CC BY
93
УДК 625.85.06
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ БИТУМА НА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ЗАВОДАХ
С.В. Порадек, к.т.н., директор, ООО НПФ «МДорМ»
Аннотация. Производственная технология обработки битума на АБЗ оказывает существенное влияние на его качество как вяжущего. Необходимы исследования для разработки обоснованных нормативных документов, регламентирующих применяемые способы и технологические режимы.
Ключевые слова: производственная технология, тепловые режимы, удельный тепловой поток, старение битума.
Введение
Поступающий на асфальтобетонные заводы (АБЗ) битум подвергается там определенной технологической обработке. Прием, перекачка в хранилище, нагрев при заборе из хранилища, перекачка в технологические емкости, догрев и перекачка в расходную емкость асфальтосмесительной установки, догрев до рабочей температуры, циркуляция по контуру подачи в дозатор. Все перечисленное оказывает влияние на качество битума и на его стандартизированные показатели. Известно, что окисленный битум, особенно полученный окислением нефтяного сырья при температуре 240 - 250, а нередко до 270 °С - весьма нестабилен и склонен к старению. Основные факторы, вызывающие дегра-дацию, -повышенная температура на поверхностях нагрева, окисление горячего битума кислородом воздуха и время нахождения при повышенной температуре. На АБЗ России и Украины для подогрева битума применяются электронагревательные элементы с открытой спиралью, а также, электронагреватели, размещенные в закрытых трубах, змеевики с горячим теплоносителем (термальным маслом), жаровые трубы и теперь реже - паровые регистры. При любом нагреве важно, чтобы температура греющей поверхности и, соответственно прилегающего слоя битума, не превышала уровня его температурной стойкости. Эта температура определяется условиями теплоотдачи от греющей поверхности к битуму и удельной тепловой мощностью, выделяемой на греющей поверхности.
Повышение технологической переработки битумов
Для емкостных систем, когда скорости движения прилегающего слоя битума невелики, критической удельной поверхностной мощностью следует считать 2 Вт/кв см, когда перегрев прилегающего слоя составляет 40 - 50 °С. При больших величинах удельной поверхностной мощности перегрев может достигать 100 °С и даже более, что приводит к ускоренному старению и даже коксованию битума на греющей поверхности.
На наших АБЗ нагревательные элементы с открытой спиралью имеют в большинстве случаев неприемлемо высокую удельную поверхностную мощность - 3 - 5 Вт/кв см. Встречались величины 6 и даже 7 Вт/кв см. От такого способа нагрева битума следует незамедлительно отказываться. При размещении электронагревательных элементов в заглушённых с торцов трубах удельная поверхностная мощность, как правило, редко превышает 2 Вт/кв см, что более приемлемо. Здесь остаются только экономические ограничения. Лучшие способы, с точки зрения сохранения качества битума, - жидкостный обогрев, наиболее распространенный в зарубежной практике, и, при определенных условиях, - жаротрубный. Эти условия - диаметр жаровой трубы (он должен быть не менее 400 мм) и специальные вставки для исключения перегрева в зоне горения или в месте входа горячих продуктов сгорания в жаровую трубу. Как показывает многолетняя практика, в штатных расходных емкостях асфальтосмесительных установок Кременчугского завода дорожных машин жаротрубная
система не вызывает существенного перегрева поверхностного слоя битума.
Битумные емкости на наших АБЗ негерметичны, люки-лазы не уплотнены, практики создания инертной газовой среды над горячим битумом нет. В неподвижном состоянии окислению подвержен только тонкий поверхностный слой битума. Скорости диффузии кислорода в битуме невелики, поэтому заметной деградации битума в подготовительных емкостях не обнаружено. Другое дело - расходная емкость. По существующей схеме для наиболее распространенной на наших АБЗ установки ДС-158 в смеситель отбирается примерно 10 % подаваемого насосом битума, а 90 % - возвращается в расходную емкость. При этом битум в расходной емкости находится в постоянном движении, поверхность контакта с воздухом обновляется и окисление уже за рабочую смену вызывает заметное (по изменению показателей) старение вяжущего.
На установках ведущих зарубежных фирм в контуре «расходная емкость - дозатор» битум циркулирует с возвратом на битумный насос, а не в емкость, что предпочтительнее. Эту схему целесообразно принять и на наших АБЗ, для чего рекомендуется сделать соответствующее несложное переоборудование. Длительное хранение битума на АБЗ незнакомо нашим зарубежным коллегам. Однако в обозримом будущем нам вряд ли от этой практики удастся полностью отказаться. И все же от хранения битума в ямах с большой удельной поверхностью, когда битум обводняется открытой влагой, а также сорбцией паров воды из воздуха, следует уйти уже в ближайшие годы. При обезвоживании путем нагрева битума в течение 10 - 12 и даже более часов в емкостях с открытым зеркалом испарения, а значит, и контакта с воздухом, битум существенно стареет. Это недопустимая технология. Если же битум все же приходится хранить, то это следует делать только в стальных наземных резер-вуарах.
Исследования показали, что в твердом виде битум сохраняет свои свойства с незначительными изменениями показателей несколько месяцев [1]. Но в нагретом виде, даже при температуре перекачки (100...110 °С), за незначительное с точки зрения производственной практики время (четыре-пять суток), происходит заметное старение и изменение
стандартных показателей битума [2]. При рабочей температуре эти изменения происходят еще быстрее [3]. Поэтому при хранении битума в наземных стальных резервуарах, особенно большой вместимости, их не следует теплоизолировать. В противном случае весь битум в таком хранилище-термосе неминуемо будет находится при повышенной температуре длительное время и произойдут неприемлемые изменения его показателей. Поэтому резервуары следует оснащать локальными блоками нагрева, причем такой конструкции, чтобы минимальное количество тепла рассеивалось в объеме резервуара, а нагревалась только отбираемая часть битума. После нагрева битума при заборе из хранилища или при приеме партии горячего битума, доставляемого на АБЗ авто- возкой, его необходимо израсходовать в течение трех--четырех суток, в противном случае может изменится даже марка битума.
К сожалению, производственная технология применения битума на наших АБЗ в подавляющем большинстве случаев не имеет необходимого лабораторного обеспечения по причине малочисленности дорожных лабораторий, их недостаточного аппаратурного и методического обеспечения [4,5]. А, кроме того, имеет место и недостаточное научное обеспечение. То, что происходит с битумом в реальных условиях на АБЗ, к сожалению, не увлекает ученых-исследователей и возможных государственных заказчиков научных разработок, ответственных за технический прогресс в дорожной отрасли. Проведенное нами изучение деградации горячего битума, выводы из результатов которых здесь частично приведены, очевидно недостаточны. Например, не изучался вопрос об изменениях всего комплекса стандартных показателей, характеризующих качество вяжущего. Не изучались в этих условиях битумы других производителей и из других нефтей, не оценена общность результатов и выводов.
Крайне нужны конкретные рекомендации по технологическому циклу применения битума на АБЗ, от приема до производства смесей. Например, многие предприятия работают в основном «с колес», но при перебоях в снабжении используют битум из своего хранилища. Этот битум, естественно, отличается по показателям от свежего и нередко значительно. Что можно предпринять? Как можно откорректировать его свойства, какими до-
бавками? В каких границах изменений? С применением какого оборудования? Это серьезная проблема, потому, что часто битума в хранилище не одна тысяча тонн и просто бросить его - огромные финансовые потери, мало кто на это решается. Но без корректировки состава и свойств битума из хранилища будут потери в качестве смесей и покрытий из них. А разработка каких-то конкретных рекомендаций возможна только по результатам специальных исследований.
Недостаточность лабораторного и научного обеспечения характерны также для технологии улучшения битума адгезионными добавками. Это относится и к методикам определения оптимального содержания добавки, и к оценке однородности полученных смесей, и к определению необходимого времени перемешивания при имеющемся смесительном оборудовании. Дорожники не имеют рекомендаций по методике выбора из имеющихся на рынке добавок для данных условий ее применения. К сожалению, нет данных по пролонгированному эффекту, то есть сохранению действия различных добавок за длительный период под воздействием на покрытие внешних факторов. У разных добавок время сохранения полезных свойств может отличатся. А это время должно стать одним из основных критериев выбора альтернатив. Более того, если будет выявлена существенная разница в устойчивости различных адгезионных добавок в реальных условиях работы покрытия, то это может привести к отсеву менее приемлемых альтернатив соответствующими решениями компетентных контролирующих и регулирующих органов. Оценка показателей качества битума предусматривает весьма трудоемкие тесты, требует много времени. Например, результаты приемочного контроля качества поступающего на АБЗ битума, битума, взятого из расходной емкости асфальтосмесительной установки, а также качества партии битума, улучшенного добавками, всегда запаздывают. Убеждение практических дорожников в том, что применяемый для приготовления смесей битум, тот же самый, что и в свое время принятый, - ошибочно. Особенно это заметно при его длительном хранении. Учитывая изложенное, необходимо непрерывно, по крайней мере, каждую смену, контролировать каче-ство битума в расходной емкости. С учетом слабости дорожных лабораторий большинства предприятий и трудоемкости тестов, прихо-
дится признать, что мы не в состоянии гарантировать необходимое качество вяжущего, поступающего в смеситель. Нужен поиск признаков соответствия качества вяжущего требуемому, методов их экспресс оценки и приборов для оперативного сопровождения дорожными лабораториями технологии приготовления смесей.
Заключение
Научные исследования по производственной технологии битума на АБЗ должны иметь своей целью как разработку обоснованных рекомендаций по приемлемым способам и технологическим режимам, например, тепловой обработки битума или по смешению битума с добавками, так и по применяемому оборудованию. Но главное - необходимы нормативные документы, обязывающие производственников осуществлять технологическую обработку битума в соответствии с этими рекомендациями, чтобы ущерб его качеству был минимальным.
Литература
1. Васьковский В.В., Порадек С.В. Можно ли
хранить битум // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2005. - №1. - С. 18.
2. Васьковский В.В., Порадек С.В. О деграда-
ции битума при нагреве // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2004. - №4. - С. 16 - 18.
3. Порадек С.В. Еще раз о деградации битума
при нагреве // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2007. - №1. - С. 27.
4. Васьковский В.В., Порадек С.В. Дорожная
лаборатория. Из прошлого в будущее // Наука и техника в дорожной отрасли. -2005. - №2. - С. 17 - 18.
5. Порадек С.В. Проблемы лабораторного
обеспечения технологии улучшения битума добавками // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2007. - №3.
Рецензент: В.А. Золотарев, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 15 декабря 2007 г.
