Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за 25.10.2014

В настоящее время существуют два направления совершенствования технологии приготовления асфальтобетонных смесей: вибрационное сме­шивание и беспыльное приготовление смеси.

При вибрационном смешивании все агрегаты технологического процесса остаются неизменными, кроме смесителя. В лабораторных ис­следованиях применяли вибрационный смеситель барабанного типа, в производственных экспериментах использовали двухвальные лопастные смесители периодического действия с вибрирующими корпусом и вала­ми. Вибрация корпуса и рабочих органов смесителя создает в смеси значительные ускорения частиц, разрушает коагуляционную структуру битума, что облегчает адсорбцию асфальтенов битума на поверхности минеральных материалов.

При вибрации весь битум переходит в пленочное состояние и лучше обволакивает минеральные частицы, а сами пленки битума более однород­ны по толщине. Все это приводит к повышению качества асфальтобетон­ной смеси и более долговечной работе асфальтобетонного покрытия. Одна­ко, несмотря на преимущества вибрационного смешивания по сравнению с традиционным, этот метод не получил пока распространения в основном вследствие низкой долговечности деталей смесителя при вибрации.

Технология беспыльного приготовления асфальтобетонной смеси существенно отличается от традиционной. Существуют два способа бес­пыльного приготовления смеси. По первому способу минеральные ма­териалы соединяются с битумом в двухвальном лопастном смесителе до сушки. По второму — минеральные материалы соединяются с биту­мом в процессе сушки и нагрева материала в сушильно-смеситель­ном барабане.

По первому способу, разработанному фирмой “Вибау” (Германия), предварительно отдозированные агрегатом питания влажные минеральные материалы подаются в двухвальный лопастный смеситель, куда поступа­ют битум и активирующая добавка.

Водный раствор активирующей добавки придает частицам ми­нерального материала водоотталкивающие свойства и улучшает их сма­чиваемость битумом. После введения в холодную смесь горячего распы­ленного битума его капли застывают, связывая мелкие частицы мине­рального материала в гранулы.

Приготовленная в смесителе холодная смесь поступает в сушильный барабан-активатор, где производится испарение влаги и расплавление капель битума. Благодаря действию активирующей добавки расплавлен­ный битум обволакивает частицы минерального материала.

Достоинства этого способа следующие: возможность использования серийного оборудования; снижение стоимости и металлоемкости обору­дования из-за исключения горячего грохота, секционного бункера горячих материалов, дозаторов горячих материалов; возможность длительного хранения холодной смеси и последующего приготовления готовой смеси в любом месте, где используют только сушильный барабан-активатор.

Недостатки способа: сложность соблюдения заданного рецеп­турного состава, поскольку дозирование осуществляется агрегатом пи­тания; необходимость строгого контроля влажности песка и щебня для сохранения заданного соотношения массы минерального материала и битума; необходимость применения минеральных порошков, не склон­ных к набуханию; необходимость применения запатентованной активи­рующей добавки (фирма “Вибау”, Германия); повышенные требования к стабильности теплового процесса для снижения разрушения и окис­ления битумной пленки.

Следует отметить, что приготовление асфальтобетонной смеси по способу фирмы “Вибау” не нашло широкого применения из-за контакта горячих газов высокой температуры с открытым битумом, вспенивания битума при нагреве материала свыше 100°С и интенсивного старения и выгорания битума. Замена противоточного барабана-активатора на по­точный не уменьшила явления старения и выгорания битума.

Второй способ беспыльного приготовления асфальтобетонной сме­си нашел большее распространение. Влажные и холодные песок и ще­бень, предварительно отдозированные в агрегате питания, и минераль­ный порошок по ленточному конвейеру подаются в сушильный барабан (рис. 11.30), работающий по поточному способу сушки. В радиационной зоне сушильного барабана происходит нагрев и сушка минеральных материалов. Во вторую (конвективную) зону сушильного барабана пода­ется битум, там в среде горячих газов и паров воды происходит даль­нейший нагрев песка и щебня и обволакивание их битумом.

Дозирование битума основано на применении расходомеров и сбло­кировано с системой дозирования минеральных материалов при стро­гом контроле их влажности.

Для исключения прямого контакта факела горящего топлива с битумом и снижения окисления и выгорания битума фирмы США и Англии разделяют радиационную и конвективную зоны сушильно-смесительного барабана ди­афрагмой, фирма “Ермонт” (Франция) применяет специальную систему подъем — но-сбрасывающих лопастей, создающих непроницаемый для излучения факе­ла экран из ссыпающегося материала. Экран ссыпающегося материала обес­печивает качественное просушивание материалов в барабане.

Наличие в зоне активного пылеобразования жидкого битума спо­собствует улавливанию им частиц пыли, но полностью исключить вынос
пыли из сушильно-смесительного барабана не удается. Температура вы­ходящей готовой смеси составляет 120-140°С для менее вязких биту­мов и 135-175 °С — для более вязких. Готовая смесь может выдаваться или непосредственно в транспортные средства, или элеватором в на­копительный бункер.

Достоинства установок с сушильно-смесительными барабанами: про­стота оборудования, значительное снижение металлоемкости и энергоем­кости и меньшее количество пыли, выносимой из сушильно-смесительного барабана, что несколько упрощает проблему очистки дымовых газов.

Основные недостатки беспыльного приготовления смеси в сушиль­но-смесительном барабане: необходимость строгого контроля влажности поступающих материалов; необходимость применения минерального по­рошка, не склонного к набуханию; высокая влажность готовой смеси (до 1-3%); высокая температура дымовых газов (t = 300-350°С), что ведет к повышенному расходу топлива и старению битума в тонких пленках в процессе смешивания; сложность применения “сухих” пылеулавливаю­щих устройств; невозможность интенсификации процесса смешивания с подачей битума под высоким давлением и его тонким распыливанием из — за выноса мелких капель битума потоком дымовых газов.

Для снижения отрицательного явления повышенного старения би­тума в сушильно-смесительном барабане применяют короткофакельные топки с интенсивным режимом горения и очень низким коэффициен­том избытка воздуха а, не превышающим 1,05.

Несмотря на отмеченные недостатки, выпуск установок с сушильно­смесительными барабанами непрерывно возрастает.

В некоторых странах доля смесей, приготовляемых в установках с сушильно-смесительными барабанами, составляет 10 % общего количе­ства приготовляемых асфальтобетонных смесей.

Смешивание минеральных материалов (щебня, песка, минерального порошка) с битумом является важнейшей операцией технологического процесса приготовления асфальтобетона, активно влияющей на формиро­вание его структуры.

В настоящее время для приготовления асфальтобетонных смесей применяют в основном лопастные смесители принудительного смеши­вания (рис. 11.27), которые разделяют на смесители периодического и непрерывного действия.

Смесители имеют корытообразное днище-корпус, боковые и торцо­вые стенки, два вала с лопастями, синхронно вращающимися внутри кор­пуса навстречу друг другу.

Лопасти закреплены на валах посредством кронштейнов и рас­положены попарно, причем каждая пара лопастей повернута относительно соседней на угол смещения кронштейнов (р, равный 90° в смесителях периодического действия. По отношению к оси вала лопасти закрепля­ют на кронштейнах под углом а, чаще всего равным 45°. Лопасти распо­лагают на валу по прерывистой винтовой линии. Это необходимо для
перемещения материала не только в плоскости вращения лопастей, но и вдоль корпуса смесителя.

Смесители непрерывного действия имеют удлиненный корпус, ма­териал загружается в торце смесителя через люк в кожухе. В некоторых конструкциях смесителей в зоне загрузки 4-5 пар лопастей каждого вала установлены с углом смещения кронштейнов <р, равным 30 или 45°. При вращении лопастных валов смесь перемещается от одного тор­
ца к другому, где и разгружается через отверстие в нижней части торцо­вой стенки корпуса.

Длительность смешивания возможно регулировать изменением подачи материала в смеситель и изменением скорости движения смеси в корпусе смесителя. При любой производительности для получения качественной смеси ее уровень должен закрывать лопасти смесителя, что достигается или изменением наклона смесителя, или подъемом под­порной заслонки. Смесители периодического действия имеют более ко­роткий корпус, чем смесители непрерывного действия, материал загру­жается через люки в кожухе смесителя. Готовая смесь разгружается через открываемое днище-затвор.

Движение материала внутри корпуса смесителя, приводящее к рав­номерному распределению компонентов по объему замеса, зависит от установки лопастей на валах. Существуют две схемы движения смеси: противоточная и поточно-контурная (рис. 11.28).

Рис. И.28. Затворы лопастных смесителей периодического дей­ствия: а — шиберный; б — секторный; в — грейферный; г — лепестковый.

При противоточной схеме движения смеси лопасти установлены на валах так, что при вращении последних смесь движется от торцов смесителя к центру. В центре смесь поднимается конусом и веерообраз­но растекается с вершины конуса.

Лопасти, расположенные в середине вала, почти полностью загру­жены, так как находятся в смеси, а лопасти у торцовых стенок загруже­ны очень мало. Особенно большая неравномерность загрузки лопастей по длине вала наблюдается у длинных смесителей, имеющих коэффици­ент формы корпуса смесителя |I (отношение длины корпуса смесителя 1к к его ширине Ьк) 1,4 и более.

Пропорционально загрузке лопастей неравномерно изнашивается днище смесителя.

При поточно-контурной схеме движения смеси лопасти установлены на валах так, что при вращении последних смесь движется вдоль валов. Лопасти одного вала смещают смесь от одного торца смесителя к другому, где одна-две пары отбойных лопастей отгребают смесь от торца и переда­ют на другой вал; лопасти второго вала смещают смесь в противополож­ную сторону, где отбойные лопасти передают смесь на первый вал. Так образуется замкнутая схема движения смеси по контуру — большой круг циркуляции смеси. В средней части смесителя лопасти соседних валов смещают смесь в разные стороны, что в сочетании с поперечным движе­нием масс смеси приводит к возникновению малых кругов циркуляции и более быстрому распределению компонентов по объему замеса.

При поточно-контурной схеме движения смеси лопасти по всей длине валов загружены равномерно, износ днища и лопастей идет рав­номерно по длине смесителя, но лопастные валы нагружены зна­чительными осевыми силами, воспринимаемыми опорными подшипниками лопастных валов.

Затворы лопастных смесителей периодического действия могут быть трех типов: шиберными (выдвижными), секторными (поворотными) и створчатыми, которые подразделяют на грейферные и лепестковые.

Шиберные затворы представляют собой часть днища корпуса сме­сителя с рамкой и опорными катками, перемещающимися по подвесной раме (рис. 11.29, а). Привод шиберного затвора осуществляется электро­механическим или пневматическим устройством.

Достоинства шиберных затворов следующие: небольшая габаритная высота, простота и надежность уплотнения между неподвижным корпу­сом и подвижной частью затвора, благодаря чему исключается просыпа­ние материала при работе смесителя.

Недостатками шиберных затворов являются большое усилие от­крывания, особенно при выключенном приводе лопастных валов сме­сителя и наличии смеси в корпусе смесителя, значительное время от­крывания и закрывания затвора, малая площадь разгрузочного отвер­

стия, поскольку выдвижение затвора осуществляется на 1/3-1/2 дли­ны корпуса смесителя.

Рис. 11.29. Схема движения смеси в корпусе смесителя: а — проти — воточная; 6 — поточно-контурная; 1 — уровень смеси в смесителе;

2 — большие круги циркуляции; 3 — малые круги циркуляции.

Секторный затвор (рис. 11.29, б) устанавливают на подвесных опо­рах. Выгрузка смеси осуществляется при повороте затвора вокруг его продольной оси при помощи пневмоцилиндра. Достоинство секторного затвора заключается в быстроте и легкости открывания даже при оста­новленном приводе валов смесителя.

Недостатками секторного затвора являются трудности надежного уплотнения зазора между подвижным сектором и неподвижным дни­щем и, как следствие, просыпание мелких фракций сухого материала, малая площадь разгрузочного отверстия и несколько большая габарит­ная высота (по сравнению с шиберными затворами).

Грейферный затвор створчатого типа (рис. 11.29, в) состоит из двух подвесных створок, валов, кронштейнов и соединительных тяг. Привод створок осуществляется одним пневмоцилиндром. Створки поворачива­ются синхронно. Преимущества грейферного затвора состоят в быстро­те и легкости открывания створок, большой площади затвора, что приво­дит к быстрой разгрузке смеси.

Недостатки грейферного затвора: при большой площади створок велико дав­ление на них смеси, что вызывает деформацию синхронизирующих валов, кронш­тейнов и тяг, и большие габаритные размеры затвора в раскрытом состоянии.

Лепестковый затвор состоит из двух створок (рис. 11.29, г) с неза­висимым управлением. Каждая створка подвешена шарнирно на общей оси и управляется двумя иневмоцилиндрами. Достоинства лепесткового затвора: надежное уплотнение зазоров и отсутствие просыпания мате­риала, легкость и быстрота открывания створок.

Недостатки лепесткового затвора: малая площадь разгрузочного отверстия, разброс смеси в стороны при открывании створок.