признательны всем, высказавшим замечания и пожелания.

ГЛАВА 1. АСФАЛЬТОБЕТОННЫЕ ПОКРЫТИЯ ИЗ ГОРЯЧИХ УКАТЫВАЕМЫХ СМЕСЕЙ

§ 1.1. Определение и классификация

Горячая укатываемая смесь представляет собой рыхлую массу с температурой 140...160 °С, состоящую из щебня, песка, минерального порошка и вязкого дорожного битума в рационально подобранных соотношениях. После интенсивного уплотнения смеси катками и затвердевания слой приобретает определенную плотность, механическую прочность, упругость и эластичность.

ГОСТ 9128-97 [1] классифицирует горячие смеси:

• по наибольшему размеру зерен минеральных материалов: крупнозернистые с размером зерен щебня (гравия) до 40 мм, мелкозернистые - до 20 мм и песчаные с максимальным размером зерен песка 5 мм;

• по величине остаточной пористости: высокоплотные с остаточной пористостью 1,0-2,5%, плотные 2,5-5%, пористые 5,0-10,0% и высокопористые 10,0-18%;

• щебенистые - по количеству щебня (гравия): тип «А» - от 50 до 60%, тип «Б» - от 40 до 50% и тип «В» - от 30 до 40 мас. %;

• песчаные - по виду песка: тип «Г» на песках из отсевов дробления, также на их смесях с природным песком при содержании последнего не более 30%, тип «Д» на природных песках или смесях природных песков с отсевами дробления при содержании последних менее 70 мас. %;

• по значениям физико-механических свойств - на три марки (прил. 1).

§ 1.2. Компоненты смеси

Большая роль в обеспечении заданных свойств асфальтобетона принадлежит свойствам исходных материалов. Поэтому рассмотрим, каким требованиям они должны удовлетворять.

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 [2]. Каждая марка имеет вполне определенный групповой и химический состав.

Комплекс требований [2], предъявляемых к вязким дорожным битумам, приведен в табл.1.

Таблица 1

Наименования показателей

Нормы по маркам

БНД 40/60

БНД 60/90

БНД 90/130

Глубина проникания иглы, дмм

 

 

 

при температуре: 25 °С, в пределах

40-60

61-90

91-130

0 °С, не менее

13

20

28

Температура размягчения, °С, не ниже

51

47

43

Растяжимость при 25 °С, см, не менее

45

55

65

Температура хрупкости, °С, не выше

-12

-15

-17

Сцепление с мрамором (песком)

выдерживает

Изменение температуры размягчения после прогрева, °С, не более

5

5

5

Температура вспышки, °С, не ниже

230

230

230

Индекс пенетрации, в пределах

от -1 до +1

Битум - сложная коллоидная система, дисперсионной средой в которой является раствор смол в маслах, а дисперсной фазой - асфальтены, карбены и карбоиды. На пограничных поверхностях этих частиц прочно удерживаются асфальтобеновые кислоты и их ангидриды.

Масла придают битуму подвижность и текучесть. Их плотность менее 1000 кг/м3, цвет - светло-желтый, содержание в битуме колеблется в пределах 35-60 мас.%. В маслах присутствуют углеводороды парафинового, нафтенового и ароматического рядов с молекулярной массой 300-600.

Смолы придают битуму эластичность и водостойкость. Их плотность равна, примерно, 1000 кг/м3, цвет - темно-коричневый, содержание в битуме в пределах 20-40%. В смолах присутствует наибольшее количество полярных сернистых, азотистых и кислородных соединений углеводородов с молекулярной массой 600-1000, способствующих хорошему прилипанию битума к каменным материалам.

Асфальтены представляют собой твердые неплавкие частицы черного цвета плотностью немногим более 1000 кг/м3 и молекулярной массой 1000-5000. От их количества и степени дисперсности зависит вязкость и теплостойкость битума. Обычно в битумах содержится 10-40% асфальтенов. Под действием ультрафиолетовых лучей они переходят в карбены и карбоиды, увеличивая вязкость и хрупкость битума. В битуме содержание карбенов и карбоидов - от 1 до 3%. Своими свойствами и составом они близки к асфальтенам, но содержат больше углерода и имеют большую плотность.

В некоторых случаях, для повышения трещиностойкости асфальтобетонного покрытия, в битум вводят добавки полимеров, а для улучшения прилипания битума к поверхности зерен минерального материала - поверхностно-активные вещества (ПАВ) [3-6]. Их вводят либо в битум, либо на минеральные материалы при их перемешивании.

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 [7].

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 об.% 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 [8].

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.

Щебень должен удовлетворять требованиям стандарта [9, 10] и использоваться в том или ином типе асфальтобетона в зависимости от прочности породы (табл. 2).

Таблица 2

Марка асфальтобетонной смеси

Типы асфальтобетонов, изготавливаемые на щебне разной природы

из изверженных и метаморфических пород, марки

из осадочных пород, марки

из металлургических шлаков

1200

1000

800

600

1200

1000

800

600

1200

1000

800

600

I

А, Б

в

-

-

А

Б

В

-

Б

в

-

-

II

-

А, Б

В

-

-

А

Б

В

А

Б

в

-

III

-

-

Б

В

-

-

-

В

-

-

Б

В

Для обеспечения требуемых физико-механических свойств асфальтобетонов на основе гравийных материалов, их рекомендуется дробить непосредственно перед использованием в асфальтобетонной смеси. При этом кремнистых частиц в дробленом гравии должно быть не более 25%, а зерен слабых пород - не более 10%.

Существенно повышается сдвигоустойчивость асфальтобетона при использовании в его составе высевок размером 3-5 мм.

Однако применение кондиционных материалов еще не является достаточным условием получения высококачественной смеси. Не менее важно правильно запроектировать состав и выдержать требуемые параметры технологических процессов ее приготовления, транспортирования, укладки и уплотнения

§ 1.3. Проектирование состава смеси

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 [11 14]. 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 [11] (метод проф. И.А. Рыбьева) основан на двух общих закономерностях, присущих всем конгломератным материалам - законе прочности оптимальных структур и законе створа.

Принцип подбора состоит в получении максимально плотной минеральной смеси песка и щебня в среде асфальтового вяжущего вещества (смеси битума и минерального порошка) оптимального состава (прил. 16), которому всегда соответствует комплекс наиболее благоприятных физико-механических свойств асфальтобетона. Независимо от названия показателей свойств, все они в своих максимумах и минимумах располагаются примерно в одном створе.

Изменяя качество материалов и их соотношение, параметры технологических операций при производстве, сохраняя фракционную и температурную однородность смеси при транспортировании, добиваются заданных свойств - подвижности и уплотняемости смеси при укладке, прочности и долговечности асфальтобетона в эксплуатации.

Вопросы для самоконтроля по § 1.1.-1.3.

1. Что такое асфальтобетонная смесь и асфальтобетон

2. По каким основным признакам и параметрам классифицируют асфальтобетонные смеси и асфальтобетон?

3. По каким признакам асфальтобетонные смеси и асфальтобетон классифицируют по видам, типам и маркам?

4. Какие исходные материалы используют для приготовления асфальтобетонной смеси?

5. Какая роль отдельных компонентов смеси в структурообразовании асфальтобетона?

6. Как влияют свойства исходных материалов на обеспечение заданных свойства асфальтобетона, и какие используют добавки?

7. Как получают дорожные битумы, и какие основные требования предъявляют к ним?

8. Как получают щебень для использования в асфальтобетонных смесях, и какие основные требования предъявляют к нему?

9. Какие применяют пески, и какие предъявляют к ним требования?

10. Как получают минеральные порошки, и какие основные требования предъявляют к ним?

11. На какие этапы делится процесс проектирования состава асфальтобетонной смеси?

12. Какие методы подбора составов используются?

13. Как изменяются требования к асфальтобетону, исходя из условий его эксплуатации?

14. Как варьируются требования к исходным материалам в зависимости от условий эксплуатации асфальтобетона?

15. Какие испытания исходных материалов проводят при проектировании состава смеси?

16. Какой основной принцип подбора рецептуры смеси по методу проф. И.А. Рыбьева?

17. Что такое асфальтовое вяжущее вещество?

18. Как учитывать технологические и производственные возможности предприятия изготовителя при проектировании состава асфальтобетонной смеси?

19. Каким образом добиваются требуемых технологических свойств смеси и эксплуатационных свойств асфальтобетонного покрытия?

§ 1.4. Приготовление смесей

Асфальтосмесительные установки

Асфальтобетонную смесь производят на асфальтобетонном заводе в асфальтосмесительных установках башенного или партерного расположения оборудования периодического и непрерывного действия соответственно.

В России установки периодического действия получили наибольшее распространение по технико-экономическим показателям. Они позволяют выпускать разнообразные по составу и рецептуре асфальтобетонные смеси, оперативно управлять их качеством, эффективно вводить ПАВ и добавки, изменять режимы производства, использовать компьютерное оборудование и т.д. В этих установках смесь выпускают циклами, т.е. отдельными замесами с принудительным перемешиванием компонентов в компактных лопастных мешалках.

Рис. 1 Асфальтосмесительная установка периодического действия

Асфальтосмесительная установка периодического действия, общий вид которой показан на рис. 1, включает:

• агрегат питания 1 для кратковременного хранения и подачи песка и щебня разных фракций на сушку и нагрев;

• сушильный агрегат 2 для сушки и нагрева песка и щебня до заданной температуры;

пылегазоулавливающий агрегат 3 для очистки отходящих газов от пыли и продуктов сгорания топлива;

• агрегат минерального порошка 4 для хранения и подачи порошка в смесительный агрегат на дозирование;

• расходную емкость с насосной станцией 5 для хранения и перекачки готового горячего битума в смесительный агрегат на дозирование;

• смесительный агрегат 6 для сортировки, дозирования и перемешивания всех компонентов;

• бункер готовой смеси 7;

• кабину управления 8.

В установках непрерывного действия смесь выпускают постоянно путем смешивания компонентов в барабанном смесителе. Для приготовления смесей со стабильными свойствами стараются использовать минеральные материалы, разделенные по фракциям, постоянного состава и качества.

На установках непрерывного действия, после незначительного переоборудования можно эффективно утилизировать в производстве асфальтовую крошку после фрезерования покрытий, готовить холодные смеси и др.

Кроме асфальтосмесительных установок на заводе имеются:

• узлы приемки и склады инертных материалов, минерального порошка, битума, поверхностно-активных добавок;

• транспортный цех;

• ремонтно-механические мастерские;

• бытовые помещения, лаборатория ОТК, весовая, диспетчерский пункт, а также административное здание.

В комплекс инженерных сооружений завода также входят: трансформаторная подстанция, газорегуляторный пункт, парокотельная, компрессорная станция и др. На некоторых заводах есть установки для приготовления битума из гудрона, битумных эмульсий, полимерно-битумного вяжущего и т.д.

Технические характеристики установок периодического действия приведены в прил. 2.

Технологический процесс

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 к асфальтосмесительной 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 Сx - минимальный коэффициент вариации количества битума, экстрагированного из асфальтобетонной смеси с заданным содержанием асфальтового вяжущего вещества;

С0 - то же, смеси, не содержащей минерального порошка (т.е. асфальтовое вяжущее вещество представлено только битумом);

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

t0 - 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 Сх 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



Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: