4 Машины и оборудование для производства асфальтобетонных смесей

4 Машины и оборудование для производства асфальтобетонных смесей

4.1 Классификация асфальтобетонных смесей

Асфальтобетонная смесь (а/б смесь) – рационально подобранная смесь минеральных материалов (щебень, гравий, песок, минеральный порошок – или без некоторых компонентов) с битумом, взятых в определенных соотношениях и перемешанных, как правило, в нагретом состоянии.

Асфальтобетон – уплотненная и затвердевшая асфальтобетонная смесь.

Термин «Рационально подобранная» – удовлетворение состава смеси требованиям, отвечающим конкретным условиям применения.

Технология приготовления асфальтобетонных смесей определяется их составом и назначением.

Эксплуатационные свойства:

– прочность (совокупность показателей – статическая, усталостная и пр.);

– износостойкость;

– температурная стойкость;

– полируемость;

– влагонепроницаемость.

Технологические:

– однородность;

– сегрегируемость (разделимость);

– удобоукладываемость (подвижность);

– удобоуплотняемость.

Зерновые составы минеральной части смесей и асфальтобетонов определяются местом размещения слоя:

– для нижних слоев покрытий и оснований (крупность зёрен 15÷50 мм);

– для верхних слоев покрытий (крупность зёрен 5÷10 мм).

Смеси в зависимости от вязкости используемого битума и температуры при укладке подразделяют на:

– горячие, приготавливаемые с использованием вязких и жидких нефтяных дорожных битумов и укладываемые с температурой не менее 120 °С;

– холодные, приготавливаемые с использованием жидких нефтяных дорожных битумов и укладываемые с температурой не менее 5 °С.

4.2 Асфальтобетонный завод для приготовления горячих а/б смесей

Асфальтобетонный завод (АБЗ) — комплекс технологического, энергетического и вспомогательного оборудования, предназначенного для выполнения операций по приготовлению асфальтобетонных смесей (горячих, холодных и литых). Кроме того, на АБЗ выпускают щебень, обработанный битумом (черный щебень), и перерабатывают старый асфальтобетон.

По принципу работы технологического оборудования АБЗ и установки подразделяют на цикличные и непрерывные. На АБЗ цикличного действия используют установки периодического действия и порционные дозаторы для дозирования компонентов смеси. На заводах непрерывного действия операции дозирования, перемешивания и выдачи готовой смеси совмещены по времени.

По мощности (производительности) асфальтосмесительных установок АБЗ разделяют на следующие типы:

– малой – до 40 т/ч;

– средней – 50÷100 т/ч;

– большой – 150÷350 т/ч;

– сверхмощные – 400 т/ч и более.

По компоновке технологического оборудования АБЗ и установки делят на башенные и партерные. Наиболее распространены установки с башенным расположением агрегатов.

По степени инвентарности различают установки трех типов: стационарные, сборно-разборные и мобильные.

Приготовление асфальтобетонных смесей складывается из следующих технологических операций:

– сушка и подогрев каменных материалов;

– сортировки их фракциями;

– дозирования минеральных и вяжущих материалов по массе;

– перемешивания компонентов смеси и выдачи готовой смеси.

Технологическая схема приготовления горячей асфальтобетонной смеси

1 – бункера агрегата питания;

2 – весовые дозаторы;

3 – ленточный конвейер;

4 – сушильный барабан;

5 – пылеулавливающая установка (циклоны);

6 – элеватор;

7 – грохот;

8 – бункера минеральных материалов;

9 – дозатор битума;

10 – бункер минерального порошка;

11 – мешалка;

12 – скип;

13 – скиповый путь;

14 – накопительный бункер асфальтобетонной смеси.

Для улучшения качества в асфальтобетонные смеси вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ) и активаторы. В качестве ПАВ используют катионоактивные и анионоактивные вещества. К катионоактивным веществам относятся соли высших первичных, вторичных и третичных алифатических аминов, четырехзамещенные аммониевые основания; к анионоактивным — высшие карболовые кислоты, соли (мыла) тяжелых и щелочноземельных металлов высших карбоновых кислот.

Применение ПАВ позволяет уменьшить температуру нагрева минеральных материалов и смесей; увеличить степень обволакивания битумом поверхности минеральных частиц; сократить время перемешивания; улучшить удобоукладываемость и уплотняемость смесей.

ПАВ в битум или прямо в смеситель при перемешивании асфальтобетонной смеси. Наибольший эффект получается при введении ПАВ в битумоплавильную установку в процессе нагрева и обезвоживания битума. Нагрев битума осуществляют циркулирующим в трубопроводах потоком масляного теплоносителя.

Схема станции нагрева теплоносителя

Битумоплавильная установка

Сушильный барабан ДС-185

В целях совершенствования технологии приготовления асфальтобетонной смеси целесообразно применять активаторы – цемент, известь, сланцевую смолу. Введение этих материалов способствует созданию активной свежеобразованной поверхности, имеющей более высокую адгезию с вяжущими материалами.

Режим перемешивания минеральных материалов с битумом играет основную роль в процессе приготовления смеси. Тщательно перемешанная смесь характеризуется:

– равномерным распределением всех ее компонентов и полным обволакиванием поверхности частиц битумом;

– повышенной на 20÷30% прочностью.

Продолжительность перемешивания зависит от типа смесительной установки и колеблется от 20 до 180 с.

Процесс смешивания – создание равномерного распределения частиц отдельных компонентов во всем объеме путем перегруппировки их под действием внешних сил.

Основным качественным показателем процесса смешивания является однородность полученной смеси. Идеальная смесь практически недостижима. Практически однородной считается смесь, в которой содержание компонентов в любом объеме ее не отличается от заданного содержания для всей смеси.

Двухвалковый асфальтосмеситель SPECO

Производительность асфальтосмесителя циклического действия

, кг/ч,

где – рабочий объём смесителя, м³;

– коэффициент заполнения;

– плотность смеси, кг/ м³;

– требуемое число циклов перемешивания;

– скорость вращения рабочего органа, об/мин;

и – время загрузки и выгрузки, мин.

4.3 Мобильные и полумобильные АБЗ

Полумобильный АБЗ «Amomatic»

Принципы конструирования завода:

– применён модульный принцип для увеличения степени мобильности АБЗ:

– каждый модуль башни имеет встроенные или быстро монтируемые лестницы;

– модули выполнены из гальванизированной стали;

– встроенные короба с кабелями, электрощитами позволяют быстро соединять модули между собой;

– уменьшено количество транспорта для перевозки модулей АБЗ;

– совмещена сушка и смешивание.

Мобильный АБЗ «SPECO»

Мобильный сушильный барабан «SPECO»

4.4 Оборудование для получения холодных а/б смесей

Смесь холодного асфальтобетона изготавливается на стандартном оборудовании АБЗ с использованием:

– жидких битумов;

– битумных эмульсий.

4.4.1 Оборудование для получения холодных а/б смесей на основе жидких битумов

Технология основана на введении специальных добавок, обеспечивающих создание на поверхности битума, нанесенного на каменный материал, защитной пленки. Пленка предотвращает затвердевание битума при хранении готовой смеси и разрушается на воздухе, обеспечивая работоспособность материала при укладке в ремонтируемом объеме.

Для производства холодного асфальта в качестве инертного материала используется чистый и высушенный высокопрочный каменный материал, полученный дроблением твердых горных пород (гранита, габродиабаза), дорожный битум марок БНД и специальный полимер. После засыпки в смеситель АБЗ щебня и введения битума и специальной добавки, производится перемешивание компонентов. После полного перемешивания смесь готова к применению.

4.4.2 Оборудование для получения холодных а/б смесей битумных эмульсий

В настоящее время распространены холодные асфальтобетоны на битумных эмульсиях. В их состав входят щебень, песок, битумная эмульсия и комплекс специальных добавок.

Эмульсия – грубодисперсная смесь капель одной жидкости в другой.

Холодные складируемые асфальтобетонные смеси, предназначены для круглогодичного ямочного ремонта а/бетонных покрытий а/дорог при температуре воздуха не ниже 5 °С.

Установка для производства холодных смесей ХС-90

На отремонтированную поверхность перед открытием движения транспортных средств наносится защитный слой путем розлива эмульсии с расходом 0,3÷0,4 кг/м² и россыпи по ней песка с расходом 3÷5 кг/м².

Для приготовления холодных асфальтобетонных смесей используют эмульсии катионного типа. Для повышения качества бетона эмульсии готовят на разжиженном легкими растворителями битуме, с добавлением латекса натурального каучука.

С целью повышения срока хранения готовая смесь затаривается в полиэтиленовые мешки.

Холодная смесь на битумных эмульсиях анионного или катионного типа содержит минеральный заполнитель крупностью 0÷14 мм непрерывной гранулометрии, синтетические волокна (0,05÷0,5 %) и добавки, регулирующие сроки формирования (цемент или водные растворы катионных ПАВ).

В странах с холодным климатом к их применению, особенно для ведения осеннезимних ремонтов, следует относиться с осторожностью. Холодный асфальтобетон на битумных эмульсиях может сформироваться только после испарения воды, поскольку при ямочном ремонте другого пути отвода нет. Замерзшая вода будет разрушать структуру асфальтобетона, в результате его долговечность, несмотря на высокую стоимость, может оказаться низкой.

Битумные эмульсии – технологический материал, в котором битумные частицы представлены в водной фазе, как отдельные частицы. Эмульсии могут быть приготовлены на битумах различной вязкости, в зависимости от требуемых технологических и эксплуатационных свойств связующего материала, а также с использованием различных добавок (растворители‚ ПАВ‚ полимеры).

По химической природе ПАВ, применяемого в качестве эмульгатора, битумные и битумно-полимерные эмульсии подразделяют на виды:

– анионные – щелочь (едкий натр, жидкое стекло);

– катионные – кислота (соляная, уксусная).

Битумные эмульсии обычно получают с использованием коллоидной мельницы, однако их приготовление возможно также с использованием и других диспергирующих устройств. В коллоидной мельнице эмульсию получают путём прохождения смеси горячего битума и водной фазы между вращающимся ротором (диском, конусом или гидромуфтой) с одной стороны, и неподвижным статором - с другой стороны. Ротор, так же как и статор, могут иметь нарезанные пазы или зубцы - для создания турбулентного потока.

Эмульсионная установка непрерывного действия

Коллоидная мельница

Внутреннее устройство

Основные характеристики мельниц, влияющие на качество производимой эмульсии:

– величина воздушного зазора между статором и ротором‚ регулируемого или постоянного;
– скорость вращения ротора, которая зависит от мощности и габаритов мельницы
– конструкция мельницы.

Катионоактивные и анионоактивные битумные эмульсии ни в коем случае нельзя смешивать друг с другом, так как выравнивание зарядов моментально повлечет за собой процесс дробления эмульсии (т.е. разделение на битум и воду).

D мировой практике дорожного строительства производятся и используются в основном эмульсии катионного вида, так как они наиболее универсальные и обеспечивают достаточную адгезию вяжущего к поверхности минеральных материалов кислой и основной природы.

Завод по производству битумных эмульсий

Битумные эмульсии имеют ряд преимуществ по сравнению с горячим битумом:
– обеспечивают экономию битума до 30-50%;

– не требуют подогрева перед применением, что снижает энергозатраты на 25-40%;

– совмещаются с влажными твердыми материалами;

– битумные эмульсии позволяют вести дорожные работы с ранней весны до поздней осени;
– обеспечивают полное сцепление эмульсии с основанием автомобильной дороги;

– обеспечивают большую гибкость в организации и проведении работ;

– не пожароопасны, поскольку в состав эмульсии входит вода;

– исключают возможность получения ожогов, повышают безопасность труда;

– меньше загрязняют воздух.

4.5 Оборудование для производства щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА)

ЩМА – это горячая асфальтобетонная смесь, состоящая из щебеночного каркаса, в котором все пустоты между крупным щебнем заполнены смесью битума с дробленым песком, минеральным порошком и стабилизирующими добавками.

Асфальтобетон	ЩМА

Отличие ЩМА от обычных а/бетонов заключается в его жесткой каркасной структуре, что обеспечивает передачу нагрузки с поверхности в нижележащие слои через непосредственно контактирующие друг с другом отдельные крупные частицы каменного материала.

Этим достигается существенное снижение деформаций слоя покрытия как в продольном, так и в поперечном направлениях.

В ЩМА основную структуру составляет крупный щебень, а мелкий служит только для образования мастики, заполняющей межкаменное пространство в щебеночном каркасе.

При этом объем незаполненного пространства составляет не более 3÷5%.

Производство ЩМА возможно на стандартном оборудовании АБЗ с применением дополнительных специальных агрегатов дозирования компонентов добавок повышенной точности.

При производстве необходимо обеспечить:
– обязательный контроль качества и количества подаваемого в смеситель каменного материала с обеспечением требуемой его гранулометрической пропорции (дополнительное грохочение);

– контроль количества подаваемого битума;

– контроль количества и равномерности подачи стабилизирующей добавок.

Агрегат целлюлозной добавки

Шнековая подача добавок

Пневматическая подача добавок

4.6 Автоматизированные системы управления АБЗ

К оборудованию и программному обеспечению АСУ АБЗ предъявляют повышенные требования в отношении шумо-, пыле-, и виброзащищенности.

АСУ включает в себя:

– систему датчиков и линий связи;

– управляющий компьютер;

– компьютерную панель управления процессом производства;

– блоки управления оборудованием;

– шкафы питания.

Все данные о работе узлов и систем завода отражаются на мониторе. Дополнительно имеется визуальный контроль от видеокамер.

Значительную долю стоимости АСУ составляет программное обеспечение.

Интерфейс АСУ АБЗ

Панель управления

Дата добавления: 2015-09-29