Производство асфальтовых бетонов

Битумы бывают природные  и нефтяные. Природные являются продуктом  естественного видоизменения нефти. Они встречаются иногда в чистом виде, образуя озера, в виде твердых скоплений – асфальтитов, но чаще пропитывают горные породы – известняки, доломиты, песчаники. Содержание битума в них 10-80%. Из этих пород битум получают путем экстрагирования с помощью различных растворителей.

В основном применяют  нефтяные битумы. Их стоимость в 5-6 раз  ниже природных.

По способу получения  нефтяные битумы делят на :

- остаточные (остаток  после отгонки из нефти бензина,  керосина и части масел);

- окисление (нефтяные  остатки окисляют кислородом воздуха в конвекторах периодического или непрерывного действия или в трубчатых реакторах, называемые окислительными колонками;.

Кроме указанных компонентов  в процессе приготовления асфальтобетонной массы иногда добавляют ПАВ, улучшающие качество готового асфальтобетона. Эти вещества позволяют удлинить сроки строительного сезона, облегчить технологические операции и увеличить долговечность материала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технология  производства асфальтового бетона  

2.1. Общие сведения 

Производство асфальтобетонной массы осуществляется на специальных заводах: стационарных и временных. Стационарный асфальтобетонный завод (АБЗ) выпускает массу в больших количествах и предназначен для строительства асфальтобетонных покрытий на крупных строительных объектах, работы на которых выполняют в течение нескольких лет, например АБЗ для строительства городских дорожных покрытий. Временные АБЗ предназначены для обслуживания асфальтобетонной массой небольших объектов или крупных, но сильно растянутых в одном направлении, — магистральных автомобильных дорог и др.

Заводы по производству асфальтобетонной массы относятся  к высокомеханизированным предприятиям. На современных заводах достигнута полная механизация и автоматизация  основных технологических операций. В состав завода входят: смесительный цех, машины и оборудование которого предназначены для приготовления асфальтобетонной массы, дробильно-сортировочный цех для изготовления щебня, помольный цех для изготовления минерального порошка, цех битумного хозяйства, энергосиловое и паросиловое отделения, складское хозяйство, ремонтно-механические мастерские и лаборатория при отделе технического контроля качества.

Известно, что одним  из важнейших компонентов асфальтобетонной смеси является минеральный порошок, без которого невозможно получить асфальтобетон, отвечающий требованиям ГОСТа. Для получения минерального порошка используется часть песчаной фракции минерального состава асфальтобетонной смеси, предварительно прошедшей через сушильный барабан, затем измельченной в мельнице, и поданной через накопительный бункер в смеситель.

На листе 1 показана технологическая  схема производства асфальтобетонной смеси.

Основная операция технологии — смешение исходных и подготовленных материалов, принимаемых в определенных количествах по проектному составу. Температура выпускаемой из смесительного аппарата массы 150—180°С или ниже у теплых и холодных масс. Иногда в состав асфальтобетонной массы одновременно с битумом вводят поверхностно-активную добавку, дозируемую с помощью специального дозатора.

Наиболее часто используют лопастные смесители. Быстрое перемешивание  в смесителях этого типа достигается  при турбулентно-вращательном движении массы за счет повышенной частоты  вращения валов лопастей мешалки  — до 200 об/мин. Облегчает и ускоряет перемешивание песчаной асфальтобетонной массы предварительное активирование минерального порошка или введение активных добавок в смеситель в период перемешивания. При производстве асфальтобетонной смеси используют ковшовые конвейеры (данный конвейер указан на листе 2). Их применяют для подъема материалов по вертикали на высоту до 50 м. На бесконечной цепи установленной на двух звездочках, ведущей и ведомой, или бесконечной ленте, установленной на двух барабанах, закрепляют рабочие органы – ковши. На таких элеваторах можно транспортировать как сыпучие, так и кусковые материалы. Сыпучие и мелкокусковые материалы загружают предварительно в загрузочный башмак, из которого его забирают ковши. Крупнокусковые материалы необходимо подавать непосредственно в ковши.

Элеваторы бывают быстроходные (со скоростью тягового органа 1,25-2,0 м/с) и тихоходные (со скоростью 0,4 – 1.0 м/с).

В этих элеваторах используют ковши с цилиндрическими днищами (указан на листе 2 рис. б) и остроугольные с бортовыми направляющими.

Ковши с цилиндрическими днищами для транспортирования сухих материалов (земли, песка, мелкого каменного угля) и мелкими для транспортирования плохо высыпающихся материалов (влажного песка, молотого гипса, извести, цемента).

Остроугольные ковши  с бортовыми направляющими применяют для транспортирования абразивных и кусковых насыпных материалов.

Чтобы не остудить асфальтобетонную массу в пути следования к месту  ее укладки, кузов автомобиля-самосвала  рекомендуется покрывать брезентом, деревянными щитами и др.

Укладывают горячую массу механическими укладчиками. Чем выше температура воздуха и лучше участок защищен от ветра, тем больше длина укладываемой полосы. Так, например, при температуре более +25°С и хорошей защите от ветра длина полос составляет 100—200 м, при +5—10°С она составляет 25—60 м. Самый распространенный способ уплотнения горячей массы при больших масштабах строительства дорожных покрытий — укатка катками (статического действия, вибрационными, пневмоколесными), а в помещениях — площадочными вибраторами. Первичное уплотнение уложенного слоя производится трамбующим брусом асфальтоукладчика. Монолитный асфальтобетон в покрытии должен удовлетворять определенным техническим требованиям.

Реальные свойства асфальтобетона не остаются постоянными, так как  внешние условия могут быстро изменяться, а вместе с ними должны изменяться и свойства покрытия из асфальтового бетона.   При обычной температуре (20—25°С) четко проявляются упруго- и эластичновязкие его свойства, при повышенных температурах — вязкопластические, а при пониженных, отрицательных температурах асфальтобетон становится упругохрупким телом. Но он чувствительно реагирует не только на колебания температуры (t°), но также на изменение скорости (v) приложения механических усилий (нагрузки) или скорости деформирования. Чем выше значения v, тем при более высоких напряжениях разрушается асфальтобетон.

В производственных работах  обычно механическую прочность асфальтобетона характеризуют пределом прочности  при сжатии стандартных образцов, испытанных при заданных температуре и скорости приложения нагрузки. При одноосном сжатии предел прочности асфальтобетона определяют на цилиндрических образцах, размерами (диаметр и высота) 50,5×50,5 или 71,4×71,4 мм (в зависимости от крупности минерального заполнителя). Испытания проводят при температурах 20, 50°С и скорости приложения нагрузки, равной 3 мм/мин.

При температуре 20°С предел прочности при сжатии асфальтобетона составляет около 2,5 МПа, а при растяжении — в 6—8 раз меньше. С понижением температуры предел прочности при сжатии возрастает (до 15—20 МПа при -15°С), а с повышением — снижается (до 1,0—1,2 МПа при +50°С).

Из других технических  характеристик следует отметить износостойкость и водостойкость. Износостойкость определяют по потере массы образцов, испытываемых на кругах истирания или в барабанах (с определением износа). Горячий асфальтобетон в дорожных покрытиях изнашивается в пределах 0,2—1,5 мм в год. Водостойкость характеризуют величиной набухания и коэффициентом водостойкости, равным отношению пределов прочности при сжатии образцов в водонасыщенном и сухом состояниях при температуре 20°С. Он должен быть в пределах 0,6—0,9; величина набухания в воде не более 0,5% (по объему).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет основных  параметров оборудования при  производстве асфальтового бетона  

4.1. Расчет ширины уступа площадок  карьера 

Строительные и дорожные машины в процессе работы взаимодействуют  с грунтом, естественными каменными  и скальными материалами и  породами или искусственными строительными материалами, обеспечивая при этом отделение разрабатываемой среды от массива, ее резание, копание или зачерпывание.

Основой сырья для  производства асфальтобетонов, строительства  оснований автомобильных дорог  являются традиционные изотропные горные породы - граниты, базальты, песчаники, известняки и т.д., месторождения которых имеют ограниченное распространение.

В нашей стране сырьевые материалы для производства асфальтового бетона добывают в карьерах открытым способом.

Определим текущий коэффициент вскрыши kв, если слой полезного ископаемого постоянной мощности залегает горизонтально и его разрабатывают одним уступом, имеющим высоту 13,9 м, а покрывающие породы, залегающие также слоем постоянной мощности разрабатывают двумя способами подступами высотой соответственно 19,2 м и 7,4 м.

Рис.1 Схема уступов в карьере

Так как текущий коэффициент  вскрыши определяют за конкретный отрезок  времени t, например, за месяц то за этот же период находят объемы вскрышных Q₁ и добычных Q₂ работ. По мере продвижения вскрышного забоя А₁ на расстояние L₁добыча полезного ископаемого забоем а₂ продвинется также на расстояние L₁ а фронт работ будет постепенно подвигаться в направлении границы карьера со средними скоростями (в м/месяц)   и  . При постоянных значениях высоты уступов и подуступов (в м³) получим

  ,

а так как вскрышные  и добычные работы ведут одновременно, то скорости производств равны:

При этом условии определим  коэффициент вскрыши (в м³/м³)

  (1)

при  =19,2 м,  =7,4 м, Н₂ =13,9 м,   м³/м³

При мощности уступа добываемой породы 13,9 (число и мощности уступов пустой породы 19,2 м и 7,4 м коэффициент вскрыши составит 1,91 м³/м³.

4.2. Расчет основных  размеров параметров работы экскаваторов  

Одноковшовые экскаваторы  используют для выполнения наиболее тяжелых и трудоемких работ, связанных с копанием грунта, т. е. с отрывом части его от целого массива, с перемещением порции грунта в ковше на небольшое расстояние путем поворота платформы и с погрузкой его в транспортные средства.

Определим длину стрелы, теоретическую и эксплуатационную производительность и основные размеры ковша для экскаватора ЭКГ – 3,2 при разработке грунта – мелкий гравий, вид ковша – драглайн с зубьями, работа в отвал, угол поворота платформы - 90º,

Длину стрелы (в м) одноковшового  экскаватора, рассчитывают по эмпирической формуле

                    (2)

где G - масса экскаватора, т;

k – коэффициент, равный 1,9 - 2,1 – для универсальных экскаваторов

и 1,85- для карьерных  экскаваторов. Принимаем коэффициент

k=1,85 (т.к. экскаватор  карьерный);

В нашем случае экскаватор ЭКГ – 3,2 имеет массу G =150 (т). Подставив значения величин в формулу, получим

Теоретическая производительность (в м³/ч)

,            (3)

где q – геометрическая емкость ковша, м³;

n0 – теоретическое число циклов в минуту при углах поворота

платформы на разгрузку  и в забой равных 90º, высоте забоя,

равной высоте расположения напорного вала экскаватора при

расчетных скоростях  и усилиях

,

где t ц.т. - теоретическая производительность цикла, с.

Мелкий гравий относится  к II группе, значит емкость ковша  принимаем q=4; для карьерного экскаватора ЭКГ - 3,2 теоретическая производительность цикла t ц.т. =22 (с), значит

 м³/ч

Исходя из полученных данных, вычислим теоретическую производительность экскаватора

 м³/ч

Эксплуатационная производительность (в м³/ч)

,                    (4)

где q – геометрическая емкость ковша, м³;

n – фактическое количество циклов в 1 мин (для строительных и

карьерных экскаваторов n=2-4);

kн - коэффициент наполнения ковша (k_н=0,55-1,5);

kи - коэффициент использования экскаватора во времени, равный

отношению числа часов  чистой работы экскаватора к

продолжительности рабочих  смен отчетного периода (k_и=0,7-0,8);

kp – коэффициент разрыхления грунта, принимается по табл.

В нашем случае эксплуатационная производительность:

 м³/ч

Определим геометрическую емкость ковша (в м³)

где с – коэффициент, учитывающий форму днища и закругления стенок

ковша (с = 0,9 — для ковша с зубьями, с=0,75 — для ковша с

полукругло режущей  кромкой);

В, Н, L — соответственно ширина, высота и длина ковша,

измеренные по расстояниям  между внутренними

поверхностями соответствующих  стенок ковша, а также

днищем и верхней  кромкой стенки ковша, м.

Для прямой и обратной лопаты высоту ковша Н измеряют от стенки с зубьями на середине ее длины до стенки, к которой крепится рукоять. При более точном определении  объема ковша Н и L рассчитывают как  средние значения предельных величин, ввиду того, что, например, ковш прямой лопаты для удобства разгрузки расширяется книзу.

Т.к. драглайн с зубьями, принимаем коэффициент, учитывающий форму днища и закругления стенок ковша с = 0,9.

ширина ковша  ;

высота ковша 

длина ковша   .

Выполняем проверочный  расчет:

q = 0,9 *1,9*1,19*2,06=4,2≈4, что не превышает значения погрешности коэффициентов.

4.3. Расчет основных  параметров конвейера

К машинам непрерывного транспорта в строительстве относятся  ленточные конвейеры, ковшовые элеваторы, винтовые конвейеры, аэрожелоба, устройства пневматического транспорта и самотечные установки.

Производительность машин и установок непрерывного транспорта зависит от погонной нагрузки q (в кг/м) и скорости движения v (в м/с) и не зависит от пути транспортирования.

Рассчитаем погонную нагрузку и производительность элеватора:

Погонная нагрузка элеватора  при перемещении груза в ковшах рассчитывается по формуле

                  (5)

где i0 – геометрическая емкость ковша, м³;