CC BY
38
Таблица 2
Физико-механические показатели ОМС
Наименование показателей Требования ГОСТ 30491 - 97 Фактически
Средняя плотность Не нормируется 2,25
Предел прочности на сжатие, МПа — —
При 20°С не менее 1,4 1,42
При 50 °С не менее 0,5 0,54
Водостойкость Не менее 0,6 0,65
Длительная водостойкость Не менее 0,5 0,45
Водонасыщение, % не более 10 9,5
Набухание, % не более 2 0,09
В составе смеси применялись следующие материалы:
Щебень фр. 5-25 «Ангасолка» 50% Песок отгрохотка «Мамоны» 50% Эмульсия МУП АБЗ г. Иркутск 8-12% Гранулометрический состав смеси приведен в табл. 1.
Ниже приведены результаты лабораторных испытаний (табл. 2.).
При всех положительных результатах приведенных выше испытаний нельзя забывать, что регламентируемая ГОСТом температура хрупкости выпускаемых битумов много выше средней температуры «наиболее холодных суток района эксплуатации» (бо-
лее 96% территории России) [2, 6]. Для понижения температуры хрупкости как в России, так и за рубежом в битум вводят различные полимеры и пластификаторы, получая полимерно-битумное вяжущее (ПБВ) или модифицированные битумы, что существенно позволяет снизить образование морозобойных трещин, а следовательно, продлить срок службы асфальтобетона.
В Канаде с целью продления срока эксплуатации дорожного покрытия ведутся работы по устранению трещинообразования с применением различных ПБВ. Для этого различными производителями изготавливаются и поставляются битумные мастики, в состав которых кроме полимеров входят и другие компонен-
Таблица3
Физико-механические свойства ПБВ полученные в лабораторных условиях
№ состава Наименование и состав образцов Глубина проникания иглы, мм 10", при Растяжимость, см, при Температура размягчения, °С Температура хрупкости Эластичность, %, при
Марка исходного битума ДСТ-30-01 Пластификатор 25 °С 0 °С 25 °С 0 °С 25 °С 0 °С
наиме нов. колич., %
БНД 90/130 — — — 93 40 74 4 46 -20 — —
1 -«- 3,5 И-40А 12 115 88 66 38 56 -28 94 75
2 -«- 3,5 И-40А 16 187 131 51 92 68 -32 98 95
3 -«- 3,5 И-40А 20 195 147 53 87 61 -34 98 95
4 -«- 3,5 И-40А 24 250 174 47 63 55 -33 99 92
5 -«- 3,5 И-40А 28 252 193 44 60 56 -42 99 93
6 -«- 3,5 И-40А 32 295 279 28 54 58 -48 99 96
7 -«- 3,5 И-40А 36 381 383 26 48 66 -57 97 90
8 -«- 2,5 И-40А 12 156 135 44 13 53 -32 94 74
9 -«- 2,5 И-40А 16 198 168 48 19 49 -38 94 73
10 -«- 2,5 И-40А 20 230 195 48 42 51 -40 92 82
11 -«- 2,5 И-40А 24 314 243 57 43 51 -47 96 83
12 -«- 2,5 И-40А 28 455 247 46 41 49 -47 95 84
13 -«- 2,5 И-40А 30 480 279 53 78 58 -52 99 95
Таблица 4
Температура хрупкости ПБВ после выпаривания эмульгатора _
№ состава t хр исходного ПБВ, °С t хр ПБВ после выпаривания эмульгатора, °С Изменения в % Требования ГОСТ Р 5128-2003, %
3 -34 -31 8,8 не более 10
8 -32 -29 9,4 то же
9 -38 -36 5,3 то же
11 -47 -43 8,6 то же
ты. Структура и оценка состава предлагаемых материалов была произведена с помощью флуоресцентной микроскопии [9]. Кроме этого, для изучения и проектирования битумных вяжущих применяются методы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). За рубежом развитие проектирования и получения битумных эмульсий ведется с помощью лазерных дифрактометров, электронных микроскопов с программным обеспечением и т.д. [1]. На основании собственных исследований представлены лабораторные результаты изучения ПБВ, приготовленного из смеси битума марки БНД 90/130, масла индустриального И40-А и полимера, выпускаемого ОАО "ВОРНЕЖСИНТЕЗКАУЧУК" ДСТ-30-01 (в виде порошка), с целью получения из ПБВ полимерно-битумных эмульсий (табл. 3).
Как видно из результатов испытаний, представленных в таблице, температура хрупкости и температура размягчения существенно увеличились по отношению к исходному битуму. Кроме того, эластичность таких битумов выше установленных требований ГОСТ Р 52056, следовательно, битумное вяжущее после
выделения его из битумной эмульсии должно обладать подобными свойствами, что и исходное ПБВ.
В результате проведения лабораторных экспериментов с составами № 3, 8, 9, 11 были получены битумные эмульсии с применением французского эмульгатора (Dinoram SL) с использованием Саа2 в качестве стабилизатора. В качестве диспергатора применялась лабораторная коллоидная мельница. Испытания полимерно-битумного вяжущего на хрупкость после выпаривания из него эмульгирующего состава приведены в табл. 4
С целью изучения структуры исходного битума, ПБВ, а также эмульсий на их основе получены снимки флуоресцентной микроскопии названных материалов (см. на рис. 4)
На основе полимерно-битумных эмульсий в лабораторных условиях получены органоминеральные смеси. Их физико-механические свойства приведены в табл. 5.
Необходимо отметить, что экономическая эффективность применения битумных эмульсий в мировой практике позволяет экономить от 20 до 40% денежных
Рис. 4. Снимки флуоресцентной микроскопии
Таблица 5
Физико-механические свойства органоминеральных смесей__
Физико-механические показатели Требования ГОСТ 30491 - 97 (основание) Требования ГОСТ 30491 - 97 (покрытие) Эмульсия на основе БНД90/130 Эмульсия на основе ПБВ
Средняя плотность Не нормируется — 2,25 2,31
Предел прочности на сжатие, МПа — — — —
При 20°С не менее 1,4 1,6 1,42 1,51
При 50°С не менее 0,5 0,8 0,54 0,81
Водостойкость Не менее 0,6 0,75 0,65 0,77
Длительная водостойкость Не менее 0,5 0,65 0,45 0,67
Водонасыщение, % не более 10 от 2,0 до 6,0 9,5 5,72
Набухание, % не более 2 2 0,09 0,32
средств. Применение полимерных битумных эмульсий в зоне Сибири и Дальнего Востока позволит использовать органоминеральные смеси не только в основаниях автомобильных дорог, но и в покрытиях, учитывая повышенные характеристики по температуре хрупкости.
Таким образом, полимерно-битумные эмульсии на основе ПБВ в сочетании с новыми технологическими приемами при устройстве поверхностных обработок, а
возможно и при устройстве покрытий, как холодные смеси, позволят увеличить срок эксплуатации асфальтобетонных покрытий как минимум на полтора-два года.
Кроме того, применяя новые ресурсосберегающие, менее энергоемкие, более экологически чистые технологии можно добиться уменьшения недоремонта сети автомобильных дорог с наименьшими экономическими затратами.
Библиографический список
1. Быкова Н. Дороги прослужат дольше // Автомобильные дороги. 2006. №5. С. 33-37.
2. Горелышева Л.А. // Битумные эмульсии в дорожном строительстве. Обзорная информация. Информационный центр по автомобильным дорогам. Вып. 7. М., 2003.
3. Немчинов М.В. Устройство шероховатых слоев износа // Наука и техника в дорожной отрасли. 2001. №5. С. 84.
4. Никишина, И. Г. Опыт устройства поверхностной обработки дорог на объектах ДООФ // Техника и технология дорожного хозяйства. 1998. №3. С. 39-41.
5. Панькин, С. В., Геймор В.Ф., Шевченко В.И. Опыт работы федеральной дирекции автомобильной дороги Воронеж -Ростов-на-Дону по применению эффективных материалов и
прогрессивных технологий // Автомобильные дороги : ин-форм. сб. 1998. №3. С. 9-13.
6. СНиП 23.01.99 Строительная климатология.
7. Третий Международный конгресс по эмульсиям. Лион, 2002. Сентябрь.
8. Bibette J., Leal-Calderon F., Schmitt V., Poulin P., Emulsion Science, Basic Principles. An Overview. - S. Springer Tracts in modem physics. 2002. Vol. 181. 140 p.
9. Masson, J. F., Collins, P., Margeson, J.C., Polomark Analysis of bituminous crack sealants by physicochemical methods and its relationship to field performance. // G.M A version of this paper is published in Transportation Research Record, 2002. pp. 1-25 NRCC-45015.
УДК 628.316
УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОГИДРОДИНАМИКОЙ АЭРОТЕНКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ПЛАСТИНЫ
В.Н. Кульков1, Е.Ю. Солопанов2, И.А. Первых3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены векторные и скалярные поля скорости течения воды с воздействием на гидродинамическую обстановку в аэротенке с помощью направляющей пластины. С помощью красящей жидкости определены длина, угол наклона и местоположение пластины над мелкопузырчатым аэратором в модели вертикального поперечного сечения аэротенка. Доказано, что оптимальное количество отбираемого газа направляющей пластиной, обеспечивающее уменьшение «застойной зоны» при поддержании активного ила во взвешенном состоянии и, следовательно, увеличение окислительной мощности аэротенка, составляет ~ 11%. Ил. 5. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: аэротенк; аэратор; гидродинамика; поле скорости жидкости; направляющая пластина; окислительная мощность.
CONTROL OF AEROTANK GAS-HYDRODYNAMICS WITH THE USE OF A SKID PLATE V.N. Kulkov, E.Yu. Solopanov, I.A. Pervyh
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article presents vector and scalar fields of water flow rate with the impact on the hydrodynamic conditions in an aero-tank by means of a skid plate. With the help of coloring liquid the authors determined the length, slope angle and location of the plate over the fine-bubble aerator in the model of vertical cross-section of the aerotank. It is proved that the optimal amount of gas taken by the skid plate, which provides both the reduction of the "stagnation zone" while maintaining a c-tive silt in suspension and, consequently, the increase of oxidative capacity of the aerotank, is about 11%. 5 figures. 4 sources.
Key words: aerotank; aerator; hydrodynamics; velocity field of liquid; skid plate; oxidative capacity.
Гидродинамическая обстановка в аэротенке определяет не только распределение кислорода и активного ила по всему объему аэротенка и поддержание ила в возвещенном состоянии, но и его окислительную мощность. Воздействуя на газогидродинамику с помощью механических устройств или изменяя геометрию зоны циркуляции сточной жидкости, возможно создать оптимальную гидродинамическую обстановку и, следовательно, достигнуть максимальной окислительной мощности аэротенка.
Принципиальная схема установки для изучения гидродинамики сточных вод в квадратной модели вертикального поперечного сечения аэротенка с мелкопузырчатым аэратором описана ранее [1]. Поля скорости течения жидкости изучались по методике, описанной в [2], с использованием метода трассера, основанного на введении в воду частиц, плотность которых одинакова с плотностью воды. Интенсивность мелкопузырчатой аэрации во всех экспериментах составляла J = 4,33 м3/(м2-ч).
Для изучения гидродинамической обстановки в
модели аэротенка применяли мелкопузырчатый аэратор, для которого в качестве материала фильтрующей поверхности использовали диспергирующее покрытие мелкопузырчатого аэратора АКВА-ЛАЙН производства НПФ «Экополимер».
Из проведенных исследований гидродинамической обстановки в модели аэротенка при боковом расположении мелкопузырчатого аэратора определено существование основного циркуляционного контура по периметру модели, в котором реализуются скорости течения воды ~ 0,4-0,55 м/с, находящейся в центре «застойной зоны», с величинами скоростей менее 0,1 м/с (рис. 1). Размеры этой области составляют ~ 15% от всей площади поперечного сечения аэротенка и, следовательно, более шестой части его объема выведено из активного окисления органических веществ. Для увеличения окислительной мощности аэротенка необходимо уменьшить площадь застойной зоны, воздействуя на гидродинамическую обстановку в аэротенке.
Для определения длины, угла наклона и местоположения пластины над мелкопузырчатым аэратором
1 Кульков Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой водоснабжения, водоотведения, охраны и рационального использования водных ресурсов, тел.: (3952) 405142, е-mail: kvn@istu.edu
Kulkov Victor, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Water Supply, Drainage and Ecology of Water Resources, tel.: (3952) 405142, e-mail: kvn@istu.edu
2Солопанов Евгений Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры информатики, тел.: (3952) 405279. Solopanov Evgeny, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Information Science, tel.: (3952) 405279.
Первых Иван Александрович, аспирант. Pervyh Ivan, Postgraduate.
был проведен ряд экспериментов с красящей жидкостью, подаваемой по трубке в центр модели вертикального поперечного сечения аэротенка. В результате опытов было установлено, что оптимальная длина пластины, позволяющая устранить застойную зону, составляет 1/3 ширины модели аэротенка. Найдено, что направляющая пластина должна располагаться над аэратором на расстоянии, равном 1/10 высоты модели аэротенка, а направление потока жидкости, отражающегося от нее, должно быть сориентировано в центр модели аэротенка [3]. Построенные векторное и скалярное поля скорости движения жидкости с изменяемой гидродинамической обстановкой при боковом расположении мелкопузырчатого аэратора в физической модели вертикального
/ Я \
\ Т к \ \
N \
\ и П <
\ \ к к J ' •
\ \ \ > *
\ \ N 1
N / I
Аэр < атор /
г/ *
поперечного сечения аэротенка показали, что застойная зона значительно уменьшилась [4].
Количество газа, отбираемого пластиной от газового потока над аэратором, не может быть равно 100 %, так как исчезнет основной циркуляционный контур, который поддерживает активный ил во взвешенном состоянии. Необходимо определить оптимальное количество отбираемого газа, обеспечивающее уменьшение застойной зоны при поддержании активного ила во взвешенном состоянии. Варьируя отбором газа на направляющую пластину, можно проследить на векторном и скалярном полях количественные и качественные изменения гидродинамической обстановки в модели аэротенка.
Рис. 1. Векторное и скалярное поля скорости течения воды в модели аэротенка при боковом расположении мелкопузырчатого аэратора. Скорость течения воды, см/с.
А - 5; ▲ - 10; о - 15; • - 20; х - 25; О - 30; ♦ - 35; □ - 40; ■ - 45; ★ - 50; ^Г - 55
Рис. 2. Векторное и скалярное поля скорости течения воды с измененной гидродинамикой в модели аэротенка при отборе газа на направляющую пластину 21-23 %. Скорость течения воды, см/с:
А - 5; ▲ - 10; о - 15; • - 20; х - 25; О - 30; ♦ - 35; □ - 40; ■ - 45; ★ - 50
