СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АСФАЛЬТОВОЙ СМЕСИ
METHOD OF PRODUCING ASPHALT MIXTURE

Область техники
В целом, настоящее изобретение относится к способу и смесителю для получения асфальтовой смеси, предназначенной для последующего промежуточного хранения и последующей укладки в виде дорожного покрытия или подобного применения. В частности, настоящее изобретение относится к способу и смесителю для получения так называемой горячей асфальтовой смеси.
Уровень техники
В общем, асфальт представляет собой смесь каменного сырья/заполнителя и связующего вещества, которую применяют для получения верхнего слоя дорожного покрытия, связующего вещества дорожного покрытия и/или основного слоя дорожного покрытия, например, при постройке дорог, аэропортов, парковок и т.д. Традиционный способ получения так называемой горячей асфальтовой смеси включает нагревание заполнителя приблизительно до 160°C, после чего весь заполнитель помещают в смеситель, куда добавляют нагретое связующее вещество в жидком виде. После этого, асфальтовую смесь вымешивают при технологической температуре, составляющей приблизительно 160°C, до окончательной консистенции и направляют на промежуточное хранение и последующую укладку. В общем, традиционно, горячая асфальтовая смесь имеет улучшенные характеристики по сравнению с предпринимаемыми ранее попытками получения теплой асфальтовой смеси (температура получения приблизительно составляет 70-120°C) и так называемой холодной асфальтовой смеси (температура получения составляет ниже 70°C); тем не менее, для получения горячей асфальтовой смеси требуется большой расход энергии и, кроме того, во время ее получения и укладки выделяется большое количество оксидов азота и диоксида углерода, что приводит к опасным последствиям для окружающей среды и к ухудшению рабочей атмосферы для персонала, укладывающего асфальт.
Таким образом, в течение некоторого времени усилия были направлены на снижение температуры получения горячей асфальтовой смеси до некоторого минимума без снижения качества укладываемого асфальта, и, таким образом, усилия также были направлены на получение горячей асфальтовой смеси, имеющей характеристики, аналогичные характеристикам традиционной горячей асфальтовой смеси, изготовляемой приблизительно при 160°C.
В патентной публикации ЕР 1398351 В1 описан способ получения теплой и горячей асфальтовой смеси, в соответствии с которым весь заполнитель загружают в смеситель, к нагретому битуму добавляют вспениватель, представляющий собой полимеризованную жирную кислоту, после чего полученную смесь связующих веществ добавляют к заполнителю в виде пены. В патентной публикации US 2005/0018530 А1 описан способ получения асфальтовых смесей в нижнем диапазоне температур горячей асфальтовой смеси, в соответствии с которым заполнитель добавляют к асфальтовой смеси двумя порциями. В частности, первую порцию Высушенного заполнителя, по существу не содержащего мелкого материала, загружают в смеситель, после чего смесь нагревают и добавляют жидкий битум; затем влажный заполнитель, содержащий воду, песок и мелкий материал загружают в смеситель, после чего битум оставляют расширяться. Тем не менее, асфальтовые смеси, получаемые в соответствии с рассмотренными методиками, имеют свои минусы. Самый Серьезный недостаток состоит в том, что наполнитель, указанный в публикации ЕР, и мелкий материал, указанный в публикации US, поглощают большое количество битума/битумной смеси, поскольку наполнитель содержится в асфальтовой смеси при вспенивании/расширении битума/битумной смеси. При укладке такой асфальтовой смеси на дорогу, пропорционально меньшее количество битума/битумной смеси будет связываться с камнем заполнителя, и пропорционально большее количество битума/битумной смеси будет связываться с мелким материалом или наполнителем. При использовании уложенного асфальта, битум/битумная смесь, связанная с мелким материалом или наполнителем, будет подвергаться повышенному риску быстрого удаления из асфальта. Таким образом, указанные выше способы не обеспечивают получения горячей асфальтовой смеси, имеющей характеристики, аналогичные характеристикам традиционной горячей асфальтовой смеси, например, в отношении долговечности, адгезионных свойств и т.д.
Задачи изобретения
Задачи настоящего изобретения состоят в устранении вышеуказанных недостатков и проблем, связанных с известными способами получения асфальтовых смесей, и предоставлении улучшенного способа. Главная задача настоящего изобретения состоит в предоставлении улучшенного способа получения асфальтовой смеси, рассмотренной выше, который включает получение асфальтовой смеси в диапазоне нижнего предела температуры горячей асфальтовой смеси, имеющей характеристики, аналогичные или улучшенные по сравнению с характеристиками традиционной горячей асфальтовой смеси, например, повышенную долговечность, адгезионные свойства, отсутствие полостей, жесткость/ударопрочность и т.д. уложенного асфальта.
Другая задача настоящего изобретения состоит в предоставлении способа, при осуществлении которого выделяется меньшее количество дымов и неприятных запахов за счет снижения выбросов пыли.
Другая задача настоящего изобретения состоит в предоставлении способа, наносящего меньший ущерб окружающей среде и позволяющего улучшить рабочую зону для персонала, за счет снижения потребления энергии и снижения выбросов диоксида углерода и оксидов азота.
Еще одна задача настоящего изобретения состоит в предоставлении способа, обеспечивающего получение асфальтовой смеси, более легкой в обработке, как в отношении получения, так и в отношении укладки.
Согласно изобретению, по меньшей мере главная задача решена посредством применения описанного способа, который отличается тем, что включает следующие операции: загрузку в смеситель высушенного заполнителя, включающего каменное сырье, по существу не содержащее наполнителя; затем загрузку вспененной смеси связующих веществ в смеситель, который содержит высушенный заполнитель; при этом смесь связующих веществ вспенивается при выходе из камеры предварительного вспенивания и ее загружают в смеситель; после чего указанные заполнитель и вспененную смесь связующих веществ смешивают, и затем в смеситель загружают наполнитель; после чего выполняют окончательное смешивание асфальтовой смеси.
Таким образом, настоящее изобретение основано на том факте, что при изготовлении асфальта из асфальтовой смеси, важно, чтобы смесь связующих веществ связывалась со камнем заполнителя в слоях/покрытиях, имеющих значительную толщину, еще до добавления в асфальтовую смесь наполнителя, обладающего высокой абсорбирующей способностью.
Предпочтительные воплощения настоящего изобретения дополнительно определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предпочтительно смесь связующих веществ включает битум, добавку, улучшающую сцепление, представляющую собой жирную кислоту, и вспениватель, представляющий собой воду, что позволяет получать прочную и долго сохраняющуюся пену, что приводит к получению легкой в обработке асфальтовой смеси, которая связывается со камнем заполнителя с образованием слоев значительной толщины перед добавлением наполнителя.
Другие преимущества и особенности изобретения рассмотрены в других зависимых пунктах формулы изобретения, а также в изложенном ниже описании предпочтительных воплощений изобретения.
Краткое описание чертежей
Более полное понимание рассмотренных выше и других преимуществ и особенностей настоящего изобретения может быть получено после рассмотрения других зависимых пунктов формулы изобретения, а также изложенного ниже описания предпочтительных примеров осуществления, сопровождаемого прилагаемыми чертежами.
На Фиг.1 схематически показан вид сбоку смесителя согласно изобретению, а также некоторых деталей установки для смешивания асфальта.
На Фиг, 2 схематически показан в увеличенном виде вид сверху смесителя, представленного на Фиг.1.
Подробное описание предпочтительных воплощений изобретения
Сначала обратимся к Фиг.1.
Асфальтовая смесь по большей части состоит из заполнителя 1, или каменного сырья, обычно составляющего до по меньшей мере 80% масс., предпочтительно приблизительно 90% масс., от общей массы асфальтовой смеси.
Заполнитель дополнительно может быть разделен на разные фракции или классы крупности, частично на фракции, включающие наполнитель, песок и камень, например, 0-2, 0-4, 0-8, 0-11, 0-16 и 0-22, частично на фракции, которые по существу включают только песок и Камень, например, 4-8, 8-11, 11-16 и 16-22. Указанные цифры представляют собой размеры отверстий, выраженные в миллиметрах, отверстия в сите через которые проходят частицы заполнителя, и через которые частицы заполнителя не проходят, соответственно. Количество заполнителя соответствующей фракции в основном определяется конечным применением конкретной асфальтовой смеси, т.е. местом и использованием готового уложенного асфальта. В обычной асфальтовой смеси приблизительно половину заполнителя составляют фракции, включающие наполнитель, например, 0-4 и 0-8, и остаток составляют фракции, по существу не содержащие наполнителя, например, 4-8, 8-11 и 11-16.
Каждую фракцию заполнителя 1 хранят в специальном бункере 2 для исходного материала, два из которых показаны на фигурах. Вначале изготовления новой партии асфальтовой смеси, заранее определенное количество заполнителя 1 загружают из соответствующего бункера 2 для исходного материала на конвейерную ленту или подобное устройство, при помощи которого заполнитель направляют в сушилку 3. В показанном воплощении изобретения, сушилка 3 представляет собой противоточную вращающуюся сушилку, имеющую небольшой уклон вниз, которая, находясь в рабочем режиме, вращается. Заполнитель 1 загружают в первую верхнюю концевую часть сушилки 3, и он самопроизвольно выгружается из ее второй нижней концевой части, благодаря вращению противоточной вращающейся сушилки. В сушилке 3 заполнитель 1 нагревают до температуры, составляющей от 100 до 130°C, предпочтительно приблизительно 120°C, в результате чего происходит сушка заполнителя 1.
В сушилке 3, наряду с другими воздействиями, заполнитель 1 "разбрасывается" в виде завесы материала через поток тепла, генерируемый источником тепла, находящимся в сушилке 3. В завесе из заполнителя, от заполнителя 1 отделяют влагу и дымовой газ, которые покидают сушилку 3 через дымоход 4, расположенный в первой верхней концевой части сушилки 3. На протяжении дымохода 4 расположен сепаратор 5, включающий фильтр (не показан). В сепараторе 5 собирают наполнитель 6, который направляют в бункер 7 для наполнителя, а влагу и дымовые газы фильтруют и направляют в атмосферу через дымовую трубу 8. Кроме того, заполнитель, по существу не содержащий наполнителя, дополнительно нагревают до достижения указанной выше требуемой температуры.
Нагретый заполнитель, состоящий из каменного сырья, по существу не содержащего наполнителя, затем транспортируют с помощью элеватора 9 или подобного устройства, в бункер 10 для заполнителя. Бункер 10 для заполнителя может иметь конструкцию, позволяющую снова разделять нагретый заполнитель на различные фракции, т.е. помещать его в различные секции бункера 10 для заполнителя, как показано на Фиг.1, или бункер может иметь конструкцию, включающую только одну секцию. Конструкция бункера 10 для заполнителя позволяет просеивать заполнитель через ряд сит с постепенно уменьшающимся диаметром отверстий, так что частицы заполнителя, имеющие определенный размер, проходят через одно сито, но не проходят через следующее, и затем их направляют в секцию бункера 10 для заполнителя, предназначенную для частиц соответствующих размеров или фракции. Таким образом, самая мелкая фракция собирается в крайней левой секции бункера 10 для заполнителя, показанного на Фиг.1, а самая крупная фракция собирается в крайней правой секции бункера 10 для заполнителя, показанного на Фиг.1. Наполнитель 6 обычно представлен частицами, размер которых составляет менее 0,063 миллиметра; тем не менее, способ согласно изобретению позволяет включать в наполнитель 6 и более крупные частицы, например, менее 0,08 миллиметра. Кроме того, песок и камень представляют собой ту часть заполнителя, размеры частиц которой превышают размеры частиц наполнителя и обычно составляют менее 22 миллиметров, и которая выше названа камнем. Следует отметить, что для осуществления изобретения особенно важно то, что наполнитель 6 предпочтительно включает пыль, которую отделяют от заполнителя 1 во время нагревания/сушки.
Второй существенный компонент асфальтовой смеси представляет собой смесь связующих веществ, связывающую заполнитель в готовом асфальте. Количество смеси связующих веществ в асфальтовой смеси, как и количество заполнителя 1, зависит от предполагаемого использования готового асфальта и составляет от 3 до 10% масс., предпочтительно приблизительно 5-7% масс. от общей массы асфальтовой смеси.
Согласно предпочтительному воплощению изобретения, смесь связующих веществ включает связующее вещество, добавку, улучшающую сцепление, и вспениватель.
Получение смеси связующих веществ включает следующие операции: транспортировку связующего вещества через трубопровод 11 в камеру 12 предварительного вспенивания. Затем добавку, улучшающую сцепление, добавляют к связующему веществу через трубопровод 13, присоединенный к трубопроводу 11 для связующего вещества, после чего смесь связующего вещества и добавки, улучшающей сцепление, загружают в камеру 12 предварительного вспенивания. Затем вспениватель непосредственно загружают в камеру 12 предварительного вспенивания через трубопровод 14, где производят смешивание связующего вещества и добавки, улучшающей сцепление. Связующее вещество нагревают до температуры, составляющей от 130 до 200°C, предпочтительно 180°C, и затем смешивают с добавкой, улучшающей сцепление, в трубопроводе 11. Добавка, улучшающая сцепление, и вспениватель предпочтительно могут иметь ту же температуру, что и окружающая среда, что облегчает их обработку.
Связующее вещество предпочтительно содержит битум, который, например, может быть извлечен из сырой нефти или природного битума, или может быть получен любым другим способом, известным в данной области техники, или может состоять из смеси битумов. Предпочтительно, вместо эмульсионного связующего вещества и связующего вещества, регулирующего вязкость, которые традиционно применяют для получения холодного и теплого асфальта, соответственно, используют битум, классифицируемый по пенетрации (penetration bitumen).
Один из параметров классификации битума или битумов разных типов или соединений битума представляет собой так называемую пенетрацию. Как уже отмечалось выше, битумы различных классов используют для разных целей и типов применения в сочетании с различными смесями заполнителя. Число пенетрации битума для конкретного типа битума измеряют, вводя в испытуемый образец битума иглу при определенном надавливании в течение определенного периода времени при определенной температуре и измеряя глубину проникновения иглы в десятых миллиметра, дмм. Обычно применяют битум, число пенетрации которого составляет от 50 до 430 дмм. Часто используемый сорт битума имеет число пенетрации битума, составляющее 160-220 дмм.
Добавка, улучшающая сцепление, которую добавляют в смесь связующих веществ, составляет по меньшей мере 0,6% масс. от общей массы смеси связующих веществ и включает жирную кислоту, например, жирную кислоту пихтового масла. Вспениватель, добавляемый в смесь связующих веществ, составляет от 1 до 10% масс., предпочтительно 4-5% масс. от общей массы смеси связующих веществ.
Теперь, в соответствии с описанием способа получения асфальтовой смеси согласно изобретению, обратимся к Фиг.2.
Способ согласно изобретению включает следующие операции: загрузку в смеситель 15 заполнителя, включающего каменное сырье и по существу не содержащего наполнителя. Заполнитель, например, составляют из заранее определенных количеств каждой фракции заполнителя, которые в промежутках между операциями обработки хранятся в бункере 10 для заполнителя, после чего заполнитель подвергают сухому смешиванию, получая гомогенную смесь заполнителя. Согласно одному из воплощений изобретения, сухое смешивание выполняют в течение трех секунд. Затем вспененную смесь связующих веществ загружают в смеситель 15, где заполнитель и вспененную смесь связующих веществ перемешивают, получая слои смеси связующих веществ, имеющие значительную толщину, на каждом камне/частице заполнителя. Согласно одному из воплощений изобретения, загрузку вспененной смеси связующих веществ и ее смешивание с заполнителем выполняют в течение четырех секунд. Затем в смеситель загружают наполнитель 6, после чего выполняют окончательное смешивание асфальтовой смеси, получая гомогенную асфальтовую смесь. Согласно одному из воплощений изобретения, загрузку наполнителя 6 выполняют в течение 2 секунд, окончательное мокрое смешивание выполняют в течение шестнадцати секунд. Приведенные выше временные интервалы представляют собой примеры обработки партии асфальтовой смеси, получаемой в смесителе 15, рассчитанном на 2,5-5 тонн асфальтовой смеси. Температура обработки в смесителе во время изготовления смеси предпочтительно составляет от 100 до 120°C, более предпочтительно приблизительно 110°C. Следует отметить, что этот способ приводит к получению горячей асфальтовой смеси, и, в соответствии с принятыми в настоящее время определениями, применяемые температуры находятся на границе получения теплой и горячей асфальтовой смеси.
На Фиг.1 показано, что под бункером 10 для заполнителя расположено взвешивающее устройство 10а для заполнителя, определяющее количества соответствующих фракций заполнителя, загружаемых в смеситель 15.
5
5
При нахождении в камере 12 предварительного вспенивания смесь связующих веществ находится в жидком состоянии. При загрузке смеси связующих веществ в смеситель 15, ее распыляют под давлением через сопло 16 в смеситель 15, например, под давлением 3-6 бар (3·10-6·10 Па). При достижении смесью связующих веществ атмосферного давления, при котором обычно работает смеситель для асфальтовой смеси, смесь связующих веществ расширяется приблизительно в 20 раз, соответственно, создавая пену, которая со временем, по мере испарения вспенивателя, оседает. Смесь связующих веществ предпочтительно остается, по меньшей мере частично, во вспененном состоянии на протяжении большей части продолжительности перемешивания.
Вспененная смесь связующих веществ имеет ряд преимуществ перед жидкими смесями связующих веществ, поскольку она временно повышает объем и снижает вязкость, что облегчает смешивание смеси связующих веществ с заполнителем и обеспечивает более равномерное распределение заполнителя. Это позволяет получать улучшенное покрытие заполнителя смесью связующих веществ при более низком потреблении энергии. В частности, в соответствии со способом согласно изобретению, связующее вещество превращают в пену, добавляя вспениватель. Вспениватель может представлять собой любой материал или смесь материалов, которые способны вспенивать нагретое связующее вещество. Способность вспенивателя расширяться при нагревании выше его температуры кипения является очень важным свойством; вспениватель предпочтительно состоит из воды. Доля вспенивателя в смеси связующих веществ уменьшается/он испаряется во время получения и укладки асфальта, и после завершения укладки непосредственно получают удовлетворительное дорожное покрытие, не нуждающееся в дополнительном отверждении. Тем не менее, следует отметить, что готовый асфальт может включать и действительно включает некоторое количество вспенивателя.
Задача добавки, улучшающей сцепление, прежде всего, состоит в отделении вспенивателя от камня заполнителя с целью получения лучшего сцепления/адгезии между связующим веществом и заполнителем.
Таким образом, было показано, что добавка, улучшающая сцепление, также обеспечивает более длительный период времени до начала усадки пены, образуемой смесью связующих веществ. Кроме того, добавка, улучшающая сцепление, оказывает смазывающее действие на асфальтовую смесь, как при ее изготовлении в смесителе 15, так и при укладке асфальтовой смеси. Таким образом, благодаря добавке, улучшающей сцепление, и вспенивателю, асфальтовая смесь приобретает хорошие технологические характеристики, т.е. легкость утрамбовывания после укладки, несмотря на то, что температура укладки составляет менее 100°C, предпочтительно от 80 до 100°C.
Наполнитель 6, который добавляют в асфальтовую смесь после добавления вспененной смеси связующих веществ, предпочтительно составляет от 3 до 8% масс. от общей массы асфальтовой смеси. Наполнитель 6, загружаемый в смеситель 15 во время изготовления смеси, по меньшей мере частично состоит из того же материала, что и заполнитель, обычно гранита или подобного ему материала, и также может включать другой материал. Например, при использовании так называемого обогащенного камнем заполнителя, от которого при проведении операции нагревания может быть отделено небольшое количество наполнителя, может потребоваться добавление некоторого количества известнякового наполнителя в наполнитель 6, который загружают в смеситель 15. Известняковый наполнитель традиционно может составлять не более 50% наполнителя 6, загружаемого в смеситель 15. Другие добавки, вводимые в наполнитель 6, загружаемый в смеситель 15, могут представлять собой целлюлозный наполнитель, который предпочтительно составляет не более 1% масс. от общей массы асфальтовой смеси.
Преимущество добавления наполнителя 6 после смешивания вспененной смеси связующих веществ и заполнителя, по существу не содержащего наполнителя, состоит в получении на каждом камне заполнителя слоев/покрытия связующего вещества значительной толщины, после чего наполнитель 6 поступает в эти слои и абсорбирует часть смеси связующих веществ, не связанной с камнем заполнителя. Это позволяет получать плотное асфальтовое покрытие, внутрь которого не проникает дождевая вода, которая разрывает асфальт или вымывает связующее вещество. Способ изготовления асфальтовой смеси согласно изобретению обеспечивает получение утрамбованного асфальта с содержанием полостей, приблизительно составляющим 3%.
Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что, как было показано, при добавлении повторно используемого асфальта в изготовляемую асфальтовую смесь, не требуется, в отличие от обычной практики, повышение температуры обработки в смесителе 15.
В смесителе 15 согласно изобретению имеется по меньшей мере один вал 17 смесителя, на котором установлены лопасти или лопатки 18. Предпочтительно смеситель 15 согласно изобретению включает два параллельных взаимодействующих друг с другом вала 17 смесителя, вращающихся независимо и установленных в держателе 19, находящемся в смесителе 15, которые могут вращаться в противоположных направлениях. В частности, валы 17 смесителя вращаются таким образом, что асфальтовая смесь перемешивается в направлении снаружи внутрь и сверху вниз. Каждый вал 17 смесителя предпочтительно включает восемь лопастей 18, расположенных попарно, и лопасти 18 каждой пары расположены на валу 17 смесителя диаметрально противоположно друг другу. Каждый из валов 17 смесителя расположен на таком уровне в держателе 19, что большая часть объема обрабатываемой асфальтовой смеси находится выше, а не ниже вала 17 смесителя. Для этого, лопасти 18 имеют активную несущую поверхность 20, осевая длина которой в поперечном направлении к валу 17 смесителя в 1,5-4 раза превышает ее ширину. Каждая из несущих поверхностей 20 предпочтительно направлена в радиальном направлении наружу от вала 17 смесителя и предпочтительно имеет одинаковую форму поперечного сечения по всей длине. Как показано на Фиг.2, несущая поверхность, имеющая указанное поперечное сечение, предпочтительно включает плоскую часть, которая по существу параллельна валу 17 смесителя, и часть, изогнутую в направлении, противоположном направлению вращения R вала 17 смесителя. Таким образом, свободный внешний край каждой лопасти 18 изогнут в виде лопатки. В отличие от смесителей существующего уровня техники, которые просто "месят" асфальтовую смесь, смеситель согласно изобретению "поднимает и закручивает" асфальтовую смесь.
Возможные модификации изобретения
Изобретение не ограничено описанными выше и показанными на изображениях воплощениями, которые приведены исключительно в иллюстративных целях. Настоящая патентная заявка включает все модификации и варианты предпочтительных воплощений, рассмотренных в описании, и, таким образом, настоящее изобретение ограничено прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами. Таким образом, Оборудование может быть подвергнуто любой модификации, если она включена в объем настоящего изобретения.
Например, кроме добавок, указанных в описании, смесь связующих веществ может включать другие добавки, например, воски, позволяющие получать более жесткую асфальтовую смесь.
Также следует отметить, что вся информация, касающаяся терминологии, например, нижний, верхний и т.д., относится к оборудованию, ориентация которого совпадает с ориентацией, представленной на фигурах для наглядности. Таким образом, приведенные термины указывают только на взаимную ориентацию устройств в показанных примерах осуществления, которая может быть изменена, если оборудование согласно изобретению имеет другую конструкцию.
Также следует отметить, что, даже если не указано, что элементы конкретного примера осуществления могут быть использованы в сочетании с элементами другого примера осуществления, такое сочетание, тем не менее, может быть реализовано, если это возможно.