ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОПЛЕКС ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЛИТОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ ИЛИ ИНОЙ БИТУМНО-МИНЕРАЛЬНОЙ СМЕСИ

Полезная модель относится к области производства дорожно-строительных материалов, в частности, к средствам приготовления литых асфальтобетонных и иных битумно-минеральных смесей.
Из уровня техники известен функциональный комплекс для приготовления литой асфальтобетонной или иной битумно-минеральной смеси, включающий средства термомеханического смешение совокупности минеральных ингредиентов (в том числе, серы) между собой и с органическим вяжущим с возможностью образования структурно-однородной массы (опубликованная заявка на изобретение №2002109768, 2003 г.).
К недостаткам данного известного из уровня техники технического решения можно отнести относительно невысокие физико-механические характеристики приготавливаемого посредством известного комплекса продукта (битумно-минеральной смеси) в связи с недостаточной химической активностью органического вяжущего в процессе общего смешения ингредиентов смеси, что влечет за собой его недостаточную адгезию (межмолекулярное взаимодействие) с поверхностями минеральной составляющей.
Кроме того, относительно низкая химическая активность органического вяжущего вызывает необходимость более длительного периода осуществления процесса смешения для обеспечения удовлетворительной адгезии, что снижает производительность функционального комплекса для осуществления процесса в целом и повышает энергозатраты при его эксплуатации.
Технический результат - оптимизация физико-механических характеристик (в частности, предела прочности при сжатии, коэффициентов водостойкости и теплостойкости, пористости и др.) производимого посредством заявленного комплекса продукта (асфальтобетонной или иной битумно-минеральной смеси) посредством обеспечения возможности изменения физико-химической активности поверхностных структур составляющих этот продукт ингредиентов внешним физико-химическим воздействием, при сокращении временного периода технологического цикла и, соответственно, снижении энергозатрат при повышении производительности комплекса.
Поставленная задача решается посредством того, что в функциональном комплексе для приготовления литой асфальтобетонной или иной битумно-минеральной смеси, включающем средства термомеханического смешение совокупности минеральных ингредиентов (в том числе, серы) между собой и с органическим вяжущим с возможностью образования структурно-однородной массы, согласно полезной модели, средства термомеханического смешения выполнены в виде технологически связанных между собой основного и вспомогательного смесительных устройств, которые конструктивно и пространственно организованы с возможностью обеспечения предварительного смешения органического вяжущего с, по меньшей мере, частью, по меньшей мере, одного из мелкодисперсных минеральных ингредиентов приготавливаемой смеси с образованием комплексной минерально-органической компоненты и последующей подачи этой компоненты из вспомогательного смесительного устройства в основное, при этом вспомогательное смесительное устройство оснащено средством ультразвуковой обработки комплексной минерально-органической компоненты, которое конструктивно -технологически организовано с возможностью осуществления упомянутой обработки до поступления упомянутой компоненты в основное смесительное устройство.
В качестве средства ультразвуковой обработки может быть использован, например, экспоненциальный излучатель ультразвукового диспергатора ДЗДН-1 с диапазоном частот, преимущественно, 20-35 кГц.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленных изобретений, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Полезная модель иллюстрируется графическими материалами, где на представленной фигуре показана общая схема технологического цикла работы функционального комплекса для реализации способа приготовления литой асфальтобетонной или иной битумно-минеральной смеси (возможные, но не являющиеся необходимыми транспортировочные магистрали, а также иные узлы условно показаны пунктирными линиями).
Структурные компоненты (узлы и агрегаты) представленного в графических материалах функционального комплекса обозначены следующими позициями.
1 - склад (секционный для минеральных ингредиентов);
2 - хранилище (для органического вяжущего, например, битума);
3 - бункер приемный (для щебня);
4 - бункер приемный (для песка);
5 - силос (для минерального порошка, например, известняка порошкового);
6 - бункер приемный (для серы);
7 - бункер приемный (для иных модификаторов);
8 - дозатор (для щебня);
9 - дозатор (для песка);
10 - дозатор (для минерального порошка, например, известняка порошкового);
11 -дозатор (для серы);
12 -дозатор (для иных модификаторов);
13 - дозатор (для органического вяжущего, например, битума нефтяного);
14 - барабан сушильный (в частности, для щебня и песка);
15 - трубопровод обогреваемый (для органического вяжущего, в частности, битума);
16 - питатель (для органического вяжущего);
17 - питатель (для щебня и песка, например, в виде транспортера для горячей минеральной смеси);
18 - питатель (для минерального порошка, в частности, известняка порошкового, например, в виде пневмотранспортера);
19 - питатель (для серы);
20 - питатель (для иных модификаторов);
21 -смеситель (основной);
22 - смеситель (вспомогательный);
23 - преобразователь ультразвуковой (для ультразвуковой обработки комплексной минерально-органической компоненты на выходе из смесителя 22);
24 - накопитель (готовой асфальтобетонной смеси);
25 - автомобильный транспорт;
26 - преобразователь ультразвуковой (для ультразвуковой обработки комплексной минерально-органической компоненты в полости смесителя 22 в процессе перемешивания соответствующих ингредиентов).
Функциональный комплекс для приготовления литой асфальтобетонной или иной битумно-минеральной смеси, включает средства термомеханического смешение совокупности минеральных ингредиентов (в том числе, серы) между собой и с органическим вяжущим с возможностью образования в смесителе 21 основном (и соответственно, в накопителе 24 для готовой асфальтобетонной смеси) структурно-однородной массы. Средства термомеханического смешения выполнены в виде технологически связанных между собой, а также с секционным складом 1 минеральных ингредиентов (с бункерами 3, 4, 6, 7 и силосом 5) и хранилищем 2 для органического вяжущего (с использованием дозаторов 8-13, сушильного барабана 14 для щебня и песка, обогреваемого трубопровода 15 для органического вяжущего, а также питателей 16-20) посредством транспортировочных магистралей основного (смеситель 21) и вспомогательного (смеситель 22) смесительных устройств. Данные устройства конструктивно и пространственно организованы с возможностью обеспечения предварительного смешения органического вяжущего с, по меньшей мере, частью, по меньшей мере, одного из мелкодисперсных минеральных ингредиентов приготавливаемой смеси с образованием комплексной минерально-органической компоненты и последующей подачи этой компоненты из вспомогательного смесительного устройства (смеситель 22) в основное (смеситель 21). При этом вспомогательное смесительное устройство (смеситель 22) оснащено средствами ультразвуковой обработки (преобразователи ультразвуковые 23 и 26) комплексной минерально-органической компоненты, которые конструктивно - технологически организованы с возможностью осуществления упомянутой обработки до поступления упомянутой компоненты в основное смесительное устройство (смеситель 21). После окончательного перемешивания в основном смесителе 21 готовая асфальтобетонная смесь поступает в накопитель 24, откуда транспортируется к месту производства работ посредством автотранспорта 25.
В качестве средства ультразвуковой обработки может быть использован экспоненциальный излучатель ультразвукового диспергатора с диапазоном частот, преимущественно, 20-35 кГц, а также иной известный из уровня техники ультразвуковой преобразователь.
Работа функционального комплекса раскрыта на примере реализации способа приготовления литой асфальтобетонной или иной битумно-минеральной смеси а также на примере графической схемы его реализации.
Способ приготовления литой асфальтобетонной или иной битумно-минеральной смеси, включает осуществление термомеханического процесса общего смешения совокупности минеральных ингредиентов (в том числе, серы) между собой и с органическим вяжущим с возможностью образования структурно однородной массы. Перед осуществлением процесса общего смешения всех образующих смесь ингредиентов (в основном смесителе 21) органическое вяжущее предварительно смешивают (во вспомогательном смесителе 22) с, по меньшей мере, частью, по меньшей мере, одного из мелкодисперсных минеральных ингредиентов приготавливаемой смеси с образованием комплексной минерально-органической компоненты. Указанную компоненту подвергают ультразвуковой обработке. Ультразвуковую обработку допустимо осуществлять как в процессе смешивания соответствующих фракций во вспомогательном смесителе 22, так и на выходе из него.
Оптимально ультразвуковую обработку упомянутой комплексной минерально-органической компоненты осуществлять с использованием ультразвука в диапазоне частот, преимущественно, 20-35 кГц, преимущественно, в течение 45-60 секунд.
Оптимально органическое вяжущее предварительно смешивать с минеральным (например, известняковым) порошком, и/или с серой, и/или иной модифицирующей добавкой, функционально являющимися минеральными ингредиентами приготавливаемой смеси.
Допустимо органическое вяжущее предварительно смешивать и с песком, однако это в значительной мере усложняет технологический процесс и, следовательно, с практической точки зрения нецелесообразно.
Разумно смешение между собой минеральных ингредиентов приготавливаемой смеси (не участвующих в формировании упомянутой комплексной минерально-органической компоненты, в частности, шебня и песка) осуществлять при температуре 160-180°С в течение, преимущественно, 10-30 с, а при формировании комплексной минерально-органической компоненты использовать органическое вяжущее, нагретое, преимущественно, до 140-150°С.
Допустимо для приготовления смеси использовать серу в порошкообразном, или в жидком, или в гранулированном состоянии, преимущественно, в количестве 3-6% от массы минеральных каменных ингредиентов, а в качестве органического вяжущего использовать предварительно обезвоженный нефтяной битум, преимущественно, в количестве 5-8% от массы упомянутых каменных ингредиентов.
Таким образом, посредством заявленного функционального комплекса приготавливается литая асфальтобетонная или иная битумно-минеральная смесь, представляющая собой структурно однородную массу, которая включает совокупность минеральных ингредиентов (в том числе - серу), а также органическое вяжущее. Органическое вяжущее (преимущественно, нефтяной битум) присутствует в составе смеси в виде предварительно подвергнутой ультразвуковой обработке комплексной минерально-органической компоненты, содержащей, по меньшей мере, один из минеральных ингредиентов этой смеси.
Оптимально, чтобы в литой асфальтобетонной или иной битумно-минеральной смеси упомянутая комплексная минерально-органическая компонента содержала минеральный, например, известняковый порошок, и/или серу, и/или иную модифицирующую добавку (повышающую химическую активность поверхностных слоев минеральных и/или минералсодержащих фракций), функционально являющиеся минеральными ингредиентами этой смеси.
Для более детального понимания существа настоящей полезной модели целесообразно более детально рассмотреть физические особенности ультразвука (упругих волн с частотой колебаний от 20 кГц до 1 ГГц).
Высокая частота и малая длина ультразвуковой волны определяют специфические особенности ультразвука: возможность распространения направленными пучками (называемыми ультразвуковыми лучами), а также возможность генерации мощных волн, переносящих значительную механическую энергию. Ультразвуковые колебания обладают способностью распространяться даже в твердых веществах на большую глубину без заметного ослабления и отражаться от границы раздела двух разнородных сред (веществ). Ультразвуковое воздействие на вещество обеспечивает ускорение массообменных и химических процессов (в частности, экстрагирования, хемосорбции, диффузию). Действие ультразвука в кавитирующих жидкостях базируется на использовании вторичных эффектов кавитации - высоких локальных давлениях и температурах, образующихся при захлопывании кавитационных каверн.
В процессе ультразвуковой обработки в органическом вяжущем (битуме) происходят физико-химические изменения его исходной структуры, приводящие к образованию активных ненасыщенных связей, которые способствуют интенсификации процессов взаимодействия органического вяжущего с поверхностью минеральных материалов (т.е., повышению адгезии составляющих приготавливаемую смесь фракций). Наличие в жидком органическом вяжущем дисперсной фазы твердых минеральных веществ повышает эффективность влияния ультразвуковых лучей на химическую активность связующего (например, битума), вследствие хаотичного переотражения лучей на границах раздела разнородных сред (веществ). Это позволяет сократить время ультразвуковой обработки комплексной минерально-органической компоненты при увеличении ее адгезионных свойств.
Сера, используемая при приготовлении смеси, в особенности активированная посредством ультразвука, дополнительно активирует химическую активность поверхностных слоев каменных минеральных материалов, что также способствует повышению их адгезионных свойств при взаимодействии с активированным посредством ультразвука битумом.
Вышеуказанное повышение адгезионных свойств составляющих смесь фракций позволяет сократить общее время перемешивания ингредиентов, то есть повышается производительность процесса в целом при сокращении энергозатрат без снижения (и даже с повышением) физико-механических показателей приготавливаемой смеси.
Таким образом, заявленное техническое решение может быть широко использовано в области производства дорожно-строительных материалов для строительства улично-дорожных сетей.
Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в области производства строительных материалов для улично-дорожного строительства;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.