СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ ДЛЯ ЩЕБЁНОЧНО-МАСТИЧНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF ASPHALT-MASTIC ASPHALT CONCRETE STABILIZING ADDITIVE PRODUCING (VERSIONS)

Изобретение относится к области дорожного строительства, в частности к стабилизирующим добавкам и способам их получения, используемым при производстве щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей (ЩМАС).
Основной целью применения стабилизирующих добавок является повышение толщины битумных пленок, обеспечивающих присутствие свободного (объемного) битума, и однородности щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей.
Стабилизирующее действие добавок проявляется в виде их способности гомогенизировать горячие асфальтобетонные смеси, то есть препятствовать сегрегации и отслоению (стеканию) битумного вяжущего при высоких технологических температурах. Вид и свойства применяемых добавок имеет большое значение для обеспечения требуемого содержания вяжущего и повышения качества смеси.
Стабилизирующая добавка, являющаяся компонентом ЩМАС, исключает стекание избыточного вяжущего из ЩМАС во время изготовления, транспортировки и укладки при изготовлении верхних слоев покрытий автомобильных дорог, аэродромов, площадей и т.д., оказывает стабилизирующее действие на ЩМАС, благодаря чему достигается устойчивость ее к расслоению.
Из уровня техники известны стабилизирующие добавки для производства щебеночно-мастичного асфальтобетона и способы их получения.
Известен способ получения стабилизирующей добавки для ЩМАС из вещества с волокнистой структурой - свободного целлюлозного волокна, включающий его нарезку и распушку (Смирнов В.Е. «Щебеночно-мастичный асфальтобетон три года в России, итоги», ж-л Автомобильные дороги, М., ЗАО «Издательство «Дороги», №1, с. 13).
Недостаток указанного способа заключается в том, что полученная стабилизирующая добавка из волокнистой целлюлозы имеет ленточную структуру и из-за высокого внутреннего трения обладает низкой сыпучестью, в результате чего происходит зависание стабилизирующей добавки в дозировочных емкостях и комкование в смесителе при изготовлении ЩМАС, что приводит к ее неоднородности и, как следствие, к снижению качества.
Известен гранулированный стабилизатор для щебеночно-мастичного асфальтобетона, содержащий гранулы из хризотиловых волокон разной длины при определенном соотношении масс. % (длиной от 0.4 мм до 8.00 мм), включающие парафиносодержащий материал и/или битуминозный материал. Волокна перемешивают с водой и спрессовывают в виде гранул на прессе.
При получении гранул с парафиносодержащим материалом и/или битуминозным материалом хризотиловые волокна тщательно с ним перемешивают и подают в экструдер (патент RU №39884, МПК С04В 26/26, С04В 30/02, опубл. 20.08.2004).
Недостатком указанного стабилизатора является избыточная прочность гранул, полученных в прессе и, как следствие, они не разрушаются при изготовлении смеси ЩМАС и не связывают свободный битум (связующее). Избыточная прочность является следствием гидратации хризотилового волокна водой (аналогично цементу с водой). Также избыточная прочность гранул препятствует равномерной пропитке хризотиловых волокон связующим, что негативно сказывается на их адгезии к компонентам ЩМАС и, следовательно, указывает на невозможность достижения заявленного технического результата.
Известна стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона (патент RU 2348662, МПК C08L 1/02, 08L 23/12, C04B 16/02, С04В 16/06), включающая в себя волокна целлюлозы, гранулы которой содержат окисленный атактический полипропилен при следующем соотношении, масс. %:
Волокна целлюлозы
70-95
Окисленный атактический полипропилен
5-30
2
4
Недостатком указанной добавки является невозможность ее использования при температуре смешения, укладки и уплотнения ЩМАС 150-170°С. Это обусловлено тем, что при нагреве до 150-170°С волокна целлюлозы, входящие в состав гранул, подвергаются термической деструкции, в результате качество стабилизирующей добавки не в полной мере отвечает требованиям технологии производства ЩМАС (термическая деструкция целлюлозы начинается при 150°С и приводит к выделению низкомолекулярных соединений Н, СН, СО, спирты, карбоновые к-ты, карбонильные производные и др., волокна рассыпаются в порошок и добавка прекращает стабилизирующее действие на ЩМАС). Кроме того, гранулы из целлюлозного волокна имеют недостаточную химическую стойкость, низкую механическую прочность волокон и склонны к ферментативному гидролизу (гниению), что отрицательно сказывается на долговечности дорожного полотна и физико-механических характеристиках щебеночно-мастичного асфальтобетона.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, является способ получения стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, включающий гранулирование, при котором в качестве вещества с волокнистой структурой используют волокнистый гидросиликат магния, который перед гранулированием смешивают с водой до влажности 60-80%, полученные гранулы структурируют на колеблющейся наклонной плоскости с последующей сушкой до влажности не более 2% (патент RU 2274617, МПК С04В 26/26, опубл. 20.04.2005 г.).
Существенным недостатком данного технического решения является повышенная прочность полученных гранул, в результате чего они не разрушаются в процессе приготовления щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси и значительная часть волокон не приходит в контакт с битумом, следовательно, не выполняется основная функция предотвращения стекания избыточного битума в процессе приготовления, транспортировки и укладки щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси.
Кроме того, указанный способ является энергозатратным по причине необходимости процесса сушки гранул после их структурирования.
Техническая задача, на решение которой направлены предлагаемые варианты изобретения, и достигаемый технический результат заключаются в разработке способов, обеспечивающих получение стабилизирующих добавок с:
- повышенной устойчивостью к расслаиванию асфальтобетонной смеси при транспортировке, погрузке, выгрузке;
- повышенной термостойкостью волокон;
- более высокой эффективностью укладки и уплотнения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, а также сниженной себестоимостью.
Предлагаемые технические решения разработаны для получения гранулированного стабилизатора из природного волокна хризотила 5 сорта (ТУ 5721-010-0281476-2001 ОАО «Ураласбест»).
Использование в качестве структурообразователя волокон природного хризотила обусловлено их трубчатой структурой и способностью делиться на множество тончайших волокон с высокой удельной поверхностью, что обеспечивает связывание избыточного битума в щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси.
Кроме того, хризотиловое волокно в гранулах выдерживает нагрев до 700°С и может вводиться в смесители асфальтобетонных смесей при любых температурах приготовления ЩМАС.
1 вариант. Для достижения заявленного технического результата способа получения стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона, включающего использование органического вяжущего, волокнистого структурообразователя, их смешение и грануляцию, согласно изобретению в качестве структурообразователя используют хризотиловое волокно, а в качестве вяжущего - водный раствор битумной эмульсии с парафиносодержащим компонентом, в качестве которого используют петролатумом при следующем соотношении, масс. %:
Хризотиловое волокно
70-90
Вяжущее
10-30,
при следующем соотношении компонентов вяжущего, масс. %:
Битум
20-30
Петролатум
20-30
Вода
40-60%.
При этом:
- длина хризотиловых волокон составляет 0.1-10.00 мм;
- смешение производят до равномерного распределения вяжущего в составе смеси;
- перед подачей готовой массы в пресс-гранулятор последнюю постоянно перемешивают;
- дополнительно готовые гранулы помещают на вибрационный грохот с последующим отделением фракций менее 2 мм;
- фракции размером менее 2 мм возвращают на грануляцию;
- влажность гранул составляет менее 3%.
Использование водного раствора битумной эмульсии позволяет существенно улучшить условия смешения и повысить однородность массы, что в конечном итоге обеспечивает качество конечного продукта. Кроме того, исключается операция смеси битума с петролатумом, так как битум и петролатум смешиваются на стадии приготовления эмульсии. Использование водного раствора битумной эмульсии позволяет сократить затраты на нагрев вяжущего и смесителя, так как смешение хризотилового волокна и битумной эмульсии проводится при температуре 15-25°С.
Наличие битума в добавке сокращает время смешения волокон хризотила и вяжущего, повышает адгезию между волокнами хризотила и компонентами ЩМАС, что значительно повышает качество структурообразователя, а в конечном итоге и ЩМАС.
Наличие парафиносодержащего компонента - петролатума снижает комкуемость гранул и повышает их сыпучесть, в конечном итоге значительно улучшает условия разгрузки, загрузки, дозирования стабилизирующей добавки при изготовлении ЩМАС.
Соотношение масс. % составляющих компонентов выбрано на основе проведенных опытно-промышленных испытаний ОАО «Ураласбест» и предприятиями, использующими щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси.
По результатам практической проверки было установлено, что содержание хризотилового волокна свыше 90% ухудшает процесс гранулирования в пресс-грануляторе по причине того, что масса теряет пластичность и выход гранул прекращается, а содержание хризотилового волокна менее 70% влечет увеличение себестоимости стабилизирующей добавки, так как вяжущее имеет наиболее высокую стоимость среди составляющих компонентов.
Снижение содержания вяжущего (битумной эмульсии) менее 10% ухудшает условия гранулирования в пресс-грануляторе, так как масса теряет пластичность и выход гранул прекращается, а увеличение содержания более 30% приводит к снижению механической прочности гранул и проблемам при транспортировке и загрузке, т.к. последние слипаются.
При включении битума в состав вяжущего свыше 30% значительно снижается производительность пресс-гранулятора, а при включении битума менее 20% значительно ухудшается пропитка волокон хризотила и, как следствие, адгезия волокон с компонентами ЩМАС.
При включении петролатума в состав вяжущего более 30% ухудшается адгезия волокон хризотила с компонентами ЩМАС, а при включении петролатума менее 20% значительно снижается производительность пресс-гранулятора.
Содержание воды в составе вяжущего свыше 60% приведет к переувлажнению гранул, что повлечет дополнительную сушку стабилизирующей добавки, а при содержании воды менее 40% приводит к увеличению себестоимости стабилизирующей добавки, так как вода заменяется более дорогими компонентами (битум, петролатум).
Использование пресс-гранулятора для получения гранул структурообразователя, по сравнению с прототипом, позволяет исключить стадию сушки гранул, т.к. избыточная влага испаряется в процессе гранулирования за счет разогрева массы в пресс-грануляторе, что исключает затраты на испарение влаги. Кроме того, улучшается однородность гранул, обеспечивается их одинаковая длина и диаметр, что улучшает точность дозирования и распределение гранул в смеси ЩМАС. Одинаковый диаметр обеспечивается профилированным отверстием матрицы пресс-гранулятора, а одинаковая длина гранул обеспечивается наличием ножа для обрезки готовых гранул с поверхности матрицы.
При присутствии гранул размерами менее 2 мм изменится объемный вес стабилизирующей добавки и, как результат, снизится точность дозирования при изготовлении ЩМАС.
При влажности гранул более 3% ухудшается адгезия волокон хризотила с компонентами ЩМАС, кроме того, увеличивается объемный вес стабилизирующей добавки и, как результат, снижение точности дозирования при изготовлении ЩМАС.
Сущность способа поясняется чертежом, где изображена предлагаемая схема получения стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона.
Осуществление предлагаемого способа поясняется чертежом, где изображена схема установки для получения стабилизирующей добавки (для всех трех вариантов способа).
Установка содержит смеситель 1. Ворошитель 2, пресс-гранулятор 3, вибрационный грохот 4, шнековый транспортер 5, элеватор 6.
Осуществляют предлагаемый способ (вариант 1) следующим образом.
В смеситель 1 загружают хризотиловое волокно, водную эмульсию битума и петролатума. После чего осуществляют смешение хризотилового волокна с водным раствором битумной эмульсии и петролатума до равномерного распределения вяжущего в волокне. Полученную однородную массу подают с помощью шнекового транспортера 5 и элеватора 6 в ворошитель 2, где происходит непрерывное перемешивание. После чего готовая масса подается в пресс-гранулятор 3. В пресс-грануляторе 3 однородного состава смесь вяжущего и структурообразователя проходит через профилированные отверстия матрицы, срезается ножом, что позволяет обеспечить одинаковую длину и толщину готовых гранул. При этом происходит испарение избыточной влаги, обусловленное трением массы в пресс-грануляторе. После чего гранулы перемещают на ленточный транспортер (не показан), с помощью которого передают на виброгрохот, где происходит их классификация, т.е. фракции размером 2 мм и более подают на упаковку, а остальные вновь возвращают в пресс-гранулятор 3.
2 вариант. Для достижения заявленного технического результата в способе получения стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона, включающем использование органического вяжущего, волокнистого структурообразователя, их смешение и грануляцию, согласно изобретению, в качестве структурообразователя используют хризотиловое волокно, а в качестве вяжущего используют смесь битума с петролатумом при температуре 120-140°С, при следующем соотношении, масс. %:
Хризотиловое волокно
70-90
Вяжущее
10-30,
при следующем соотношении компонентов вяжущего, масс. %:
Битум
40-60
Петролатум
40-60.
При этом:
- длина хризотиловых волокон составляет 0.1-10.00 мм;
- смешение производят до равномерного распределения вяжущего в составе смеси;
- перед подачей готовой массы в пресс-гранулятор последнюю постоянно перемешивают;
- дополнительно готовые гранулы помещают на вибрационный грохот с последующим отделением фракций менее 2 мм.;
- фракции размером менее 2 мм возвращают на грануляцию;
- влажность гранул составляет менее 3%.
Использование вяжущего при температуре 120-140°С обусловлено тем, что при данной температуре вяжущее имеет самую низкую вязкость и легко перемешивается с волокном.
Наличие парафиносодержащего компонента - петролатума снижает комкуемость гранул и повышает их сыпучесть, в конечном итоге улучшается работа дозирующих устройств завода по изготовлению ЩМАС и условия разгрузки добавки из тары у потребителя.
Соотношение масс. % составляющих компонентов выбрано на основе проведенных опытно-промышленных испытаний ОАО «Ураласбест» и предприятиями, использующими щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси.
По результатам практической проверки было установлено, что содержание хризотилового волокна свыше 90% ухудшает процесс гранулирования в пресс-грануляторе, так как масса теряет пластичность и выход гранул прекращается, а содержание хризотилового волокна менее 70% влечет увеличение себестоимости стабилизирующей добавки, так как вяжущее имеет наиболее высокую стоимость среди компонентов.
Снижение состава вяжущего «битум + петролатум» менее 10% ухудшает условия гранулирования в пресс-грануляторе, так как масса теряет пластичность и выход гранул прекращается, а увеличение состава более 30% приводит к снижению механической прочности гранул при транспортировке и загрузке, т.к. последние слипаются.
При содержании битума в составе вяжущего свыше 60% значительно снижается производительность пресс-гранулятора.
При содержании битума в составе вяжущего менее 40% значительно ухудшается пропитка волокон хризотила и, как следствие, адгезия волокон с компонентами ЩМАС.
При включении петролатума в состав вяжущего более 60% ухудшается адгезия волокон хризотила с компонентами ЩМАС.
При включении петролатума в состав вяжущего менее 40% значительно снижается производительность пресс-гранулятора.
Использование пресс-гранулятора для получения гранул структурообразователя, по сравнению с прототипом, позволяет улучшить однородность гранул, обеспечить их одинаковую длину и диаметр, что улучшает точность дозирования и распределение гранул в смеси ЩМАС. Одинаковый диаметр обеспечивается профилированным отверстием матрицы пресс-гранулятора, а одинаковая длина гранул обеспечивается наличием ножа для обрезки готовых гранул с поверхности матрицы.
При наличии гранул размерами менее 2 мм изменится объемный вес стабилизирующей добавки и, как результат, снижение точности дозирования при изготовлении ЩМАС. При влажности гранул более 3% ухудшается адгезия волокон хризотила с компонентами ЩМАС, кроме того, увеличивается объемный вес стабилизирующей добавки и, как результат, снижается точность дозирования при изготовлении ЩМАС.
Сущность способа поясняется чертежом, где изображена предлагаемая схема получения стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона.
Осуществляют предлагаемый способ следующим образом.
В смеситель 1 загружают хризотиловое волокно, смесь битума и петролатума при температуре 120-140°С. После чего осуществляют смешение хризотилового волокна с битумом и петролатумом до равномерного распределения вяжущего в волокне. Полученную однородную массу с помощью шнекового транспортера 5 и элеватора 6 подают в ворошитель 2, где осуществляют непрерывное перемешивание, после чего готовую однородную максу подают в пресс-гранулятор 3. В пресс-грануляторе 3 однородного состава смесь вяжущего и структурообразователя проходит через профилированные отверстия матрицы, срезается ножом, что позволяет обеспечить одинаковую длину и толщину готовых гранул. После чего гранулы перемещают на ленточный транспортер (не показан), с помощью которого передают на виброгрохот 4, где происходит их классификация, т.е. фракции размером 2 мм и более подают на упаковку, а остальные вновь возвращают в пресс-гранулятор 3.
3 вариант. Для достижения заявленного технического результата в способе получения стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона, включающем использование органического вяжущего, волокнистого структурообразователя, их смешение и грануляцию, согласно изобретению, в качестве структурообразователя используют хризотиловое волокно, а в качестве вяжущего смесь парафина с петролатумом при температуре 120-140°С, при следующем соотношении, масс. %:
Хризотиловое волокно
70-90
Вяжущее
10-30,
при следующем соотношении компонентов вяжущего, масс. %:
Парафин
40-60
Петролатум
40-60.
При этом:
- длина хризотиловых волокон составляет 0.1-10.00 мм;
- смешение производят до равномерного распределения вяжущего в составе смеси;
- перед подачей готовой массы в пресс-гранулятор последнюю постоянно перемешивают;
- дополнительно готовые гранулы помещают на вибрационный грохот с последующим отделением фракций менее 2 мм;
- фракции размером менее 2 мм возвращают на грануляцию;
- влажность гранул составляет менее 3%.
Использование вяжущего парафин + петролатум позволяет существенно улучшить условия смешения и повысить однородность массы, что в конечном итоге обеспечивает качество конечного продукта. Также это позволяет сократить затраты на нагрев, так как температура плавления парафина 50°С ниже температуры плавления битума 120-140°С.
Наличие парафина в добавке сокращает время смешения волокон хризотила и вяжущего, повышает адгезию между волокнами хризотила и компонентами ЩМАС, что значительно повышает качество структурообразователя, а в конечном итоге и ЩМАС.
Наличие парафиносодержащего компонента - петролатума снижает комкуемость гранул и повышает их сыпучесть, в конечном итоге улучшает работу дозирующих устройств завода по изготовлению ЩМАС и условия разгрузки добавки из тары у потребителя.
Соотношение масс. % составляющих компонентов выбрано на основе проведенных опытно-промышленных испытаний ОАО «Ураласбест» и предприятиями, использующими щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси.
По результатам практической проверки было установлено, что содержание хризотилового волокна свыше 90% ухудшает процесс гранулирования в пресс-грануляторе, так как масса теряет пластичность и выход гранул прекращается, а содержание хризотилового волокна менее 70% влечет повышение себестоимости стабилизирующей добавки, так как связующее имеет наиболее высокую стоимость среди компонентов.
Снижение состава вяжущего «парафин + петролатум» менее 10% ухудшает условия гранулирования в пресс-грануляторе, так как масса теряет пластичность и выход гранул прекращается, а увеличение его состава более 30% приводит к снижению механической прочности гранул при транспортировке и загрузке, т.к. последние слипаются.
При содержании парафина в составе вяжущего свыше 60% значительно снижается производительность пресс-гранулятора.
При содержании парафина менее 40% значительно ухудшается пропитка волокон хризотила и, как следствие, адгезия волокон с компонентами ЩМАС.
При включении петролатума в состав вяжущего более 60% ухудшается адгезия волокон хризотила с компонентами ЩМАС.
При включении петролатума в состав вяжущего менее 40% значительно снижается производительность пресс-гранулятора.
Использование пресс-гранулятора для получения гранул структурообразователя, по сравнению с прототипом, позволяет улучшить однородность гранул, обеспечить их одинаковую длину и диаметр, что улучшает точность дозирования и распределение гранул в смеси ЩМАС. Одинаковый диаметр обеспечивается профилированным отверстием матрицы пресс-гранулятора, а одинаковая длина гранул обеспечивается наличием ножа для обрезки готовых гранул с поверхности матрицы.
При наличии гранул размерами менее 2 мм изменяется объемный вес стабилизирующей добавки и, как результат, снижется точность дозирования при изготовлении ЩМАС. При влажности гранул более 3% ухудшается адгезия волокон хризотила с компонентами ЩМАС, кроме того, увеличивается объемный вес стабилизирующей добавки и, как результат, снижение точности дозирования при изготовлении ЩМАС. Содержание влаги менее 3% не оказывает влияния на свойства добавки.
Сущность способа поясняется чертежом.
Осуществляют предлагаемый способ следующим образом.
В смеситель 1 загружают хризотиловое волокно, смесь парафина и петролатума (показано стрелками) и осуществляют смешение хризотилового волокна с смесью парафина и петролатума до равномерного распределения вяжущего в волокне. Полученную однородную массу подают с помощью шнекового транспортера 5 и элеватора 6 в ворошитель 2, где проиводят непрерывное перемешивание, откуда готовая масса подается в пресс-гранулятор 3. В пресс-грануляторе 3 однородного состава смесь вяжущего и структурообразователя проходит через профилированные отверстия матрицы, срезается ножом, что позволяет обеспечить одинаковую длину и толщину готовых гранул. После чего гранулы перемещают на ленточный транспортер (не показан), с помощью которого передают на виброгрохот 4, где происходит их классификация, т.е. фракции размером 2 мм и более подают на упаковку, а остальные вновь возвращают в пресс-гранулятор 3.