CC BY
74
3. http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cloud_ сотр.
4. Янюшкин В.В. Оптимизация размещения данных модельного мира в распределенной информационной системе тренажерно-моделирующего комплекса // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. -2008. - № 4. - С. 25-28.
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
© Борисенко Ю.Г.*, Гордиенко Е.В.Ф, Борисенко А.Ю.*
Институт строительства, транспорта и машиностроения Северо-Кавказского федерального университета, г. Ставрополь
Выявлены возможности снижения энергозатрат и стоимости производства горячих плотных асфальтобетонов путем совершенствования технологии приготовления асфальтобетонных смесей. Показано, что оптимизация последовательности введения минеральных и органических компонентов в смеситель позволяет существенно снизить время и температуру приготовления асфальтобетонных смесей при соответствующем качестве получаемых асфальтобетонов.
В настоящий момент важной проблемой в дорожном строительстве является повышение качества и эксплуатационных свойств применяемых материалов для дорожных покрытий (в особенности композиционных материалов на битумных связующих - асфальтобетонов). Одним из направлений решения этой задачи является совершенствование технологии и оптимизация режимов приготовления асфальтобетонов.
Как известно [1], наиболее активные процессы структурообразования в асфальтобетонной смеси происходят от момента смешения составляющих до ее укладки в слой дорожной конструкции. Активное структурообразование является наиболее кратковременным процессом(несколько минут). За столь короткое время все минеральные компоненты смеси должны быть равномерно покрыты битумной пленкой, что должно гарантироваться хорошим смачиванием и прочным сцеплением битума с каменным материалом. Принятая технология приготовления асфальтобетонных смесей включает: подачу в мешалку одновременно предварительно дозированного и нагретого минерального заполнителя (щебня и песка) и дозированного холодного минерального порошка, а затем необходимого количества разогретого до оптимальной температуры битума; перемешивание и отгрузку готовой смеси.
* Доцент кафедры «Строительство», кандидат технических наук, доцент.
* Аспирант кафедры «Строительство».
* Студент кафедры «Строительство».
Однако, согласно работам М.И. Волкова, И.В. Королева и др. [1, 2], введение минерального порошка в смеситель одновременно со щебнем и песком ухудшает смачивание зерен щебня и песка битумом за счет прилипания к их поверхности частиц минерального порошка. Улучшить смачивание минерального материала битумом можно введением порошка после битума. При этом, как указывается в работе [2], щебень и песок покрываются тонким слоем битума, а порошок структурирует лишь свободный битум, находящийся вне сферы действия поверхностных сил зерен щебня и песка. При таком порядке введения материалов возможно достигнуть более совершенного распределения вяжущего, что повышает прочность системы. Эта идея была успешно апробирована при разработке технологии производства теплых асфальтобетонов [2].
В работах [3, 4] приведен анализ влияния режимов приготовления асфальтобетонных смесей (в частности, порядка введения в смеситель минеральных и органических компонентов) на свойства плотных асфальтобетонов и асфальтобетонов с прерывистым зерновым составом. Проведенные экспериментальные исследования [3, 4] подтвердили, что введение минерального порошка в смеситель после объединения минерального заполнителя (щебня и песка) с битумом обеспечивает повышение основных физикомеханических показателей и трещиностойкости получаемых асфальтобетонов в сравнении со стандартной схемой и иными вариантами приготовления асфальтобетонных смесей.
Одним из определяющих технологических параметров при объединении минеральной части с битумным вяжущим также является температура перемешивания асфальтобетонной смеси. Оптимальной считается такая температура перемешивания, при которой произойдет равномерное и полное покрытие битумом зерен и частиц минеральных заполнителя и наполнителя.
Согласно современным представлениям о температурном режиме приготовления асфальтобетонных смесей [5], при высоких температурах перемешивания асфальтобетонных смесей ускоряются процессы термоокислительного старения битумного вяжущего, что резко снижает долговечность и коррозионную стойкость асфальтобетона. Повышение температуры перемешивания предполагает и повышение расхода тепловой энергии на нагревание минеральной части и вяжущего, что обуславливает снижение экономической эффективности производства и повышение стоимости материала.
При низких температурах перемешивания снижаются прочность и водостойкость асфальтобетона. В этом случае не обеспечивается эффективное покрытие вяжущим минеральной части асфальтобетонной смеси вследствие снижения адгезионной и смачивающей способности битума в результате повышения его поверхностного натяжения.
В целом, при разработке технологических режимов получения асфальтобетонных смесей, кроме выбора последовательности объединения минераль-
ных и органических компонентов и оптимальной температуры перемешивания, возможно варьировать следующие основные технологические параметры: время перемешивания и скорость перемешивания исходных материалов. Конечно же на качество получаемого материала оказывает влияние и точность дозирования минеральных материалов и битума.
Целью проведенных нами исследований оптимизации технологии приготовления асфальтобетонных смесей являлись: сравнительный анализ влияния температур перемешивания асфальтобетонных смесей при различной последовательности введения компонентов на свойства получаемых асфальтобетонов и опытное обоснование выбора наиболее рациональных технологических схем и параметров.
Были запроектированы асфальтобетонные смеси непрерывного зернового состава мелкозернистые типа Б и песчаные типа Г в соответствие с ГОСТ 9128-2009. Испытывали образцы горячих плотных асфальтобетонов, приготовленных в лабораторном смесителе по двум схемам:
1-я схема (традиционная): подача и совместное перемешивание минерального заполнителя (щебень и песок), минерального порошка и битума;
2-я схема: подача и совместное перемешивание заполнителя (щебня и песка) и битума, а после полного покрытия битумом заполнителя - подача минерального порошка и окончательное перемешивание.
Кроме того, исследовали влияние температуры перемешивания Тп на оптимальное количество битума и свойства получаемых асфальтобетонов. Температуру перемешивания смеси изменяли с шагом в 10 0С в интервале температур 130-170 0С. Количество битума в смеси меняли с шагом 0,5 % масс. Состав асфальтобетонных смесей включал: отсевы дробления гранитного щебня; активированный известняковый минеральный порошок и дорожный нефтяной битум марки БНД 60/90. Содержание битума в исследуемых смесях было подобрано оптимальным.
Образцы асфальтобетонов испытывали согласно ГОСТ 12801-98 и определяли плотность р, прочность при сжатии при 0, 20 и 50 0С (До, Д20 и Д50), водонасыщение W и коэффициенты водостойкости кв.
Результаты испытаний представлены в таблице.
В результате испытаний образцов, приготовленных по двум технологическим схемам выявлено, что более высокой плотностью обладают асфальтобетоны, приготовленные по 2-й схеме, что свидетельствует об улучшении структуры исследуемого материала.
Об улучшении структуры асфальтобетона (вне зависимости от типа его зернового состава), приготовленного по 2-й схеме в сравнении с традиционной последовательностью введения составляющих при приготовлении асфальтобетонных смесей (схема 1) свидетельствуют более высокие показатели прочности при сжатии при 0 и 20 0С (Д0 и Д20), теплостойкости (прочности при сжатии при 50 0С, Д50), и что особенно важно, более высокие пока-
затели водостойкости - W и кв. Полученные данные хорошо согласуются с теоретическими представлениями [1, 2] и проведенными экспериментальными исследованиями других ученых [3, 4].
Таблица 1
Физико-механические свойства исследуемых асфальтобетонов
Тип смеси Температура перемешивания, Тп, 0С Схема приготовления смеси Содержание битума, С, % масс. Плотность, р, г/см3 Прочность при сжатии, МПа Водонасы- щение, Ш, % Коэф. водостойкости, кв
Ив И20 К-50
Мелкозернистая типа Б 130 1 7 2,28 6 1,5 0,5 7,1 0,73
2 7 2,29 7,5 1,8 0,8 6,2 0,82
140 1 7 2,29 6,2 1,8 0,9 5,4 0,84
2 6,5 2,3 7,6 2,8 1,3 3,3 0,9
150 1 6,5 2,3 6,5 3,2 1,4 2 0,92
2 6,5 2,3 7,9 3,8 1,5 1,9 0,97
160 1 6 2,3 7,4 4,3 1,5 1,1 0,93
2 6 2,31 8,1 4,5 1,9 1,4 0,97
170 1 6 2,31 7,9 4,4 1,6 2 0,91
2 6 2,32 8,6 4,6 2 1,8 0,95
Песчаная, типа Г 130 1 8,5 2,25 4,4 1,6 0,8 9,3 0,79
2 8 2,26 5,5 2 1,6 6,8 0,83
140 1 8 2,26 5,2 2,4 1,1 7 0,89
2 7,5 2,27 6,3 3 1,9 3,5 0,93
150 1 7,5 2,27 6 3,6 1,4 2,4 0,97
2 7,5 2,29 7,2 4,4 2,3 2 0,97
160 1 7,5 2,3 6,4 3,8 1,7 1,4 0,98
2 7 2,31 7,4 4,7 2,5 1,3 0,99
170 1 7 2,34 7 4 1,8 1,8 0,98
2 7 2,36 8,9 5,2 2,9 1,5 0,98
Снижение температуры перемешивания при приготовлении асфальтобетонных смесей Тп ниже стандартной (Тп = 160 ± 5 0С) обусловило некоторое повышение содержания битума в смеси, снижение плотности и всех физико-механических характеристик асфальтобетона. Важно отметить, что водостойкость (в частности, водонасыщение W) асфальтобетонов, приготовленных по стандартной технологии, не соответствовала нормативным требованиям ГОСТ 9128-2009 уже при Тп, равной 140 0С. Показатели физико -механических свойств асфальтобетонов, приготовленных по 2-й схеме, при температуре перемешивания смеси, равной 140 0С, полностью удовлетворяют нормативным требованиям и только образцы, приготовленные при Тп равной 130 0С не удовлетворяют требованиям ГОСТ по показателю водона-сыщения. Повышение температуры перемешивания выше нормативной как для смесей приготовленных по стандартной схеме, так и для смесей приготовленных по предложенной схеме, привело к повышению плотности, прочностных показателей и теплостойкости исследуемых асфальтобетонов и некоторому снижению показателей водостойкости ^ и кв).
В процессе лабораторных исследований было выявлено, что при применении 2-й схемы приготовления асфальтобетонных смесей вне зависимо-
сти от зернового состава значительно снижается оптимальное время перемешивания смеси ^ в сравнении с ^ при традиционной схеме приготовления. Оптимальное время перемешивания увеличивается со снижением Тп,, т.е. с увеличением вязкости битума в смеси.
Анализируя результаты проведенных лабораторных исследований необходимо сделать следующие выводы:
1. Последовательность введения компонентов при приготовлении асфальтобетонных смесей существенно влияет на свойства получаемого асфальтобетона. Согласно результатов проведенных исследований, подтверждено, что наиболее оптимальным является введение в смеситель компонентов в следующей последовательности (схема 2): подача и совместное перемешивание щебеня, песка и битума, а затем подача минерального порошка и окончательное перемешивание. Такой порядок введения компонентов, в сравнении с традиционной схемой приготовления смесей (схема 1) позволяет значительно повысить прочность, теплостойкость и водостойкость получаемых асфальтобетонов, причем этот эффект усиливается при переходе от мелкозернистых смесей к песчаным.
2. Снижение температуры перемешивания Тп ниже 150 0С при традиционной схеме приготовления асфальтобетонной смеси приводит к значительному снижению прочностных показателей и особенно водостойкости вне зависимости от типа смеси. Так, уже при Тп, равной 140 0С, водонасыщение W асфальтобетона не соответствует требованиям ГОСТ 9128-2009. Показатели прочности, теплостойкости и водостойкости асфальтобетонов, приготовленных по 2-й схеме только при снижении Тп до 130 0С не соответствуют нормативным требованиям по водоснасыщению. Снижение Тп асфальтобетонных смесей, приготовленных по 2-й схеме менее значительно влияет на увеличение содержания битума в смеси и плотность получаемых асфальтобетонов, чем приготовленных по традиционной технологии. Повышение Тп выше стандартной 160 0С приводит к некоторому снижению показателей водонасыщения исследуемых асфальтобетонов.
3. При приготовлении асфальтобетонных смесей по 2-й схеме отмечено значительное (в 2-2,3 раза) снижение времени перемешивания смеси 1п в сравнении с традиционной технологией (схема 1). Установлено, что при снижении температуры перемешивания время перемешивания при приготовлении смеси по 2-й схеме незначительно возрастает. При традиционной технологии приготовления асфальтобетонных смесей при снижении Тп на каждые 10 0С от оптимальной (160 0С) время перемешивания ^ увеличивается в 1,5-1,8 раза.
4. В результате проведенных исследований выявлены пути оптимизации технологии приготовления горячих асфальтобетонных смесей. Исследование зависимости изменения физико-механических свойств асфальтобетонов от изменения температуры перемешивания Тп показало, что применение предложенной технологической схемы последовательности введения в смеси-
тель компонентов асфальтобетонных смесей, заключающейся в подаче и совместном перемешивании щебеня, песка и битума, а затем добавлении минерального порошка и окончательном перемешивании (схема 2), может позволить без существенного ухудшения качества получаемого асфальтобетона значительно (на 10-20 0С) снизить оптимальные температуры перемешивания асфальтобетонных смесей при приготовлении и снизить время перемешивания смесей. Снижение температуры и времени перемешивания в свою очередь позволит повысить экономическую эффективность и снизить стоимость асфальтобетонных смесей за счет снижения энергозатрат на нагрев и время перемешивания минеральных компонентов и органического вяжущего, и, в то же время, повысить коррозионную стойкость и долговечность, замедлить кинетику старения асфальтобетона в конструкционных слоях покрытий.
Список литературы:
1. Асфальтобетонные покрытия / Под ред. М.И. Волкова. - Донецк: Изд-во «Донбасс», 1970. - 162 с.
2. Дорожный теплый асфальтобетон / И.В. Королев, Е.Н. Агеева, В.А. Го -ловко, Г.Р. Фоменко. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984. - 200 с.
3. Печеный Б.Г., Данильян Е.А., Галдина В.Д. Влияние режимов приготовления асфальтобетонных смесей на свойства асфальтобетонов // Строительные материалы. - 2009. - № 11. - С. 36-39.
4. Данильян Е.А., Асельдеров Б.Ш., Печеный Б.Г. Оптимизация качества асфальтобетонов с прерывистой гранулометрией заполнителей // Строительные материалы. - 2012. - № 1. - С. 54-57.
5. Дорожный асфальтобетон / Под ред. Л.Б. Гезенцвея. - М.: Транспорт, 1985. - 350 с.
