Российский асфальтобетонный завод


ктн Ткачёв Павел Павлович

Постановлением правительства России на ближайшие 10 – 15 лет намечено значительное увеличение строительства новых, современных дорог, а также реконструкция и ремонт уже существующих. Ни кому не секрет, что качество дорог, стоимость строительства и эксплуатации являются острой проблемой дорожного строительства России. Причин много. Здесь мы хотим затронуть только часть из них, а именно асфальтобетонные смеси позволяющие получать покрытия со сроком службы не менее 7-9 лет. Для получения качественных смесей необходимо иметь материалы в соответствии с ГОСТ, а также технологическое оборудование (асфальтобетонный завод) позволяющие гарантировано выпускать относительно дешевые асфальтобетонные смеси различного состава с максимальным использованием местных сырьевых ресурсов. И здесь мы натыкаемся на проблему. С одной стороны дорожники испытывают дефицит кондиционных материалов, с другой стороны отсутствует необходимое технологическое оборудование, позволяющее переработать имеющиеся под рукой природные материалы в их естественном виде. Прибавьте сюда еще и человеческий фактор. Страдает качество, растет себестоимость. Не спасают и импортные заводы, рассчитанные на высококондиционное, переработанное в карьерах сырье. Можно сколько угодно ссылаться на ГОСТы, научные труды, и продолжая ездить по ухабам, жаловаться на плохое качество дорог, но если дорожники не будут иметь соответствующее современным требованиям технологическое оборудование, позволяющее выполнить все рекомендации и требования, ничего не сдвинется с места.

Рассмотрим технические возможности резкого улучшения качества асфальтобетонных смесей с одновременным повышением экономической эффективности работы АБЗ. Для начала необходимо разобраться с причинами влияющими на качество АБС и экономику производства.

Основными факторами, приводящими к ухудшению качества асфальтобетонных смесей являются:

  1. Нарушение проектного гранулометрического состава смеси. Обусловлено непостоянством гран. состава применяемых материалов в их естественном виде. В первую очередь природных песков и отсевов дробления;
  2. Повышенное содержание в исходных минеральных материалах (песчано-гравийных смесях, природных песках, отсевах дробления горных пород и т.д.), пылеватых и особенно глинистых частиц;
  3. Повышенное содержание в щебне и в крупной (более 5 мм) части отсевов дробления зерен лещадной формы. Количество лещадки и игловатых форм желательно снизить до 5-9%, и при этом стремиться к максимальному повышению содержания щебня кубовидной формы;
  4. Нарушение температурного режима приготовления асфальтобетонной смеси. Постоянно меняющаяся влажность исходных минеральных материалов приводит к значительным колебаниям времени сушки и как следствие к неравномерной подаче материалов в смеситель. Это ведет к падению качества асфальтобетонной смеси или перерасходу энергоносителей;
  5. Нарушение порядка загрузки компонентов в смеситель и времени «сухого» и «мокрого» смешивания. Необходимо, в смесителе принудительного действия, обеспечить увеличение общего времени перемешивания до 90-120 секунд. По данным СоюзДорНИИ увеличение времени перемешивания, до указанных выше значений, позволяет увеличить показатели механической прочности асфальтобетона на 25-30%;
  6. Применение низкокачественных битумов, имеющих невысокую адгезию к минеральным материалам (прежде всего – к кислым горным породам);
  7. Нарушение режимов распыления битума при вводе его в смеситель из-за отсутствия автоматического контроля и регулирования его вязкости, температуры и количества в зависимости от соотношения фракций, вводимых минеральных материалов. Это ведет к перерасходу битума и энергоносителей, влияет на качество готовой смеси.


Рассмотрим подробнее факторы, влияющие на качество асфальтобетонной смеси. Первые три, из перечисленных факторов, являются внешними и зависят в основном от производителей нерудных материалов (щебня и отсевов дробления), а также качества ресурсов карьеров по добыче природных песков, расположенных в районах строительства дорог.

Проведенное ЗАО НИПКБ «Стройтехника» исследование гранулометрических составов асфальтобетонных смесей (300 рецептов), выпускавшихся в девяностые годы подразделениями ПРСО «ЛЕНАВТОДОР» показал следующее:

  1. Более чем в 20% составов, содержание «пыли» размером менее 0.071 мм., превышало значения ГОСТ 9128-97 до 7,5%;
  2. В 10% составов содержание «крупной пыли» от 0,071 мм до 0,16 мм превышало допустимые значения на величину более 1,0%;
  3. Фракции размером от 0,16 мм до 1,25 мм и от 1,25 мм до 5 мм находились в относительном избытке, но не превышали норм (верхняя допустимая граница);
  4. В 15% составов содержание фракций свыше 5 мм превышало допустимое значение в среднем на 4%.


Анализ полученных данных проводился с учетом структуры выпуска по типам асфальтобетонов. С тех пор принципиально ничего не изменилось. Здесь уместно привести рекомендации, по созданию долговечных асфальтовых покрытий дорог, заместителя начальника Управления Федеральной службы по надзору в сфере транспорта, профессора МАДИ Дубины С.И. (см. статью «Надежность асфальтобетонных покрытий автомобильных магистралей», опубликованную в журнале «Транспорт Российской Федерации» 33, 2006 год).

В частности в статье отмечается:

«…для создания прочной структуры асфальтобетона всегда нужно стремиться к тому, чтобы макроуровневая составляющая зернового состава (крупная, промежуточная и часть мелкой) была представлена узкими фракциями щебня и, частично, отсевов дробления, обеспечивающих подбор минеральной части асфальтобетона по принципу непрерывной гранулометрии и получение стабильного (однородного) состава выпускаемой асфальтобетонными заводом смеси… Количественный состав минерального порошка должен стремиться к показателю отношения битум/минеральный порошок, равному 0,5-0,7, достигая для щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей значения 0,4… Необходимо иметь в виду, что в асфальтобетонах из горячих смесей I и II марок возможна только частичная замена минерального порошка тонкодисперсной составляющей отсевов дробления. При этом в мессе зерен мельче 0,071 мм, входящих в состав смеси, как правило, содержится не менее 50% известнякового минерального порошка, отвечающего требованиям ГОСТ Р52129-2003. Полная замена минерального порошка тонкодисперсной частью отсевов дробления изверженных горных пород допускается в смесях для горячих плотных асфальтобетонов марки III. В то же время, полная замена минерального порошка тонкодисперсной составляющей отсевов дробления в пористых и высокопористых асфальтобетонах марок I и II не рекомендуется…Максимальное количество циклонной пыли в асфальтобетонных смесях, используемых в верхних слоях покрытия, не должно превышать 3% от массы минеральной части (по абсолютной величине), независимо от типа и марки асфальтобетона».

Исследование качественных характеристик отсевов дробления ДСЗ Северно-Западного региона показало, что в не переработанном виде они в основном непригодны для прямого использования в асфальтобетонных смесях. из за чрезмерного содержания фракций менее 0,16% (свыше 20?25% по массе). Составляющая в ней доля фракций менее 0,071 мм превышает 50-60%. Это, в той или иной мере, касается и других природных песков.

Пески, перед использованием в асфальтобетонных смесях, необходимо «обеспылить» при помощи сушилок виброкипящего слоя - содержание фракций менее 0,16 мм снизить с 20-25% до 3-5% по массе (ГОСТ 9128-97 табл.11, примечание). Часть фракций менее 0,16 мм. в количестве до 50% от проектного состава массы минерального порошка вернуть в асфальтобетонную смесь.

Возникает вопрос, зачем удалять пыль, а затем ее вводить в смеситель? Это необходимо для того, чтобы очистить поверхность каждой частицы минерального материала (щебень и песок) и покрыть ее тонкой пленкой битума.

Пленкой битума должна быть покрыта очищенная поверхность частицы минерального материала, а не слой пыли находящийся на ее поверхности. В противном случае не будет должной адгезии битума с частицами материала, и как следствие, необходимой прочности асфальтобетонной смеси.

В последнее десятилетие улучшилось качество выпускаемого щебня из плотных пород. Он в основном соответствует требованиям ГОСТ 8267, по гранулометрическому составу. Отмечается увеличение доли щебня кубовидной формы, хотя объем выпуска такого щебня еще недостаточен, а степень кубовидности не превышает 80-85%. Однако, при анализе заполнителей на складах АБЗ, отмечается значительное загрязнение их посторонними примесями (бутылки, бумага, окурки, щепа деревьев, листья, глина и другие посторонние примеси). При транспортировке и хранении заполнителей на промежуточных складах имеет место смешивание отдельных классов щебня друг с другом, а также с песком, и наоборот. Причин этому множество и они вряд ли могут быть в полной мере устранены в ближайшее время. силами дорожных строителей.

Находящиеся на складах АБЗ заполнители, перед введением в асфальтобетонную смесь, требуют повторного, контрольного грохочения по классам: 5–10 мм; 10-20 мм и 20-40 мм с возможностью получения щебня для ЩМА фракцией 5-10 мм, 10-15 мм и 15-20 мм.

Процесс грохочения, с целью классификации материалов на узкие фракции, занимает существенное место в работе АБЗ. Введение в состав технологического оборудования виброударных грохотов, позволяет эффективно классифицировать зерновой состав материалов не только на вышеперечисленные классы, но и на классы 0,16-1,25 мм, и 1,25-5,0 мм., с одновременной параллельной самоочисткой сит. Эффект самоочистки сит весьма важен для стабилизации качества рассева, т.к. мелкозернистые материалы, содержащие зерна игольчатой и лещадной формы, забивают ячейки сит, снижая поверхность живого сечения, что приводит к существенному засорению верхнего (надрешетного) класса материала нижним. Применение виброударного грохота для классификации отсевов по зерну 1,25 мм не только предотвращает забивку отверстий сит (при ударе сита встряхиваются и очищаются), но и обеспечивают повышение производительности процесса грохочения, что позволяет снизить габариты грохота и металлоемкость узла классификации.

Важное значение в себестоимости продукции АБЗ имеет энергетическая составляющая. Расход жидкого топлива (газа), электроэнергии на приготовление 1 тонны асфальтобетонной смеси. Повсеместно используемые сушилки барабанного типа не эффективны по самой сути организации физического процесса теплообмена протекающего в них.

Значительного сокращения потребления топлива (минимум в 1,5 раза) можно достичь за счет применения сушилок виброкипящего слоя (ВКС) (рис.1). В сушилке ВКС топочно-сушильный агрегат выполнен с выносным теплогенератором (топкой) оборудованным блочной горелкой, где осуществляется полное сгорание топлива с высоким КПД. Нагретый воздух поступает в сушилку виброкипящего слоя. Сушка и нагрев осуществляются за счет перекрестной продувки горячих газов через вибротранспортируемый слой материала, что обеспечивает интенсификацию процесса теплопередачи и поглощение газами влаги из материала. Под действием вибрации сыпучий материал в слое находится в разрыхленном состоянии и интенсивно перемешивается, что создает хорошие условия для обдува каждой частицы горячим газом. В результате развитой поверхности теплообмена, обеспечивается высокая эффективность тепло и массо передачи между частицами и газом. Все тепло поглощается частицами слоя и газы, покидающие слой, не превышают температуры слоя материала. Это является значимым обстоятельством. Снижение расхода тепла (топлива) на сушку и нагрев минеральных материалов, обеспечивает снижение объема топочных газов, а следовательно и отходящих газов из сушилки. Кроме экономии топлива, снижается вредное воздействие на окружающую природу. Уменьшаются размеры, вес сушилки и циклонов, мощность вентиляторов.

По сравнению с любыми типами сушильных барабанов, используемых в современных АБЗ, применение сушилки ВКС с вторичным использованием части тепла, существенно снижает объем выбросов отработанных газов в атмосферу (до 30%), экономия топлива достигает 40 и более процентов.

В сушильном барабане такого эффекта в принципе обеспечить невозможно, т.к. газообразный теплоноситель (горячий воздух) по мере прохождения вдоль барабана непрерывно насыщается влагой и теряет первоначальную высокую температуру, что снижает способность газа интенсивно впитывать влагу и отдавать тепло материалу на последующих участках прохождения его через барабан. Кроме того, температуру всего объема отходящих из барабана газов необходимо поддерживать достаточно высокой, чтобы конденсат из него не выпадал в материал, поступающий в сушилку.

Сушилки виброкипящего слоя позволяют сушить материалы крупностью до 30 мм, с отдельными включениями до 40 мм. Высота виброкипящего слоя 200-300мм., а температура входящих газов 900?С.

В сушилке ВКС, конструкции доктора технических наук, профессора Сизикова С.А., реализован принцип двухзонного отвода тепла. Отходящий из сушилки горячий воздух частично возвращается в процесс сушки, частично используется для подогрева агрегатов, что сокращает затраты на подогрев бункера горячего материала. (дополнительная экономия топлива составляет около 10?15%).

Еще одно преимущество сушилки ВКС, по сравнению с барабанными сушилками, это возможность обеспыливания (очистка поверхности высушиваемого материала), что имеет большое значение для получения качественной асфальтобетонной смеси. Организация системы газоочистки позволяет разделить выносимую пыль на крупную (0,071-0,16мм.) и мелкую (менее 0,071мм), затем смешать ее в нужных пропорциях и ввести в состав смеси. Частичная замена минерального порошка оптимизированной по гранулометрическому составу «пылью» позволяет, без ухудшения качества АБС, получить, дополнительный экономический эффект.

В смежных отраслях: химическая, литейная, строительная, стекольная, сельское хозяйство и др.) сушилки виброкипящего слоя (ВКС), вытесняют барабанные и другие аппараты для сушки и термообработки сыпучих сред, как наиболее эффективные.

На сегодняшний день, из всех выше перечисленных факторов, влияющих на качество смесей, относительно успешно решена задача повышения качества битума (улучшение его адгезии к минеральным материалам). Здесь используются различные физико-химические методы: ультразвуковая или электромагнитная активация, предварительное вспенивание битума, а также использование достаточно широкой номенклатуры поверхностно-активных веществ (ПАВ). ПАВ вводятся в битум, как в процессе его приготовления, так и непосредственно на асфальтобетонных заводах. Активация битума физическими методами производится непосредственно перед вводом битума в смеситель. Вспенивание битума, осуществляется путем введения в нагретый битум 2-3% воды (от массы битума). Ультразвуковая и электромагнитная активация производятся за счет пропускания через битум электромагнитных или звуковых волн на участке его движения по битумопроводу из расходной емкости в смеситель.

Физические и химические методы соизмеримы между собой. Они экономят до 10% битума, и увеличивают срок службы асфальтобетона на 2-3 года.

В настоящее время применяется достаточно большое количество ПАВ. Они имеют различную удельную эффективность, и различное агрегатное состояние. Поэтому оснащение асфальтобетонного завода универсальным оборудованием для их введения в асфальтобетонную смесь связано со значительными трудностями. Оборудование для вспенивания и электромагнитной активации битума достаточно просто и технологично.

Обработанный физическими методами битум смачивает поверхность минеральных зерен тонким слоем и обеспечивает прочное и равномерное его закрепление на ней, что способствует улучшению физико-механических показателей асфальтобетона.

Альтернативой битуму сегодня является полимерно-битумное вяжущее (ПБВ), битумно-резиновые композиционные вяжущие (БИТРЭК) и др., которые позволяют существенно улучшить эксплуатационные свойства асфальтобетона. Как при использовании битума, так и при использовании ПБВ, битрэк и других вяжущих, необходимо точно соблюдать параметры нагрева вяжущего в рабочей емкости, не допуская его перегрева или снижения температуры против установленных регламентом.

В АСУ асфальтобетонного завода требуется ввести блоки контроля температуры и вязкости вяжущего и блок регулирования мощности нагревателей в битумной емкости, а в состав технологического оборудования ввести физический активатор битума. При распылении битума в смесителе, необходимо достигать режима «битумного тумана».

Не менее существенным вкладом в обеспечении повышения качества приготовления асфальтобетонной смеси является увеличение времени перемешивания смеси до 90-120 секунд (в зависимости от марки смеси). Этого можно достичь, применив оригинальную смесительную установку, представляющую собой 2-х вальный смеситель непрерывного действия с тремя зонами загрузки материалов и двумя зонами впрыска битума. В очищенный (обеспыленный) материал вначале вводится вспененный битум для лучшей адгезии с поверхностью частиц материала, затем (по ходу движения материала в смесителе) вводится минеральный порошок или пыль уноса, в третьей зоне вводится основная часть битума для окончательного перемешивания. Минеральный порошок и пыль вводится с помощью винтового питателя, что минимизирует вынос вводимого материала из смесителя. Дозирование и ввод в смеситель минерального порошка и двух фракции пыли (крупной и мелкой) осуществляется питателями-дозаторами из отдельных емкостей, что позволяет оптимально расходовать минеральный порошок, заменив его мелкой пылевидной фракцией выноса. В смесителе предусмотрен патрубок для ввода старого асфальта в виде холодного фрезежа (до 20?30%), или предварительно нагретого в специальной установке асфальта (использование до 50-60%). Битум вводится в смеситель во вспененном виде, что значительно снижает его вязкость, многократно повышает дисперсность, обеспечивает качественное обволакивание зерен инертных материалов, за счет чего повышается его адгезия к материалу.

Использование смесителя непрерывного действия (в отличие от циклического) связано с необходимостью увеличить время перемешивания смеси, не уменьшая общую производительность выработки асфальта.

Существует предубеждение (мнение), что одним из самых существенных недостатков заводов непрерывного действия является длительное время перенастройки с выпуска одной смеси на другую.

Полностью автоматизированная система управления процессом приготовления асфальтобетонной смеси позволяет хранить в памяти параметры работы для изготовления различных рецептов смеси и практически сразу переходить с одной смеси на другую (для этого необходимо иметь лишь свободный отсек в агрегате готовой смеси).

Автоматика обеспечивает оптимальный гранулометрический состав вводимых минеральных материалов за счет точного дозирования «узких» фракций щебня, песка (крупного и мелкого), минерального порошка и возвращаемой части циклонной пыли (крупной и мелкой) , а также определяет битумоемкость сухой смеси. Для этих целей в состав основного оборудования необходимо ввести гранулометр для текущего контроля фракционного состава песка поступающего в переработку, а в АСУ АБЗ предусмотреть микропроцессорный блок, который получая сигнал от гранулометра о соотношении фракций в материалах сравнит их значения с ГОСТ 9128-97 (или ГОСТ 31015-2002). При отклонении от заданных значений производет пересчет нового (оптимального) долевого содержания всех дозируемых материалов, скорректирует работу дозаторов, а также при необходимости скорректирует дозировку битума. Кроме этого, одновременно скорректирует работу питателей агрегата питания с целью уменьшения возможных сбросов отдельных фракций из переполняемых расходных бункеров.

Поскольку снабжение дорожно-строительных организаций минеральными материалами, удовлетворяющими требованиям (ГОСТ 9128-97 и ГОСТ 31015-2002) практически нереально, или требуют значительных затрат, наши конструкторы максимально учли все вышеперечисленные факторы, влияющие на качество асфальтобетонных смесей, себестоимость продукции и воздействия на окружающую среду. Климатическое исполнение завода У1, ГОСТ 15150-69. При выборе технико-технологических решений АБЗ учтен отечественный и зарубежный опыт дорожного строительства. Асфальтобетонный завод спроектирован с учетом всех требований ГОСТ и оснащен высокоэффективным оборудованием.. Имеет высокую степень автоматизации всего технологического процесса приготовления АБС. Удовлетворяет современным требованиям выпуска высококачественных асфальтобетонных смесей со сроком службы 7-9 лет. Решает экологические проблемы и проблемы экономии энергоресурсов. Снижает себестоимость готовой продукции и удовлетворяет потребность дорожно-строительных организаций РФ в современной технике (АБЗ). Мы смело можем утверждать, что в мировой практике, применительно к российским условиям, аналогов нет. В технологии нового АБЗ предусмотрено:

  1. Обеспыливание минеральных материалов (в частности природных песков и отсевов дробления). Содержание частиц менее 0,16 мм доводиться до 3?5% массы минеральной части асфальтобетонной смеси;
  2. Возвращение части пыли уноса из системы газоочистки в смеситель.. В аппаратах газоочистки пыль уноса делится на две фракции (крупнее и мельче 0,071 мм). Затем путем дозирования составляется оптимальная смесь двух фракций «пыли» с учетом ограничений для разных составов смесей (табл.2 и 3, ГОСТ 9128-97). Например, для смеси А, зерна размером менее 0,16 мм. не превышают 6-11% массы минеральной части смеси, включая минеральный порошок, а зерна менее 0,071 мм не превышют 4-10% (табл.2 ГОСТ 9128-97). Полученная смесь, в заданных пропорциях, смешивается с известняковым порошком и подается в смеситель в качестве минеральной добавки (точность дозирования ± 1,5% по массе);
  3. Разделение частиц с крупностью от 0,14 мм до 5 мм на два класса: «мелкий песок» с крупностью 0,14-1,25 мм и «крупной песок» с размерами частиц 1,25-5 мм. Это позволяет регулировать количество «узких» фракций и получать оптимальный гранулометрический состав смеси, по принципу непрерывной гранулометрии, в соответствии с ГОСТ 9128-97 и ГОСТ 31015-2002;
  4. Контрольное грохочение щебня с одновременным обеспыливанием по классам: 5–10 мм; 10-20 мм и 20-40 мм с возможностью получения щебня для ЩМА фракцией 5-10 мм, 10-15 мм и 15-20 мм. Гарантированное получение такого кол-ва узковыделенных фракций, очищенных от посторонних примесей, обеспечивает высокую вариативность получения асфальтобетонных смесей в пределах ГОСТ 9128-97
  5. Физический активатор битума – экономия битума до 10%;
  6. Сушилка с виброкипящим слоем (ВКС) для сушки, нагрева и обеспыливания минеральных материалов – экономия топлива до 50%;
  7. Вторичное использование тепла отходящих газов – дополнительная экономия топливаэ 10 -15 %;
  8. Оригинальный двухвальный смеситель непрерывного действия с системой 2-х зонного внесения битума и минерального порошка, а также возможностью ввода стабилизирующих (например, целлюлозного волокна) и других добавок, старого асфальтобетона;
  9. Система непрерывного автоматического управления качеством выпускаемой асфальтобетонной смеси с учетом минералогического состава инертных материалов, температуры и вязкости битума, хранящая в памяти все составы предусмотренные ГОСТ;
  10. Снижена металлоемкость и энергоемкость всего завода в целом;
  11. Предусмотрено использование местных сырьевых ресурсов, без ущерба качеству;
  12. Обеспечена возможность получения стабильного (однородного) состава выпускаемой асфальтобетонными заводом смеси в соответствии с ГОСТ со сроком службы покрытия 7-9 лет.
  13. Завод оснащен высокоэффективной газоочисткой с КПД = 99,96%, что позволяет снижать запыленность отходящих газов с 250г./куб. до 0,1г./м.куб. Использование мокрой ступени очистки обеспечивает глубокую очистку недоокисленных продуктов горения.


Основные технические характеристики

1. Производительность техническая (при влажности исходных материалов – 6%, т./ч.

50

2. Тип установки

непрерывного действия

3. Тип управления

автоматический дистанционный

4. Привод исполнительных механизмов

электрический, пневматический

5. Вид топлива – мазут, дизельное топливо, газ, расход жидкого топлива кг./ ч

не более 325

6. Кол-во фракций дозируемых материалов

7

7. Температура нагрева материалов, град. С
- песок, щебень
- битум
- мазут


160-180
140-150
до 90



8. Давление в пневмосистеме, МПа

0,6

9. Тип пылеулавливающего оборудования – сухой циклоны (фильтр) с мокрой ступенью очистки
- КПД оборудования, %


99,96

10.Вместимость бункеров агрегатов питания, м. куб.
- кол-во бункеров агрегата питания, шт.

4х8=32
4

11.Вместимость бункеров горячих материалов в агрегате сортировки, м. куб.

до 5

12.Вместимость резервуаров для битума, м. куб.
- кол-во резервуаров для битума, шт.

30
2

13.Вместимость бункеров агрегата минерального порошка, м. куб.
в том числе:
- для пыли из отсевов фр. 0,01-0,14 мм., м. куб.
- для известнякового минерального порошка, м.куб.

50

25
25

14.Вместимость бункера готовой смеси, м. куб.

не менее 23

15.Способ загрузки готовой смеси в автотранспорт

гравитационный – через
промежуточный бункер
и бункер готовой смеси

16. Установленная мощность, кВт.

300