автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Двухступенчатая вибрационная технология асфальтобетонных смесей

г

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописк С010МЕНЦЕ8 Александр Борисович

ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ ВИБРАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГ® ' АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ (05.23.05 - Строительные материалы и изделия)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1_

МОСКВА 1990

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобшьно-дорокноы институте на кафедре "Дорожно-строительные материалы".

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор И.В. Королев Официальнне оппоненты - доктор технических наук,

профессор Б.Г'.^ Печеный - кандидат технических наук,

вед. науч. сотр. Л.А. Горелышева Ведущая организация - "Мосавтодор"

Защита состоится "__"__19Э_г. в _ часов

на заседании спе^ализированного совета К 053.30.13 ВАК СССР при Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорок-ном институте по адресу: 125829, Москва, ГСП-47, Ленинградский проспект, 64 , ЩИ. Телефон для справок 155-03-28.

С диссертаций можно ознакомиться в библиотеке Московского автомобильн'о-дорвкного института. Отзывы на автореферат с подписью, заверений печатью, просим направлять в специализированный совет онституга. .

Автореферат разослан "_"_199_г.

•Ученый оифетарь

специалявфованного совета ВАК СССР при ЫАДИ К 053.30.13

Л.П.Бессонова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В постановлении Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР "О дополнительный мерах по развитию сети автомобильных дорог общего пользования в РСФСР" Совету Министров РСФСР поручается обеспечить в 1986- 1990 годах строительство и реконструкцию не менее 54 тыс.километров автомобильных: дорог общего пользования, включая дороги областного и местного значения, обеспечить существенное улучшение транс-портно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог; считать важнейшими задачами, в частности, повышение производительности труда за счет применения передовых технологических приемов и достижений научно-технического прогресса, усиление внимания .. к качеству дорожннх работ.

В соответствии с принятыми ХХУТ1 съездом КПСС"Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года" предстоит построить и реконструировать ва двенадцатую пятилетку в целом по стране 75 тыс.км автомобильных дорог общего пользования.

Ваяную роль в решении задач, поставленных партией и правительством, играет ускорение научно-технического прогресса в дорожном строительстве, которое базируется, в частности, на разработке и внедрении новых, интесификации существующих технологий, применении ресурсосберегающих технологий, на повышении уровня и качества научных исследований, на использовании •" фундаментальных исследований физико-химических основ дорожной технологии.

Выбранный в предлагаемой работе - как основа интесификации - двухступенчатый вибрационный способ приготовления асфальтобетонных смесей нуждается в обосновании тех изменений, которые он вносит в технологию, как в теоретическом, так и в практическом плане.

Цзлыр исследования является разработка двухступенчатой вибрационной технологии, повышение качества асфальтобетона и асфальтобетонного покрытия, снижение расхода битума, улучшение экологии на АБЗ.Ч\

Научная новизна; По результатам рассмотрения составляющих расклинивающего давления битумной пленки вычислены параметры структурной составляющей для различных битумных систем. ^ J

Дан анализ изменения толщины ориентированного слоя в зав и- -сиыости от размера минеральных частиц и предложены схема и механизм взаимодейегвия крупных и мелких минеральных частиц с битумными частицаан. Рассмотрена способность к седиментации минерального порошка и рассчитана скорость седиментации частиц различной крупносга. Выявлена взаимосвязь между одаородаостью структура-, технологией, оптимальным количеством битума, однородностью и толщиной битумных пленок к установлены пути количественной оценки одаородности структуры асфальтобетона к учета влияния технологии на расход битума.

Практическое значение. Определены характеристики реологического поведения асфальтовялущего применительно к конкретным составе« асфальтобетонных смесей. Установлены параметры вибрационного приготовжзния асфалтовяжушего и закономерности и вменения его свойств в зависимости от влажности минерального порошка и его дасперсности. Получены сравнительные данные о физико-механических свойствах песчаных и мелкозернистых смесей по предлагаемой технологии. Количественно оценена однородность ыикро-и макроструктуры асфальтобетона, дана количественная оценка изменений оптимального количества битума для различных технологий производства. Разработаны технологические схеш и технологическая линия производства асфальтобетонных смесей по прилагаемой технологий, определены технологические параметры выдерживания асфальтовггуцего в бункере-накопителе.

Реализация рсботы. Разработаны "Практические рекомендации по производству асфальтобетонных смесей по двухступенчатой вибрационной технологии", на основе которых в Ю "Асфальтобетон" Главмосдоруправлешш изготовлен вибросмеситель и планируется строительство тегнологической линии. Запланировано внедрение в трестах дорожного строительства г.Ростова-на-Дону, "Агродорст-рой" Молдавской Ой?, "Оргтехдорстрой" Казахской ССР.

Апробация. Основные положения работы доложены и обсуждены на 42-й и 44-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАД2 (Москва, 1984 и 1986 гг.) и 10-й Всесоюзной научно-технической конференции "Цути совершенствования технологических процессов при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог" (Суздыь, 1587 г.)8 на республиканской конференции по ресурсосберегающим технологиям, структуре и свойствам дорожных бетонов (Харьков, 1989 г.)

. Дуб ли калии. По материалам диссертации опубликованы 2 статьи в журналах, 2 депонированные рукописи, 3 статьи в сборнике научных трудов, получено I авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 128. наименований, изложена на 224 страницах машинописного текста, таблиц 25, 53 рисунка, из них - 4 фотографии, 6 приложений.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ '

В области производства асфальтобетонных сне сей можно выделить следующие направления интесификации: совершенствование и модернизация технологического оборудования; изменение технологических режимов производства асфальтобетонных смесей; применение модифицирующих компонентов; изменение последовательности и условий процесса производства асфальтобетонных смесей;примене-ние модифицирующих компонентов; изменение последовательности и условий процесса производства асфальтобетонных смесей.

Проблемами совершенствования оборудования асфальтосмеситель-ных установок, направленного на улучшение качества готовой продукции и снижение энергоемкости технологических процессов, модернизации оборудования занимались В.И.Рядиенко, Л.П.Камчат-нов, С.В.Вардаев, Вальтер Редки и другие.

Вопросами интесификации технологического режима путем изменения скорости вращения лопастных валов, применения динамических воздействий, изменения температуры минеральных материалов и вяжущего занимались Ю.А.Гольдштейн, А.Зоммер, Б.§.Соколов, А.Г.Ма-слов и другие.

Большое число работ посвящено воэдействид зибрации на наполненные битумные и аналогичные им полимерные, дисперсные и некоторые пищевые системы. Анализируя работы по полимерным, дисперсным и пищевым системам (Н.Б.Урьев, М.А..Тагэйсник и другие) можно констатировать,„что для всех систем вибрация снижает вязкость, способствует разрушении пространственнж структур, повышает однородаость^как обрабатываемого материала, так и изделий из него.

Изучением наполненных битумных систем заишались H .В. Горелышев, С.К.Носков, Й.В.Королев, Т.А.Ларина, Н.Б.Урьев и g

il "

в сочета-

нТГ;/С~ ,ЧТ° ^^«онное перемешивание ь сс

снижав, ^^аШиЯ'0№0!01щ01ЯЬ ^минеральных смесей,

ния. Для твТх?* m Пегемеииванш' Уменьшает в^мя переыешва-

в вибрацИ^ом^СК°ГО П°ВеДеНИЯ НаП0ЛНешьа систем

иной Т характерно разрушение вибрацией коагуляцио-

пижевыШбр0Ре°Л0ГШ полимерных,

• Раметры вибш^ Г ^ ВОЗМОЖНОСТь правильно выбрать паш С2ГГ ° УЧеТШ oco6~^fT поведения систе-етсяу^ь^Г П°Р0И0К В Вибра^иошомь поле. Одаако требу-Тельно ПонкпГ К°е П°ВеДеНИе а^°вВДаго пршени-

. ть оптимальные ГГ ^^ ^тобетонных смесей и определившего ^^ ВИбРационно™ приготовления асфа™ -

процесса1^!®0 ВИбрацИ0ННЫх ^Действий дая интесификации тельное количесгвЛеНИЯ асфалЬТобе™й —и посвяЩено зн7чи-ЯортнягиПТг ИССЛВД0ВаНИЙ (И.А.Рыбьев,Г,Г.Гршберг5В.Д.

nSpoB^

rB,H'A;Ba6ePÍÍH)' Иссльедователи объяснит поло-Что ул^аеТ fi S №браЦИИ "а ^^етонную смесь тем, но го материал а е?°дао?одаость »очищается поверхность минераль-обходам оТм^;тГИСХ0ДИТ ДеБаГреГИр03— —иц. Однако нести гшеется дакных об утенш одаогода°-чин улучшения тео№^кого объяснения при-ба ви^ошо о1? йаСфаЛЬТ°беТОШОЙ — ПРИ ^оре спосо-

вателиTZtaS ?! ТВШ " —ь исследо-

вибрациошш п^Г П0Еедения ^одасперсных' систем в

му прт ф^и ^шкодисперсных систем. И поэтом

мешиваниИГ2™ СТрТОры ^ьтобетоной смеси (при пере-частеГсм сГп!^110 Пр™ть и ^нкодисперсныГ

рациГвн р^ ПГ6 ВИбРаЦИ0ННШ В0ВдеЙСТВИЯ' виб-

«шшальн^^оло^ РИЧеСКИ' а ^ ИСХ0ДЯ ИЭ УСЛ0ВИЙ С0Е™ тобетонноГс^си КИХ С°Пр0ТИБЛений ПРИ Фазировании асфаль-

Тобетош^Псш^ТГНИЯ УСЛ0МЙ ПР°ЧеССа пР°ивв°ДСТБа асфаль. щены рГЛТ П0ДаЧИ посвя-

Р ™ара Олсона, Клауса Щульца и других.

Двухступенчатой^ ПР0ЦеССа полу™ асфальтобетонной смеси по Двухступенчатой Оологии позволяет расширить возможности его

интесификации и управления структурообразоваяеем,т.е.непосредственно воздействовать на формирование микроструктурных связей асфальтобетона путем реализации минимума реологических сопротивлений в процессе перемешивания асфальтовЕкущего в отдельном смесителе при сочетании лопастного перемешивания с вибрационным воздействием на смесь.

3 связи с этим возникает ряд задач исследования:

1. Рассмотреть процесс формирования структуры битумной пленки на минеральном зерне и в межзервозом пространстве.

2. Рассмотреть условия распределения битума в асфальтовя-жущем при вибрации и формирование битумных пленок в связи с однородностью структуры и технологией производства.

3. Исследовать вибрационное приготовлен!« асфальтоЕякуцего

и свойства асфальтобетона по дву^тупенчатому вибрационному способу.

4. Дать оценку однородности структуры асфальтобетона как полиструктурного и полидисперсного материала.

5. Разработать техлологичесике схемы и технологическую линию производства асфальтобетонных смесей по двухступенчатой вибрационной технологии.

6. Разработать практические рекомендации.

СТЕУКТУРООБРАЗОЗАНИЕ БИТУМНОЙ ПЛЕНКИ НА ШЕРАЛЬНОМ ЗЕРНЕ И В МЕЖЗЕРНОВОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Силовое поле "дальнодействующих поверхностных сил минерального зерна создает вблизи своей поверхности особые физические условия и формирует ориентированный слой битума, состоящий из твердообразной, структ^грованной и диффузной зон с характерной для каждой зоны структурой.

Современные представления о структуре нефтяных битумов как дисперсных систем(А.Н.Бодан,З.И.Схзняев,А.С.Колбановская,И.М.Руден-ская и др.) основывается на том,что битумы и их компоненты (кроме углеводородов) полидисперсны,а надмолекулярные строения битумов, смол и аефаяьтенов подобны. По А.Н.Бодану,коллоидно-химическая структура битумов формируется за счет двух уровней агрегирования: первый уровень - результат межмалекулярных взаимодействий, приводящих к образованию слоистых графитоподобных первичных структур - мономер-мицелл;второй уровень агрегирова-

ния - образованна сложных структурных единиц (крупных битумных частиц) sa счет взаимодействия мономер- мицелл.

Твердооб разная зона будет формироваться непосредственно на минеральном зерне вследствие миграции битумных частиц к поверхности раздела и резкого увеличения юс концентрации на поверхности раздела фаз. Последовательность ориентационных процессов в структурированно® зоне битумной пленки можночпредставить следующим образом. Сиговое поле минерального зерна,** воздействуя на крупные битумные частицы и кономер-мицллы, ориентирует оси симметрии отдельных частиц в определенном направлении, при этом ориентированные участки перестраиваются в цепочки или нити из битумных частиц, параллельные между собой и перпендикулярные поверхности минерального зерна. Инициаторами ориентации выступают крупные неолтородаости структуры,т.к. они имеют больше дипольные моменты.

Анализируя характер изменения ориентированного слоя битума в наполненных системах, можно сказать, что при уменьшении ' размера минеральных частиц от 1^)00 до 100 нм структурированная зона ориентировашого слоя битум^^рождатьея, толщина твердо-образной зоны умевыштся. Толщина битумной пленки на зернах подобных размеров будет уменьшаться от 150- 200 нм до 40 нм(40 нм - это монослой наиболее крупных битумных частиц на поверхности минерального зерна). На минеральных частицах размерами 100- 10 нм ориентированного слоя битума не будет, битумная пленка будет представлять собоЗ сольватнуп оболочку из жидких углеводородов. Минеральные частра кластерных размеров 10-1 нм будут адсорбироваться на поверхности крупных битумных частиц, увеличивая ас-' фа&еновые агрегата. Механизм взаимодействия битумных частиц с крупными минеральными частицами аналогичен образованию ориентированного слоя на минеральной поверхности (рис.1,6). Для случая мелких минеральных частиц, не способных сформировать ориентированный слой (рис.1,а), битумные и минеральные частицы могут взаимодействовать между собой, создавая битумоминеральные агрегаты, минеральные частицы будут также способствовать росту битумных частиц, саоим присутствием изменяя соотношение дисперсной фазы и дисперсионной среда. Следует отметить, что наличие большого.количества минеральных частиц, не образующих ориентированный слой биззма на .своей поверхности, будет уменьшать

> б l. _J

а)

• л-Л, ч® .«: \\ «Зг • • •»>*! ^ '...

б)

I « « 1 . , ' . а Ч^ »

■и"»1 » ,.: \>. 1; ' ,Л » Л

Рис Л. Схема структурообравоввния битумоминзральной системы

а) минеральные частицы не образуют на

поверхности ориентированного слоя битума

. углеводородная, среда

¡й мономер-мицеллы

б) минеральные частицы образуют на поверхности оиентированный слой битума

крупные неоднородности ( агреги-рованные надмолекулярные структуры)

минеральные частицы с сольватной оболочкой

структурообразующий эффект минерального порошка в асфальтовяяу-щем.

При формировании структуры асфальтобетона происходит перекрытие ориентированных слоев битума на минеральных зернах. Поведение битумных прослоек в межзерновом пространстве асфальтобетона описывает структурная составляющая расклинивающего давления. Ыар-челия г Радкч получили формулу ч'\

Л,(к)=Юехр(-£), (I).

где П5 (к) - структурная составляющая расклиниваю-

I щего давления, . -

Д. - толщина прослойки,

к, С - константа. Характеристикой состояния битумной пленки в межзерновом пространстве могут сложить константы К к I из уравнения (I). Анализ получении; различными авторами изотерм расклинивающего давления и вычисленные константы К и I позволили, установить некоторые закономерности в изменении К и £ (табл.1).

Таблица I

Пара- Исследуемые системы

метры ___ ___

рас- Монт- Раствор lipo- Асфаль- Асфаль- Асфальтобетон

клини- морил- яадьми- слойка товяжу- товяжу-

вающе- лони- меновой гудро- щееСт- щее

го товые таслоты на весгня- (квар-

давле- глины ковое) цевое)

ния

К ,МПа 0.25 2.8 0.0II 86 0.005 909

t и 2.2 52 18000 1390 218 2930

Константа С характеризуется толщину упорядоченной зоны прослойки,т.е. связана с размером общей стуктурированной воны

битумной пленки. Относительно величины параметра К можно сделать вывод, что с усложнением структурной организации граничных слоев при переходе от водных систем к углеводородным жидкостям, нефтяным остаткам и битумным системам происходит его увеличение, так как возрастает степень ориентации в прослойках.

А. . и .

УСЛОВИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ БИТУМА В АСШЬТОВЯЩЕМ ПРИ ВИБРАЦИЙ И ФОРМИРОВАНИЯ БИГ/МН2Х ПЛЕНОК В .

АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

При вибрационном режиме приготовления асфальтовяжущего изменяются условия распределения битума. Чаежцн минерального порошка, обладавшие благодаря вибрации дополнительной энергией, активно распределяются в битуме, а сам бшум быстро проникает вглубь кипящего слоя. При обычном перевешивании много

покрыты

оитумных капель так и остаются снарушгслоем тастиц-порошка и обычное перемешивание не в состоянии перевес« "нерабочий"битум в пленочное "рабочее" состояние, поэтому требуется дополнительное количество битума, чтобы покрыть минеральные зерна и флокулы битумной пленкой. При виброперемешотании битум распределяется таким обравом, что в окрестностях мшзральннх зерен находится в пленочном ориентированном, "рабочем"состоянии, образуя однородную коагуляционнув структуру, при этом флокулы минерального порошка разрушается и покрывается битумной пленкой.

После вибрационного приготовления асфальтовяжущего возможно выдергивание его з течение некоторого времени в накопителе перед подачей в асфальтосмесятель. Расчеш, проведенные по формуле Стокса, показывают, что частицы минерального порошка под влиянием силы тякести будут иметь незначительную скорость седиментации (табл.2),т.е. при времени выдергзвания I- 2 часа сегментации частиц молено не учитызать.

Воздействуя на микросоставляющие минеральных компонентов в процессе перемешивания с битумом вибрацией, вы не только повышаем однородность микроструктуры асфальтобетона, но повышаем однородность материала в целом, т.к. большая вязкость ас-фальтовяжущего в сравнении с вязкостью битума препятствует в начальной стадии перемешивания процессам расслоения смеси. Для смешения песка я щебня' с асфальтовяяущим требуется в 2-3 раза' меньше времени, чем Для перемешивания всей минеральной части асфальтобетонной смеси с битумом,т.к. процесс образования микроструктурной составляющей асфальтобетона переносится в от -дельный сие сите ль и не влияет на время приготовления асфальтобетонной смэск.

Таблица 2

Радиус частиц,

мкм 630 315 160 71 35

Йеа: ISSS 14,6.10-3 0,9'Ю-З 0,540^

екая :тации, 3,6'Ю-3 ' 0,2'Ю-3

вяз- :см/с X

кость ".Время -

среды .осазде-10Па.С;ния ча-

:£Tc* £Дмин 4, бмт Х8,5ыин .1,4часа 5,5часа

Технологжнские дефекты, появляющиеся при совместном перемешивании кшпонентов, являются также дефектами структуры, характеризует сжуктурнуп наследственность и будут влиять на формирование эксплуатационных свойств асфальтобетонного покрытия и сроки его етужбы. Поветая однородность структуры материала при использовании двухступенчатой вибрационной технологии, т.е. "однородаосв распределения вяжущего и поли дисперсных минеральных матершюв. в асфальтобетонной смеси, мы улучшаем фи-зико-механическвз свойства асфальтобетона, сокращаем расход вяжущего и повншага долговечность асфальтобетонного покрытия.

Между однс^одаостью структур в асфальтобетоне, технологией, расходом битута, однородностью к толщиной битумных пленок существует определенная взаимосвязь (рис. 2). Технологическая толщина'пленок определяет оптимальное количество битума в смеси. Однородность битумной пленки, т.е. однородное или не одно -родное распределите битума в материале, в значительной сте -пени определяет однородность структур в асфальтобетоне. В свою очередь, одаородаэсть битумной пленки и, соответственно, однородность структур в асфальтобетоне зависит от технологии производства смесей. Таким образом,оптимальное количество битума при разных способах приготовления будет различным. Количест -венным показателем колебаний расхода вяжущего, зависящим от технологических факторов, могут служить поправочные коэффи -циенты в формуле ;

B'^K-ZBfP^ • (3)

■ ■ ы

Л

Рис. 2

Взаимосвязь однородности структур, технологии, оптимального количества битума, однородности и толщины битумных плонок.

где P¿ - количество фракции I в смеси в частях от

целого;

Ей - битумоемкость фракции о , % ; К - коэффициент, вависящий от вязкости битума; Б - массовая доля битума в смеси. В формулу (3) предлагается ввести поправочные технологические коэффициенты Кт , тогда :ч

Б = КГБ'.

(4)

Для прогрессивных способов производства асфальтовякутце-. го и асфальтобеззнных смесей, которые позволяют экономить битум,

< 'а , длз напрогрессивных, таких как свободное перемешивание, Кт> £.

Шакторы, вяиязше на однородность структур в асфальтобетоне, и пути их КЕКчественной характеристики показаны в табли -це 3.

Таблица 3

Оценка однородности структур в асфальтобетоне

Вид Оценка стру-одао-ктурыродно-сти

Шгаторы, влияющие на одазродаость

Оценка однородности

Ммк- Битума

рос- . тру-

кту--

ра Асфаль-товяжу-щего

Взд исходного сырья, сшсоб его переработке, способ получение битума

Распределение битумных частиц по размерил и количеству частиц данного размера-

Сшгеоб приготовления ас£альтовя&ущего,вид мшэрального порошка и его гранулометри-чеасий состав

Распределение минерального порошка и битума по шлифу-количественный анализ микроскопии шлифов(дисперсия, среднеквадратическое отклонение и т.д.)

Макрос--тру-кту-ра

Песчано- Гранулометрический "го ас- состав минеральных

tгльтo- 8ерш, способ приго-етона тош8ния асфальтобе-тошой смеси

Распределение минеральных зерен и битума по площада шлифа. Дифференциальная пористость

Мелко- и крупнозернистого асфальтобетона

Дифференциальная пористость, распределение пустот по форме, размерам и площада шлифа. Распределение битума по площада шлифа бев учета площади, занимаемой минеральными частицами

ВШРАЦЮННОЕ ПРИГОТОВЛЕНИ2 АОШЬТОВШЩЕГО И СВОЙСТВА. АСФАЛЬТОБЕТОНА, ПРИГОТОВЙЕННОГО ГО ДВУХСТУПЕНЧАТО}^ ВШРАЦИОННОМУ СПОСОБУ

Чтобы получить вибросмеситель периодического действия,была осуществлена доработка существующей конструкции вибросмесителя непрерывного действия: в корпусе отделена смесительная камера объемом 2 да3 путем установки металлической перегородки, уменьшен диаметр лопастных валов. Скорость вращения лопастных валов принята 45 об/мин, что соответствует окружной скорости движения лопастей 0,23 м/с. Она выбрана исходя из установленных закономерностей поведения системы битум-минеральный порошок в условиях вибрации таким образом, чтобы избежать появления в системе разр?лза сплошности и вибродилатансш.

Изменение свойств системы в зависимости от параметров вибрации оценивалось по фивико-механическим свойствам асфальтовя-гущего. В результате было установлено, что оптимальной следует считать частоту 16 Гц, амплитуду назначать исходя из величины рабочего объема смесителя. Оптимальная степень заполнения смесительной камеры равна Я = 0,6 - 0,7.

Установлено, что вибрационное перемешивание в сравнении с обычным механическим перемешиванием улучшает фивико-механичес-кие свойства асфальтовяжущего (рис.3), сокращает оптимально необходимое количество битума на 7,7 % от массы вяжущего.

Минеральный порошок с повышением содержанием частиц коллоидных раслеров ( ^уд = 3000-5000м2/кг)по сравнению с обычным минеральным порошком С 5уд =300-500м2/кг) дает пониженный структурообразующий эффект в асфальтовязкущем, что подтверждается снижением температуры размягчения по КиШ асфальтовяжущего на "коллоидном" порошке , понижением прочностных характеристик ас-фальтовядущего оптимальной структуры с одновременным увеличением расхода вяжущего до 20 % от его массы.

Результаты экспериментов показывают (рис.4,табл.4),что для песчаного асфальтобетона типа "Д" максимальная прочность при 20°С и 50°С по обычной технологии достигается при 7,5 % битума (от массы минеральных материалов), а по вибрационной -при 6,5 % битума. Средняя плотность максимальна для обычного асфальтобетона при 7.5 % битума, а для приготовленного по ви-

I 1

Ша

Б —

Рис.3. Зависимость прочности при сжатии асфальтовяаушего от количества битума:

1Д1 - при 50°С;

2.21 - при 20°С;

3,З1 - при 20°С в водонаснщенном состоянии; о - при вибрации; Д - без вибрации.

брационной технологии при 6,75 %.Водонасыщение у обычного асфальтобетона выше на I- 2 % во всех случаях. Экономия битума составляет 13,3 % от массы битума. Улучшение свойств асфальтобетона с одновременным уменьшением оптимального количества битума в смеси связано с изменением микроструктуры асфальтобетона,т.е. с изменением свойств битумных пленок мевду минеральными зернами и условий их взаимодействия с минеральными частицами в асфальто -бетоне.

Таблица 4

Свойства песчаного асфальтобетона типа "Д" (числитель) и мелкозернистого типа "В"(знаменатель), приготовленного по двухступенчатому вибрационному способу и традиционным способом

и—

пп П

оказатели

Способ .приготовления N вибрационный традационный

8. Прочность при растяжении (при сжатии по образующей)^ МПа: температура испытания 50°С

20°С

4.5 8.4

I.- Оптимальное количество битума 6.5 7.5

в смеси, % 5.7 6.3

2. Средняя плотность,г/см3 2.345 2.326

2.386 2.379

3. Зодонасыщение, % 1,78 1.62

1.51 1.35

4. Набухание, % 0.20 0.17

0.05 0.05

5. Прочность при сжатии,МПа:

при температуре 0°С 6.59 6.07

9.46 8.85

50°С 0.93 0.87

1.54 1.48

20°С 3.50 3.08

5.26 5.01

в водонасыщенном состоянии 20°С 3.33 2.71

4.21 3.96

6. Коэффициент водостойкости 0.95 0.88

0.80 0.79

7. Коэффициент теплостойкости 0.27 0.28

2.292 0.295

3.1 7.9

9. Динамический модуль упругости, МПа: температура испытания 20°С

1570 2660

1340 2600

Продолжение табл.4

I 2 3 4 '

10. Прочность при изгибе,Ша и

при температуре испытания 20°С 3.74 3.35

32.9 28.6 •

II. Пористость минерального остова, 17.4 18.2

% по объему 14.9 15.6

12. Остаточная пористость, % 3.04 1.86

по объему 2.5 2.5

Ша ..4,0

3,5 3,0

«

| 2,5

^2,0 1,5

1,0

0,5

/ / 1 -к

/; сА Э-—-^

У

У

К

>

Температура. испытания: +50°С-кривые I +20°С-кривые 2 +20°С в в'одо-насыщенком состоянии - кривые 3

Д- двухступенчатая вибраци- • онная технология

о- традиционная технология

6,5

7,5

Рис.4. Зависимость прочности при с&атии от количества

битума в смеси(в % от кассы минеральных материалов)

8

ОЦЕНКА ОДНОРОДНОСТИ СТРУКТУРЫ АСФАЛЬТОБЕТОНА КАК ГО1ИСГРУШУРЙОГО И ГОЛВДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА

Однородность структуры асфальтобетона как полиструктурного материала будет определяться однородностью микро- и макроструктуры, т. е. однородностью распределения битума и минерального порошка в структуре асфальтовяжущего, а также однородностью распределения асфальтовяжущего, песка и щебня в асфальтобетоне.

Одаородность структуры асфальтобетона изучали с помощью оптико-электронного анализатора изобретений "Квантимент-720", который производит, количественную оценку отобранных деталей у.еобращения, основываясь на их контрастности.

Однородность микроструктуры оценивали по образцам асфаль'^ товялущего опт:глалькой структуры с помощью количественного анализа статистических данных о ненарушенной структуре образца,полученных со шлифа путем подсчета площади, занимаемой зернами минерального пороака в каждой элементарной площадке. Одаород-ность микроструктуры оценивали по образцам песчаного асфальтобетона с помощью статистического анализа шлифов путем подсчета площади, занимаемой битумом в каждой элементарной площадке.

Результаты статистической обработки количественных данных по оценке структур в асфальтобетоне для вибрационного и механического приготовления приведены в таблице 5.

Таблица 5

Оценка однородности микро- и макроструктуры асфальтобетона

Вид структуры Способ при- Диспер- Среднеквадра- Коэффициент асфальтобето- готовления сия тическое отк- вибрации на ^ 2, "лонение^

Микрострукту- вибромеханичес- 7.23 2.69 0.179

рагувеличе-. кий

ние в 225 раз, механический 17.61 4.20 0.295 = 68

Макростукту- двухступенчатый 31.1 5.58 0.199 ра: увеличение в 56 раз традиционный 168 12.96 0.350

К = 54

* А. - количество сканируемых площадей в шлифе

Видно,что в случае вибрационного приготовления асфальто-вяжущего и двухступенчатой схемы микро- и макроструктура асфальтобетона значительно однороднее, чем при традиционном способе приготовления асфальтовякущего и асфальтобетонной смеси.

Количественную оценку характера взаимосвязи между однородностью структур, технологией, расходом битума, толщиной и" однородностью битумной пленки получили в виде номограммы (рис.5).

толщина пленки 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 , мкм

коэффициент вариации

Рис.5 Номограмма взаимосвязи однородности структур(коэф-

фициент вариации Ку ), технологии, оптимального

количества битума (технологический коэффициент Кт ),

толщина и однородности битумной пленки;

А - вибрационное приготовление асфальтовкяущего; д1

- механическое приготовление асфальтовякущего; В - двухступенчатый вибрационный способ производства асфальтобетонных смесей; Б*- традиционный способ производства смесей

Видео, что для вибрационного способа приготовления асфальтовя-жущего по сравнению с механическим повышается однородность структуры (снижается коэффициент вариации), снижается расход вяжущего (уменьшается технологический коэффициент), уменьшается толщина пленки. Для двухступенчатого вибрационного способа по сравнению с традиционным также повышается однородность структуры при уменьшении расхода вякущего и толщины битумной пленки.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПРОИЗВОДСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ II) ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ЗШРАЦЮНГОЙ ТЕХНОЛОГИИ

На рис.6 представлена технологическая схема производства асфальтобетонных смесей по двухступенчатой технологии с использованием дополнительного смесителя применительно к асфальгосмесителю непрерывного действия. Работа по данной схеме осуществляется следующим образом. Пзсок и щебень поступают из бункеров I, питателями и элеваторами подаются в сушильные барабаны 2. Выходящие из сушильных барабанов песок и щебень попадают в горячйй элеватор 3, далее на грохот 4 и дозатор песка и щебня б, после чего элеватором 7 подаются в асфальтосмеситель 8. Из бункера 9 холодный минеральный порошок поступает для нагрева в устройство 10, в котором нагревается инфракрасными лучами. Из бункера II горячий минеральный порошок поступает на дозатор 12 и по винтовому питателю 13 попадает в дополнительный вибрационный смеситель 14. Через битумопровод 15 подается битум в вибросмеситель. Из вибросмесителя 14 асфальтовяжущее попадает в" асфальтосмеситель 8, где происходит его объединение в песком и щебйем. Готовая асфальтобетонная смеь поступает по скиповому подъемнику 16 в бункер-накопитель 17 или непосредственно в транспортное средство .

Технологическая схема производства асфальтобетонных смесей по двухступенчатой технологии с использованием дополнительного смесителя применительно к асфальтосмесителю периодического действия выглядит следующим образом. В вибросмесителе происходит перемешивание горячего минерального порошка с битумом. Готовое асфальтовядущее попадает в накопитель. Из накопителя асфалътовядущее а-"подается насосом по трубопроводу в

>9

■■ г!

а2

ю

.У./-!.' ' ■• ■■■ т&п*ъттФ ' . \'1.\У/ ..... ,«•'•' Ч ^ •. 'А--;*

Рис. 6. Технологическая схема производства асфальтобетонных смесей по двухступенчатой вибрационной технологии для смесителя непрерывного действия

¡л;

среднюю по высоте и поперечно^ сечению часть весового бункера. В весовом бункере нарастающим итогом дозируются фракции песка и шебня из отсеков бункера горячих минеральных материалов. В момент подачи асфальтовяяущего в бункер там уже находится отдо-зированный на замес минеральный материал.' Когда необходимое количество асфальтовяаущего поступит в бункер, насос автомата -чески отключается. Далее песок, щебень и асфальтовяяотцее поступают в асфальгосмеситель. Зо время перемешивания асфальтобетонной смеси в весовом бункере дозируется песок, щебень и асфальто-вяжущее. Из асфальгосыееителя готовая асфальтобетонная смесь попадает в транспортное средство, Далее происходит загрузка асфай льтосмесителя вновь и цикл повторяется.

При разработке технологической линии из рассмотренных вибросмесителей конструкции института ЕНИИНСМ (ШШС-тройполимер) выбран смеситель с объемом смесительной камеры 300 дмэВСДН-300 (зибросмеситель двухвальный непрерывного действия), подходящий по производительности к асфальтосмесительной установке Д-645-3. Компоновка линии приготовления аефальтовяжущего проведена таким образом, чтобы минеральный порошок из бункера попадал через питатель и дозатор непрерывного действия СБ-71 в вибросмеситель. Вибросмеситель в этом случае находится над асфальто -смесителем, и при работе технологической линии готовое асфаль- . товяжущее попадает через гофрированный рукав и соединительный элемент непосредственно в асфальтосмеситель.

На основе установленных технологических параметров производства асфальтовялотдего и асфальтобетонной смеси, разработанных технологических схем и линии производства смесей получены практические рекомендации, которые позволяют осуществить внедрение предлагаемой технологии в дорожное строителство.

основные вывода

I. Развито положение о формировании ориентированного слоя битума на минеральном зерне на основе модели строения битумной пленки и представлениях о строении битумных частиц. Вычислены параметры расклинивающего давления битумной пленки для различных битумных систем,' что позволило получить количес-

[_ J

121J

твенные данные о структуре ориентированного слоя битума. Дан анализ изменения толщины ориентированного слоя в зависимости от размера минеральных частиц, предложены схема и механизм взаимодействия крупных и мелких зерен с битумными частицами.

2. Рассмотрены условия распределения битума в асфальтовя-жущем и асфальтобетонной смеси при двухступенчатом вибрационном и традиционном способе и показано, что при двуступенчатом вибрационном способе улучшаются условия объединения битума с тонко-и грубодисперсными частицами минерального материала, сокращается количество дефектов в битумной пленке за счет повышения однородности ее структуры. На основании исследований скорости седиментации частиц минерального порошка в асфальтовяжущем доказана возможность его выдерживания в бункере-накопителе.

3. Установлены пути количественной оценки однородности структуры асфальтобетона -и учета влияния технологии на расход битума. Показано, что однородность микроструктуры асфальтобетона при вибрационном приготовлении асфальтовяжущего выше, чем при механическом его приготовлении, а однородность макроструктуры выше при двухступенчатом вибрационном способе в сравнении с традиционным.

Выделены и количественно охарактеризованы взаимосвязи между однородностью структур, технологией, расходом битума, толщиной и однородностью пленок.

4. Установлено, что приготовление асфальтовяжущего в виб' рационном смесителе в сравнении с обычным механическим перемешиванием улучшает физико-механические свойства асфальтовяжущего

и сокращает расход битума. Большое количество частиц коллоидных размеров в минеральном порошке уменьшает его структурообразующие возможности в асфальтовяжущем.

Для песчаного асфальтобетона типа "д" и мелкозернистого типа "В" происходит улучшение его физико-механических свойств при приготовлении двухступенчатом способом с одновременным уменьшением оптимального количества битума в смеси.

5. Из предложенных двух технологических схем более простой для реализации является схема с асфальтосмесителем непрерывного действия. Схема с накопителем асфальтовяжущего открывает дополнительные возможности для регулирования и улучшения свойств ас-

22

!_ .и -

фальтовяжущего путем выдергивания в накопителе при различных условиях. Подобрано оборудование, осуществлена компоновка его в технологическую линию и^привязка линии к асфальтосмесительной установке Д-645-3.

б. Разработаны и переданы Главмосдоруправлению Мосгориспол-кома практические рекомендации по предлагаемой технологии, изготовлен вибросмеситель для технологической линии. Запланировано внедрение в трестах дорожного строительства г.Ростова-на-До-- ну" Агродорстрой" Молдавской ССР, "Оргтехдорстрой" Казахской ССР. Предполагаемый экономический эффект от внедрения технологии для одной асфальтосмесительной установки производительностью 100 т/час состазляет 250 тыс.рублей в год.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

I« Королев И.В.,Арипов Х.Х., Соломенцев А.Б. Исследование • реологических свойств битумов с добавками нафтената кальция// Строительство и архитектура Узбекистана. - 1981. - № 9. - С. 30-32.

2. Соломенцев А.Б»,Королев И.В.,Талейсник М.А. Структура

и свойства асфальтовяжущего, приготовленного в вибросмесителе// Известия вузов. Строительство и архитектура. - 1985. - i? 4. -С. 95-99.

3. Соломенцев А.Б., Королев И.В. Двухступенчатый вибрационный способ приготовления асфальтобетонных смесей// {ЩИ. -M., 1985. -9 с. - Рук.деп. в ЦБНТИ Мкнавтодора РСФСР, № 87 ад- 85 Деп.

4. Королев И.В., Соломенцев А.Б. Влияние способа приготовления асфальтовяжущего на однородаость его структуры./ МАДИ.-

М., 1985. - 8 с. - Рук.деп. в ЦБНТИ Минавтодора РСФСР, Tt 86 ад-85 Деп.

5. A.c. 1300070, МКИ3Е01 CI9/I0. Способ приготовления асфальтобетонной смеси / И.В.Королев, А.Б.Соломенцев и др. -

"Опубл. 30.03,87, Бюл.~В 12.

6. Королев И.В., Соломенцев А.Б. О критических размерах минеральных частиц, способных образовывать на поверхности ориентированный слой битума / Пути совершенствования технологии производства и повышения качества дорожно-строительных материалов. L j Труды МАДИ. - 1987. - С.40-45. ~ ,.23_

7. Соломенцев А.Б., Шестопалов A.A. Пути повышения однородности распределения пор в асфальтобетоне // Цути совершенствования технологии производства и повышения качества дорожно-строительных материалов. Труды МАДИ. - 1987. - С.129-134.

8. Соломенцев А.Б. Влияние размера минеральных частиц на характер структурообразования в битумоминеральных системах // Тезисы докладов республиканской конференции. - Харьков,1989. -С.16-17.