Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТИЦ СТАРОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА, ПОЛУЧЕННЫХ В ТОМ ЧИСЛЕ МЕТОДОМ ТЕРМОРАЗДЕЛЕНИЯ АГЛОМЕРАТОВ

Зайцев А.И. 1 Лебедев А.Е. 1 Бадаева Н.В. 1 Романова М.Н. 1
1 Ярославский государственный технический университет
В работе приводятся новые направления исследований по переработке старого асфальтобетона. Дается подробное описание нового способа получения асфальтобетонной смеси с использованием частиц старого асфальтобетона, заключающегося в том, что перед введением в разогретую крупнодисперсную минеральную часть смеси частиц старого асфальтобетона на них формируют оболочки из битума и минерального порошка. Частицы старого асфальтобетона и щебня эффективно смешиваются в смесителе ввиду сходства их размеров и плотности. Это исключает сегрегацию при смешивании. Приводится описание нового метода термического разделения агломератов старого асфальта, основанного на воздействии струей нагретого воздуха. Приведены подробные экспериментальные исследования по ситовому анализу полученного продукта ? зерновому и массовому содержанию частиц. Показано, что интегральная функция распределения частиц по размерам согласуется с уравнением Розина – Раммлера.
измельчение
нагрев
асфальтобетон
частица
классификация
способ
асфальтобетон
оболочка
1. Алиев А.М. Регенерация асфальтобетона. – Баку: Азербайджанское Государственное издательство, 1985. – 275 с.
2. Анализ методов разогрева агломератов «старого» асфальтобетона и описание струйного способа / А.И. Зайцев, А.Е. Лебедев, Н.В. Бадаева, М.Н. Романова // Инженерный вестник Дона. – 2015. – № 2, ч.2; URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2p2y2015/3052 (дата обращения: 28.06.2015).
3. Арабов Р.Б. Автореферат дис. ... канд. техн. наук. Союздор НИИ. – М., 1988.
4. Лебедев А.Е Опытное исследование и анализ продуктов термического разделения «старого» асфальтобетона струйным методом / А.Е. Лебедев, А.И. Зайцев, И.С. Шеронина, Н.В. Бадаева // Современные наукоемкие технологии. – М., 2015. – № 12 (часть 2). – С. 37–39.
5. Лупанов А.П. Влияние свойств асфальтового гранулята на эффективность его измельчения для повторного использования / А.П. Лупанов, Т.И. Кондратьева, А.И. Басов. – М.: РАСХН, 2006. – 57с.
6. Мизонов В.Е. Аэродинамическая классификация порошков / В.Е. Мизонов, С.Г. Ушаков, Е.В. Барочкин. – Иваново: ПресСто, 2014. – 260 с.
7. Патент 2346103 Российская Федерация С1, ЕО1 С 19/10 способ и установка изготовления наполнителя для асфальтобетона / Лупанов А.П и др. Опубл. 1.029.
8. Пат. 2467039 Российская Федерация, C08L95/00 Способ получения асфальтобетонной смеси с использованием продуктов переработки старого асфальтобетона / А.И. Зайцев, А.Е. Лебедев, В.М. Готовцев. Опубл. 20.11.2012.
9. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика // Издание труды. – М.: Наука, 1979. – 384 с.
10. Румиф Г. Об основных физических проблемах при измельчении // Тр. Европейского совещания по измельчению. – М.: Стройиздат, 1966. – С. 7–40.

Данная работа посвящена исследованию и обоснованию двух направлений переработки и использования агломератов старого асфальтобетона в производстве асфальтобетонной смеси.

Традиционная технология получения асфальтобетонных смесей состоит в разогреве минеральной части, включающей крупную фракцию и мелкодисперсную (минеральный порошок). Далее осуществляется смешение разогретой минеральной части (щебня) с разогретым битумом.

Однородность асфальтовяжущего, т.е. смеси минерального порошка с битумом, является важным фактором, от которого зависят физико-механические свойства конечного продукта - асфальтобетона.

В работе [5] описаны способ и установка изготовления наполнителя для асфальтобетона, по которым предполагается дробление кусков старого асфальтобетона в молотковой дробилке до размера частиц не свыше 20 мм с разделением далее на фракции 5–20 мм и 0–5 мм. Предполагается последующее измельчение в электромагнитном измельчителе фракций 0–5 мм до размеров 0–1,2 и 1,2–5 мм. В технологической цепочке после молотковой дробилки установлен конвейер, грохот, два выносных транспортера. Использование данного способа связано с большими затратами энергии при получении мелких фракций частиц в электромагнитной установке и имеет низкую производительность, недостаточную для производства больших объемов старого асфальтобетона с целью дальнейшего применения.

Производство асфальтобетона с использованием продуктов переработки старого используется также в агрегате ДС-154 ВНИИСтройдормаша [3].

При работе агрегата поступающий на переработку материал подвергают вначале измельчению в щековой и молотковой дробилках. Полученный продукт направляют далее в сушильно-смесительный агрегат, куда одновременно поступает щебень, песок, минеральный порошок и битум. Как указано в источнике [3], недостатком в работе агрегата является тот факт, что старый асфальтобетон поступает в смеситель одновременно с каменными материалами и битумом. Вяжущее подвергается высокотемпературному воздействию, что негативно сказывается на свойствах асфальтобетона.

Авторами настоящей работы предложен метод получения асфальтобетона с использованием продуктов переработки старого, по которому обеспечивается экономия битума по отношению к стандартным смесям при достаточно высоких показателях прочности, водостойкости, долговечности и невысокой себестоимости продукции [8].

Указанный метод может быть реализован двумя путями. По первому направлению перед введением частиц предварительно раздробленного старого асфальтобетона в разогретую крупнодисперсную минеральную часть смеси проводится нанесение на частицы покрывающего состава в виде оболочки из смеси битума и минерального порошка, при соотношении минеральный порошок-битум от 1:3 до 1:6. Затем на поверхности полученных частиц формируется тонкий слой минерального порошка, причем соотношение старого асфальтобетона и материала оболочки составляет от 5:1 до 10:1. Содержание старого асфальтобетона составляет 10–20 % по весу от крупнодисперсной минеральной части смеси. При подготовке смеси покрывающего состава битум в минеральный порошок вводится в распыленном состоянии. Толщина тонкого слоя минерального порошка на частицах материала составляет 1–2 мм, а материал из старого асфальтобетона с оболочкой поступает в разогретую крупнодисперсную часть смеси в разогретом состоянии.

Частицы старого асфальтобетона и щебня быстро смешиваются ввиду сходства их размеров и плотности. Это исключает также сегрегацию при смешении. В процессе смешивания покрытых тонким слоем минерального порошка частиц асфальтовяжущего материала с минеральной частью оба компонента представляют собой сыпучие материалы, что существенно снижает время перемешивания и затраты энергии по сравнению с известными способами. Причем как щебень с песком, так и старый гранулят смешиваются в нагретом, горячем состоянии.

Нанесение тонкого слоя на поверхность частиц исключает их слипание, в связи с чем их удобно хранить и транспортировать.

Нанесение тонкого слоя минерального порошка на поверхность частиц имеет двойной смысл. Во-первых, частицы старого асфальтобетона удобно направлять (без слипания) на смешение с нагретой крупнодисперсной смесью даже в случае удаления устройств формирования оболочек от смесителей с крупнодисперсной частью. Во-вторых, этот продукт удобно транспортировать в любой таре на большие расстояния для получения асфальтобетона в удаленной зоне. В-третьих, полученная на первой стадии смесь частиц старого асфальтобетона с минеральным порошком и битумом может самостоятельно использоваться, например, при ямочном ремонте или асфальтировании неответственных участков дорог.

Второе исследованное в данной работе направление - получение использованных частиц старого асфальтобетона в производстве нового заключается в детальном изучении термического разделения старого. С экономической точки зрения применение данного метода измельчения выгодно, и поэтому совершенствованию технологии этого процесса уделяется внимание в отечественной и зарубежной литературе [2, 10].

Основные теоретические исследования и практическое обоснование переработки старого асфальтобетона в целом широко представлены в работах А.П. Лупанова [5], где обоснована усовершенствованная технология двухстадийного измельчения – грубого и тонкого, как было сказано ранее, в качестве грубого измельчения предложено использовать молотковую дробилку, тонкого – принцип электромагнитного измельчения или ударного разрушения.

Вместе с тем известно, и это указано в [8], что при механическом воздействии на материал образуется вторичная структура из агрегированных частиц гранулята, то есть большая часть битума и минерального порошка находится внутри этих агрегатов. При использовании частиц в производстве новой асфальтобетонной смеси размещенное внутри частиц гранулята вяжущее не участвует в формировании новых структур ввиду его закупорки, что, по мнению многих авторов, составляет 1–1,2 % битума.

Достижение же предельно плотной упаковки частиц в смеси в дисперсных системах, связанных с упрочнением, требует предельного разрушения структур с получением мелкодисперсных составляющих [8]. Применение механических способов измельчения гранулята с целью получения минимальных размеров частиц, необходимых для введения в асфальтобетонную смесь, и высвобождение битума из гранул связано с дальнейшим совершенствованием технологии и оборудования и требует больших затрат энергии.

Одним из достаточно широко исследованных методов переработки старого асфальтобетона с целью дальнейшего использования является термическое воздействие [4], связанное с нагревом и разрушением (разделением) агломератов на составляющие частицы. Анализ известных методов терморазрушений гранулята достаточно широко приведен в работе [2].

В статье [4] предложен и обоснован метод разделения агрегатов старого асфальтобетона с помощью струй горячего воздуха с последующей классификацией частиц; здесь же описана конструкция установки для этих целей. При этом было показано, что использование метода позволяет провести процесс с минимальными затратами энергии в достаточно простом в конструктивном отношении аппарате, исключающем износ рабочих органов в отличие от способов механического измельчения.

При исследовании второго направления исследований опытных данных, направленных на анализ гранулометрического и массового состава продукта, образованного при терморазрушении агрегатов старого асфальтобетона с целью дальнейшего использования в производстве асфальтобетонной смеси.

В таблице приведены экспериментальные данные, полученные на ситах после терморазрушения и классификации.

Вес исходного материала – 2 кг; вес материала после выжигания битума – 1,888 кг.

Всего частиц с d = 0,5 мм – 1,2 %.

На рисунке показана полученная ситовым методом анализа интегральная кривая изменения гранулометрического состава при терморазложении на опытной установке [8].

Размер отверстий на ситах

Общий вес материала на ситах, меньших данного размера отверстий

Общий вес материала на ситах, меньших данного размера отверстий, в %

Остатки по весу на ситах, %

Число частиц данного размера, в %

15

1,888

100

 

0,377

7,5

1,272

67,4

32,6

1,9

5,0

1,110

58,8

9,6

5,557

3,5

0,946

50

8,8

13,85

2,0

0,678

36

14

53,10

1,0

0,040

2,2

33,8

25,11

 

pic_19.tif

Интегральная кривая изменения гранулометрического состава при терморазложении

В ряде источников [3, 9, 1, 6, 10] эту характеристику называют кривой полных остатков, по значению ординат на которой можно судить о числе частиц или их массе больше или меньше данного размера. Для анализа общего состава дисперсного материала часто используется медианный размер δ0,5, который соответствует половине массы частиц больше или меньше δ0,5. Для рассмотренного в данной работе примера δ0,5 = 3,5 мм. Проведение экспериментального исследования с некоторыми выборками старого асфальтобетона показывают, что в рассмотренных случаях интегральную функцию распределения F(d) можно с достаточной точностью описать уравнением Розина – Раммлера [10]:

zaytsev01.wmf (1)

где k – константа, определяемая свойствами материала. В работе [6] уравнение Розина – Раммлера представлено в ином виде, более удобном для обработки опытных данных:

zaytsev02.wmf (2)

Коэффициент nR находится по двум опытным значениям F1(δ1) и F2(δ2).

Статистическая обработка данных для подтверждения принятому распределению частиц проводилась в работе по критерию Пирсона [10]. При этом весь интервал размеров разбивается на 6 интервалов в соответствии с системным анализом; число степеней свободы находили – 6 – 1 = 5. В соответствии с вычисленными значениями критерия Пирсона χ2 и числом степеней свободы определялась доверительная вероятность попадания размеров частиц в соответствующий интервал. Средний диаметр частиц в опыте:

zaytsev03.wmf (3)

где δi – размер частиц на ситах; α – доля частиц данного размера в %. В нашем случае имеем δср = 2,3 мм.

Как показали опытные данные, значительную часть, около 80 % от общего числа, составляют мелкие частицы 0,5–1,5 мм. Их можно рекомендовать использовать, во-первых, в качестве наполнителя нового асфальтобетона. Во-вторых, следует учесть, что в этой мелочи присутствуют частицы чистого (старого) битума и его применение позволяет экономить вяжущее [8]. На основании проведенного цикла исследований можно отметить следующие выводы и результаты:

– показано, что предварительная переработка агломератов старого асфальтобетона, связанная с формированием на частицах оболочек из битума и наполнителя, технологически упрощает производство асфальтобетонной смеси, снижает время процесса и энергозатраты;

– полученные комплексные (с оболочками) частицы удобно хранить и транспортировать для производства асфальтобетонной смеси в удаленной зоне;

– использование метода терморазделения старого асфальтобетона горячим воздухом и последующей классификации позволило при небольших затратах энергии выделить вяжущее из исходных агрегатов с целью его дальнейшего применения в производстве нового асфальтобетона;

– анализ экспериментальных данных показал, что интегральная функция распределения числа частиц по размерам с достаточной степенью точности согласуется с уравнением Розина – Раммлера;

– в продуктах разделения старого асфальтобетона присутствует значительное количество (до 80 %) мелких частиц, которые могут быть использованы в качестве наполнителя в новом асфальтобетоне;

– средние размеры частиц, полученные методом разогрева и классификации на ситах, находятся в пределах значений, которые имеют место при двухстадийном механическом измельчении;

– незначительную часть крупных частиц с целью дальнейшего применения в производстве асфальтобетона можно использовать после вторичной переработки измельчением.


Библиографическая ссылка

Зайцев А.И., Лебедев А.Е., Бадаева Н.В., Романова М.Н. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТИЦ СТАРОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА, ПОЛУЧЕННЫХ В ТОМ ЧИСЛЕ МЕТОДОМ ТЕРМОРАЗДЕЛЕНИЯ АГЛОМЕРАТОВ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 5-1. – С. 38-42;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40246 (дата обращения: 12.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074