CC BY
15УДК 625.861
В.С. ПРОКОПЕЦ, д-р техн. наук, И.М. КАРАМЫШЕВ, инженер (it_stroy@mail.ru), Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
Современные тенденции повышения качества и эффективности дорожных строительных материалов
Не секрет, что важнейшим компонентом асфальтобетонной смеси является минеральный порошок, без которого невозможно получить асфальтобетон, минимально отвечающий требованиям соответствующего ГОСТа. В то же время возросшая стоимость порошков вынуждает производственников к существенному снижению объемов выпуска качественного асфальтобетона с соответствующими последствиями.
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 дезинтеграторного типа. Данная технологическая схема (рис. 1), применительно к асфальтобетонному смесителю ДС-117-2Е, внедрена начиная с 1994 г. в восемнадцати хозяйствах РФ.
В табл. 1 приведены свойства минерального порошка, полученного из песка р. Иртыш в производственных условиях путем помола в измельчителе-активаторе с добавкой и без добавки в процессе измельчения 2% битума.
Видно также, что минеральный порошок, полученный из песка по механоактивационной технологии, отвечает всем требованиям ГОСТ 16557—78. При этом
Рис. 1. Пример компоновки измельчителя УИС-2У в технологическую схему смесителя ДС-117-2 Е: 1 - приемный лоток горячего элеватора; 2 - дезинтегратор (УИС-2У); 3 - патрубок подачи песка в дезинтегратор; 4 - элеватор горячих материалов; 5 - горячие бункеры; 6 - элеватор минерального порошка; 7 - агрегат минерального порошка; 8 -кабина управления; 9 - труба; 10 - приемный лоток для минерального порошка; 11 - бункер для негабаритного материала (щебня); 12 - стойки для крепления дезинтегратора
установлено, что добавка битума способствует увеличению абразивной стойкости мелющих элементов на 22% и более.
Ниже приведены физико-механические показатели асфальтобетона типа Д с добавлением порошка из песка, перемолотого в активаторе: Я , МПа, при:
сЖ20оС.............................................4
50оС............................................1,8
0оС..............................................8
Водонасыщение, об %................................2,5
Набухание, об %......................................0
Коэффициент водостойкости после водонасыщения:
кратковременного.................................1,1
длительного......................................0,9
Практика получения механоактивированного минерального порошка непосредственно на АБЗ показала, что экономическая эффективность данного способа составляет на тонну продукта порядка 280—360 р.
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. Однако при добавлении золы-уноса в вяжущее для сохранения его реакционной способности на прежнем уровне необходимо применение новых технологий, а не неэкономичной тепловой обработки.
Поэтому актуальной представляется проблема рассмотрения процесса механоактивации золоцементных смесей, позволяющего управлять качеством получаемого вяжущего.
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 первоначальной активности (рис. 2). Результаты экспериментальных исследований показывают, что эффект механоактивационной обработки в скоростных удар-
45 40
35
£
S 30 а? 251 20
0
15
30
Зола-унос, %
45
60
Рис. 2. Зависимость активности (Ясж, МПа) механоактивированного золоцементного вяжущего от процентного содержания золы: 1 - ЯСж = -0,0156*у4+7052*у4+28,5112; 2 - Я^ксп)
научно-технический и производственный журнал Q'ffDMT^iJbHbJ'
февраль 2011
Таблица 2
Таблица 1
Показатели Результат Требования к МП (ГОСТ 16557-78)
без добавки битума с добавкой битума
Зерновой состав, мас. %
<1,25 мм 99,3 97,2 100
<0,315 мм 93 89 90
<0,071 мм 79,5 65,5 70
Истинная плотность, кг/м3 2740 2640 -
Пористость, об % 32 28,6 не более 35
Показатель битумоемкости, г на 100 см3 песка 62,5 48,6 не более 65
Свойства вяжущего
Состав смеси Температура размягчения, оС Дуктильность смеси при Т, оС, см Пенетрация, 0,1 мм при температуре испытания, оС Индекс пенетрации Сцепление с минеральным наполнителем (по ГОСТ 22245-86), соответствие
25 0 25 0
Гудрон + РК 43 85 24 153 41 0 Образец № 2
Битум 130/200 Не ниже 39 Не менее Не менее 1 - -1 Образец № 2
(ГОСТ 22245-86) 65 6 130-200 35
ных мельницах проявляется на всех без исключения изучаемых материалах (золах ТЭЦ, песок, цемент).
Динамика прочности механоактивированного вяжущего показывает, что оно обладает высокой прочностью, как ранней за счет более интенсивной гидратации клинкерных материалов, так и более поздней за счет активного участия золы в формировании структуры искусственного камня.
Исследования, выполненные на золах ТЭС Омска, позволили рекомендовать основные параметры обработки золоцементных материалов исходя из условия получения максимально прочного вяжущего и минимизации затрат энергии, а также установить численные значения основных физико-механических свойств золоцементного вяжущего, подтверждающие эффективность процесса механоактивации.
Представляет также интерес модификация органического вяжущего введением в битум механоактивиро-ванных добавок, например резиновой крошки.
Патентный анализ позволил выявить, на взгляд авторов, наиболее эффективный способ механического измельчения резин путем использования для этих целей дезинтеграторов, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с известными измельчающими устройствами.
В то же время многие виды резин не поддаются эффективному измельчению без охлаждения при использовании штатного комплекта пальцевых и лопастных роторов. В связи с этим были разработаны роторы особой ножевой конфигурации, позволяющей получать резиновые порошки высокой степени дисперсности.
Скорость вращения роторов, об/мин
Рис. 3. Степень растворения резиновой крошки от интенсивности измельчения в дезинтеграторе
Зависимость степени растворимости (в) от интенсивности измельчения в дезинтеграторе определяли на резиновой крошке (отход ОШЗ) и на неокисленном нефтяном гудроне (продукт ОНПЗ).
Из данных, приведенных на рис. 3, видно, что степень растворения резины в нефтяном гудроне с увеличением скорости вращения роторов дезинтегратора увеличивается. При одинаковой температуре, времени термостатирования и концентрации скорость процесса вначале увеличивается почти пропорционально увеличению скорости вращения роторов. Увеличение скорости вращения роторов более 3000 об/мин приводит к замедлению роста содержания тонкодисперсной составляющей в процессе измельчения резиновой крошки, что уменьшает содержание свободных активных компонентов углеводородного сырья и приводит к снижению, а в дальнейшем и к затуханию растворения крошки в нефтяном гудроне.
Основные свойства полученного вяжущего приведены в табл. 2.
Изучение структурно-механических свойств бетонов на основе резинобитумного вяжущего и проведенные опытно-производственные работы показали, что добавление механоактивированной резины к органическим вяжущим позволяет:
— повысить водо- и морозостойкость, а также низкотемпературную трещиностойкость и высокотемпературную сдвигоустойчивость укрепленных грунтов и органоминеральных материалов;
— существенно снизить расход и стоимость органического вяжущего за счет его частичной замены на резиновую крошку, стоимость которой в 1,8—2,4 раза ниже стоимости битума;
— повысить эксплуатационные свойства покрытий автодорог и аэродромов.
Приведенные результаты свидетельствуют о высокой эффективности применения механоактивационной технологии в производстве дорожно-строительных материалов.
Ключевые слова: механоактивация, модификация, отходы промышленности, золы-уноса, органические вяжущие, смеси для дорожного строительства.
научно-технический и производственный журнал
февраль 2011
39
