Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, обоснование цели и задач исследования 11
1.1 Анализ современных методов проектирования асфальтобетонных смесей 11
1.2 Влияние мелкодисперсных компонентов на физико-механические свойства асфальтобетонных смесей 13
1.3 Улучшение качества асфальтобетонных смесей путем их армирования 17
1.3.1 Особенности применения армирующего материала в АБС.. 17
1.3.2 Армирование АБС материалами содержащие волокна 19
1.3.3 Физико-механические свойства хризотила как материала не имеющего технологической ценности 21
Выводы по первой главе 26
2 Разработка теоретического обоснования дисперсного армирования асфальтобетонных смесей, при готовленных на основе волокон хризотила 28
2.1 Особенности взаимодействия каменных и битумных материалов... 28
2.2 Влияние дисперсного армирования на физико-механические свойства битумно-минеральных композиций 29
Выводы по второй главе 39
3 Разработка требований к проектированию дисперсно-армированной АБС содержащих ХВ 40
3.1 Особенности проектирования АБС 40
3.2 Проектирование минеральной части АБС, содержащих ХВ 42
3.3 Особенности применения минеральных порошков в составе дисперсно-армированных АБС 45
3.4 Изучение влияния хризотиловых волокон на физико-механические свойства битумно-минеральных композиций 48
Выводы по третьей главе 53
4 Разработка технологии армирования АБС волокнами хризотила 54
4.1 Оптимизация составов дисперсно-армированных АБС волокнами хризотила 54
4.1.1 Диапазон варьирования факторов и матрица планирования эксперимента 54
4.1.2 Результаты лабораторных исследований дисперсно-армированных АБС
4.1.3 Обоснование оптимальной величины содержания хризотиловых волокон в асфальтобетонной смеси типа Б 59
4.2 Разработка технологии получения дисперсно-армированных АБС смесей с заданными свойствами 60
4.2.1 Методика проектирования дисперсно-армированных АБС волокнами хризотила 60
4.2.2 Разработка комплексной технологической схемы получения дисперсно-армированных асфальтобетонов волокнами хризотила 62
4.2.3 Принципиальная технологическая схема получения дисперсно-армированных асфальтобетонов 64
Выводы по четвертой главе 67
5 Экспериментальное исследование дорожных покрытий построенных с применением дисперсно-армированных абс волокнами хризотила 68
5.1 Методы испытания дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей волокнами хризотила 68
5.2 Опытно-экспериментальное строительство по технологии дисперсного армирования асфальтобетонов 84
Выводы по пятой главе 88
6 Технико-экономическое обоснование 89
6.1 Технико-экономическое обоснование производства минеральной части АБСтипаБ 89
6.2 Методический подход к расчету экономической эффективности проектных решений 90
6.3 Расчет калькуляции себестоимости производства 1 т асфальтобетонной смеси в 1 и 2 вариантах 91
6.3.1 Расчет материальных затрат 91
6.3.2 Амортизационные отчисления 93
6.3.3 Затраты на ремонт основных фондов АБЗ 93
6.3.4 Расчет затрат на энергоресурсы 93
6.3.5. Расчет фонда заработной платы работников АБЗ 93
6.3.6 Расчет калькуляции себестоимости 94
6.4 Расчет экономических показателей производства продукции АБЗ. 95
6.4.1 Расчет стоимости продукции АБЗ 95
6.4.2 Расчет прибыли от реализации продукции АБЗ 96
6.4.3 Расчет рентабельность продукции АБЗ 96
6.4.4 Расчет производительности труда работающего промышленно-производственного персонала (ППП) АБЗ 96
6.5 Расчет потребности в асфальтобетонной смеси для устройства верхнего слоя дорожного покрытия 97
6.6 Технико-экономические показатели производства асфальтобетонной смеси 97
Выводы по шестой главе 98
Общие выводы 98
- Физико-механические свойства хризотила как материала не имеющего технологической ценности
- Влияние дисперсного армирования на физико-механические свойства битумно-минеральных композиций
- Изучение влияния хризотиловых волокон на физико-механические свойства битумно-минеральных композиций
- Принципиальная технологическая схема получения дисперсно-армированных асфальтобетонов
Введение к работе
Актуальность темы. Проблема повышения качества строительства дорог всегда была актуальной для России. В настоящее время эта проблема стоит особенно остро в связи с тем, что необходимость в строительстве и реконструкции асфальтобетонных покрытий непрерывно возрастает, а качество строительства остается низким. Одним из путей увеличения сроков службы покрытий является дисперсное армирование асфальтобетонных смесей, применяемых для устройства покрытий. Однако вопросы технологии производства дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей до настоящего времени изучены недостаточно. Существующие технологии дисперсного армирования предусматривают в основном применение кондиционных волокон. При этом остаются неиспользованными огромные объемы отходов производства, применение которых, позволит улучшить качество асфальтобетонных покрытий, что благоприятно скажется на межремонтных сроках службы асфальтобетонного покрытия.
Дисперсное армирование хризотиловыми волокнами, улучшая весь комплекс свойств асфальтобетонов, также существенно влияет на свойства битумных пленок, характеристики которых имеют важнейшее значение в процессах старения асфальтобетонов. В связи с этим, разработана двухста-дийная технология введения хризотиловых волокон в процессе производства асфальтобетонных смесей, которая позволяет снизить интенсивность избирательной фильтрации компонентов нефтяного битума в поры и капилляры минеральных материалов, улучшая свойства битума в адсорбционном слое, что повышает срок службы асфальтобетона в покрытии.
Таким образом, за счет дисперсного армирования хризотиловыми волокнами повышаются физико-механические характеристики асфальтобетона, а за счет двухстадийной технологии введения хризотиловых волокон при производстве асфальтобетонных смесей снижается интенсивность трещинообразования, что приводит к повышению эксплуатационных свойств асфальтобетонных покрытий.
Целью исследований является разработка технологии дисперсного армирования асфальтобетонной смеси несортовыми фракциями волокон хризотила (из отходов производства).
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
Определением адсорбционных свойств системы битумно-минеральной композиции при дисперсном армировании асфальтобетонных смесей волокнами хризотила.
Разработкой методики проектирования минеральной части асфальтобетонных смесей с учетом применения хризотиловых волокон.
Исследованием влияния битумно-минеральной композиции, содержащей несортовые фракции хризотиловых волокон, на физико-механические свойства асфальтобетонных смесей.
Обоснованием и проектированием состава дисперсно-армированных асфальтобетонов с высокими эксплуатационными свойствами.
Разработкой технологии дисперсного армирования асфальтобетонных смесей несортовыми фракциями хризотиловых волокон в системах с каменными материалами и минеральным порошком.
Объекты и методы исследований. Объектами теоретических и экспериментальных исследований являются:
физико-механические свойства дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси волокнами хризотила;
процесс проектирования минеральной части асфальтобетонной смеси; теоретическая оценка влияния несортовых фракций волокон хризотила на структурную прочность дисперсно-армированных асфальтобетонов;
технологическая схема приготовления дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси волокнами хризотила.
Для решения поставленных задач проведена комплексная оценка физико-механических свойств дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси волокнами хризотила, теоретическое обоснование оптимального состава битумно-минеральной композиции с применением программного обеспечения.
Научная новизна:
Обоснованы теоретические параметры битумно-минеральной композиции дисперсно-армированной волокнами хризотила, отличающейся тем, что учитывается влияние фазового состояния битум/минеральная часть.
Разработана методика оценки структурной прочности дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси несортовыми фракциями волокон хризотила, отличающейся учетом влияния битума на минеральный порошок с волокнами хризотила.
Разработана методика проектирования дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси волокнами хризотила, отличающаяся учетом влияния битумно-минеральной композиции на характер изменения физико-механических свойств асфальтобетонных смесей.
Выявлен диапазон варьирования несортовых фракций волокон хризотила и исследовано их влияние на прочностные свойства асфальтобетонов.
Разработана технология получения дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси хризотиловыми волокнами отличающейся тем, что позволяет смешивать минеральную часть непосредственно с волокнами хризотила.
Достоверность результатов. Достоверность научных положений основана на применении современных методов обработки результатов научных и экспериментальных исследований физико-механических свойств дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси волокнами хризотила,
подтверждением и апробацией полученных результатов на предприятиях дорожного комплекса.
Научное и практическое значение и реализация результатов. Разработанные методы исследований и математический аппарат позволяют выполнить комплексную оценку физико-механических свойств дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси волокнами хризотила; подобрать наиболее рациональные параметры составов битумно-минеральной композиции дисперсно-армированной волокнами хризотила; оценить влияние битума на минеральный порошок с волокнами хризотила.
Практическое значение заключается в разработке технологии дисперсного армирования асфальтобетонных смесей волокнами хризотила получаемых из отходов Уральского горно-обогатительного комбината.
Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены на АБЗ Свердловской области, и при строительстве участка автомобильной дороги Мезенская-Курманка-Боярка. Результаты исследования являются основой для разработки технологических регламентов: производства дисперсно-армированной смеси и дорожного покрытия.
На защиту выносятся:
-методика проектирования дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси волокнами хризотила позволяющая учитывать влияние минеральной части на характер изменения физико-механических свойств смеси.
-аналитические и графические зависимости для обоснования параметров битумно-минеральной композиции дисперсно-армированной волокнами хризотила;
взаимосвязь влияния хризотилового волокна, минерального порошка и битума на структурную прочность дисперсно-армированных асфальтобетонов;
технология дисперсного армирования асфальтобетонной смеси с волокнами хризотила, позволяющая смешивать минеральную часть непосредственно с волокнистым материалом.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на I-, II-, Ш-й научно-технических конференциях (Уральский государственный лесотехнический университет в 2005, 2006, 2007 гг).; доклад на научно-практической конференции Дорожного департамента Ханты-Мансийского Округа «Инновационные технологии изысканий, проектирования, строительства содержания автомобильных дорог для автомобильных дорог Округа», март 2008 г., г. Ханты-Мансийск; научно-технической конференции «современное состояние и инновации транспортного комплекса» (Пермский государственный технический университет апрель 2008 г).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 работ общим объемом 35 страниц, из них лично автору принадлежит 26
страниц. Три статьи опубликованы в журнале «Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура», включенном в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации. Получено положительное решение по заявке №2006147363/03 (051732) Россия МПК С04В26/26.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, приложений и изложена на 143 страницах, в т.ч. 111 страниц машинописного текста, 45 таблиц, 22 рисунка и библиографический список из 122 наименований, включая 10 на иностранных языках.
Физико-механические свойства хризотила как материала не имеющего технологической ценности
Наибольший интерес для получения асфальтобетона представляет хризотил 5-го и 6-го сортов: А-5-65, А-5-50, А- 6-45, А-6-40, А-6-30, по ГОСТ 12871-93 (Здесь 1-я цифра - сорт асбеста, 2-я - гарантируемый минеральный остаток волокна в процентах для хризотила данной марки на сите с размерами сторон ячейки в свету 1,35 мм) [45, 74, 31, 40, 21].
Способ получения АБС с улучшенными показателями набухания, степени расслоения, водостойкости и предела прочности на растяжение при расколе, морозостойкости и др. разработан в [30]. В данном случае асфальтобетонная смесь включает, % масс: битум 5,2-7, песок из отсевов дробления; 27-38, хризотил фракции 2,8-5 мм 4-й группы марки А-4-30-04-1 и щебень -остальное. Причем, битум и хризотил используют при массовом соотношении (7-13)/1.
Недостаток этого способа заключается в том, что АБС включает хризо-тиловые волокна не в свободном состоянии, а в составе горной породы, что значительно понижает их армирующий эффект.
По данным [118] фирмой Уоррен бразерс компани (г. Бостон) ещё в 1917-1918 годах были получены патенты на использование хризотила в пес 22 чаном асфальтобетоне. Фирма разработала специальные методы применения этой смеси для предотвращения выделения битумов при эксплуатации дорог в жаркую погоду.
В работе [118] асфальтобетонную смесь добавлялся хризотил 7-го сорта. При испытаниях на статическую нагрузку, обнаружилось, что добавление волокна хризотила 7-го сорта оказывает основное влияние на пластическую прочность смеси. Так, при наличии в смеси 3% хризотиловых волокон класса 7 М статическая прочность контрольной смеси возросла в 20 раз при стандартном содержании битума.
В связи с этим, считают, что путем добавления хризотила можно регулировать диапазон характеристик пластичности асфальтобетонов, поскольку появилась возможность широко изменять содержание битума [15, 104].
Образцы асфальтобетона, извлеченного из дорожного покрытия, уложенного для исследования его эксплуатационных качеств, при лабораторных испытаниях выдерживали без разрушения сосредоточенную сжимающую нагрузку 510 фунт/кв. дюйм (35,8 кг/см2) в течение 1-го часа при 140 F (80 С).
Данные работы [118] согласуются с исследованиями Монисмита [119], в которых показано, что чем больше количество битума, тем сильнее сопротивляется смесь многократному изгибу, так как пленки битума становятся толще. Тот факт, что высокая прочность при статической нагрузке была получена в смесях, содержащих хризотил, при повышенном содержании битума (до 8% и более), а растяжимость или глубина погружения прогрессивно возрастали, свидетельствуют о возможности получения широкого диапазона характеристик эластичности. Благодаря этому свойству, асфальтобетоны с добавкой хризотила широко применяются для устройства водонепроницаемых покрытий на пролетных строениях автодорожных мостов [103]. Так, в районе г. Чикаго (США) на автомагистрали Т-55 этот материал уложен на площади 274500 кв. м [10]. На приготовленное основание уклады 23 вали горячую асфальтобетонную смесь, состава % масс: хризотил 4,3-7, минеральный материал 77,3-82,7 и битум 13-17. Толщина слоя смеси 13 мм. В 1971 году в МАДИ [78] исследовалось влияние длинноволокнистого хризотила в холодном асфальтобетоне на прочность при сжатии смеси при 20 и 0 С, прочность при изгибе и модуль деформации для мелкозернистого холодного асфальтобетона из гранитного щебня, песка, минерального порошка, хризотила и жидкого битума типа СГ 70/130 . С увеличением содержания хризотилового волокна до 5 % прочность асфальтобетона на сжатие при 20 С растет. Предел прочности при сжатии при 0 С достигает максимума при содержании 2,5 % масс, хризотилового волокна, оставаясь постоянным до концентрации 5% хризотила. С увеличением количества хризотила в смеси растут как модуль деформации, так и предел прочности при изгибе. Холодный асфальтобетон с хризотилом обладает также высокими деформативными свойствами при низкой температуре, однако из-за трудности перемешивания можно вводить в асфальтобетонную смесь только 2,5-3 % хризотила [78]. Исследования физико-механическихх свойств отходов производства комбината и применение их в асфальтобетонных смесях были проведены в УралНИИ АКХ Ф.А. Асинкратовым, А.Н. Болипухиным, В.П. Леонтьевым, Г.И. Перминым и др. [91]. Лабораторией городских дорог Уральского НИИ АКХ имени К.Д. Памфилова были подобраны, испытаны и проверены в производственных условиях составы горячих и холодных песчаных асфальтобетонных, смесей с добавками хризотилового волокна 6-го сорта [91]. Для контрольных смесей (без добавок хризотилового волокна) приняты следующие составы % по масс: известняковый песок по ГОСТ 8736-85 - 87-84, минеральный порошок по ГОСТ 16667-78 - 13-16, битум БНД 90/130 (СГ 70/130)-7,5-5,3 [101]. Исследования показали, что параметры физико-механических свойств асфальтобетона их горячих и холодных смесей с добавками хризотилового волокна значительно лучше, чем у асфальтобетона без него. Так, для асфаль фальтобетона из горячих смесей с добавками волокна прочность на сжатие выше в два раза, из холодных в 1,5 раза, коэффициент водостойкости выше соответственно на 10 и 20 % [116, 117]. Для проверки результатов исследований были построены два опытных участка из партии горячих и холодных асфальтобетонных смесей с добавками хризотилового волокна. Результаты испытаний образцов вырубок с опытных участков дорог подтвердили результаты лабораторных исследований.
Опытные исследования состояния покрытий позволили уточнить составы минеральной части асфальтобетонных смесей. На основе этих данных были созданы технические условия на асфальтобетонные смеси дорожные из отходов горно-добывающей промышленности и разработаны рекомендации по использованию местных минеральных порошков для производства холодных асфальтобетонных смесей [14, 108, 109, ПО, 120].
Влияние дисперсного армирования на физико-механические свойства битумно-минеральных композиций
Для проверки результатов исследований были построены два опытных участка из партии горячих и холодных асфальтобетонных смесей с добавками хризотилового волокна. Результаты испытаний образцов вырубок с опытных участков дорог подтвердили результаты лабораторных исследований.
Опытные исследования состояния покрытий позволили уточнить составы минеральной части асфальтобетонных смесей. На основе этих данных были созданы технические условия на асфальтобетонные смеси дорожные из отходов горно-добывающей промышленности и разработаны рекомендации по использованию местных минеральных порошков для производства холодных асфальтобетонных смесей [14, 108, 109, ПО, 120].
Исследования по применению отходов производства в битумминераль-ных смесях проводили также в Союздорнии и его Казахском филиале, НПО Дортехника Министерства автомобильных дорог Казахской ССР, Гипродор-нии и др. [31]. Установлено, что асфальтобетонные покрытия автомобильных дорог на отходах производства комбинатов горно-добывающей промышленности отличаются высокими показателями эксплуатационных свойств. Армирование асфальтобетона хризотиловыми волокнами обеспечивает его хорошую работоспособность, особенно возрастают параметры после 15-суточного водонасыщения образцов.
Однако асфальтобетоны из материалов комбината Уральского горнообогатительного комбината обладают пониженной водостойкостью, которую объясняют неоднородностью полученных смесей и отсутствием систематических исследований по проектированию и испытанию зернового и компонентного состава асфальтобетона.
В работе [121] автор подводит некоторые итоги применения асфальтобетонов с добавками хризотила. Он отмечает, что начиная с 1963 года в США (Нью-Йорке) ежегодно проводятся работы по устройству покрытий на улицах с использованием асфальтобетонов, содержащих добавку хризотила 5 сорта. Эти асфальтобетоны отличаются повышенной прочностью, водо- и морозоустойчивостью.
Однако при введении хризотила в смесь оптимальное содержание битума возрастает от 7 до 11 %. Добавка хризотила повышает коэффициент сцепления асфальтобетонных покрытий и удлиняет срок, их службы.
В работе [125] приводятся данные, доказывающие, что добавление хризотила с короткими волокнами к асфальтобетону для покрытий дорожного полотна также улучшает его свойства. Важнейшем проблемой, практического применения хризотила является его установленная токсичность. В 1977 году Агентство по охране окружающей среды США заявило о необходимости запретить использование каменных материалов с включением хризотила для устройства верхних слоев дорожной одежды, слоев износа, поверхностной обработки и др. [61]. В 1991 года аппеляционный суд США аннулировал постановление агентства по защите окружающей среды США о запрете использования хризотила. В июле 1998 года Правительство РФ приняло постановление о своей позиции по вопросу использования хризотила [61]. В частности, там отмечено что принятие во многих странах запрета на использование хризотила основаны на медико-биологических и статистических данных по различным заболеваниям, вызванным использованием, в основном, амфиболовой группой, и не учитываются национальные социально-экономические интересы, результаты научных исследований и научно-технических достижений последних лет в области производства и использования хризотила. Излишне поспешный и необоснованный отказ от использования хризотила не имеет достаточных медико-биологических обоснований и может повлечь за собой серьезные негативные последствия для экономики целого ряда стран. В настоящее время работы с хризотилом регламентируются Сан Пин 2.2.3.57-99 «Работа с асбестом и асбестосодержащими материалами», с учетом документов Международной организации труда № 162 «Конвенция об охране труда при использовании асбеста», одноименных Рекомендаций № 172 и свода Международных правил «Безопасность при работе с асбестом». Попутные продукты, получаемые в процессе обогащения хризотила (смеси песчано-щебеночные из отсевов дробления серпентинита и серпенти-низированных пород, породы дробления серпентинитовые и др.) могут применяться во всех видах строительства по 1-му классу, использоваться в производстве дорожно-строительных материалов, различных марок асфальтобетонов, а также в качестве наполнителя для бетонных смесей во всех видах строительства [79]. Результаты литературного обзора позволяют заключить, что использование хризотила повышает сопротивление асфальтобетона растрескиванию благодаря армированию связующего вещества и наличию дополнительного количества битума. Меньшее количество воздушных пустот и более непроницаемая поверхность дорожного покрытия значительно повышает прочность на изгиб, а высокая плотность и связанность поверхности уменьшает её износ. Ударная прочность повышается на 100%, увеличивается теплостойкость, устойчивость и прочность асфальтобетона на сжатие при статической нагрузке, отсутствуют выделения битума на поверхность дороги в жаркую погоду. Однако возникает проблема с дозировкой и взаимосвязью с системой «каменный материал - битумно-порошковая смесь каменный материал». Анализ имеющегося опыта применения асфальтобетонных смесей в дорожном строительстве позволяет сделать следующие выводы: 1. Повышение эксплуатационных свойств дорожных покрытий необходимо проводить с применением асфальтобетонных смесей с улучшенными показателями. 2. Повышение физико-механических свойств асфальтобетонных смесей возможно путем их дисперсного армирования волокнистыми материалами 3. В качестве армирующего материала целесообразно применять отходы производства горно-рудных предприятий - несортовые фракции волокон хризотила. 4. Проектирование зернового состава минеральной части плотных горячих асфальтобетонов типа Б и их компонентов с применением дисперсно-армирующих добавок требует уточнения. 5. Отсутствуют данные испытаний дисперсно-армированных асфальтобетонов с оптимальной структурной прочностью. 6. В настоящий момент отсутствует научно обоснованная технология дисперсного армирования асфальтобетонных смесей хризотиловыми волокнами в системах с каменными материалами и минеральным порошком, приготовленным из отходов производства при добыче талько-магнезитовых руд, битумом и поверхностно активными веществами.
Изучение влияния хризотиловых волокон на физико-механические свойства битумно-минеральных композиций
Асфальтобетон является наиболее распространенным материалом для устройства дорожных покрытий. Однако под воздействием возрастающих транспортных нагрузок и факторов окружающей среды срок службы асфальтобетонных покрытий недостаточно высок. В связи с этим основной целью проектирования составов асфальтобетона является создание оптимальной структуры с заранее заданными свойствами, которые позволили бы обеспечить требуемые характеристики и долговечность устраиваемого дорожного покрытия.
Важное направление в проектировании - получение асфальтобетонных смесей с непрерывной гранулометрией минеральной части, что обеспечивает устойчивость покрытий в основном за счет расклинивания крупных зерен щебня более мелкими фракциями. К положительным качествам таких смесей относят высокую шероховатость и сдвигоустойчивость в покрытии, малую чувствительность свойств асфальтобетона к случайным колебаниям содержания минерального порошка и битума, достаточно высокую технологичность и удобоукладываемость в процессе устройства дорожного покрытия. Для приготовления смесей рекомендуют применять прочные каменные мате-риалы с дробленой формой зерен. Кривая зернового состава минеральной смеси таких смесей обычно соответствует кубической параболе. Покрытие из уплотненной смеси, как правило, характеризуется открытой пористостью, поэтому особенно важно применять в этих смесях такие битумы, которые являются устойчивыми к старению и обладают хорошим сцеплением с поверхностью минеральных зерен. Минеральный порошок должен обладать правильной тонкостью помола, а битумоемкость не должна превышать допустимые пределы. Для дополнительного улучшения качества смесей нужно вводить армирующие добавки, например волокна хризотила.
Наличие волокна положительно влияет на свойства асфальтобетона. Однако оптимальный состав таких систем по количественному составу каменных материалов, песка, минеральных порошков, волокон хризотила, битума, поверхностно активного вещества и др. до сих пор окончательно не установлен.
Целью данного раздела работы является исследование и проектирование зернового состава минеральной части горячих, плотных, дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей типа Б на основе отходов комбината ОАО «Уральский горно-обогатительный комбинат», изучение физико-механических (химических) свойств компонентов асфальтобетонов - каменных материалов, песка, минеральных порошков, полученных из отходов производства комбината, талько-магнезитовых и известняковых пород, волокон хризотила, битумов и поверхностно активных веществ, подбор материалов и соотношений между ними в смесях, которые бы позволили определить оптимальную структуру асфальтобетона, выдерживающего воздействие динамических нагрузок транспортных средств при различных температурах.
Как показано в главе I, что в настоящее время методологии исследования и проектирования зернового состава минеральной части армированных асфальтобетонов уделяется мало внимания, а свойства таких смесей в системах с отходами производства - каменными материалами, минеральными порошками талькомагнезитовых руд, известняковых пород, хризотиловыми волокнами, битумами, поверхностно активными веществами и др. мало изучены, что ограничивает возможности их практического применения. Требуется дальнейшее изучение и внедрение армированных смесей на производстве, что должно положительно отразиться на качестве и долговечности дорожных покрытий.
Методика проектирования разрабатывалась на примере применения каменных материалов (щебень и песок), минеральные порошки и волокна, предприятия ОАО «Уральский горно-обогатительный комбинат», являющиеся отходами производства, минерального порошка Шабровского талькового комбината, активных минеральных порошков известняковых пород АБЗ г. Екатеринбурга.
Выбор каменных материалов, порошков и волокон обусловлен их доступностью, более низкой стоимостью и возможностью использования для приготовления асфальтобетонных смесей.
Минералогический анализ каменных материалов предприятия ОАО «Уральский горно-обогатительный комбинат» (щебня и песка фракции 5-20 мм) выполнен по ГОСТ 8269.0-97. Для определения генетического типа щебня были отобраны типичные образцы из фракции 5-20 мм и из них приготовлены прозрачные шлифы. Из остальных фракций образцы для подготовки шлифов не отбирались, так как фракция 5-20 мм полностью отражает петрографическую картину по всем фракциям [24]. Исследования показали, что образцы щебня класса 5-20 мм ОАО «Уральского горно-обогатительного комбината» состоят из серпентинита (основной генетический тип, более 90 %) и эпидозита. Интрузивных горных пород не обнаружено. Серпентинит в качестве примесей содержит до 10 % магнезита и до 1 % талька. Эпидозит примесей не содержит. Рентгенофазовый анализ на рентгеновском дифрактометре ДРОН-УМ-І образцов хризотила из породной пыли с размером частиц менее 0,071 мм, включающей хризотил породы фракции 2,5-5 мм, подтвердил идентичность составов хризотила и включающей хризотил породы. Химический состав отходов предприятия ОАО «Уральский горнообогатительный комбинат» анализировали по ГОСТам: содержание Si02, СаО, MgO в твердых материалах определяли по ГОСТ 10538-93, а количество А1203 и Fe203 - по ГОСТ 22252-92. По данным химического анализа отходы производства комбината включают: СаО - 0,86, MgO - 38,7, А12Оэ - 4,59, Fe203 - 4,5, Si02 - 35,7, % и др. т.е. в отходах производства комбината в больших количествах содержатся MgO и Si02 [27]. Физико-механические испытания щебня выполнены по ГОСТ 8269.0-97. Марка щебня по морозостойкости F-400 определялась путем его замораживания-оттаивания [24]. Результаты исследования зернового состава щебня фракции 5-20 мм приведены в приложении А. Из табл. 1 следует, что по зерновому составу щебень фракции 5-20 мм соответствует требованиям ГОСТ 8267-93. Физико-механические свойства щебня фракций 5-20 мм предприятия ОАО «Уральский горно-обогатительный комбинат» даны в табл. 2-3. На основании данных табл. 2-3 (приложение А) можно заключить, что по содержанию зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы щебень фракции 5-20 мм относится ко 2-ой группе, а по количеству пылевидных и глинистых частиц соответствует требованиям ГОСТ 8267-93.
Принципиальная технологическая схема получения дисперсно-армированных асфальтобетонов
В общем виде структурная схема проектирования оптимальных составов армированных асфальтобетонных смесей с использованием ХВ (как не имеющих технологической ценности) приведена на рис. 4.2 и включает: 1. Проектирование типа асфальтобетонной смеси и состава скелетной части (щебеночно-песчаной составляющей) 2. Определение качественной совместимости битума с минеральным порошком 3. Определение содержания ХВ 4. Определение состава дисперсно-армированной битумно-минеральной композиции 5. Расчет состава асфальтобетонной смеси. Особенностью оптимизации зернового состава — получение непрерывного гранулометрического состава на минеральных материалах совместно с ХВ. Особенностью оптимизации битума является получение комплексной Б-М-К. Проектирование состава минеральной части асфальтобетонных смесей проводилось с учетом требований ГОСТ 9128-97. Для полной реализации основных свойств дисперсно-армированных АБС проектирование состава должно проводится с учетом технологической возможности оборудования АБЗ.
Технологическая схема разрабатывалась применительно к отходам производства комбината УГОК как основному и перспективному сырью для производства асфальтобетона в городах Урала и Сибири. Отходы производства предприятия ОАО «Уральский горнообогатительный комбинат» представляют собой смесь мелкого щебня (5-15 мм), песка (ниже 5 мм). При переработке отходов производства комбината обычно возникают затруднения, связанные с их высокой влажностью и трудностью перемешивания смеси. Эти специфические особенности свойств и фракционного состава отходов производства комбината учтены при разработке технологической схемы их переработки применительно к условиям дорожной отрасли [21]. В разработанной технологической схеме материал нагревается до 160 С в сушильных барабанах. Просушенные и нагретые до рабочей температуры отходы производства комбината рассеиваются на две фракции - 0-5 и 5-15 мм, щебень крупностью 15-25 и 25-40 мм поступает в соответствующие бункера запаса. Эта схема может быть использована для производства песка класса 0-5 мм и щебня с размером щебенок 5-15 мм. Для получения составов с непрерывным зерновым составом, предлагается производить для получения асфальтобетона фракцию щебня с размером частиц 5-20 мм. Для производства хризотилового волокна и минерального-порошка на основе отходов производства комбината была разработана технология получения хризотиловых волокон, предприятия ОАО «Уральский горнообогатительный комбинат» класса 0,071-0,5 мм, как не имеющие технологической ценности. Для получения, хризотилового волокна проводилось грохочение и дробление фракций хризотила класса 6-4 и 4-2 мм с последующей сепарацией - измельченной смеси. Введение в состав твердой фазы хризотилового волокна изменяет взаимодействие минеральных и вяжущих компонентов, в результате чего между ними возникают химические связи, а это приближает асфальтобетон к конденсированным структурам, отличающимся более высокой прочностью. Дополнительно проводилось обогащение отходов комбината ОАО «Уральский горно-обогатительный комбинат» в горизонтальных классификаторах конструкции ВНИИНеруда и ВНИИАсбест [21]. При внедрении этих способов обогащения дополнительно получали: из рядовых отходов щебень-клинец фракции 5 мм: крупный песок фракции 5-1,25 мм, пригодный для подстилающих слоев дорожной одежды: мелкий песок (1,25 мм), пригодный для приготовления высококачественного минерального порошка для асфальтобетонов и производства прессованных цементно-песочных тротуарных плиток. На основе проведенных исследований и полученной методике была разработана технологическая схема получения дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей волокнами хризотила. Технологическая схема состоит из двух линий. В одной линии получают фракции каменных материалов, а в другой армированную - асфальтобетонную смесь [29]. Технологическая линия для получения фракций каменных материалов включает: (см. рис. 4.3) - склад отходов производства комбината, ленточный конвейер, сушильный барабан, элеватор, грохот и бункеры для рассеянных фракций каменных материалов: 0-5 мм и 5-20 мм, весовой бункер, смеситель, бункер для хранение готовой смеси.
Для приготовления щебеночно-песчаных фракций с размером частиц 0-5 и 5-20 мм в качестве исходного сырья используются отходы производ-ства предприятия ОАО «Уральский горно-обогатительный комбинат» по ГОСТ 9128-97, которые автотранспортом подаются на установку. После разгрузки автотранспорта отходы производства комбината бульдозером загружаются в приёмный бункер, из которого с помощью конвейера подаются в сушильный барабан. После сушки в барабане, отходы производства комбината элеватором подаются на грохот, где рассеиваются на фракции с размером частиц 5-20 мм и 0-5 мм, поступающие в горячие бункеры, далее в весовой бункер асфальтобетонной установки.
