Содержание к диссертации
Введение
1. Оценка изменений свойств битума в рабочем котле АБЗ 13
1.1. Битум и необратимые изменения его свойств 13
1.2. Технология подготовки битума на асфальтобетонных заводах 30
1.3. Исследования состояния битума в рабочем котле 44
1.3.1. Методика проведения исследований 44
1.3.2. Особенности организации работ по подготовке битума в рабочем котле и краткая характеристика применяемого технологического оборудования исследуемых АБЗ 46
1.3.3. Экспериментальные исследования изменений свойств битума в рабочем котле 51
1.4. Цель и задачи исследования 66
2. Исследование процессов старения битума в рабочем котле методом физического моделирования 69
2.1. Физическое моделирование технологии подготовки битума в рабочем котле АБЗ 69
2.1.1. Термодинамическая физическая модель рабочего котла 69
2.1.2. Методика проведения исследований 79
2.1.3. Экспериментальные исследования старения битума в физической модели рабочего котла 81
2.2. Математическая модель процесса окисления битума в рабочем котле 98
3. Разработка методов и устройств минимизации старения битума в рабочем котле 118
3.1. Методы минимизации старения битума в рабочем котле при приготовлении асфальтобетонных смесей на асфальто-бетонном заводе 118
3.1.1. Метод сохранения качества битума в рабочем котле в процессе приготовления асфальтобетонных смесей при пониженной производительности битумного насоса 119
3.1.2. Метод минимизации окисления битума в рабочем котле 122
3.2. Устройства минимизации старения битума в рабочем котле 125
3.2.1. Устройство минимизации старения битума в рабочем котле «наклонный лоток» 125
3.2.2. Устройство минимизации старения битума в рабочем котле «труба в трубе» 128
3.2.3. Приёмно-заборное устройство битума 130
4. Анализ результатов производственного внедрения и оценка экономической эффективности 15 0
4.1. Практическое использование результатов исследования 150
4.2. Экономическая эффективность внедрения результатов исследования 155
Основные результаты и выводы 165
Литература 168
Приложения
- Битум и необратимые изменения его свойств
- Особенности организации работ по подготовке битума в рабочем котле и краткая характеристика применяемого технологического оборудования исследуемых АБЗ
- Физическое моделирование технологии подготовки битума в рабочем котле АБЗ
- Методы минимизации старения битума в рабочем котле при приготовлении асфальтобетонных смесей на асфальто-бетонном заводе
Введение к работе
Проблема долговечности асфальтобетонных покрытий, в настоящее время, в связи с удорожанием органических вяжущих и энергии, встаёт особенно остро. Большинство дефектов слоев, имеющих в своём составе битум, связано с неизбежным старением вяжущего.
Анализ литературы, приведённый в главе 1, показал, что старение битума происходит непрерывно, причём не только в составе асфальтобетона при эксплуатации автомобильных дорог. В процессе подготовки битума на отечественных асфальтобетонных заводах свойства его ухудшаются. Наибольшие изменения свойств битума при его подготовке происходят на этапе хранения в расходных ёмкостях перед подачей в смеситель. В результате в состав асфальтобетона вяжущее попадает, значительно изменив свои первоначальные свойства, что приводит к сокращению срока службы автомобильных дорог. Поэтому исследование процессов старения битума в рабочем котле и разработка способов замедления этих процессов приобретает особую актуальность.
Цель работы - разработка методов и устройств минимизации ухудшений свойств битума в рабочем котле при приготовлении асфальтобетонных смесей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
произвести оценку изменений свойств битума в рабочем котле путём натурных наблюдений;
исследовать процессы старения битума в рабочем котле методом физического моделирования и дать их математическое описание;
разработать методы и устройства, обеспечивающие минимизацию изменений свойств вяжущего в рабочем котле АБЗ;
- выполнить производственное внедрение результатов и оценить их
экономическую эффективность.
Научная новизна работы состоит в том, что:
выявлены зависимости кинетики старения битума в рабочем котле АБЗ от условий технологического процесса, его организации и особенностей оборудования;
получена математическая зависимость скорости окисления битума в рабочем котле от условий его движения и физических свойств;
- разработаны методы замедления скорости изменения физико-
механических свойств битума в рабочем котле.
Практическое значение работы:
- сформулированы рекомендации по организации технологического
процесса подготовки битума в рабочем котле асфальтобетонного завода,
позволяющие замедлить необратимые структурные изменения битума;
разработан метод «сохранения качества битума в рабочем котле при пониженной производительности битумного насоса», обеспечивающий снижение необратимых структурных изменений битума рабочего котла за счёт уменьшения количества вяжущего участвующего в циркуляции;
разработан метод «минимизации окисления битума в рабочем котле» и его техническая реализация - «приёмно-заборное устройство битума», полностью исключающее окисление вяжущего при его возврате в рабочий котёл;
разработаны конструкции специальных устройств минимизации старения битума в рабочем котле: по типу «наклонный лоток» и «труба в трубе», минимизирующие окисление битума при сливе его из возвратного битумопровода;
выполнен расчёт экономического эффекта, согласно которому применение разработанного метода «минимизации окисления битума в
рабочем котле» позволяет получить годовой экономический эффект 3 157 377 руб.;
- получены патенты РФ № 2278142 от 20.06.2006г, РФ № 66353 от
10.09.2007г и РФ № 2314383 от 10.01.2008 г, РФ № 2315146 от 20.01.2008 и
РФ № 2322477 от 20.04.2008 г.
На защиту выносятся:
методика проведения и результаты натурных экспериментальных исследований изменения свойств битума в рабочем котле асфальтобетонного завода при его функционировании;
методика расчёта физической модели рабочего котла и результаты экспериментальных исследований при моделировании;
математическая модель окисления битума в рабочем котле при приготовлении горячих асфальтобетонных смесей;
методы минимизации старения битума в рабочем котле асфальтобетонного завода.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на международных научно-практических конференциях «Строительство» (г. Ростов-на-Дону, 2005г, 2006г, 2007г.), на 3-й Всероссийской научно-технической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог. Охрана окружающей среды» (г. Пермь, 2005 г.), на I Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» (г. Омск, 2006).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:
Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях,
рекомендуемых ВАК РФ
Саенко, С.С. О сохранении качества вяжущего в рабочем котле АБЗ / С.С. Саенко //Известия ОрёлГТУ. Серия «Строительство. Транспорт» - Орёл: ГТУ - 2007г. - № 1/13 (529) январь-март. - С. 74 - 77.
Саенко, С.С. Изменения свойств битума в рабочем котле АБЗ / С.С. Саенко // «Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки» -Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2007 - № 4. - С. 105 - 106. (принята к печати 30.11.2006г.)
Никулин, Ю.Я. Минимизация старения битума в рабочем котле АБЗ / Ю.Я. Никулин, С.С. Саенко //«Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки» - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2007 - № 4. - С. 107 — 109. (принята к печати 30.11.2006г.)
Публикации в других научных изданиях
4. Никулин, Ю.Я. Обезвоживание битума / Ю.Я. Никулин, А.Г.
Сукиязов, Л.И. Гутикова, С.С. Саенко // «Проблемы проектирования,
строительства и эксплуатации автомобильных дорог. Охрана окружающей
среды»: мат-лы 3-й Всерос. научн.-технич. конф. молодых учёных,
аспирантов и студентов. - Пермь: ПГТУ, 2005 — С. 46 - 48.
5. Никулин, Ю.Я. Интенсификация нагрева вязких жидкостей
вибрированием / Ю.Я. Никулин, С.С. Саенко // «Строительство - 2005»: мат-
лы междунар. научн.-практич. конф. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2005 — С. 66 -
67.
6. Илиополов, С.К. Один из методов снижения старения битума / С.К.
Илиополов, Ю.Я. Никулин, С.С. Саенко // «Строительство — 2005»: мат-лы
междунар. научн.-практич. конф. — Ростов-на-Дону: РГСУ, 2005 — С. 72 — 73.
7. Никулин, Ю.Я. Экспериментальные исследования окисления битума в
рабочем котле / Ю.Я. Никулин, С.С. Саенко // «Строительство — 2005»: мат-
лы междунар. научн.-практич. конф. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2005 - С. 70 -
71.
8. Никулин, Ю.Я. Обезвоживание битума / Ю.Я. Никулин, А.Г.
Сукиязов, С.С. Саенко, С.Г. Гутиков //«Строительство — 2005»: мат-лы
междунар. научн.-практич. конф. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2005 - С. 68 - 69.
9. Саенко, С.С. Состояние битума в рабочем котле АБЗ / С.С. Саенко //
Изв. Рост. гос. строит, ун-та - 2005г. - № 9 - С. 397.
Илиополов, С.К. Способы снижения интенсивности старения битума в рабочем котле / С.К. Илиополов, Ю.Я. Никулин, С.С. Саенко // «Строительство - 2006»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2006 - С. 30 - 32.
Гутикова, Л.И. Высокоэффективная технология нагрева и забора битума из хранилища и устройство для её реализации / Л.И. Гутикова, С.С. Саенко, С.Г. Гутиков //«Строительство - 2006»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2006 - С. 32 - 34.
Илиополов, С.К. Старение битума / С.К. Илиополов, Ю.Я. Никулин, С.С. Саенко // «Строительство - 2006»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2006 - С. 49 - 51.
Никулин, Ю.Я. Высокоэффективная технология хранения и забора из хранилища дорожных битумов / Ю.Я. Никулин, Л.И. Гутикова, С.С. Саенко // «Дороги и мосты»: сб. научн. ст. - Киев, 2006 - вып. 5 — С. 289 — 304.
Саенко, С.С. Способы сохранения качества битума в рабочем котле при приготовлении асфальтобетонных смесей / С.С. Саенко //«Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений»: мат-лы I Всерос. науч.-практич. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных. - Омск: СибАДИ, 2006. - Книга 3. - С. 203 - 205.
15. Саенко, С.С. О существующей технологии подготовки битума на
АБЗ / С.С. Саенко // Изв. Рост. гос. строит, ун-та - 2006г. - № 10 - С. 381.
Илиополов, С.К. Обобщённый интегральный квадратичный критерий качества битума / С.К. Илиополов, Ю.Я. Никулин, С.С. Саенко // «Строительство - 2007»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2007 - С. 22 - 24.
Никулин, Ю.Я. Устройство минимизации старения битума в рабочем котле / Ю.Я. Никулин, О.О. Мелихов, С.С. Саенко // «Строительство - 2007»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2007 - С. 24-26.
18. Саенко, С.С. О циркуляции битума в расходной ёмкости при
приготовлении асфальтобетонной смеси / С.С. Саенко // Изв. Рост. гос.
строит, ун-та — 2007г. - № 11 — С. 326.
Патенты на изобретения
19. Пат. 2278142 РФ, МІЖ С 10 С 3/12. Способ забора битума из
рабочего котла при приготовлении асфальтобетонной смеси на
асфальтобетонном заводе / Ю.Я. Никулин, С.К. Илиополов, С.С. Саенко. -
2005113486/03; заявлено 03.05.05; опубл. 20.06.06. Бюл. № 17. приоритет
03.05.05.-С. 7.
Пат. 66353 РФ, МПК Е01С 19/45. Устройство минимизации старения битума в рабочем котле / Ю.Я. Никулин, О.О. Мелихов, С.С. Саенко, Г.Л. Шамраев. - 2007112636/22; заявлено 04.04.07; опубл. 10.09.07. Бюл. № 25. приоритет 04.04.07. - С. 5.
Пат. 2314383 РФ, МПК С 10 С 3/12. Приёмно-заборное устройство битума в рабочем котле / С.К. Илиополов, Ю.Я. Никулин, С.С. Саенко. -2006123389/03; заявлено 30.06.06; опубл. 10.01.08. Бюл. № 1. приоритет 30.06.06.-С. 5.
22. Пат. 2315146 РФ, МПК С 04 В 26/26. Способ минимизации
окисления битума в рабочем котле при приготовлении асфальтобетонной
смеси на асфальтобетонном заводе / С.К. Илиополов, Ю.Я. Никулин, С.С. Саенко. - 2006110786/04; заявлено 03.04.06; опубл. 20.01.08. Бюл. № 2. приоритет 03.04.06. - С. 5.
23. Пат. 2322477 РФ, МПК С 10 С 3/12. Устройство минимизации старения битума в рабочем котле / С.К. Илиополов, Ю.Я. Никулин, О.О. Мелихов, С.С. Саенко. - 2006139252/03; заявлено 07.11.06; опубл. 20.04.08. Бюл. №11. приоритет 07.11.06. — С. 6.
Битум и необратимые изменения его свойств
Проблема долговечности автомобильных дорог для дорожного строительства была актуальна всегда. В настоящее же время, в связи с ростом цен на строительные материалы и энергию, удорожанием ремонтных работ, эта проблема встаёт особенно остро. Основным компонентом наиболее распространённых в дорожном строительстве покрытий — асфальтобетонных, является битум. Он объединяет воедино все компоненты асфальтобетонной смеси, и поэтому от качества этого материала напрямую зависит качество и долговечность асфальтобетонных покрытий /50, 52/. В составе асфальтобетонной смеси битум подвергается воздействию погодно-климатических факторов, приводящих со временем к негативному изменению его свойств.
Под действием тепла, света, кислорода воздуха, воды и других факторов в битуме происходят обратимые и необратимые изменения свойств. Обратимые изменения связаны с перестройкой надмолекулярной структуры битума (физическое, старение). Необратимые изменения сопровождаются протеканием внутренних физико-химических процессов, в результате которых битум теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействию агрессивной внешней среды, происходит изменение химического состава (химическое старение), качество битума ухудшается, что со временем приводит к разрушению материала и асфальтобетонного покрытия в целом.
Изучением старения битума занимались А.С. Колбановская, А.И. Лыси-хина, И.М. Руденская, Б.Г. Печеный, Илиополов С.К., Углова Е.В., Мардиро-соваИ.В. и другие /58, 61,69, 79, 108, 133, 156/.
Одной из первых работ, посвященных старению, была работа Г. Абрахама /З/, в которой он отмечает сложность изменений, происходящих в составе битума. При этом наиболее типичными реакциями старения являются: - полиоксиконденсация (окисление), происходящая под действием кислорода воздуха; — полимеризация, связанная с воздействием тепла, даже в отсутствии кислорода, причём степень полимеризации определяется как температурой, так и временем воздействия тепла; — оксиполимеризация компонентов битума, происходящая при воздействии на вяжущее света или ультрафиолетовых лучей; — испарение легколетучих компонентов, зависящее от содержания в битуме легколетучих составляющих, вязкости битума и температуры.
Считается, что основной реакцией изменяющей состав и свойства битума при старении является окисление вяжущего. При этом свет и температура выступают в роли активаторов старения.
Что касается испарения компонентов, то на этот счёт имеется несколько мнений. Так, например, И.М. Руденская отводит им небольшую роль в процессах старения /133/. Летучие продукты, по мнению Д.А. Розенталя /129/ и СР. Сергиенко /143/, образующиеся как за счёт испарения битума, так и вследствие испарения летучих продуктов, образующихся в результате деструкции при взаимодействии с кислородом, нельзя исключать из внимания при изучении столь сложного явления как старение.
Таким образом, при эксплуатации автомобильной дороги непрерывно происходят изменения свойств вяжущего, ведущие к ухудшению его качества и разрушению асфальтового бетона. Однако старение битума происходит не только при нахождении его в составе асфальтобетонного покрытия /61, 92, 120, 135, 137, 139/. Необратимые ухудшения свойств вяжущего наблюдаются и на этапе подготовки его, на асфальтобетонном заводе (АБЗ). Это не раз отмечалось в работах И.М. Руденской, В.Д. Портнягина; А.С. Колбановской и других исследователей/69, 79, 121, 133, 162/.
По данным В.Д. Портнягина /121/, изменение прочности асфальтобетона во времени имеет зависимость с чётко выраженным максимумом (рис. 1.1). В настоящее же время температурно-временные параметры подготовки битумов, приготовления и укладки горячих смесей таковы, что к моменту начала эксплуатации в покрытии асфальтобетон уже имеет, например, прочность Ra, близкую к максимальному значению Rmax, вместо возможной R/. Это приводит к тому, что материалу в покрытии остаётся работать до Rip практически только на нисходящей ветви. При этом фактическое время эксплуатации тэксп асфальтобетонного покрытия значительно меньше возможного хЖС1!.
Особенности организации работ по подготовке битума в рабочем котле и краткая характеристика применяемого технологического оборудования исследуемых АБЗ
Особенности организации работ по подготовке битума в рабочем котле и краткая характеристика применяемого технологического оборудования исследуемых АБЗ
Для проведения натурных исследований изменения свойств битума в рабочем котле с целью получения статистических данных, доступных сравнительной оценке, были выбраны АБЗ (в том числе федерального и регионального уровней), расположенные в Ростовской области: в г. Аксае, г. Азове и г. Каменске-Шахтинском, оборудованные наиболее распространёнными в России смесительными установками - ДС-158 (производительностью 50 т/час).
Так как технологический процесс приготовления асфальтобетонных смесей на выделенных АБЗ имеет ряд особенностей, для правильной интерпретации полученных данных и разработки рекомендаций по улучшению технологии необходимо подробное описание исходных данных.
АБЗ г. Аксая Ростовской области В наличии один рабочий котёл и один резервный (рис. 1.8).
Рабочий котёл, вместимостью 30 т (полезная - 28 т), оборудован жаровыми трубами и трубчатыми электрическими нагревателями (б 16 кВт), кроме того, котёл оборудован системой змеевиков из труб для подогрева масла, используемого для обогрева коммуникаций: прямого и возвратного битумопро-водов, битумного насоса. Электрическими нагревателями пользуются для поддержания рабочей температуры во время работы АБЗ и в ночные часы, а жаровыми трубами для разогрева вяжущего после продолжительных простоев (выходные, простои из-за отсутствия объёма работ) и в начале строительного сезона.
Теплоизоляция котла из стекловаты, толщиной 5 см. Расходная ёмкость оборудована битумным шестерёнчатым насосом, производительностью 400 л/мин. Битумный насос имеет два всасывающих патрубка расположенных в нижней части рабочего котла: нижний — на уровне 0,18 м от низа ёмкости, верхний — на уровне 0,68 м.
В рабочем котле имеется прямоугольный люк-лаз (0,75x0,75 м), расположенный на расстоянии 0,5 м от торцовой стенки котла, имеющей всасывающие патрубки.
Длина прямого и возвратного битумопроводов около 30 м. Возвратный битумопровод вварен в верхнюю часть расходной ёмкости на расстоянии 0,1 м от угла люка-лаза.
Резервный котёл (рис. 1.8), вместимостью 18 т, оборудован трубчатыми электрическими нагревателями (6x17 кВт), полностью вкопан в грунт, тепловой изоляции не имеет, уровень грунтовых вод расположен намного ниже нижней отметки котла. Для перекачки битума из резервного котла в расходную ёмкость, котёл оборудован шестерёнчатым битумным насосом и системой битумопроводов. Поскольку битум доставляют на АБЗ уже разогретым до рабочей температуры, в резервном котле осуществляется лишь её поддержание.
Доставляют битум из битумохранилища (где вяжущее обезвоживают и разогревают до рабочей температуры) автобитумовозами в течение всего дня и самотёком сливают в резервный котёл. Перекачку битума из резервного котла в рабочий производят по мере расходования вяжущего, но, как правило, в конце рабочего дня. Кроме того, битум периодически отбирают в автогудронаторы из резервного котла для дорожно-строительных нужд (подгрунтовка, поверхностная обработка и прочее). АБЗ г. Азова Ростовской области
В наличии один рабочий котёл и один резервный (рис. 1.9). Оба котла вкопаны в грунт, теплоизоляция — керамический бой (около 0,5 м), распола-гаются выше уровня грунтовых вод. Котлы связаны с асфальтосмесительной установкой прямым и возвратным битумопроводами, однако забор и подачу битума осуществляют исключительно из рабочего котла (он расположен к смесителю ближе, чем резервный).
Рабочий и резервный котлы, вместимостью по 12,5 т, оборудованы трубчатыми электрическими нагревателями (6x17 кВт в каждом). Электрические нагреватели используют для поддержания рабочей температуры. Обезвоживание и разогрев битума осуществляется в приямке битумохранилища, откуда нагретый до рабочей температуры битум по системе битумопроводов с помощью битумного насоса, расположенного в приямке, перекачивают в котлы.
Ёмкости оборудованы битумным шестерёнчатым насосом, производительностью около 400 л/мин. Битумный насос имеет два всасывающих патрубка (по одному для каждого котла), подключённых к ёмкостям через люки-лазы, расположенные в верхней части котлов. Котлы имеют по два люка-лаза (D = 1,2 м), которые располагаются на расстоянии 0,5 м от торцовых стенок котла.
Физическое моделирование технологии подготовки битума в рабочем котле АБЗ
Физико-механические исследования изменений свойств битума в физической модели рабочего котла
При проведении экспериментальных исследований старения битума в физической модели рабочего котла использовали Волгоградский битум марок БНД 60/90 и БНД 90/130 третьего структурного типа (по классификации А.С. Колбановской /69/).
Установлено, что наибольшие изменения свойств вяжущего происходят при испытании его в условиях режима 1, соответствующего подготовке битума в расходной ёмкости в период приготовления асфальтобетонной смеси, то есть при наличии циркуляции вяжущего. Для битума БНД 60/90 эти изменения составляют соответственно 18-20 % (рис. 2.5) для глубины проникания иглы пенетрометра при + 25 С и от 15 до 24 % (рис. 2.6) для пенетрации при 0 С от первоначальных величин. При этом изменения тех же физико-механических показателей при испытании вяжущего в условиях режима 2 составили до 10 % (рис. 2.5) для пенетрации при + 25 С и около 8-10 % (рис. 2.6) для пенетрации при 0 С. Часто изменений пенетрации при испытании по 2 режиму вообще не происходило, что подтверждает мнение об активно развивающихся процессах отступления в массе битума находящегося в покое при высокой температуре.
Что касается такого показателя как температура размягчения, то изменения его составили в среднем 1-2 С при испытании в «динамическом» режиме, и 0-1 С для «статического» режима (рис. 2.7).
Изменения растяжимости вяжущего при + 25 С для режима 1 составляли 4-6 %, при проведении испытаний в режиме 2 изменений дуктильносте не наблюдалось.
За основу методики проведения испытаний в физической модели были приняты положения разработанной методики экспериментальных исследований для реальных объектов (Гл. 1.3.1, Прил. 1).
Поскольку физическое моделирование должно адекватно воспроизводить технологическую операцию подготовки битума в рабочем котле, определяющие параметры испытаний были продиктованы существующей технологией. Были выбраны два режима проведения эксперимента.
1 режим — «динамический». Данный режим соответствует времени приготовления асфальтобетонной смеси: время испытания - 8 часов, двухлопастная мешалка включена, температура битума - рабочая. 79 режим - «статический». Данный режим воспроизводит время нахождения вяжущего в рабочем котле в период, когда АБЗ не работает — ночные и вечерние часы: время испытания — 16 часов, двухлопастная мешалка выключена, температура битума -»рабочая.
Пробы битума полученные в результате экспериментов испытывались по методикам ГОСТ 22245-90 /30/. Определялись: глубина проникания иглы пенетрометра при + 25 С и при 0 С, температура размягчения по методу «Кольцо и Шар», температура хрупкости, а также растяжимость битума при + 25 С. Кроме того, при использовании методики /57/, разработанной ВНИИ НП при участии СоюзДорНИИ и Одесского НПЗ, определяли методом адсорбционной хроматографии процентное содержание в битуме асфальтенов, масел и смол. Битум исследовался методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
Метод электронного парамагнитного резонанса Концентрацию свободных радикалов определяли методом электронного парамагнитного резонанса. Регистрацию ЭПР производили на спектрометре ЭПР ER-9 фирмы Zeiss. По интенсивности, форме и ширине сигнала определяли содержание свободных радикалов в исследуемом веществе.
Для вычисления р-электронного парамагнитного резонанса битума использовалась формула: Физико-механические исследования изменений свойств битума в физической модели рабочего котла
При проведении экспериментальных исследований старения битума в физической модели рабочего котла использовали Волгоградский битум марок БНД 60/90 и БНД 90/130 третьего структурного типа (по классификации А.С. Колбановской /69/).
Установлено, что наибольшие изменения свойств вяжущего происходят при испытании его в условиях режима 1, соответствующего подготовке битума в расходной ёмкости в период приготовления асфальтобетонной смеси, то есть при наличии циркуляции вяжущего. Для битума БНД 60/90 эти изменения составляют соответственно 18-20 % (рис. 2.5) для глубины проникания иглы пенетрометра при + 25 С и от 15 до 24 % (рис. 2.6) для пенетрации при 0 С от первоначальных величин. При этом изменения тех же физико-механических показателей при испытании вяжущего в условиях режима 2 составили до 10 % (рис. 2.5) для пенетрации при + 25 С и около 8-10 % (рис. 2.6) для пенетрации при 0 С. Часто изменений пенетрации при испытании по 2 режиму вообще не происходило, что подтверждает мнение об активно развивающихся процессах отступления в массе битума находящегося в покое при высокой температуре.
Что касается такого показателя как температура размягчения, то изменения его составили в среднем 1-2 С при испытании в «динамическом» режиме, и 0-1 С для «статического» режима (рис. 2.7). Изменения растяжимости вяжущего при + 25 С для режима 1 составляли 4-6 %, при проведении испытаний в режиме 2 изменений дуктильносте не наблюдалось.
Методы минимизации старения битума в рабочем котле при приготовлении асфальтобетонных смесей на асфальто-бетонном заводе
Метод сохранения качества битума в рабочем котле в процессе приготовления асфальтобетонных смесей при пониженной производительности битумного насоса {Патент РФ № 2278142)
Для достижения поставленной задачи - минимизации необратимого ухудшения качества битума в рабочем котле, в ДорТранснии РГСУ был разработан метод сохранения качества битума в рабочем котле /59, 60, 101, 136, 138/, основанный на понижении производительности битумного насоса в возвратный период.
При реализации данного метода в рабочем котле монтируется дополнительный всасывающий патрубок (рис. 3.1), внутрь которого вводится ограничивающая шайба, понижающая производительность битумного насоса. Дополнительный патрубок подключается через первый вход трёхходового крана к шестерёнчатому насосу. Через второй вход крана подключается основной всасывающий патрубок. Переключение трёхходового крана на входе битумного насоса осуществляется синхронно и синфазно с переключением трёхходового крана на входе битумного дозатора.
Технология подачи битума из расходной ёмкости в дозатор не нарушается и выполняется следующим образом. Цикл дозирования осуществляется по принятой технологии, то есть битумный насос 6 производит забор битума из рабочего котла 1 через основной всасывающий патрубок 2 и подаёт его по прямой ветви битумопровода 7 в битумный дозатор. При этом излишки битума возвращаются по возвратному битумопроводу 9 в рабочий котёл 1.
По окончании дозирования трёхходовой кран 8 на входе в дозатор закрывается, а трёхходовой кран 5 битумного насоса 6 переключается на дополнительный всасывающий патрубок 3, имеющий ограничивающую шайбу 4 (при этом переключение трёхходового крана на входе битумного насоса и трёхходового крана на входе дозатора осуществляется, как и описывалось раньше, синхронно и синфазно). Таким образом, во время возвратного цикла насос работает при пониженной производительности. Это приводит к тому, что со кращается по сравнению с традиционной технологией количество циркулирующего и сливаемого битума, а, следовательно, меньший объём вяжущего окисляется при сливе в рабочий котёл. Так как давление битумного насоса на сливаемый битум существенно меньше, происходит меньшее разбрызгивание вяжущего, уменьшается площадь разрушаемой защитной плёнки на битумной поверхности рабочего котла.
Устройство ограничивающей шайбы на входе битумного насоса ограничивая лишь его производительность, абсолютно не влияет на работоспособность насоса и позволяет работать без перегрузок, гидравлических сопротивлений и без нарушения герметичности прокладок.
Поскольку при сливе битума разрушение поверхностной плёнки всё же происходит, а также полностью не исключено разбрызгивание вяжущего, авторами предлагается следующее решение данной проблемы.
Для осуществления плавного слива битума (без разбрызгивания) и снижения взаимодействия с кислородом воздуха к концу возвратного битумопро-вода крепится специальное устройство слива. Оно позволяет сливать вяжущее из возвратного патрубка без разбрызгивания и нарушения целостности поверхности битума в котле, а, следовательно, значительно замедлить процесс окисления.
