Введение к работе
Актуальность темы. Разработка и внедрение новых технологий при строительстве и ремонте автомобильных дорог, особенно с использованием местных дорожно-строительных материалов и нового технологического оборудования, является актуальной задачей для дорожного хозяйства.
В нашей стране ускоренными темпами развивается транспортная отрасль. Это полностью относится к региону Среднего Урала и Западной Сибири. Модернизируются при реконструкции и капитальном ремонте федеральные и региональные автотрассы: Екатеринбург - Тюмень, Пермь - Екатеринбург, Екатеринбург - Нижний Тагил - Серов и многие другие. Строятся обходы крупных городов (Екатеринбурга, Тюмени, Челябинска). Вводятся участки завершаемого строительством северного транспортного коридора: Пермь -Ханты-Мансийск - Нижневартовск - Томск. Основной тип покрытия на всех строящихся и ремонтируемых автодорогах - асфальтобетон. Поэтому необходимо развивать и модернизировать производственную базу дорожного хозяйства на основе передовых битумных и асфальтобетонных технологий, соответствующих современным требованиям к дорожным покрытиям и материалам, увеличивающимся транспортным нагрузкам, разрабатывать и внедрять новое энерго- и битумосберегающее технологическое оборудование для транспортировки, хранения и подготовки битума на АБЗ и битумных базах дорожного хозяйства.
Диссертационная работа базируется на работах отечественных и зарубежных научных школ: фундаментальных работах академика Ребиндера П.А., прикладных исследованиях СОЮЗДОРНИИ, РОСДОРНИИ, МАДИ, СибАДИ и других организаций. Использованы зарубежные научно-технические разработки корпораций и фирм: «Беннигхоффен», «Акзо Нобель», «Тельтомат», «Линтек». Большой вклад в теоретическое обоснование и практическое развитие асфальтобетонных покрытий и технологий внесли ученые-дорожники Рыбьев И.А., Королев И.В., Гезенцвей Л.Б., Леонтьев В.П., Кирюхин Г.Н, и другие.
Объект исследования — технологии транспортировки, хранения и подготовки битумов, асфальтосмесительные установки и АБЗ с различной номинальной производительностью.
Предмет исследования - оборудование для транспортировки, хранения и подготовки битумов, его разработка и практика опытно-промышленной эксплуатации, компонентный состав битумов, характеристики асфальтосмесительных установок и условия транспортировки битумной продукции.
Цель работы - развитие теории и практики транспортировки, хранения и подготовки
битумов на основе технологий, обеспечивающих сохранность их свойств, с учетом
оптимального размещения битумных баз и асфальтобетонных заводов. .
Основные задачи:
-
На основе анализа и оценки существующих разработок и нормативов развить и обосновать новые эффективные и ресурсосберегающие технологии транспортировки, хранения и подготовки битумов на асфальтобетонном заводе и битумных базах и внедрение их в практику дорожного строительства Урала и Сибири.
-
Произвести оценку изменения физико-химических свойств битумов в объеме при изотермическом процессе прогрева.
-
Оптимизировать схему размещения производственных асфальтобетонных баз.
-
Разработать нормативные документы, обеспечивающих внедрение новых дорожных материалов и технологий в дорожном хозяйстве.
5. Оценить технико-экономическую эффективность технологических решений.
Основные положення, выносимые на защиту:
1. Оценка состояния проблем по технологиям транспортирования, хранения и подготовки битума. Концепция внедрения ресурсосберегающих и энергосберегающих битумных технологий.
-
Новое оборудование для транспортировки, хранения и подготовки битума, в том числе модифицированного, внедренное на объектах дорожного хозяйства.
-
Алгоритм решения задачи по оптимизации размещения асфальтобетонных заводов.
-
Нормативные документы по новым технологиям.
-
Методика оценки технико-экономической эффективности внедрения новых технологий, используемых при подготовке битума и производстве асфальтобетонных смесей в дорожном хозяйстве.
-
Способ и методика определения компонентного состава битумных вяжущих, и оценка его изменения в процессе термостатирования битума.
Научная новизна:
-
Разработана и зарегистрирована в гос.реестре новая методика исследования компонентного состава битума и проведена оценка изменения свойств битумов в процессе их термостатирования (прогрева в объеме). Получены новые зависимости изменения свойств битумов, использованные при разработке технологии подготовки и хранения битумов на АБЗ и битумных базах.
-
Созданы новые технологические линии по транспортировке, хранению и подготовке битума, в том числе модифицированного, обеспечивающие сохранность его первоначальных свойств. Разработано новое оборудование для транспортировки, хранения и подготовки битума на АБЗ и битумных базах.
-
Решена задача по оптимизации территориального расположения асфальтобетонных заводов (АБЗ) в зависимости от их производительности. Определено эффективное плечо транспортировки смесей - до 200 км (при производительности установки 160 т/час).
-
Предложена новая методика оценки экономического эффекта от внедрения новых битумосберегающих технологий, используемых при производстве асфальтобетонных смесей, позволяющая обосновать внедрение нового оборудования битумных баз и АБЗ за счет улучшения качества и увеличения долговечности асфальтобетонных покрытий.
Эмпирическая база диссертации включает результаты изучения отечественного и зарубежного опыта, научных исследований и практического внедрения разработок, проведенные автором на предприятиях дорожной отрасли.
В качестве информационной основы использованы результаты исследований в области транспорта и дорожного хозяйства, выполненные в научно-исследовательских, проектных и образовательных учреждениях: «Уральском государственном лесотехническом университете» (кафедра «Транспорта и дорожного строительства»), РОСДОРНИИ, СОГУ «Управление автомобильных дорог», ЗАО «НОМБУС», материалы информационных центров («Информавтодор», «ЦНИИТЭНефтехим») и нормативно-техническая база по строительству и ремонту автомобильных дорог, труды автодорожных университетов: МАДИ (ГТУ), г.Москва, СибАДИ, г. Омск, ХАДИ, г.Харьков, зарубежные научно-технические разработки корпораций и фирм: «Беннигхофен», «Акзо Нобель», «Тельтомат», «Линтек» и ДР-
Практическая значимость заключается в разработке технологий и оборудования, используемых при производстве асфальтобетонных смесей на предприятиях дорожной отрасли. Алгоритм решения задач по оптимизации размещения производственных баз применятся при разработке проектной документации.
Результаты научно-исследовательских и практических работ использованы СОГУ «Управление автомобильных дорог» и строительными организациями, расположенными на территории Урала и Западной Сибири, при производстве асфальтобетонных смесей, строительстве автомобильных дорог федерального и территориального значения.
Разработанные технологические линии, новое битумное оборудование использованы на предприятиях: ЗАО «Мелиострой», Сухоложская БЭБ, ООО «Магистраль», ЗАО «Жасмин» Свердловская обл., ООО «Завод Гарант» г. Екатеринбург, Ялуторовское ДРСУ Тюменская обл, Тюкалинское ДРСУ Омская обл, ОАО «Кемеровоспецстрой» г. Кемерово, ОАО «ТОДЭП» Голышмановское ДРСУ Тюменская обл., ОАО «ТОДЭП» Исетское
Тюменская обл., ОАО «ТОДЭП» Омутинское Тюменская обл., ОАО «ТОДЭП» Тобольское Тюменская обл., КТ «Пермская ДПМК» г. Пермь, ЗАО «Аэродромдорсторой» г. Магадан, ЗАО «Трест Камдорстрой» г. Набережные Челны, ООО «Барено-Групп» г. Москва, ЗАО «Труд» г. Иркутск, 000 «Инжтрансторой» г. Москва.
Методы исследования: системный анализ, методика определения компонентного состава битумов с использованием тонкопленочной хроматографии с ионизационным детектором (метод «Ятроскан»), теория прочности, теория теплообмена, экспериментальные лабораторные исследования, теория планирования эксперимента, опытного внедрения инновационных разработок, графическое моделирование, технико-экономические расчеты.
Научные труды: по теме диссертации опубликовано 15 научных работ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены и обсуждены на научно-технических конференциях, семинарах! I Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, 24-26 мая 2006, г. Омск; Международной научно-технической конференции,' 17-18 апреля 2008, г. Пермь; Научно-технический семинар г.Омск, 2006; Научно-техническая конференция "«Новое оборудование и технологии в производстве материалов для строительства и ремонта автомобильных дорог» г.Омск, 2008; на региональных научно-технических Конференциях по повышению качества дорожного строительства и инновациям дорожного хозяйства, г.Екатеринбург, 2005-2009гт.
В качестве генерального директора ЗАО «НОМБУС» автором апробированы конструкторские, и научно-технические положения диссертации при внедрении в практику дорожного строительства на предприятиях дорожного хозяйства Свердловской области и Западной Сибири, при разработке учебно-производственных планов и программ производственных практик учащихся вузов, при планировании и проведении ежегодных семинаров для руководителей и специалистов дорожной отрасли.
Реализация в промышленвости и дорожном хозяйстве.
Разработанная технология, оборудование и образцы продукции удостоены призовых номинаций и дипломов на выставках научно-технической продукции и промышленных образцов «Дороги России XXI века», региональных выставках-ярмарках дорожного хозяйства. Оборудование (резервуары, битумные емкости, теплообменники, теплогенераторы, контейнеры для перевозки битумов, сливное устройство) прошли государственную сертификацию продукции. Внедрены в производство на 8 битумных базах и АБЗ дорожного хозяйства (Урал, Сибирь). Получены три патента: «Устройство для хранения, транспортирования и разогрева битума» (полезная модель). Патент № 5996 от 6.01.1997, РОСПАТЕНТ, 1997; «Программа управления асфальтосмесительной установкой» (программа для ЭВМ) Свидетельство № 2002610678 от 06.05.2002, РОСПАТЕНТ, 2002; «Резервуар для хранения битума» (полезная модель). Патент РФ № 36108 от 24.06.2003, ФИПС, 2003.
Разработанные технологические линии, оборудование и научно-технические разработки использованы СОГУ «Управление автомобильных дорог», дорожностроительными организациями Урала и Западной Сибири при проектировании, техническом оснащении и создании производственных баз дорожного хозяйства.
Введено в эксплуатацию 12 битумных баз, 18 асфальтобетонных заводов, более 140 теплообменников марки АНТ, 254 горизонтальные и 61 вертикальная емкость хранения-разогрева битума объемом 50м3, более 2500 контейнеров для хранения и транспортировки битума.
Личное участие автора заключается в разработке, научно-техническом обосновании и внедрении предлагаемых технологий и оборудования по транспортировке, хранению и подготовке битума, в том числе модифицированного; руководство и непосредственное участие в создании и осуществлении методик проведения экспериментальных и лабораторных исследований; в анализе полученных научно-исследовательских результатов
по изучению старения битума в процессе воздействия температурно - временных факторов; руководство опытно-конструкторскими и проектными разработками.
Структура диссертации. Структура программ и проектов по теме диссертации, отражающая логику исследований теории и практики транспортировки, хранения и подготовки битумов на основе технологий, обеспечивающих сохранность их свойств, с учетом оптимального размещения асфальтосмесительных установок по производству смесей представлена на рис. 1.
Программа 1. Анализ и оценка проблематики производства асфальтобетонных смесей, условий транспортировки, хранения и подготовки битумов, учет изменения их свойств в процессе воздействия температурно-временных факторов (литературно-аналитический обзор).
Программа 2. Исследование процессов старения битумных вяжущих в объеме под действием температурно-временных факторов методом «Ятроскан».
Программа 3. Оптимизация размещения и перебазировки асфальтосмесительных установок (АБЗ), разработка и внедрение нового бобрудования.
Программа 4. Технико-экономическое обоснование внедрения в дорожном хозяйстве новых систем транспортировки, хранения и подготовки битума на АБЗ.
1.1-1.4
\
2.1-2.2
\
3.1-3.3
\
4.1-4.2
Общие выводы и рекомеїідации по развитию системы (новое знание,
использованное для разработки и внедрения новой технологии
транспортировки, хранения и подготовки битума в дорожном хозяйстве)
Рис. 1. Логическая структура диссертации (проекты и программы). Расшифровка проектов; по программе I; 1.1. Анализ проблематики производства асфальтобетонных смесей. 1.2. Особенности технологий и конструкций оборудования, используемых при транспортировке, хранении и подготовки битумов; 1.3. Изменение свойств и структуры битумных вяжущих в процессе старения и методики их оценки. 1.4. Анализ отечественного и зарубежного опыта исследований битумных материалов.
по программе 2: 2.1. Методика оценки компонентного состава битумных вяжущих; 2.2. Исследование процессов старения битумных вяжущих в объеме под действием температурно-временных факторов методом «Ятроскан».
по программе 3: 3.1. Разработка критерия оптимизации перебазировки асфальтосмесительных
установок; 3.2. Исследование имитационной модели оптимизации перебазировки
асфальтосмесительных установок. 3.3. Создание и внедрение нового оборудования.
по программе 4: 4.1 Разработка методики оценки эффективности внедрения в дорожном хозяйстве новых технологий оснащения битумных баз и АБЗ; 4.2 Оценка эффективности внедрения в дорожном хозяйстве новых битумных технологий (на примере Сухоложской БЭБ).
