2.4 Технология приготовления асфальтобетонной смеси

Основные элементы асфальтосмесительной установки показаны на рис.2.6

Рисунок2.6 Технологическая схема асфальтосмесительной установки

Все изготовители асфальтосмесительных установок придерживаются, приблизительно, одинаковой технологии приготовления смеси.

Как правило, влажные каменные материалы (1), такие как песок, гравий, щебень, хранятся на установке в дозаторах агрегата питания (2). Отсюда они - в соотношении относительно крупности, примерно требуемом для приготовления конкретной смеси, - по сборному конвейеру (3) подаются в сушильный барабан (4). В барабане минеральные материалы высушиваются и нагреваются до температуры, требуемой для приготовления асфальтобетонной смеси.

Для экономии места асфальтосмесительные установки часто имеют башенную конструкцию. Поэтому для подачи горячих каменных материалов на ее верхние уровни используется горячий элеватор (5).

Рисунок2.7 Схема в разрезе горячего элеватора,сортировочного агрегата и смесителя

Горячим элеватором минеральные материалы поднимаются на грохот (6), которым предварительно отдозированная смесь еще раз разделяется на отдельные фракции. Если в смеси, поданной горячим элеватором, содержится регенерируемый асфальтобетон, то грохот может не использоваться. Под грохотом расположены соответствующие отсеки для отдельных фракций, которые объединены в сортировочный агрегат (7). Из этих отсеков фракции могут выдаваться только по весу, для чего предусмотрены весы минеральных материалов (8). Когда все требуемые фракции этих материалов после взвешивания находятся в весовом бункере, их смесь передается в смеситель (16).

Минеральный порошок, вяжущее и добавки (если они требуются) поступают в смеситель другими путями. Так, минеральный порошок хранится в соответствующем силосе (9), вяжущее - в битумной цистерне (11). Для порошка и битума используются специальные дозаторы, а именно: весы минерального порошка (10) и дозатор битума (12). Добавки (13) хранятся в зависимости от их вида и подаются в смеситель вручную или автоматическими устройствами, например, дозаторами (14).

Регенерируемый асфальтобетон в гранулированном виде вводится в процесс приготовления смеси соответствующим дозатором (15). Это зависит от вида его подачи или типа предварительной подготовки, например, от подачи через смеситель, горячий элеватор или «параллельный» барабан. В последнем регенерируемый асфальтобетон отдельно высушивается и нагревается.

В смесителе все составные части смешиваются и в качестве готовой асфальтобетонной смеси скиповым подъемником (17) транспортируется в бункер (18). Смесью из этого бункера загружаются грузовые автомобили, которые после взвешивания (19) доставляют ее на место строительства.

2.5 Калибровка агрегатов и привязка подбора состава смеси к асу

Подбор состава смеси

Подбор состава асфальтобетонной смеси, обеспечивающий требуемые значения показателей и долговечность покрытия, - одна из наиболее ответственных задач технологии устройства асфальтобетонных покрытий.

В мировой практике нашли применение следующие методики подбора состава асфальтобетонной смеси: Маршалла, Суперпейв, СоюздорНИИ.

В Республике Беларусь правила подбора состава асфальтобетона изложены в ДМД 02191.7.003 – 2007 «Рекомендации по подбору составов асфальтобетонных смесей» и ДМД 02191.2.051-2012 «Рекомендации по подбору составов асфальтобетонных смесей по асфальтовяжущему».

ДМД 02191.7.003 – 2007 «Рекомендации по подбору составов асфальтобетонных смесей» основан на методике СоюздорНИИ. Данная методика позволяет подобрать состав асфальтобетонной смеси, обеспечивающей минимальные требования ТНПА к физико-механическим свойствам готовой продукции. ДМД 02191.7.003 – 2007 нашел широкое применение при проектировании составов смесей для устройства покрытий республиканских и местных дорог.

ДМД 02191.2.051-2012 «Рекомендации по подбору составов асфальтобетонных смесей по асфальтовяжущему» в дополнение к методике СоюздорНИИ позволяет оптимизировать состав смеси по критерию расчетный срок службы. ДМД 02191.2.051-2012, как правило, используется при подборе составов смесей для устройства покрытий магистральных дорог и при обосновании необходимости применения высококачественных исходных материалов (модифицированный битум, модифицирующие добавки и др.).

Требования к составу смеси

Важнейшим свойством смеси и асфальтобетона, обеспечивающим требуемую работоспособность и долговечность покрытия, является их состав. Именно по этому, в соответствии с действующими ТНПА состав смеси контролируется в каждой партии готовой продукции, независимо от типа, марки или области применения.

В соответствии с СТБ 1033 зерновой состав минеральной части смеси должен соответствовать подбору. Допустимое отклонение от требований подбора на контрольных ситах с размером отверстий 40, 20; 10; 5; 2,5 для смесей марки I типов С, А, Б не должно превышать ± 3 % от общей массы минеральной части, для остальных смесей - ± 4 % от общей массы минеральной части.

Различия состава и свойств смесей приготовленных в лаборатории и в АСУ

Как известно, при любой степени совершенства конструкции механизмов и технологического процесса все равно будут наблюдаться те или иные отклонения от заданного состава смеси. Конечно, с совершенствованием АСУ эти отклонения уменьшаются, но не исключаются полностью. В связи с этим недостаточно качественно выполнить подбор состава смеси в лабораторных условиях, необходимо обеспечить соответствие подбору состава выпускаемой продукции.

Причины различия состава и соответственно физико-механических свойств смесей приготовленных в лаборатории и в смесительной установке различны. Это может быть допустимая погрешность измерения дозирующих устройств (точность измерения), изменение свойств материалов при выполнении производственного процесса (например, старение битума при хранении и нагреве), недостаточная интенсивность или продолжительность перемешивания компонентов смеси в мешалке и т.д. Эти причины невозможно устранить полностью, они изначально заложены в технологический процесс и могут быть только минимизировано их влияние. Даже современные и наиболее совершенные АСУ не позволяют достичь абсолютного соответствия состава смеси требованиям подбора.

Однако, как показывает практика, зачастую значительное несоответствие состава смеси требованиям подбора является следствием не выполнения процедур калибровки дозаторов и «привязки» подбора к конкретной АСУ.

Следствием не выполнения этих процедур является значительное расхождение фактического зернового состава минеральной части смеси от требований подбора на контрольных ситах.

Отбор образцов заполнителя и калибровка дозаторов

Отбор образцов исходных материалов на АБЗ, является важным, первым шагом в правильной оценке заполнителя и битумного вяжущего. Программа отбора образцов может включать отбор проб из штабеля, одной из фракций заполнителя из питателей, смешанного заполнителя с ленточного конвейера, из горячего бункера, из резервуаров хранения битумного вяжущего, из загруженных грузовиков, или на месте проведения работ.

Некоторое количество случайных образцов обычно отбирают во время процесса изготовления, когда необходимо, определить среднее значение и изменчивость оцениваемых свойств. Репрезентативные образцы отбирают таким способом, чтобы полученный материал имел свойства, равные среднему значению специфицированного объема материала.

Отбор образцов заполнителя. Как только образец (или случайный или представительный) был взят, перед испытанием он должен быть уменьшен до надлежащего испытательного размера. Для заполнителя это можно сделать методом квартования.

Получить удовлетворительный образец из штабеля заполнителя не легко, потому что большие частицы имеют тенденцию скатываться вниз по внешней поверхности кучи и таким образом скапливаются около основания. Из-за этого, образец заполнителя, взятый около основания кучи более крупный, чем взятый в более высокой точке на куче. Эта проблема несколько уменьшается, когда заполнитель должным образом сортируется по штабалям согласно фракционному составу.

Образцы заполнителя также могут быть отобраны в процессе производства с сборочного ленточного транспортера. Каждый питатель настраивается на подачу необходимого количества материала для приготовления смеси. Питатели откалиброваны таким образом, чтобы оператор установки мог быстро скорректировать скорость загрузки и обеспечить любой необходимый гранулометрический состав материала. Самый точный способ отбора проб этого материала - остановить транспортер на короткий промежуток времени и отобрать весь материал в пределах данной длины транспортера (около 1,5 м), а затем провести испытание этого материала на определение гранулометрического состава заполнителя.

После того, как питатели откалиброваны, и материал подается в сушильный барабан, дополнительные образцы заполнителя могут быть отобраны после сушки и нагрева материалов. Заполнитель сортируется по размеру зерен в горячих бункерах. Непосредственно под бункерами есть место, где можно отобрать образцы заполнителя, поскольку в этом месте заполнитель из каждого бункера выгружается на весы. Полученный гранулометрический состав заполнителя в каждом бункере, наряду с дозировкой необходимого материала из каждого бункера, может использоваться для определения общего гранулометрического состава заполнителя, поступающего в мешалку.

Калибровка дозаторов предварительной дозировки заполнителя.

Питатели заполнителя калибруют по одному, используя тот же самый материал, который подается через каждый конкретный питатель. Например, если для подачи крупного заполнителя используют питатель холодного материала № 1 тогда он, должен быть откалиброван этим крупным заполнителем.

Существует обычно два способа изменить поток материала через питатель заполнителя: изменение ширины открытия затвора питателя и изменение скорости конвейерной ленты питателя (если питатель имеет привод с переменной скоростью).

Каждый бункер имеет затвор, который для изменения потока материала может открываться на различную высоту. Во время процесса калибровки, затвор обычно устанавливают на некоторой необходимой ширине открытия, в зависимости от размера заполнителя и приблизительной скорости загрузки материала через питатель. После того как был получен образец заполнителя, скорость ленты питателя изменяют для регулировки количества материала на ленте. Для данной настройки, материал подается через питатель в сборный конвейер и затем на конвейер, который подает материал в сушилку. Чтобы получить образец, ленту конвейера останавливают, удаляют заполнитель на выбранной длине ленты и взвешивают. Процесс повторяют при различных производительностях системы дозирования инертных материалов, пока не будут измерены несколько скоростей загрузки. Затем определяют количество материала, подаваемое питателем в тоннах/час по следующей формуле:

R = 3,6*W*S/В

где:

R - норма подачи, тонн/ч;

W - масса образца, кг;

В - длина ленты, где происходит отбор пробы, м;

S - скорость ленты, м/с.

Скорость ленты, с которой отобраны образцы заполнителя, можно легко определить, измерив длину ленты и время, которое требуется для одного полного оборота.

После того, как определена интенсивность загрузки для нескольких скоростей ленты питателя, данные наносят на график, как показано на рисунке 2.8 (1, 2, 3 или 4). После калибровки питателей, скорость ленты для любого заполнителя может быть установлена на любой желаемый объём загрузки в соответствии с требованиями подбора.

Скорость ленты, м/сек

Рисунок 2.8. Калибровочный график для холодной подачи заполнителя при различных скоростях ленты.

Некоторые АБЗ оборудованы датчиками веса на ленте между холодными питателями и сушильным агрегатом. Эти датчики веса позволяют оператору калибровать холодные питатели из кабины управления. В этом случае, нет необходимости отбирать образцы с ленты, что ускоряет весь процесс. Однако следует тщательно следить, чтобы датчики веса были правильно откалиброваны. Это может быть проверено путем загрузки заполнителя в грузовик в течение определенного времени и определения веса загруженного материала.

Горячий грохот

Заполнитель выгружается из ковшов горячего элеватора в систему виброгрохотов, которые используются для разделения материала по различным размерам частиц. Обычно используются четыре деки грохота. Верхнее сито обычно является головным грохотом для удаления любых негабаритных частиц из потока заполнителя и отброса его в обходной или переливной желоб. Оставшиеся три деки грохота разделяют заполнитель на четыре различных фракции. Количество материала в каждой фракции зависит от размера и формы отверстий грохотов. Каждая дека грохота может иметь несколько сит различных размеров для улучшения эффективности грохочения и защиты малых сит от негабаритных частиц заполнителя.

Грохоты могут иметь квадратные (наиболее распространенные), прямоугольные или щелевые отверстия. Например, в типовом дозаторном заводе для производства смесей, отверстия в квадратном грохоте могут быть 40 мм для верхней деки, 20 мм для второй деки, 10 мм для третьей деки и 5 мм для нижней деки. Мелкие заполнители с размером частиц менее 5 мм в диаметре должны проходит через все грохоты, и выгружаться в горячий бункер № 1. Заполнитель с размером частиц более 5 мм, но не более 10 мм должен задерживаться первым грохотом и попадать в горячий бункер №2. Для любой конкретной смеси не требу­ется использования соответствующих сит в деке грохота для получения требуемой градации асфальтобетонной смеси. При значительном изменении градации смеси может потребоваться изменить используемые размеры грохотов в верхней части смесительной башни.

Не весь материал, который должен попасть в конкретный бункер, туда попадает. Термин "перенос" относится к заполнителю, который не проходит через сита большего размера и выгружается в бункеры, предназначенные для более крупного материала. Часто количество переноса небольшое, обычно менее 10%, из одного бункера в прилегающие бункеры. Перенос обычно вызван поперечным движением материала вместо прохождения через грохоты. Количество переноса увеличивается по мере закупоривания отверстий грохота или их забивания заполнителем и по мере увеличения подачи заполнителя горячим элеватором. Первая проблема появляется, когда имеется некоторое избыточное количество переноса, что приводит к изменению градации заполнителя в каждом из горячих бункеров. Эта ситуация часто происходит при постоянном изменении скорости ленты загрузчика заполнителя с бункера холодной подачи.

Более того, если в грохоте появляются разрывы или дыры, некоторое количество заполнителя, которое должно быть выгружено с другого бункера, пройдет через грохот и попадет в бункер более мелкого материала. Такие грохоты в верхней части бункера следует регулярно проверять для обеспечения отсутствия дыр и закупоривания ячеек заполнителем.

Весовой бункер

При производстве крупнозернистой смеси все четыре горячих бункера могут быть заполнены заполнителем. Если производится мелкозернистая или песчаная смесь, то обычно требуется один, два или три горячих бункера. Заполнитель в горячих бункерах может выгружаться в весовой бункер в любом порядке. Однако более крупный заполнитель обычно выгружается в весовой бункер до выгрузки мелкого заполнителя. Это делается для предотвращения просачивания наиболее мелких частиц заполнителя через отверстия внизу весового бункера, если сначала в весовой бункер выгружается мелкий материал.

Наполнитель (минеральный порошок) обычно добавляется в заполнитель уже находящийся в весовом бункере. На некоторых АСУ наполнитель взвешивается отдельно и затем добавляется в главный весовой бункер после взвешивания заполнителя из горячих бункеров. На других АСУ наполнитель взвешивается, как пятый заполнитель, так как он добавляется к материалу уже находящемуся в бункере.

Большинство заводов работают в автоматическом режиме. Различные типы материалов заполнителя временно хранящиеся в горячих бункерах взвешиваются одновременно. При нехватке заполнителя для конкретного горячего бункера для удержания требуемого веса в весовом бункере, система взвешивание дожидается, пока не станет доступным для взвешивания заполнитель нужного размера до подачи заполнителя из следующего бункера. Таким образом, если должна поддерживаться высокая эффективность работы завода без постоянного ожидания взвешивания заполнителя важно постоянно подавать на завод заполнителя соответствующих фракций от бункеров холодной подачи. Хотя завод обычно оснащен грохотами, управление зерновым составом смеси должно обеспечиваться, прежде всего, на бункере холодной подачи. Если подача материала с бункера холодной подачи не постоянна, то один или более горячих бункеров в верхней части башни дозаторного завода обычно приводит к его опорожнению или переполнению другого горячего бункера, или обоих случаях. В таких случаях возможна ситуация когда оператор АСУ переводит управление в ручной режим, что отрицательно сказывается на составе, однородности и качестве смеси.

Время перемешивания

Время сухого перемешивания

Время сухого перемешивания начинается при загрузке заполнителя в мешалку смесителя и заканчивается при начале подачи битума. Время сухого перемешивания должно быть минимально - обычно не более 1-2с.

Главной целью времени сухого перемешивания является подача заполнителя в мешалку асфальтобетоносмесителя до выгрузки битума так, чтобы жидкий битум не просачивался из люка в днище мешалки.

Увеличение времени сухого смешивания уменьшает производительность завода без повышения качества смеси и приводит к ненужному износу лопаток мешалки.

Продолжительность сухого перемешивания может быть увеличено до 10 и более секунд в случае введения в состав смеси специальных добавок, а так же при выпуске специальных асфальтобетонных смесей.

Время мокрого перемешивания

В то время как заполнитель все еще выгружается с весового бункера в мешалку смесителя, начинается добавление битума. Этот материал подается в мешалку распылением под давлением и добавляется либо через одну трубу в центре мешалки или через две трубы, одна из которых имеет два смесительных вала. Время мокрого перемешивания начинается, когда битум попадает в мешалку. Обычно от 5 до 10 сек. требуется для выгрузки всего битума. Для снижения этого времени можно использовать системы впрыска под давлением. Время мокрого смешивания не должно быть дольше, чем это необходимо для полного покрытия заполнитель битумом. Если лопасти мешалки находятся в хорошем состоянии, и мешалка полностью заполнена, рекомендуемое время мокрого смешивания составляет 30 секунд. При износе кончиков лопастей, время мокрого смешивания будет несколько увеличено.

Время смешивания должно быть как можно меньшим во избежание чрезмерного окисления битума в тонкой пленке вокруг частиц заполнителя в результате воздействия высоких температур.

Продолжительность мокрого перемешивания может быть увеличено до 10 и более секунд в случае введения в состав смеси специальных добавок, модифицированного битума, а так же при выпуске специальных асфальтобетонных смесей.

Привязка подбора состава смеси к асфальтосмесительной установке

В результате особенностей технологических процессов работы (погрешность измерения дозирующих устройств, различная интенсивность разделения зерен заполнителя по фракциям на грохоте и т.д.) даже современные и наиболее совершенные АСУ не позволяют достичь абсолютного соответствия состава смеси требованиям подбора.

Для минимизации отклонения фактического зернового состава смеси от требований подбора необходимо осуществлять привязку каждого конкретного подбора смеси к каждой конкретной АСУ.

Процедура привязки подбора включает в себя сушку каждого вида заполнителя, рассев на грохоте и взвешивание материалов после их сортировки в бункера горячих каменных материалов, корректировку окончательной дозировки материалов для одного замеса.

Привязку подбора необходимо обязательно выполнять для каждой АСУ при первом использовании каждого конкретного подбора в начале строительного сезона. Привязку подбора рекомендуется проводить в начале каждой смены при прогреве агрегатов АСУ горячими каменными материалами, а так же при вынужденной замене исходных каменных материалов в течении смены.

Перед началом операции все бункера горячих каменных материалов должны быть освобождены, бункеры предварительной дозировки должны быть заполненны необходимыми каменными материалами в соответствии с требованиями подбора.

Отдельная порция исходного материала (заполнителя одного вида) массой не менее 1 т должна быть отдозирована через бункер предварительной дозировки, высушена в сушильном барабане, рассеяна на грохоте. После рассева полученный рассеянный материал из каждого бункера горячих каменных материалов должен быть взвешен отдельно от остальных. Если оборудование АСУ позволяет вводить в состав смеси отфильтрованные частицы пыли, то материал из бункера с пылью взвешивается отдельно.

Результаты взвешивания порций заполнителя заносятся в таблицу и на основании полученных данных рассчитывается окончательная дозировка каменных материалов.

Битум, наполнитель, специальные добавки дозируются, как правило, отдельными дозирующими устройствами. Точность их дозировки обеспечивается исправностью дозирующих устройств и для них не требуется проведение специальных дополнительных мероприятий по привязке подбора к АСУ.

Пример расчета окончательной дозировки заполнителя приведен в таблицах2.3-2.5.

Таблица 2.3 - Требования подбора

	Всего	Битум	Мин порошок	Отсев фр. 0-5 мм	Щебень фр.5-10 мм	Щебень фр.10-20 мм
Состав смеси по подбору, %	100	6	8	11	20	55
Масса на замес, кг	965	58	76	106	193	531

Таблица 2.4 Результаты рассева каменных материалов

Бункер	Масса порции	№1 "0-5"	№2 "5-10"	№3 "10-20"	№4 "20-40"	Пыль
Щебень фр.10-20 мм, кг	2038	-	152	1834	52	-
Масса на замес, кг	531	-	40	478	14	-
Щебень фр.5-10 мм, кг	1475	72	1364	39	-	-
Масса на замес, кг	193	9	178	5	-	-
Отсев фр. 0-5 мм, кг	1279	1220	42	-	-	17
Масса на замес, кг	106	101	3	-	-	-
Итого	77	111	222	483	14	1

Таблица 2.5 Окончательная дозировка масса на замес

Бункер	№1 "0-5"	№2 "5-10"	№3 "10-20"	№4 "20-40"	Пыль	Мин порошок	Битум
Масса на замес, кг	111	222	483	14	1	76	58

Как видно окончательная дозировка материалов (таблица 2.5) значительно отличается от первоначальных требований подбора (таблица 2.3).