Одним из показателей, характеризующих уровень развития страны, является состояние ее автодорог. И если говорить о России, то ее дорожная сеть требует принятия неотложных мер по реконструкции и расширению. Согласно федеральной программе «Автомобильные дороги» за период 2002-2010 года планируется увеличение протяженности автомобильных дорог как федерального, так и регионального значения.
Наиболее широко на автодорогах применяются два основных вида покрытий - асфальтобетонные и цементобетонные. Выбор материала определяется рядом факторов, основные из которых – вид объекта, интенсивность движения, состав транспортного потока и т.д. Сегодня новые автомобильные дороги строят преимущественно с асфальтобетонным покрытием.
Асфальтобетон – строительный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной и хорошо уплотнённой органоминеральной смеси, состоящей из минеральных заполнителей: щебня, песка; тонкодисперсного компонента: минерального порошка и органического вяжущего – битума.
Получение асфальтобетона, отвечающего современным требованиям к дорожному покрытию, возможно только при условии создания оптимальной макро- и микроструктуры, а также повышения прочности сцепления между отдельными компонентами смеси.
Увеличить адгезионную способность системы минеральный материал-битум возможно как за счет повышения качества битума, так и путем физико-химической активации поверхности заполнителя и наполнителя. Учитывая, что удельная поверхность минерального порошка составляет 85-90 % от поверхности всех используемых материалов, наиболее эффективным способом улучшения качества асфальтобетона, является увеличение реакционной способности дисперсного компонента смеси.
Минеральный порошок, в асфальтобетоне располагаясь в пустотах песчано-щебеночного каркаса, вытесняет оттуда битум, улучшая структуру минерального «скелета». При смешивании битума с минеральным порошком образуется прочное асфальтовое вяжущее вещество. Мелкие частицы равномерно покрываются тонким слоем «клея», который и соединяет зерна песка и щебня в плотный, прочный монолит. Теория и практика применения вяжущих веществ указывает, что с уменьшением толщины соединяющего слоя его прочность увеличивается, а значит, минеральный порошок не только сокращает расход битума, но и повышает физико-эксплуатационные свойства асфальта.
Минеральный порошок получают путем тонкого измельчения горных пород или твердых отходов промышленного производства, например шлаков или зол. Согласно ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей» для марки МП-1 необходимо, чтобы частицы мельче 0,071 мм содержались в порошке не менее 70% по массе. Через сито с отверстиями 1,25 мм порошок должен проходить полностью, а с отверстиями 0,315 мм — не менее 90% от массы порошка. При этом величина реакционной способности (активности) зависит не только от гранулометрии порошка, но и от способа помола. Например, осколочная форма частиц полученных в результате ударного измельчения обеспечивает более прочное сцепление с битумом, которое сохраняется на протяжении всего срока службы асфальтового покрытия. Только за счет перехода от истирающего помола к ударному измельчению реакционная способность частиц минерального порошка может быть увеличена в среднем на 25-30%.
Сегодня, темпы дорожного строительства требуют совершенствования конструкций мельниц и агрегатов для производства минерального порошка, повышения их энергоэффективности и безотказности. Установки предыдущего поколения теряют свою актуальность ввиду громоздкости и большой металлоемкости.
Помольные агрегаты на основе шаровых мельниц, которые, в основном, и применяются в производстве минерального порошка, могут использоваться только в стационарном варианте с установкой на массивные фундаменты. Работа данного оборудования характеризуется большим расходом энергии и безвозвратной потерей металла брони и мелющих тел вследствие их абразивного износа. Сам принцип истирающе-раздавливающего измельчения из-за слишком малой интенсивности воздействия не позволяет создать линии помола, сочетающие высокую производительность и компактные габаритные размеры.
Вопросы повышения мобильности производства минерального порошка, а значит и снижения расходов на его транспортировку к объектам дорожного строительства, не могут быть разрешены без учета новых достижений в области измельчения. Тем более что подпрограмма «Автомобильные дороги» Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России» прямо предусматривает расширение производства активированного минерального порошка для высококачественного асфальтобетона именно на месте производства работ, силами самих дорожно-строительных организаций с использованием установок нового типа.
Сырье, используемое в производстве минерального порошка, обычно имеет прочность на сжатие в 8-12 раз больше прочности на изгиб, то есть является, по сути, хрупким материалом. Известно, что наиболее эффективным способом разрушения хрупких материалов является быстрый удар (Vуд> 5м/с). Ударное измельчение требует гораздо меньшего (приблизительно в 3 раза) расхода энергии по сравнению с истирающе-раздавливающим помолом, а сами динамические мельницы менее массивны, нежели мельницы шаровые.
Однако развитие техники ударного измельчения сдерживается двумя принципиальными противоречиями: с одной стороны необходимо обеспечить большую скорость удара для лучших результатов помола, а с другой стороны, вместе с ростом скоростей рабочих органов мельницы увеличивается их абразивный износ.
Классика ударного измельчения: стержневые дезинтеграторы, дисмембраторы, роторные и аэробильные мельницы являются примером более или менее удачного компромисса в вечном споре между размольной мощностью агрегата и его надежностью. Для достижения высокой степени сокращения и обеспечения требуемой производительности мельницы, как правило, нужно сделать выбор: либо скорость удара, либо сроки безремонтной эксплуатации.
Длинный перечень «узких» мест динамических мельниц, среди которых: малый ресурс, чувствительность к перегрузкам, высокие требования к периодичности и качеству технического обслуживания, большая вероятность аварии в случае попадания в камеру измельчения недробимого предмета – накладывает целый ряд ограничений на их использование в дорожном строительстве. В силу своих особенностей ударные измельчители известных конструкций нашли лишь ограниченное применение, в основном при помоле слабых и малоабразивных горных пород, и на сегодняшний день они не могут составить полноценную конкуренцию шаровым мельницам.
Но, как и большинство, казалось бы «неразрешимых» технических проблем, связанных с основными законами Ньютоновской механики, вопрос скорости и ресурса помольных органов динамических измельчителей может быть решен за счет оптимизации условий взаимодействия быстроходного ротора с объектом измельчения. Ведь сообщить ускорение резиновому мячику возможно двумя способами: или размахнуться и бросить, или подбросить, а затем ударить по нему рукой. Однако, возможность выбора сохраняется только пока в руках легкий мячик, если, же это камень, любой здравомыслящий человек использует бросок, а не удар. Потому что в первом случае можно без проблем перекидать большое количество камней, а во втором уже после нескольких ударов травма руки будет обеспечена. Но даже такой, казалось бы, понятный, житейский опыт, к сожалению, не используется при конструировании ударных мельниц.
Большинство динамических измельчителей именно бьют по частицам обрабатываемого материала, которые в свою очередь оказывают противодействие ударным элементам, что и вызывает их ускоренный износ. Но если быстроходный ротор динамического измельчителя будет работать на разгон частиц, а не на удар по ним (то есть как рука человека, бросающего камень), его ресурс многократно увеличиться.
Именно по принципу разгона и последующего броска (или принципа пращи) работает ротор- ускоритель новой динамической мельницы «ТРИБОКИНЕТИКА-1000», выпускаемой машиностроительным предприятием «ТЕХПРИБОР» город Щекино.
В ударно-центробежной мельнице «ТРИБОКИНЕТИКА-1000» материал измельчается свободным ударом, когда частицы разгоняются ротором-ускорителем, выбрасываются в пространство помольной камеры и разрушаются при ударе об отражательные плиты статора. Частицы обрабатываемого материала измельчают сами себя, без шаровой загрузки или ударных элементов в виде лопастей, стержней и т.д.
Помимо меньшего расхода энергии, такая модель измельчения характеризуется высокой гранулометрической стабильностью, продукт помола содержит лишь небольшое количество очень мелких или напротив слишком крупных частиц. Так, при ударном помоле андезита- базальта, используемого в производстве минерального порошка, были получены следующие результаты: 100 % частиц порошка имеют размеры менее 54.012 мкм. Расход энергии, включающий также и работу периферийного оборудования (вентилятора, шлюзовых затворов), составил 11.6 кВт на тонну, что в 3 раз меньше энергорасхода шаровой мельницы, при этом массы этих агрегатов различается на порядок.
Гранулометрический состав андезита-базальта после измельчения на ударно-центробежной мельнице «ТРИБОКИНЕТИКА-1000»
Воплощая в жизнь концепцию энергоэффективных блочных или модульных агрегатов помола, ударно-центробежная мельница «ТРИБОКИНЕТИКА-1000» может использоваться не только в стационарном варианте, но также и в составе мобильных асфальтобетонных заводов, с максимальным приближением к объектам дорожного строительства. Здесь применение динамических мельниц особенно уместно и даже необходимо. Учитывая, что свежевскрытая поверхность минеральных зерен, обладает более высокой активностью и лучше вступает в реакцию с битумом, чем ближе к месту укладки асфальта будет расположено производство порошка, тем выше технико-экономические показатели его применения. А значит, дорожно-строительные организации получают возможность изготавливать минеральный порошок не только дешевле, но и качественнее, чем это делают крупные производители!
Автодороги нашей страны испытывают все более увеличившуюся нагрузку, поэтому им необходимо прочное и долговечное покрытие, что в свою очередь предполагает использование только качественных материалов, рациональный подбор состава смеси, обеспечивающий высокую степень ее уплотнения, в общем, всего спектра технологических приемов, новый уровень воплощения которых возможен с использованием динамических мельниц ударного действия.
А.Б. Липилин, главный инженер предприятия «ТЕХПРИБОР»;
М.В. Векслер, инженер;
Н.В. Коренюгина, главный технолог.
