При производстве асфальтобетона для дорожного строительства очень важную роль играет дисперсная составляющая – минеральный порошок, представляющий собой продукт тонкого измельчения (до размера частиц менее 0,315 мм) известняков, доломитов, доломитизированных известняков, других карбонатных пород, металлургических шлаков. В качестве минерального порошка применяют также порошкообразные отходы промышленности. [1]
Минеральный порошок в асфальтобетоне выполняет две основные функции: заполняет пустоты песчано-щебеночного каркаса и повышает плотность минерального остова, а также превращает нефтяной битум при смешении с ним в прочное асфальтовое вяжущее вещество, объединяющее зерна песка и щебня в плотный и прочный монолит. Преимущественное использование известняковых и доломитовых карбонатных пород определяется тем, что получаемые из них минеральные порошки лучше других обволакиваются битумом и в зоне контакта образуют водонерастворимые химические соединения, которые придают дополнительную прочность, водо- и теплостойкость асфальтобетону.
Суммарная площадь поверхности зерен минерального порошка в смеси минеральных материалов составляет 85-90 % всей их поверхности, и битум в асфальтобетоне взаимодействует, главным образом, с минеральным порошком, обволакивая его зерна тонкими слоями, в которых контактный слой ориентированного битума обладает повышенной вязкостью, прочностью и теплоустойчивостью по сравнению со свободным битумом, заполняющим 65-70 % межзерновых пустот в асфальтобетоне.
Для успешного выполнения этих функций минеральный порошок должен обладать следующим комплексом свойств:
Требования к качеству минеральных порошков для асфальтобетона ранее определялись ГОСТ 16557-78, а с октября 2003 г. действует ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия».
Основным способом улучшения свойств минеральных порошков, входящих в состав асфальтобетонных смесей, является их физико-химическая активация.
Сущность активации заключается в том, что процесс измельчения известняка, доломита или других материалов сопровождается обработкой порошка смесью битума с поверхностно активными веществами (ПАВ) в соотношении 1:1-1:3, количество активирующей смеси составляет 1,5-2,5 % от массы минерального порошка. В процессе размола активирующая смесь равномерно распределяется тонким слоем на частицах минерального порошка, высокая активность свежеобразованной поверхности минерального материала при его измельчении и наличие ПАВ в составе активатора способствует улучшению прилипания битума и образованию тонкой прочной пленки на поверхности порошка.
В результате активации минеральных порошков они приобретают целый комплекс полезных свойств:
холодные асфальтобетонные смеси на активированном минеральном порошке не слеживаются при хранении; покрытия из таких смесей формируются быстрее под движением автомобилей;
приготовление, укладку и уплотнение асфальтобетонных смесей на активированном минеральном порошке осуществляют при сниженной по сравнению с обычным минеральным порошком, согласно СНиП 3.06.03-85 «Автомобильные дороги», на 20°С температуре;
Активированный минеральный порошок особенно рекомендуется применять в районах с резкоконтинентальным климатом II и I3 (южной подзоны) I дорожно-климатической зоны (Братск, Иркутск, Улан-Удэ, Чита, Белогорск и т.д.), это позволяет повысить устойчивость асфальтобетона против образования трещин при низких температурах указанных зон. На уровне правительств республики Саха (Якутии) и Иркутской области уже приняты решения о расширении производства активированного минерального порошка для высококачественного асфальтобетона, что позволит значительно повысить плотность и качество асфальтобетона, а значит, и долговечность покрытий.
Многие дорожно-строительные организации перешли на широкое применение активированного минерального порошка местных производителей, а, например, объединение «Дорстройпроект» (г. Санкт-Петербург) во всех укладываемых асфальтобетонных покрытиях применяет только активированные минеральные порошки. Ряд дорожно-строительных организаций России, такие, как трест «Камдорстрой» (г. Набережные Челны), ОАО «Пермдорстрой» (г. Пермь), не имея поставщиков активированного порошка, или не желая зависеть от внешних поставок, организовали собственное производство активированных минеральных порошков.
В СССР производство активированных минеральных порошков было развито слабо, они использовались в основном только при строительстве аэродромов, мостов или наиболее важных магистралей. Изготовление их согласно ВСН 113-65 «Технические указания по производству активированных минеральных порошков и применению их в асфальтовом бетоне» велось в шаровых барабанных мельницах путем дозирования заранее приготовленного активатора на высушенный щебень в шнек перед мельницей.
По такой схеме работали Дубненская и Долгопрудненская ДСФ, по этой же схеме, на базе сушильного барабана 1,6х8 м и шаровой мельницы 1,5х5,6 м, предлагается комплект оборудования для производства активированного минерального порошка для асфальтобетонных смесей Самарского завода «Строммашина». Данный комплект, рассчитанный на производительность 8-10 т/ч, имеет установленную мощность 450 кВт, массу до 200 т и габаритные размеры 36х16х11 м.
Пособие к СНиП 3.06.03-85 «Физико-химическая активация минеральных материалов» при производстве активированного порошка предусматривает организацию следующих процессов:
Технологическая схема установки для приготовления активированного минерального порошка, согласно СНиП, включает в себя транспортер для подачи отсева или щебня в накопительный бункер; накопительный бункер; транспортёр для питания сушильного барабана; емкость для объемного дозирования; сушильно-смесительный агрегат; дозировочный бачок для активирующей смеси; транспортер для подачи материала в накопительный бункер; накопительный бункер; питатель; шаровую мельницу; элеватор для готового минерального порошка; раздаточный бункер; шнек для загрузки транспортных средств.
В комплект установок для производства активированного минерального порошка могут также входить молотковые или валковые дробилки для предварительного дробления известнякового щебня перед просушиванием. Необходимость в них возникает, если измельчаемый материал обладает высокой прочностью.
В последнее время предлагаются варианты, предусматривающие совмещение операций сушки и помола с активацией в одном агрегате - вентилируемой сепараторной мельнице молоткового или аэробильного типа. Такие комплектные предложения имеются у следующих разработчиков:
Установки такого типа, имея очевидные по энергоемкости и компактности преимущества по сравнению с традиционными схемами шарового помола, в то же время остаются достаточно громоздкими, энергоемкими и требуют установки многоступенчатых производительных аспирационных систем ввиду большого количества отходящих газов и пыли.
Все эти установки, так же, как и установки предыдущего поколения, с шаровыми мельницами, могут использоваться только в стационарном варианте, либо требуют значительных по трудозатратам разборно-сборочных работ. В то же время вопрос мобильности установок и их приближенности к объектам дорожного строительства становится все более актуальным. Так, подпрограмма «Автомобильные дороги» федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002 - 2010 годы)» прямо предусматривает расширение производства активированного минерального порошка для высококачественного асфальтобетона на месте производства работ силами дорожно-строительных организаций с использованием специальных установок.
Следующим шагом на пути повышения мобильности производственных комплексов получения активированного минерального порошка является использование дезинтеграторных технологий. Еще в советские годы Таллинское НПО «Дезинтегратор» создавало установки УДА на основе дезинтеграторов для производства известняковой и доломитовой муки для мелиорации сельскохозяйственных почв. Эксперименты по измельчению с активацией полимер-битумными композициями кварцевого песка на измельчителе-активаторе (дезинтеграторе) УИС-2У ВНПФ ГИЛМ были проведены в СибАДИ (г. Омск), и показали возможность применения данной технологии в производстве активированных минеральных порошков для асфальтобетона. [2]
Заводом «ТЕХПРИБОР» разработан и запущен в серийное производство автоматизированный мельничный комплекс «ТРИБОКИНЕТИКА-6000», основной моделью разрушения частиц в котором является их динамическое самоизмельчение. Комплекс способен обеспечивать не только эффективное измельчение карбонатных горных пород, но и активацию полученного порошка в результате ударного воздействия высокой интенсивности и распыления активирующего агента (смеси битума и ПАВ) в камере помола. Являясь последним словом в разработке специализированного технологического оборудования, мельничный комплекс «ТРИБОКИНЕТИКА-6000» демонстрирует высокую надежность и продуктивность при решении самых сложных производственных задач.
Известняковый или доломитовый щебень с размерами кусков до 30 мм подается конвейером-питателем в камеру помола мельничного комплекса. Крупные частицы в камере помола захватываются лопатками вращающегося элеватора и направляются в центр ротора-ускорителя, где, двигаясь в разгонных каналах ротора, получают ускорение и выбрасываются в направлении отбойных плит статора. При ударе об отбойные плиты частицы разрушаются, образуя многочисленные осколки, которые транспортируются воздушным потоком на вход воздушно-центробежного классификатора.
В момент механического разрушения частиц минерального порошка, свежеобразованная поверхность может быть обработана активирующим агентом, подаваемым в помольную камеру мельницы в распыленном виде. Совмещение операций помола и активации минерального порошка позволяет наносить активирующий состав в наиболее подходящий момент, когда химическая активность образованных поверхностей максимальна.
Приготовление и подача активирующего агента связана с разогревом и поддержанием в жидком состоянии композиции из битума и ПАВ. Разогрев компонентов активатора производится в специальной емкости электронагревом или различными теплоносителями, обеспечивающими поддержание температуры состава до 150°С. Для дозированной напорной подачи разогретого активирующего агента в помольную камеру мельничного комплекса, может быть использован, например, шестеренный насос с обогреваемым корпусом типа НМШГ 8-25, предназначенный для перекачивания легкозастывающих жидкостей (парафина, нефти, мазута, битума и т.д.) с кинематической вязкостью до 6.00*10-4 м2/с и температурой до 150°С включительно. Производительность насосного агрегата может изменяться в широких пределах с помощью блока управления, укомплектованного преобразователем частоты электрического тока.
|
|
| Наименования параметров | Значения |
|---|---|
| Производительность, м3/ч | 2-10* |
| Крупность питания, мм, не более | 30 |
| Твердость обрабатываемого материала по шкале Мооса, не более | 8 |
| Установленная мощность, кВт | 92,5 |
| Влажность обрабатываемого материала, %, не более | 4,0 |
| Габаритные размеры (L×B×H), мм | 5133×2443×4390** |
| Масса, кг | 4476 |
Степень гидрофобности получаемого минерального порошка может составлять 98-99 %, краевой угол смачивания до 140-
Данный комплекс, в зависимости от требований заказчика, может быть укомплектован сушильной установкой, транспортирующими элементами и бункерами, силосами и системой аспирации. На этом комплексе могут активироваться как готовые минеральные порошки, так и перерабатываться карбонатные и некарбонатные щебень или отсевы, шлаки и другие материалы, пригодные для использования в качестве простых или активированных минеральных порошков для асфальтобетона.
С помощью этого оборудования могут быть решены и другие задачи. Так, например, по разработке Воронежского ГАСУ может производиться минеральный порошок, полученный совместным помолом карбонатной породы (известняка), смеси хлоридов и водорастворимых фосфатов щелочных или щелочноземельных металлов и битума. В результате получается модифицированный минеральный порошок, который позволяет получить асфальтобетонные покрытия с противогололедными свойствами, эффективно применяемые на дорогах с любой интенсивностью движения при температуре до минус 10°С.
