CC BY
81
ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ МЕ-ХАНОАКТИВИРОВАННОГО ИСХОДНОГО СЫРЬЯ
В.С. Прокопец, профессор, д.т.н., Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
Аннотация. Рассмотрены примеры получения измельчением в дезинтеграторе минерального порошка из кислых пород и зол уноса ТЭС, резинового порошка из отработанных автопокрышек. Приведены результаты повышения качества бетонов добавками механоактивированных порошков.
Ключевые слова: минеральный порошок, зола уноса, асфальтобетон.
Введение
В своё время академик И. Семёнов сказал: «Не надо забывать, что материалы - это самая консервативная, но едва ли не главная часть технического прогресса. Недаром эры развития человечества названы по употребляемым материалам: каменный, бронзовый, железный век». В последние три - четыре десятилетия наступила эра новых технологий производства материалов. «Мейерс клейнес лексикон» указывает, что «технология - это наука об использовании достижений естественных наук для развития методов производства сырьевых материалов и об их дальнейшей переработке в средства производства и потребительские товары».
Традиционно в производстве строительных материалов, изделий и конструкций используют в основном один, параллельно два или три технологических приёма - изменение температуры и давления, воздействующих на вещество, механическую или химическую диспергацию веществ и катализ [1, 2]. Все эти технологические приёмы используются и в наши дни. В то же время известно, что вещества в тонкомолотом состоянии приобретают необычные свойства: они становятся химически активными, плавятся при более низких температурах, намного улучшаются их технологические свойства. Систематические исследования Бриджмена, начатые в начале 20-х годов прошлого столетия, позволили бесспорно доказать наличие ускорения твердофазных процессов (фазовых перехо-
дов, химических реакций и др.) при наложении на твердые тела высоких давлений с деформацией сдвига, что и положило начало широким исследованиям этого эффекта в химии, названным впоследствии механохими-ческими.
Детальное исследование закономерности развития систем измельчающих машин, выполненное в НИИцементе В.И. Акуновым, позволило заключить, что, несмотря на высокое системное совершенство семейства мельниц с мелющими телами, их дальнейшее развитие исчерпало себя полностью. В связи с этим возникла необходимость перехода к новому, более экономичному и эффективному методу измельчения. Одним из таких методов является использование скоростных ударно-многократных силовых нагрузок, реализуемых в дезинтеграторах.
К настоящему времени в СибАДИ (кафедра дорожного и строительного материаловедения) разработано большое количество конструкций мельниц на основе дезинтегра-торного принципа действия, отличительной особенностью которых является повышенное активационное воздействие на измельчаемый материал при минимальной степени износа рабочих элементов (табл. 1). Примеры производственных результатов механоактивацион-ных технологических принципов повышения качества строительных материалов, полученных с помощью разработанных активаторов - измельчителей, приведены ниже.
принципа действия
Показатели Типы измельчителей
УИС-0.З У УИС' - 2.0 У УИС - 3.5 У
Потребляемая мощность, кВт 2 х 2,5 2 х 22 2 х 32
Частота вращения э/двигателей,об/мин 3000(1500) 3000(1500) 3000(1500)
Размер частиц исходного материала, мм до 5,0 до 20.0 до 40,0
Тонкость помола материала, мкм 60,0 - 80,0 70,0 - 80,0 80,0 - 90,0
Г абаритные размеры,мм 750 х 550 х 350 1600 х 750 х 650 1900 х 825 х 730
Масса, кг 85.0 850,0 1500,0
Эл. питание 380 В; 50 Гц 380 В; 50 Гц 380 В; 50 Гц
Установленный ресурс до кап.рем. 10000 5000 5000
Таблица 2 Свойства минеральных порошков, полученных в различных регионах РФ дезинтеграторным
способом
№ Дорож- Свойства исходного материала, марка (М) и модуль крупности (Мк) Показатели свойств получаемого минерального порошка, %
п/п но-строитель-ное хозяйство количество частиц <0,071 пористость, % битумоём-кость, % набу-ха-ние, %
1 Оренбург- автодор Отсев дробления гранитного щебня (Мк = 1,8) 66 33,5 53 0,4
2 Башкир- автодор Отсев дробления известнякового щебня (М=600, Мк =2,1) 61 34,7 58 0,8
3 Северавтодор (ДСУ-3) Местные пески (Мк = 1,1) 79 31,4 51 0,6
4 Омск, ДРСУ-3 Песок р.Иртыш (Мк = 1,71) 70 33,9 56 0,9
5 Кемерово ТОО «Фэцит» Отсев дробления Кемеровского песчаника известнякового (М= 1000,Мк = 1,6) 70,7 34,6 56,2 1,1
6 -//- Отсев дробления горелой породы - алевролиты (М= 400, Мк= 2,2) 68,1 32,1 51,4 0,87
7 -//- Отсев дробления известнякового щебня (М= 800, Мк = 1,6) 71,8 31,8 50,2 0,79
8 Кировавтодор Песок р.Вятка (Мк = 1,6) 70,2 32,4 52,6 1,1
9 -//- Отсев дробления известнякового щебня (марка 600, Мк = 1,6) 66,3 33,1 51,8 0,72
10 - 13 Томскавтодор Песок р.Томь (Мк = 1,7) - усреднённые данные по 4 ДСУ 67,9 31,4 51,8 0,72
14 - 16 -//- ПГС р.Томь (Мк = 2,4) - усреднённые данные по 3 ДСУ 52,5 35,6 57,2 0,67
Получение минеральных порошков для асфальтобетонных смесей
Важнейшим компонентом асфальтобетонной смеси является минеральный порошок, без которого невозможно получить асфальтобетон, минимально отвечающий требованию ГОСТ 9128-97. В то же время возросшая стоимость порошков вынуждает производственников к существенному снижению объемов выпуска качественного асфальтобетона.
Одним из путей решения проблемы является организация выпуска минеральных порошков непосредственно на АБЗ, используя для этого часть песчаной фракции минерального остова асфальтобетонной смеси, предварительно прошедшей через сушильный барабан и затем измельченной в мельнице дезинте-граторного типа. Данная технологическая схема была внедрена в 16 хозяйствах РФ (табл. 2).
Таблица 3 Результаты испытаний вырубок асфальтобетонного покрытия из смесей, с одержащих в том числе механоактивированный минеральный порошок
Физико-механические показатели Асфальтобетон на минеральном порошке из: Требования ГОСТ 9128
золы ТЭЦ г.Томска (применяемый порошок) ПГС, размолотая в дезинтеграторе
Водонасыщение, % 2,51 2,46 1-4
Набухание после длительного водонасыщения, % 0,92 0,15 не более 1,0
Прочность при сжатии, МПа ,
при t испытания Я0 10,4 9,4 не более 12,0
■К20 3,08 3,1 не менее 2,0
■К50 0,91 0,96 не менее 0,9
Коэф. длит. водостойкости 0,88 0,96 не менее 0,85
% минерального порошка 8,0 10,0 тип Б, 2 марка
Из данных табл. 3 можно заключить, что даже крупнозернистый минеральный порошок дезинтеграторного приготовления приводит к значительному улучшению физико-механических свойств асфальтобетона по сравнению с асфальтобетоном на традиционных минеральных порошках (из золы ТЭЦ).
В табл. 4 приведены свойства минерального порошка, полученного в производственных условиях путём помола в дезинтеграторе речного песка с добавкой и без добавки в процессе измельчения 2,0 % битума. Эти испытания показали также, что добавка битума способствует увеличению абразивной стойкости мелющих элементов на 22 % и более. Ниже приведены физико-механические показатели асфальтобетона типа Д на порошке из песка, молотого в активаторе с добавкой битума.
Таблица 4 Свойства минерального порошка из песка р. Иртыш
Rcж, МПа, при температуре:
20 °С.............................4,0
50°С..............................1,8
0°С.............................8,0
Водонасыщение, % по объему..........2,5
Набухание, % по объему.............0,00
Коэффициент водостойкости после водо-
насыщения:
кратковременного.....1,1;
длительного..........0,9.
Широкая практика получения механоактиви-рованного минерального порошка непосредственно на АБЗ показала, что экономическая эффективность данного способа составляет на тонну продукта порядка 700 рублей.
Получение минерального вяжущего на основе кислых зол уноса ТЭС
Решение проблемы утилизации кислых зол уноса ТЭС заключается в использовании их в дорожном строительстве в качестве наполнителей для цементных систем, что позволит, кроме всего прочего, снизить стоимость цементобетонных материалов, изделий и конструкций.
Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили установить оптимальный режим механоактивации золоцементного вяжущего, при котором достигнута замена 40-50 % цемента наполнителем без ощутимой при этом потери вяжущим своей первоначальной активности.
Результаты экспериментальных исследований показали, что эффект механоактивацион-ной обработки в скоростных ударных мельницах проявляется на всех без исключения изучаемых материалах (золах ТЭЦ, песок, цемент). Установлено, что механоактивиро-ванное вяжущее обладает высокой прочностью в начальные сроки твердения, за счет более интенсивной гидратации клинкер-
Результат
Показатели без добавки битума с добавкой битума
Зерновой состав, % 99,3 97,2
масс. < 1,25 мм
93.0 89,0
< 0,315 мм
79,5 65,5
< 0,071 мм
Истинная плотность, 2740 2640
кг/м3
Пористость, % по 32 28,6
объему
Показатель битумо- 62,5 48,6
емкости, г на 100 см3
Свойства вяжущего
Состав смеси Т О О Д, см при Т Пенетрация, 0,1 мм при температуре испытания ИП Сцепление (ГОСТ 22245-86)
25 °С 0 ° О 25 °С 0 ° О
Гудрон +РК 43 85 24 153 41 0 Образец № 2
Битум 130/200 ( ГОСТ 22245-86) Не ниже 39 > 65 > 6 > 130 - 200 > 35 от + 1 до - 1 Образец №2
ных материалов, так и в длительные сроки твердения - за счет активного участия золы в формировании структуры искусственного камня.
Получение органического вяжущего на основе механоактивированной резиновой крошки
Представляет так же интерес модификация органического вяжущего порошком, полученным измельчением резиновой крошки вдезинтеграторе. Отличием от известных способов измельчения резины является разработка измельчающих элементов особой ножевой конфигурации, позволивших получить резиновые порошки высокой дисперсности. Из данных, приведённых на рис. 1, видно, что степень растворения резины в нефтяном гудроне с увеличением скорости вращения роторов дезинтегратора - увеличивается.
Р,% 100 80 60 40
11
20
0
750 1500 2250 3000 3750
Скорость вращения роторов, об/мин
Рис. 1. Степень растворения резиновой крошки от интенсивности измельчения в дезинтеграторе
При одинаковых температурах, времени тер-мостатирования и концентрации, скорость процесса вначале увеличивается, почти пропорционально увеличению скорости вращения роторов. Увеличение скорости вращения роторов более 3000 об/мин приводит к замедлению роста тонкодисперсной составляющей процесса измельчения резиновой крошки, что уменьшает содержание свободных активных компонентов углеводородного
сырья, что приводит к снижению, а в дальнейшем и затуханию растворения крошки в нефтяном гудроне. Основные свойства вяжущего, полученного на основе механоактиви-рованной резиновой крошки, приведены в табл. 5.
Заключение
Изучение структурно-механических свойств бетонов на основе резино-битумного вяжущего и опытно-производственные работы показали, что добавка механоактивированной резины к органическим вяжущим позволяет: повысить водо- и морозостойкость, а также низкотемпературную трещиностойкость и высокотемпературную сдвигоустойчивость укреплённых грунтов и органоминеральных материалов; существенно снизить расход и стоимость органического вяжущего за счет его частичной замены, стоимость которой в 1,8 - 2,4 раз ниже стоимости битума; повысить эксплуатационные свойства покрытий автодорог и аэродромов.
Таким образом, приведённые результаты свидетельствуют о высокой эффективности применения механоактивационной технологии в производстве дорожно-строительных материалов.
Литература
1. Гезенцвей Л. Б. Асфальтовый бетон. - М.:
Стройиздат, 1964. - 448 с.
2. Гезенцвей Л.Б. Асфальтовый бетон из ак-
тивированных минеральных материалов. - М.: Стройиздат, 1971. - 256 с.
Рецензент: В.А. Золотарев, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 15 декабря 2007 г.
