Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса по улучшению качества заполнителей для производства асфальтобетонных смесей 12
1.1. Влияние качества заполнителей на свойства асфальтобетонных смесей 12
1.2. Современные способы повышения качества заполнителей 16
1.3. Применение высоковольтных электрических разрядов для дробления и измельчения материалов 20
2. Характеристика применяемых материалов и методики проведения экспериментов 28
2.1. Характеристика сырьевых материалов 28
2.2. Методики испытаний материалов 31
2.3. Методика сравнительной оценки качества продукта электроимпульсного дробления 31
2.4. Методика исследования межфазных взаимодействий в системе битум - минеральный материал 32
2.5. Статистическая обработка результатов измерений адсорбции битума 37
2.6. Методика оценки степени точности измерений 40
3. Непрерывно действующая технологическая линия электроимпульсного получения заполнителей 42
3.1. Назначение и состав технологической линии 42
3.2. Миогоэлектродные установки электроимпульсного дробления 44
3.3. Энергоёмкость и производительность получения заполнителя в непрерывном электроимпульсном процессе дробления горных пород 53
4. Исследование физико-механических свойств к продукта электроимпульсного дробления горных пород 63
4.1. Форма зёрен щебня электроимпульсного дробления 63
4.2. Исследования размерных характеристик получаемого заполнителя при электроимпульсном дроблении 67
4.3. Исследование физико-механических свойств щебня электро импульсного дробления 83
4. 4. Отсевы электроимпульсного дробления горных пород 93
5. Исследование межфазных взаимодействий поверхности продукта электроимпульсного дробления с битумом 97
5.1. Активность поверхности продукта электро импульс ного дробления к битуму 97
5.2. Влияние типа жидких сред на сцепление битума с поверхно-стыо продукта электроимпульсного дробления 108
5.3. Взаимодействие фракций битума с поверхностью продукта электро импульсного дробления 114
5.4. Регулирование межфазных взаимодействий поверхности продукта электроимпульсного дробления с битумом 121
6. Асфальтобетонне смеси с использованием заполнителей электро импульсного дробления горных пород 127
6.1. Исследование прочностных свойств асфальтобетонных образцов из асфальтобетонных смесей с различными зерновыми составами и содержанием битума 127
6.2. Сравнительные исследования физико-механических свойств асфальтобетонных образцов из асфальтобетонных смесей на заполнителях электроимпульсного дробления 129
6.3. Исследование физико-механических свойств асфальтобетонных образцов из асфальтобетонных смесей на продукте электроимпульсного дробления в различных жидких средах 140
6.4. Исследование физико-механических свойств асфальтобетонных образцов из асфальтобетонных смесей на продукте электроимпульсного дробления на технологической линии 146
6.5. Использование отсевов электроимпульсного дробления в асфальтобетонных смесях 150
6.6. Эффективность применения продукта электроимпульсного дробления в асфальтобетонных покрытиях дорожных одежд 156
Заключение 161
Список использованных литературных источников
- Применение высоковольтных электрических разрядов для дробления и измельчения материалов
- Методика исследования межфазных взаимодействий в системе битум - минеральный материал
- Миогоэлектродные установки электроимпульсного дробления
- Отсевы электроимпульсного дробления горных пород
Введение к работе
Актуальность работы. На данный момент присутствует широкий круг нерешенных проблем в области как качества и эффективности применения асфальтобетонов в строительстве, так и качества их компонентов, в- первую очередь, заполнителей и битума и, как следствие, их межфазного взаимодействия. Наблюдается устойчивый повышенный спрос на высокопрочный щебень кубовидной формы с содержанием зёрен пластинчатой и игловатой формы не более 15 %. Естественным является поиск путей решений по получению высококачественных заполнителей для асфальтобетонных смесей, поскольку существующие механические устройства дробления не позволяют получать заполнитель, удовлетворяющий отмеченным выше требованиям. В связи с этим представляет интерес использование новых принципов при создании технологии получения щебня, в частности электроимпульсной технологии, когда реализуется эффект внедрения разряда в твердое тело при действии импульсного высокого напряжения, обоснованный и экспериментально подтвержденный А.А. Воробьевым и А.Т. Непиковым, зарегистрированный как научное открытие с приоритетом от 14.12.1961 г. На этой основе разработаны технические средства для электроимпульсного бурения скважин, электроимпульсного дробления и измельчения руд, электроимпульсного разрушения некондиционных железобетонных изделий.
В тоже время, возможности использования электроимпульсного способа разрушения твердых тел в строительной отрасли для получения заполнителей для приготовления асфальтобетонных смесей не проработаны в достаточной мере, что обуславливает актуальность и своевременность настоящих диссертационных исследований.
Работа выполнена в рамках оФраслевой научно-технической программы «Архитектура и строительство», гранта № 21-2-4-69 «Межфазные взаимодействия и управление процессами в технологиях высоковольтной активации строительных материалов при различных условиях и режимах энергонагружения» и гранта № Т02-12.2-1018 «Высоковольтные технологии активации электрическими разрядами строительных материалов» Министерства образования Российской Федерации за периоды 1999-2000 г.г. и 2003-2004 г.г. соответственно.
Объектом исследования в работе являются асфальтобетонные смеси на заполнителях электроимпульсного дробления горных пород.
БИБЛИОТЕКА СПетеИяг
Предмет исследования - взаимосвязь режимов электроимпульсного дробления горных пород в различных рабочих жидких средах с качеством получаемого заполнителя, активностью его поверхности по отношению к битуму и его компонентам и свойствами асфальтобетонных смесей на его основе.
Целью диссертационной работы является разработка технологического оборудования и режимов электроимпульсного дробления горных пород для получения щебня, использование которого в асфальтобетонных смесях обеспечивает повышение уровня показателей их качества.
Дня достижения поставленной цели определены следующие задачи:
1. Разработка технологии и технологического оборудования для
экспериментальных исследований
-
Исследование размерных и физико-механических свойств получаемого заполнителя и закономерностей их изменения при различных энергетических и режимных параметрах электроимпульсного дробления горных пород, в зависимости от характеристик оборудования и вида исходного сырья.
-
Исследование межфазных взаимодействий в системе «органическое вяжущее - минеральная поверхность» заполнителя, полученного при электроимпульсном дроблении минеральных материалов различной химической природы, в различных по своим свойствам рабочих жидкостях при вариации режимов электроимпульсного дробления.
-
Проведение лабораторных и производственных испытаний асфальтобетонных смесей на заполнителях электроимпульсного дробления. Выполнение опытно-промышленных испытаний разработанной технологии и технологического оборудования.
Научная новизна работы:
1. Установлено, что заполнитель, полученный при электроимпульсном дроблении как кислых, так и основных минеральных материалов, обладает существенно меньшим коэффициентом гидрофиль-ности (по П.А. Ребиндеру). Этот коэффициент снижается для кварца на 28 %, для порфирита - на 24 %, за счет увеличения межмолекулярных взаимодействий полярных фракций битума на минеральной поверхности.
-
Установлено, что расход битума в асфальтобетонных смесях уменьшается за счет снижения доступной для адсорбции поверхности полученного электроимпульсным способом заполнителя, в том числе вследствие уменьшения количества микротрещин и микропористости.
-
Установлено, что максимальный выход (до 90 %) прочного щебня фракции 5...20 мм при доминирующем содержании зёрен кубовидной формы, обеспечивается при амплитуде высоковольтного импульса 300...400 кВ и межэлектродном расстоянии 50...60 мм,
; причем образующийся отсев (менее 5 мм) соответствует стандарту на
пески из отсевов дробления для строительных работ. Практическая значимость работы:
1. Результаты исследований позволили решить задачу повыше
ния качества асфальтобетонных смесей.
-
Определены рекомендации по технологическим режимам электроимпульсного дробления горных пород.
-
Разработана технологическая последовательность производства асфальтобетонных смесей и опытно-промышленный образец непрерывно действующей технологической линии получения заполнителей электроимпульсного дробления с использованием технических решений, выполненных на уровне изобретений.
Методология работы и достоверность результатов Исследования основаны на выполнении экспериментов, при анализе которых использованы современные положения строительного материаловедения, что обеспечивает необходимую достоверность полученных результатов и обоснованность выводов и рекомендаций, содержащихся в работе.
Реализация результатов работы
-
Материалы диссертационной работы используются при чтении курсов лекций студентам по дисциплинам «Электрофизические технологии в производстве строительных материалов» для специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» и «Электрофизические технологии в производстве до-рожно-строительных материалов» для специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы».
-
Из заполнителя электроимпульсного дробления приготовлено 14 тонн асфальтобетонной смеси, которая уложена в покрытие участка автомобильной дороги.
З. Материалы исследований составили основу технического задания на непрерывно действующую технологическую линию электроимпульсного получения заполнителей производительностью 25 т/ч.
На защиту выносятся:
Совокупность установленных закономерностей влияния энергетических и технологических параметров электроимпульсного дробления, вида исходного сырья и типа рабочей среды на качество получаемого заполнителя, на характер взаимодействия битума и его компонентов с поверхностью получаемого заполнителя и свойства асфальтобетонных смесей на его основе.
Разработанное оборудование и технология для лабораторных исследований и промышленного применения.
Личный вклад диссертанта состоит в разработке конструкционных решений установок для лабораторных исследований и промышленного использования, в отработке методик исследований, в выполнении экспериментов, в обработке и анализе результатов, в научном обосновании изобретений на устройство для электроимпульсного дробления материалов (А.с. № 1543626), на электроимпульсную установку для дробления материалов (А.с. № 1585972), на способ получения активированного заполнителя для бетона (А.с. № 1557755)..
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на всесоюзной конференции «Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии».- Белгород, 1991 г.; всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительного материаловедения».- Томск, 1998 г.; всероссийской научно-технической конференции «Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок».- Томск, 1999 г.; II международном научно-техническом семинаре «Нетрадиционные технологии в строительстве».- Томск, 2001 г.; IX международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах».- Кемерово, 2004 г.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы раскрыто в 6 публикациях и трех описаниях к авторским свидетельствам (А.с. СССР №.№ 1543626,1557755,1585972).
Применение высоковольтных электрических разрядов для дробления и измельчения материалов
Крупность заполнителя главным образом влияет па качество цементобетона. В асфальтобетоне увеличение количества щебня и его крупности приводит к увеличению отрицательной величины коэффициента упаковки [103], т.е. к более прочному зацеплению щебснок друг за друга, что ведет к повышению сдвигоустойчивости асфальтобетона [14, 36, 41]. Максимальный размер зёрен ограничивается лишь толщиной слоя дорожной одежды [52].
Гордон С.С, Грушко И.М. и др. [34, 120] отмечают, что крупность зёрен заполнителя до 20 мм не вызывает изменения свойств бетонов. Другие отмечают снижение прочности за счет роста крупности гравия, особенно для бетонов высоких марок. Однако существует опасность треищнообразования [148] при уменьшении крупности заполнителя.
Таким образом, при производстве необходимо стремиться к получению щебня с максимальным размером 20...25 мм, тем более что при переходе на производство тонкостенных железобетонных конструкций, в которых используется щебень до 20 мм, потребность на него резко возросла. Для других целей крупность щебня 20...25 мм также является оптимальной [120].
Характер макроструктуры бетонов зависит также от формы зёрен заполнителей и характера их поверхности. Все исследователи единогласны во мнении, что наилучшей является неправильная форма зерна с развитой поверхностью, Но их мнения разделяются по вопросу содержания в смеси игловатых и пластинчатых зёрен. Гордон С.С., Грушко И.М. и др. [34, 120] отмечают, что содержание до 30...50 % таких частиц в смеси не ведет к увеличению её пустотности и удобоукладываемости, а при содержании таких частиц до 30 % свойства смесей вообще не меняются [34]. Зощук Н.И., Лермит Р., Хованова В.М. и др. [48-49, 71,133] отмечают плохую удобоукладывае-мость бетонных смесей, снижение прочности бетонов за счет повышения пустотности в результате недоуплотнения смеси. Повышение жесткости смеси ведет к перерасходу цемента [146]. Как показано в работе [133], увеличение содержания пластинчатых частиц в бетонной смеси снижает её подвижность в 1,6 раза, что ведет к перерасходу цемента на 20. ..25 %.
Структурная прочность асфальтобетона характеризуется главным образом величиной внутреннего трения и сцеплением частиц щебня между собой [41, 103]. Поэтому, для обеспечения плотного каркаса асфальтобетона необходимо ограничивать содержание игловатых и пластинчатых зёрен. В области асфальтовых бетонов в степени влияния таких частиц разногласий нет. В работах И.А. Рыбьева, Л.Б. Гезенцвея Н.В Горелышева и др. [26-27, 41, 103, 119, 144, 151] показано, что увеличение содержания игловатых и пластинчатых зёрен в смеси ведет к снижению величины внутреннего трения, сдвиго-устойчивости, водостойкости покрытий. Как следствие, это приводит к снижению долговечности асфальтобетона.
На прочности и морозостойкости бетонов отрицательно сказывается [34] наличие в заполнителе слабых зёрен, увеличение содержания которых ведёт к перерасходу цемента при достижении требуемой прочности бетона. Слабые зёрна из-за большой водонасыщаемости могут вызвать вздутие строительных изделий, например мостовых плит [149]. В асфальтобетонах с уменьшением прочности заполнителя увеличивается его дробимость под катком [103].
Один из основных недостатков бетонов — это слабое сцепление заполнителя с цементным камнем или битумом. Ослабление контактной зоны происходит из-за наличия на поверхности заполнителя тонких пленок пыли, глины и др. Помимо этого, сцепление зависит также от формы, рельефа и активности поверхности заполнителя. Эта величина возрастает при развитии рельефа поверхности [34, 61, 120]. При максимальном развитии рельефа поверхности прочность сцепления может увеличиться в 4 раза [20].
По степени чистоты поверхности к заполнителям предъявляются особые требования, поскольку присутствие глинистых и пылевидных примесей значительно снижает качество материала, приводит к перерасходу вяжущего и ухудшению морозостойкости и прочности бетонов [20, 63, 88, 118]. При увеличении содержания примесей от 0 % до 7,25 % прочность при изгибе после 25 циклов замораживания-оттаивания снижается в 5,5 раз [63], а при содержании глинистых частиц от 2 до 5 % коэффициент снижения прочности соответственно равен 1 и 0,64 [147]. Также отмечается опасность трещипообра-зования в бетоне [148] из-за присутствия в смеси глинистых частиц. Как отмечено в работах [54, 82] 1 % примесей соответствует 3 % инертной добавки в бетон. Инертная добавка, вводимая с загрязненным заполнителем, значительно ухудшает удобоукладываемость бетонной смеси, сохранение которой посредством увеличения содержания воды и цемента ведет к перерасходу последнего. По данным В.Л. Жученко и В.Н. Галактионова [46] этот перерасход составляет в среднем до 10 млн. т. в год.
Таким образом, на свойства бетонной смеси и бетона существенное влияние оказывает качество поверхности заполнителя, кроме того, последняя является решающим фактором для формирования в бетонах качественного контакта между заполнителем и цементным камнем или битумом, который определяет основные физико-механические свойства бетонов.
Гладков Д.И., Ольгинский А.Г., Гордон С.С, Грушко И.М., Курденков Б.М., Мохортов К.В., Королев И.В., Рыбьсв И.А., Иванов II. 1-І. и др. [32, 34, 42, 65, 89, 103, 120] объясняют причину пониженной прочности, морозостойкости и водостойкости дефектностью структуры контактной зоны между заполнителем и цементным камнем в бетонах, и заполнителем и битумной пленкой в асфальтобетонах.
Характер взаимодействия заполнителя с цементным камнем или битумом играет большую роль в формировании прочного контакта между ними. Поэтому одной из задач технологии искусственных строительных конгломератов является интенсификация характера взаимодействия поверхности заполнителя с вяжущими для обеспечения их прочного сцепления, что связано как с повышением качества заполнителей, так и структурно-механическими свойствами связующего.
Методика исследования межфазных взаимодействий в системе битум - минеральный материал
Работа технологической линии заключается в нижеследующем. Бункер-накопитель загружают исходным каменным материалом порционно из предварительно заполненных ёмкостей, транспортируемых с помощью смонтированной в экспериментально-технологическом зале кран-балки. Исходный каменный материал через люк вьпрузки бункера-накопителя подается на нижнюю часть ленточного транспортера, который обеспечивает доставку материала в дозирующий питатель. Ленточным транспортером дозирующего питателя исходный каменный материал транспортируется на наклонную плоскость (течку) и под собственным весом далее на вход заземленного электрода электро импульс ной установки дробления.
Оператор с пульта управления имеет возможность обеспечить одновременную работу всех узлов системы или автономную их работу в любой последовательности запуска путем их селективного включения (отключения).
Система удаления и накопления готового продукта включает в себя ленточный транспортер и бункер-накопитель. Ленточный транспортер установлен на несущих конструкциях. Нижняя часть транспортера расположена под выходом сита-лотка установки злеісгроимпульсного дробления и снабжена резиновой перегородкой, исключающей рассыпание продукта дробления. Верхняя часть ленточного транспортера снабжена электродвигателем с цепной передачей и установлена над бункером-накопителем готового продукта. При накоплении полного объема бункера-накопителя, продукт дробления удаляется из экспериментально-технологического зала погрузкой на автотранспорт с помощью кран-балки.
Многоэлектродные установки электроимпульсного дробления Электро импульсная технология дробления, измельчения твердых тел связана с разработкой и созданием устройств, в которых происходит пепо 45 средственно процесс разрушения. Создание различных конструкций электроимпульсных устройств дробления, измельчения и как их составной части - электродных систем, диктуется целевым назначением и областью их применения.
На ранних стадиях развития электроимпульсной технологии, когда необходимо было установить возможность дробления, измельчения широкой гаммы твердых тел, использовались одноэлектродные, порционные устройства. В устройствах такого типа разрушению подвергалась порция исходного материала (2... 10 кг), не применялась циркуляция рабочей жидкости, отсутствовали отбор и удаление готового продукта из зоны разрушения.
Необходимость повышения эффективности электроимпульсного разрушения привела к разработке одноэлектродных порционных установок с непрерывным удалением готового продукта из зоны разрушения. В установках этого типа удаление готового продукта из активной зоны разрушения осуществлялось восходящим потоком рабочей жидкости через полость корпуса или отводы в нём (при тонком электроимпульсном измельчении) или через отверстия в низковольтном электроде в сборник дробленого продукта, выполненный конструктивно жестко с корпусом устройства дробления.
Дальнейшая разработка и создание одноэлектродных порционных элск-троимпульсных установок дробления и измельчения с непрерывным удалением готового продукте из зоны разрушения преследовала цель повышения удельной производительности воздействующих импульсов (г/имп) и снижения удельных энергозатрат (квт-ч/т) за счет конструктивного исполнения высоковольтного и заземленного электродов, а также улучшения условий удаления готового продукта из зоны разрушения (применение промывки зоны разрушения, вибрации части или всего перфорированного заземленного электрода и т.п.).
Необходимость повышения производительности обусловила разработку и создание многоэлектродных электроимпульсных установок дробления.
Следует отметить, что практически весь предшествующий опыт разра 46 ботки и создания одно- и многоэлектродных установок электроимпульсного разрушения в большей степени относится к аппаратурной реализации процессов грубого и тонкого измельчения и ограничивался необходимостью достижения заданной производительности без комплексного решения вопросов по увеличению масштабности в наращивании производительности до промышленных объемов.
Опираясь на достигнутые удельные показатели электроимпульсного получения заполнителей в одноэлектродных камерах для экспериментальной непрерывно действующей технологической линии эле ктро импульс ного получения заполнителей разработан ряд конструктивных решений устройств дробления.
Трехкамерная пятиэлектродная установка электроимпульсного дробления В нижней части камеры дробления закреплен заземленный перфорированный электрод 7. Цилиндрическая часть камеры заканчивается усеченным конусом, через который происходит разгрузка раздробленного материала.
Из камеры дробления материал попадает в промежуточную камеру 4, где происходит его накопление. Разгрузка накопившегося материала вместе с рабочей средой осуществляется через конусообразное днище камеры, закрываемое конусной заслонкой 15. Привод заслонки осуществляется через рычаг 10 гидротолкателем 13. Постоянное поджатие заслонки обеспечивает винтовая пружина 12. После разгрузки материала, заслонка вновь закрывается и происходит очередное накопление дробленного продукта. Для кратковременного отделения рабочей камеры от накопительной на время разгрузки материала служит заслонка 5 с приводом от электродвигателя. Из разгрузочной камеры материал попадает в разделительную камеру 9, имеющую также ци 48 линдрическую форму. Стенки разделитель![ой камеры выполнены в виде сита с диаметром отверстий 2 мм, через которые в отстойник будет удаляться жидкая среда дробления. Для этого камера размещена в цилиндре 8 и соединяется с атмосферой через воздушный клапан 14. После удаления жидкой среды дробления, которое должно произойти за время наполнения материалом промежуточной камеры 4, производится разгрузка отделенного от рабочей среды материала. Для этого гидротолкателем через рычаг 11 открывается коническая заслонка 16 и материал попадает не ленточный транспортер 17.
Поддержание необходимого уровня рабочей среды осуществляется насосом, которым она из отстойника подается в камеру дробления и при необходимости в разделительную камеру после её разгрузки. Использование трех камер различного функционального назначения с расположением их одна над другой дает возможность осуществлять непрерывно процесс дробления и отделение получаемого продукта дробления от рабочей среды.
Достоинством камеры является простота конструкции и отсутствие сложных механических приборов, вибрирующих элементов, а в качестве рабочей среды может быть использована не только вода, но и другие жидкости, в том числе водные растворы поверхностно-активных веществ, битумные эмульсии, жидкие, вспененные и разогретые битумы.
Миогоэлектродные установки электроимпульсного дробления
Изменение концентрации парамагнитных центров в пробах пластифицированного битума, обработанных 2000 и 10000 высоковольтных импульсов, представлено спектрами ЭПР соответственно на рис. 5.1, в и г. Концентрацию парамагнитных центров определяли в объеме рабочей среды, взятой из зоны наиболее вероятного воздействия электрические разрядов. Установлено, что при обработке исходного битума электрическими разрядами концентрация парамагнитных центров несколько снижается (см. рис. 5.1, в, г) вследствие взаимодействия свободных радикалов с продуктами рабочей среды. Увеличение количества поданных импульсов не привело к ощутимой разнице спектров ЭПР.
Спектр ЭПР рабочей среды после осуществления в ней электроимпульсного дробления порфирита приведен на рис. 5.1, д. Количество поданных импульсов составляло менее 2000 и подбиралось таким образом, чтобы удельная поверхность материала после обработки электрическими разрядами примерно была равна удельной поверхности аналогичного продукта, полученного после механического дробления и объединенного с рабочей средой (см. рис. 5.1, б). На рис. 5.1, д, заметно существенное снижение концентрации парамагнитных центров в рабочей среде. Столь резкое уменьшение концентрации парамагнитных центров в рабочей среде - битуме — при электроимпульсном дроблении в нем порфирита связано с рекомбинацией свободных радикалов рабочей среды и свободных радикалов свежих поверхностей продуктов дробления. Это говорит в пользу протекания хемосорбционпых процессов с участием свободных радикалов среды дробления на энергетически ненасыщенной поверхности минерального материала в момент его разрушения в процессе электроимпульсного дробления. Носителями парамагнитных центров являются свободные радикалы рабочей среды.
Спектры ЭПР свидетельствуют, что технология получения заполнителей при электроимпульсном дроблении горных пород в органическом вяжущем позволяет осуществлять физико-химическую активацию на уровне радикальных взаимодействий между минеральным материалом и рабочей средой с получением устойчивых химических связей.
Приведенные выше результаты экспериментальных исследований позволили предположить, что с применением электроимпульсного способа дробления горных пород, в частности кислых горных пород, появляется возможность получения прочного сцепления их с органическим вяжущим без ПАВ, применение которых принято в практике дорожного строительства. В связи с этим был выполнен второй этап исследований.
Дроблению электрическими разрядами в пластифицированном битуме подвергали кислые горные породы (гранит, кварцевый порфирит) и гравий Томского месторождения. Сцепление органического вяжущего с минеральным материалом оценивали по общепринятой методике для асфальтобетонных смесей по ГОСТ 12801-98 . Для сравнения определяли сцепление вяжущего с минеральными заполнителями, полученными механическим дроблением, как с добавками ПАВ, так и без них. Во всех случаях гранулометрический состав готового продукта выдерживался одинаковым для выбранной горной породы.
Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 5.1 и подтверждают высказанное предположение: при электроимпульсном дроблении горных пород достигается прочное сцепление минеральных поверхностей с органическим вяжущим без применения ПАВ.
Полученные экспериментальные данные находятся в хорошем соответствии с результатами [72] по количественной оценке сцепления битума с минеральной поверхностью, проведенной по методике А.С. Колбановской [57]. Положительным фактором технологии получения активированных заполнителей электрическими разрядами является также полное обволакивание обнажающихся при дроблении свежих поверхностей органическим вяжущим, что практически невозможно при механическом перемешивании дробленого материала с битумом.
Прочность контакта на границе раздела «Битум - минеральная поверхность» в асфальтобетонах определяется силами сцепления (адгезии) между двумя этими контактирующими фазами. Интенсивность межфазных взаимодействий, в свою очередь, зависит от химической природы минерального материала, топологии его поверхности, а также от его способности взаимодействовать с битумом.
При взаимодействии битума с минеральной поверхностью первоначально происходит явление смачивания, вслед за которым идет избирательная адсорбция и хемосорбция наиболее поверхностно-активных компонентов вяжущего с образованием адсорбционного слоя, прочность взаимодействия которого с минеральной поверхностью будет определять прочность и водостойкость ИСК на основе данных материалов.
Исследование адсорбционной активности минеральной поверхности по отношению к органическим вяжущим, проведенные Р.Л. Лмбросом [10], JI.H. Ястребовой [142], Л.И. Лысихиной [76], и др. позволили установить основные закономерности течения межфазных процессов для минеральных материалов, получаемых традиционными способами измельчения.
Электроимпульсный способ дробления горных пород, предусматривающий пробой и разрушение материала, находящегося в жидкой среде, высоковольтным импульсным электрическим разрядом, за счет возникающих в момент пробоя эффектов (гидроудар, высокие температуры в канале разряда, давление, кавитация, механическая деструкция, магнитное поле, присутствие продуктов разложения жидкой среды и др.) предполагает изменение активности поверхности минеральных материалов различной химической природы. Физико-химические свойства поверхности получаемого таким способом материала исследованы недостаточно полно, поэтому научный и практический интерес представляет исследование энергетики поверхности продукта электроимпульсного дробления.
Отсевы электроимпульсного дробления горных пород
Попытка использования отсевов механического дробления порфирита в качестве добавки к песку из отсевов электроимпульсного дробления показала (см. рис. 6.3.) что с увеличением содержания отсевов механического дробления от 0 до 100 % от общего количества песка в асфальтобетоне, прочность постоянно возрастает и имеет максимум при 60... 100 % только отсевов механического дробления.
Как отмечено в п. 4, повышенное содержание игловатых и пластинчатых зёрен в щебне и отсевах механического дробления повышает прочность асфальтобетона на сжатие, но понижает сдвигоустойчивость и водостойкость асфальтобетона, поэтому использование отсевов от механического дробления в качестве добавки к песку из отсевов механического дробления нежелательно. имеет разные значения модуля крупности (МК), следовательно, на прочность асфальтобетона и он будет оказывать влияние. Представленная зависимость (см. рис. 6.4.) показывает, что оптимальные значения добавок отсевов механического дробления к природному песку соответствуют общему модулю крупности 2,8...3,3, что в большинстве своем отвечает пескам повышенной крупности, в то время как образцы асфальтобетона на природном песке с модулем крупности 2,72 и песке из отсевов электро импульс ного дробления с модулем крупности 3,9, соответствующие крупным и очень крупным пескам соответственно, показывают меньшую прочность. В то же время асфальтобетоны, приготовленные с использованием смеси природного песка и песка из отсевов электроимпульсного дробления с одинаковыми модулями крупности (3,23) и с одинаковыми модулями крупности во всем интервале варьирования их процентного соотношения, показывают наибольшую прочность при использовании песка только из отсевов электро импульс но го дробления.
Следовательно, рациональным будет добавлять природный песок только в отсевы электроимпульсного дробления, имеющие модуль крупности 3,3 в количестве, необходимом для получения смеси песков с модулем крупности 2,8...3,3. Для крупных песков это количество составляет 50,,.65 %. Пески из отсевов дробления с модулем крупности 3,0...3,3 можно использовать в естественном виде без добавок природного песка.
Эффективность применения продукта электроимпульсного дробления в асфальтобетонных покрытиях дорожных одежд
Экономическая целесообразность применения асфальтобетонов на щебне электро им пульс ного дробления, в конечном счете, определяется тем, что увеличивается срок службы дорожных конструкций. Это обстоятельство позволяет при равнопрочности дорожных конструкций сократить расход наиболее дорогого её элемента — асфальтобетона.
Как известно, среди разнообразных типов дорожных покрытий, нашедших применение на автомобильных дорогах России, ведущее место занимают асфальтобетонные покрытия. В настоящее время около 95% покрытий усовершенствованного типа строится с использованием битумных вяжущих. Поэтому, применение электроимпульсной технологии в дорожном строительстве позволяет сэкономить не только асфальтобетон, но и более рационально и эффективно использовать нефтяные битумы, являющиеся наиболее дефицитным вяжущим.
Для определения рациональности использования асфальтобетона на щебне электроимпульсного дробления определяли расход асфальтобетонной смеси на 100 м равнопрочных конструкций дорожной одежды по двум вариантам: по разрабатываемому способу с использованием асфальтобетона на щебне электроимпульсного дробления и но контрольному способу — асфальтобетон на щебне механического дробления.
Согласно ВСН 46-83 [52] рассчитаем контрольный вариант дорожной одежды по критерию сопротивления упругому прогибу.
Найдем общий модуль упругости базового варианта. Для этого послойно рассчитаем дорожную одежду снизу вверх и с помощью номограммы определим общий модуль упругости на поверхности каждого слоя. Этапы расчета сведем в табл. 6.19. может быть уменьшена на 1 см. Тогда, на 100 м покрытия экономия асфаль тобетона (в случае применения электроимпульсной технологии) составит 160 2,5 т. Если учесть, что «Томскавтодор» ежегодно вводит в эксплуатацию более 60 км автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием (ширина проезжей части 7,0 м), то экономия асфальтобетонной смеси при использовании электроимпульсной технологии только по Томской области может составить: 7x60000x2,5 100 тыс. тонн. 161 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. В диссертационной работе научно обоснованы, практически разрабо таны и исследованы технологические процессы и оборудование получения активированных заполнителей при непрерывном многотоннажном электро импульсном дроблении среднепрочных и высокопрочных горных пород (А.с. СССР №№ 1368359, 1543626, 1557755, 1585972). Достигнута реализация в одном технологическом процессе электроимпульсного получения заполните лей дробления исходных горных пород, классификации продукта дробления с одновременным обогащением последнего по: - чистоте поверхности, с явно выраженной её шероховатостью, меньшей трещиноватостью и возможностью её направленной модификации; - форме зёрен при наличии доминирующих зёрен изометрической формы (выход пластинчатых форм зёрен не более 7 % для широкой гаммы исходных горных пород); - прочности, с имеющейся возможностью её регулирования в процессе дробления. 2. Исследованиями физико-механических свойств продукта электроим пульсного дробления горных пород и его размерных характеристик в работе установлено: - регулирование прочности и выхода форм зёрен энергетическими и технологическими параметрами дробления при существенном сокращении выхода игловатых и пластинчатых форм. Зёрна готового продукта после электро импульс ного дробления имеют, в подавляющем большинстве, кубовидную и столбчатую формы. Поверхность таких зёрен имеет ямчато-бугристый вид. Содержание игловатых и пластинчатых зёрен в заполнителе электроимпульсного дробления на порядок меньше, чем при механическом дроблении;
