Способ и устройство снижения температурной и фракционной сегрегации асфальтобетонной смеси оборудованием, расположенным на асфальтоукладчике
METHOD AND DEVICE FOR REDUCING THE TEMPERATURE AND FRACTIONAL SEGREGATION OF THE ASPHALT-CONCRETE MIXTURE BY THE EQUIPMENT LOCATED ON THE PAVER

Изобретение относится к строительству асфальтобетонных покрытий и предназначено для снижения температурной и фракционной сегрегации асфальтобетонных смесей на стадии их перемещения от бункера-питателя до распределительного шнека оборудованием, расположенным на асфальтоукладчике, повышения качества (однородности) и долговечности асфальтобетонного покрытия.
Известен асфальтоукладчик, включающий в себя ходовую часть, приемный бункер, скребковый питатель, распределительный шнек и раму, на которой расположены трамбующий брус и виброплита [Варганов С.А. Машины для укладки и уплотнения асфальтобетонных смесей. С.А. Варганов, П.И. Марков, Б.М. Шереметьев. М.: Высшая школа, 1979. - 207 с.].
Технология схемы укладки устройства асфальтобетонного слоя представлена следующим образом: асфальтобетонная смесь выгружается из кузова автосамосвала в приемный бункер, на дне которого расположен скребковый питатель, транспортирующий ее к шнекам, распределяющим смесь по ширине укладываемой полосы, и затем производится предварительное ее уплотнение трамбующим брусом и виброплитой.
Недостатками данного способа являются:
1) в процессе загрузки асфальтобетонной смеси в кузов автосамосвала из бункера-накопителя асфальтобетонного завода, транспортирования и выгрузки в приемный бункер асфальтоукладчика из кузова автосамосвала происходит фракционная сегрегация асфальтобетонной смеси в результате перемещения минеральных частиц более крупного размера к краям нижнего уровня кузова и приемного бункера;
2) во время транспортирования в кузове автосамосвала происходит более интенсивное остывание верхнего слоя смеси и в местах соприкосновения с днищем и бортами самосвала по сравнению с частью смеси, расположенной в середине кузова, что вызывает объемную температурную неоднородность асфальтобетонной смеси укладываемой на дорожное основание, и ухудшение ее технологических свойств (удобоукладываемость и удобоуплотняемость). В результате в уложенном слое образуются локальные участки, имеющие различный гранулометрический состав, температуру и уплотняемость. Сопротивляемость деформированию участков из остывшей смеси значительно выше, и рабочие органы уплотняющих машин не могут обеспечить требуемой плотности, как на других участках. В результате получается асфальтобетонное покрытие с разной плотностью и прочностью [Радовский Б.С. Сегрегация асфальтобетонных смесей и методы борьбы с ней в США. Дорожная техника, технология. Каталог-справочник. СПб: И.А. Партнер, 2007. - С. 26-40].
Известен способ обработки асфальтобетонной смеси, в котором смесь подвергают воздействию на вибрационном лотке [а.с. SU №916634, МПК Е01С 19/10, опубл. 30.03.1982, Бюл. №12]. В результате улучшаются показатели прочности и водонасыщения асфальтобетонного слоя. Автор предлагает производить обработку непосредственно после приготовления смеси на асфальтобетонном заводе, что является существенным недостатком, поскольку она в процессе загрузки в кузов автосамосвала из бункера-накопителя асфальтобетонного завода, транспортирования и выгрузки в бункер асфальтоукладчика из кузова автосамосвала теряет однородность и приобретает фракционную и температурную сегрегацию.
Из известных технических решений наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому объекту является технология снижения сегрегации самоходными перегружателями, включающими в себя ходовую часть, приемный бункер, шнеки для перемешивания асфальтобетонной смеси и конвейер для подачи смеси в бункер асфальтоукладчика [полезная модель №145169, МПК Е01С 19/48, опубл. 10.09.2014, Бюл. №25]. Машины данного типа снижают фракционную и температурную сегрегацию. Однако введение в технологический процесс строительства дополнительной машины увеличивает стоимость производства работ и их энергоемкость.
Задачей изобретения является повышение однородности асфальтобетонной смеси новым способом и устройством, расположенным на асфальтоукладчике, что позволяет улучшить ее показатели удобоукладываемости и удобоуплотняемости, повысить качество укладываемого покрытия.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен технологический способ, включающий в себя первичную механическую обработку смеси шнеками, установленными в приемном бункере асфальтоукладчика, и вторичную обработку смеси на вибролотке, установленном после шнеков, с последующим поступлением к распределительным шнекам. В результате смесь активно перемешивается двумя способами, позволяющими значительно снизить температурную и фракционную сегрегацию.
В процессе виброобработки между частицами смеси постоянно происходит образование и разрушение структурных связей. В результате вибрационных воздействий крупные конгломераты распадаются на отдельные зерна с перераспределением битума по их поверхности. В результате асфальтобетонная смесь приобретает высокие технологические свойства (удобоукладываемость и удобоуплотняемость).
Заявляемый способ заключается в последовательной механической обработке смеси шнеками в приемном бункере асфальтоукладчика и дополнительной вибрационной обработке смеси на вибролотке, установленном после шнеков.
Использование нового технологического способа позволяет более интенсивно разрушить коагуляционные связи между зернами и обеспечить их равномерное распределение в объеме обрабатываемой смеси.
Устройство для реализации технологического способа повышения однородности асфальтобетонной смеси на асфальтоукладчике относится к дорожному строительству, а именно к устройствам для строительства асфальтобетонных покрытий, и предназначено для повышения качества (однородности) асфальтобетонных смесей и долговечности асфальтобетонного покрытия на стадии их укладки с использованием оборудования, расположенного на асфальтоукладчике.
Известно устройство непрерывного вибродомешивания средне-щебенистой асфальтобетонной смеси на месте строительства, включающее ходовую часть с силовой установкой, приемный бункер с питателем, вибробункер и распределитель готовой смеси [патент №2254988, МПК Е01С 19/22, В28В 11/00, опубл. 27.06.2005, Бюл. №18]. Авторы установили, что в результате виброобработки в течение 25-30 сек. улучшаются показатели удобоукладываемости и удобоуплотняемости асфальтобетонной смеси, что позволяет снизить энергозатраты на их уплотнение. Однако продолжительное перемешивание в вибробункере снижает его производительность, увеличивается продолжительность процесса доставки смеси до распределительного шнека и стоимость производства работ.
Наиболее близким к заявляемому устройству является асфальтоукладчик, содержащий ходовую часть, приемный бункер, питатель с четырьмя шнеками, расположенными параллельно оси движения машины, шнек для распределения асфальтобетонной смеси по ширине укладки и раму рабочих органов [патент US №6375386 B1, 404/17; 404/101; 404/108, МПК Е01С 11/00, В28В 11/00, опубл. 28.07.2000]. В установленных шнеках между витками могут быть установлены дополнительные лопасти, которые одновременно транспортируют и перемешивают смеси.
Недостатками данного устройства является частичное устранение температурной и фракционной сегрегации за счет разрушения больших кусков остывшей смеси до фракционных размеров зерен. Материал, находящийся между витками одного шнека, практически не смешивается со смесью, находящей в других шнеках, поэтому дальнейшее разрушение агрегатов смеси и их перемешивание не значительно и смесь остается мало однородной. Также в данном устройстве не производится активная обработка смеси, позволяющая улучшить ее технологические показатели перед уплотнением.
Задачей изобретения является создание универсального устройства, выполняющего одновременно функции питателя и смесителя, содержащего шнеки, расположенные в одной плоскости, параллельно оси машины, и вибрационный лоток, режимы работы и конструкции которых обеспечивают повышение однородности асфальтобетонной смеси и производят предварительную вибрационную обработку смеси перед ее распределением по ширине укладываемого слоя, улучшающую показатели удобоукладываемости и удобоуплотняемости смеси, повышают качество строительства покрытия.
max
max
max
Указанный технический результат достигается тем, что предложено устройство (питатель-смеситель асфальтоукладчика), содержащее несколько шнеков в бункере, при этом по краям винтовой поверхности шнеков установлены лопасти - побудители перемешивания, увеличивающие диаметр шнека на высоту побудителя h=(2-3)d и шириной b=(3-5)d (d - максимальный размер минерального заполнителя смеси), установленные через  шага шнека, а сами шнеки установлены таким образом, чтобы при вращении побудители одного шнека заходили в рабочую полость соседнего шнека в направлении, противоположном движению асфальтоукладчика шнеки наклонены вверх под углом β, а на выходе из зоны транспортирования и перемешивания смеси установлен вибрационный лоток, наклоненный вниз по ходу движения укладчика под углом α=5-14° к поверхности укладываемого слоя смеси в зависимости от требуемой производительности укладчика и типа смеси.
ш
Для эффективного перемешивания между шнеками полный диаметр шнека D, мм, определяется по формуле
ш
осн
D=D+2h,
осн
где D - основной диаметр шнека, мм, определяемый в зависимости от требуемой производительности асфальтоукладчика;
h - высота побудителя, мм.
о
о
осн
Межосевое расстояние между шнеками L равно основному диаметру шнека L=D.
ш
ш
ш
вл
Длина шнека L должна быть не менее L≥4D, длина вибрационного лотка L=(0,6-0,7)L, где L - общая длина питателя.
max
Днище бункера под шнеками выполнено рельефным, повторяющим траекторию движения побудителей для устранения «мертвых зон» между шнеками, при этом чтобы избежать заклинивания частиц минерального заполнителя, зазор между шнеком и днищем составляет m=(0,3-0,4)d.
Угол подъема шнеков β определяется углом наклона вибролотка α, длиной шнека и вибролотка по формуле
.
При вращении шнека его побудители заходят в зону действия соседнего шнека и забирают из нее асфальтобетонную смесь, в результате осуществляется не только разрушение образовавшихся конгломератов, но также их перемешивание, что позволяет устранить зерновую сегрегацию. Перемешав смесь, шнеки подают ее на вибролоток для дальнейшего увеличения однородности гранулометрического состава и температуры.
В процессе виброобработки между частицами смеси постоянно происходит образование и разрушение связей. За счет этого крупные агрегаты распадаются на отдельные зерна. Низкочастотное вибрирование смеси без пригруза создает эффект «кипящего» слоя [Давыдов В.Н. Изготовление изделий из асфальтобетонных смесей: Учебное пособие. - М.: Издательство АСВ, 2003. - 208 с.], в котором перемешивание происходит наиболее эффективно. В результате виброобработки асфальтобетонной смеси она приобретает высокие показатели удобоукладываемости и удобоуплотняемости.
Вибролоток совершает колебания с частотой в диапазоне 17-26 Гц, с амплитудой 0,8-1,43 мм в зависимости от типа укладываемой смеси, таблица 1 [Давыдов В.Н. Дополнительное виброперемешивание асфальтобетонных смесей перед их уплотнением - путь к снижению вяжущего и повышения качества асфальтового бетона в изделиях и покрытиях / Омский научный вестник, 2004, Вып. №1, с. 89-92] и наклонен вниз по ходу движения асфальтоукладчика под углом α=5-14° для обеспечения необходимой производительности подачи асфальтобетонной смеси.
Возможность достижения цели обеспечивается тем, что в предлагаемом способе (фиг. 1) изменена традиционная схема подачи асфальтобетонной смеси с целью повышения ее однородности.
После выгрузки смеси в бункер производится разрушение крупных агрегатов остывшей смеси и их перемешивание витками и побудителями шнеков, одновременно ее транспортирование и перемешивание между шнеками-побудителями, установленными на витках, что обеспечивает снижение фракционной и температурной сегрегации.
Далее со шнеков смесь попадает на вибрационный лоток, который совершает колебания с частотой и амплитудой в зависимости от типа укладываемой смеси (таблица 1) и наклонен вниз по ходу движения асфальтоукладчика под углом α=5-14° к поверхности укладываемого слоя смеси (в зависимости от производительности укладчика). Толщина слоя смеси на лотке регулируется заслонкой, установленной после шнека.
Под вибрационным воздействием асфальтобетонная смесь дополнительно подвергается интенсивному перемешиванию с разрушением агрегатов и перераспределением битума в объеме смеси, которая становится более однородной и пластичной. После виброобработки смесь поступает к распределительному шнеку.
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 2 схематично изображено устройство (питатель-смеситель асфальтоукладчика), общий вид, на фиг. 3 - схема расположения шнеков в приемном бункере (вид А), на фиг. 4 - схема расположения шнеков в приемном бункере (разрез Б), на фиг. 5 - схема направления вращения шнеков и их основные размеры, на фиг. 6 - схема вибролотка.
Устройство смонтировано на асфальтоукладчике 1 (фиг. 2), включающем в себя бункер, основную раму с ходовым оборудованием и силовой установкой, раму рабочих органов с распределительным шнеком и выглаживающей плитой.
Питатель-смеситель асфальтоукладчика (фиг. 2) состоит из корпуса приемного бункера 2, внутри которого размещены опоры 3 и 4 шнеков 5, привод их вращения 6, регулировочной заслонки 7, защитного козырька 8, вибролотка 9 (фиг. 6), установленного на гасителях колебаний 10 (например, пневмокамеры), вибровозбудителей 11, рамы поворотной 12 установленной на шарнире 13, и механизма регулирования угла наклона вибролотка 14 (например, гидроцилиндр). Над шнеками установлены ограничители 15 (фиг. 2, 3 и 4). Шнек включает в себя основную винтовую линию 16 и установленные на ней побудители-перемешиватели 17 (фиг. 4). На фиг. 1 изображены кузов автосамосвала 18 и распределительный шнек 19.
Принцип работы устройства заключается в следующем. В процессе выгрузки асфальтобетонной смеси из кузова автосамосвала в бункер асфальтоукладчика (фиг. 1) включается привод шнеков. Вращающиеся в противоположенном направлении (относительно друг друга) витки шнеков (фиг. 5) перемещают и разрушают крупные куски смеси, образовавшиеся в процессе транспортирования и остывания, побудители, установленные на витках, входя в зону действия соседнего шнека, производят перемешивание смеси, устраняя фракционную и температурную сегрегацию. Таким образом, конструкция и расположение шнеков обеспечивает перемешивание всего объема смеси, находящейся в бункере. Одновременно с перемешиванием смесь перемещается к вибролотку (фиг. 1). Попав на вибролоток, материал подвергается вибрационному воздействию в течении 10-15 сек (в зависимости от типа смеси) с частотой колебаний и амплитудой, значения которых приведены в таблице 1. Зерна смеси, обладая различными размерами и массой, получив импульсы вибрации, приобретают различные силы инерции, за счет которых двигаются с различными ускорениями и перемещениями, что приводит к разрушению структурных связей между частицами смеси. В результате виброперемешивания смесь приобретает фракционную и температурную однородность. Вместе с этим в смеси происходит перераспределение битума и минерального заполнителя, улучшается уплотняемость и качество асфальтобетонной смеси.
Непрерывность потока асфальтобетонной смеси к распределительному шнеку обеспечивается равенством скоростей перемещения смеси шнеками и в вибролотке.
Использование новых элементов питателя-смесителя асфальтоукладчика представлено последовательно установленными транспортирующими шнеками с побудителями, увеличивающими диаметр шнека и входящими в зону действия соседних шнеков, и вибрационного лотка, наклоненного к горизонтальной поверхности укладываемого слоя под углом α=5-14°, который совершает колебания с частотой 17-26 Гц и амплитудой 0,8-1,43 мм. Установлено, что виброобработка позволяет повысить прочность асфальтобетона на 30-60% при температуре 20°С и в 1,7-2 раза при температуре 50°С [Маслов А.Г. Научные основы и разработка поличастотных вибрационных машин для обработки и уплотнения асфальтобетонных и цементобетонных смесей. Автореф. дис. … доктора техн. наук. 05.05.04 / А.Г. Маслов: Харьковский гос. политехнический ун-т. Кременчугский филиал. - Кременчуг, 1994 г. - 51 с.].
Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить сегрегацию асфальтобетонной смеси оборудованием, расположенным на асфальтоукладчике, повысить прочность и долговечность асфальтобетонных покрытий.