Саратов, Саратовская область, Россия
Саратовская область, Россия
ГРНТИ 61.29 Химическое сырье
ББК 35 Химическая технология. Химические производства
Проведены эксперименты по введению базальтовой фибры с различной плотностью и длинной нарезки в состав композиционной дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси, выполнены лабораторные испытания образцов асфальтобетонов, установлены оптимальные плотность и длина нарезки базальтовой фибры для введения в асфальтобетонные смеси
технология производства композиционного материала, базальтовая фибра, плотность базальтовой фибры, длина нарезки базальтовой фибры, лабораторные испытания образцов асфальтобетонов, введение базальтовой фибры в асфальтобетонную смесь.
Введение. В транспортном строительстве широко используется такой композиционный материал, как асфальтобетон. Введение в смесь небольших по размеру (дискретных) элементов позволяет добиться их равномерного распределения (дисперсии) в смеси, и получить «композитный» материал с более высокими физико-механическими показателями в готовом конструктивном элементе [1], что позволяет избежать появления колейности, продлить в несколько раз межремонтные сроки и срок службы дорожных покрытий. В настоящее время в России действуют методические рекомендации по технологии армирования асфальтобетонных покрытий добавками базальтовых волокон (фиброй) [2]. Однако широкого применения базальтовая фибра не получила. Основной проблемой использования фибры из различных волокон в асфальтобетонных смесях, по результатам проведённых исследований, а также зарубежным литературным источникам [3, 4], является отработка технологии ведения фибры в состав смеси. В России широкого опыта изготовления на асфальтобетонных заводах смесей с фиброй на сегодняшний момент нет. Это связано с трудностями обеспечения однородного распределения волокон в составе асфальтобетонной смеси.
Основная часть. Для обеспечения однородности распределения фиброволокна в объёме дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей в Поволжском учебно-исследовательском центре «ВОЛГОДОРТРАНС» СГТУ разработан комплекс устройств для обработки фиброволокна при производстве композиционных фибросодержащих асфальтобетонных смесей [1, 2].
В состав комплекса входит устройство для вспушения (расщепления) фиброволокна и устройство для его вдувания (ввода) в смеситель асфальтобетонного завода. Устройства могут применяться в едином комплексе или по отдельности в зависимости от вида и состояния фиброволокна. При использовании устройств в комплексе в составе технологической линии асфальтобетонного завода предусматривается вначале применение устройства для вспушения (расщепления) фиброволокна, а затем поступление вспушенного фиброволокна в устройство для его вдувания (ввода) в смеситель асфальтобетонного завода.
Схема входящего в состав комплекса устройства для вспушения (расщепления) фиброволокна показана на рисунке 1, схема устройства для вдувания фиброволокна в смеситель асфальтобетонного завода показана на рисунке 2 [6].
Устройство для вспушения (расщепления) фиброволокна устанавливается вблизи смесителя асфальтобетонного завода. Труба – воздуховод для отведения готовой фибровоздушной смеси 6 с шиберной заслонкой выводится в смесительную установку асфальтобетонного завода. Через трубу подачи фиброволокна 5 с шиберной заслонкой подаётся фибра. После выхода из трубы подачи фибра захватываетя зубцами звёздочек 3. При вращении звёздочек через трубу воздуховод 4 подаётся воздух, способствующий эффективности вспушения фиброволокна. При механическом воздействии зубцов вращающихся звёздочек 3 и воздушного потока происходит равномерное вспушение фибры без образования комков. Звёздочки 3 установлены на валах 2. Вращение звёздочек 3 осуществляется с различной скоростью за счёт электродвигателя 1 с редуктором 7 (в зависимости от требуемого состояния фибры для выпуска асфальтобетонных смесей). За счёт воздушного потока и воздействия зубцов звёздочек вспушенная фибра через трубу – воздуховод 6 выносится из устройства и поступает непосредственно в смеситель асфальтобетонного завода или в устройство для вдувания (ввода) фиброволокна в смеситель асфальтобетонного завода [4].
|
|
|
Рис. 1. Схема устройства для вспушения (расщепления) фиброволокна
1 – электродвигатель; 2 – вал; 3 – звездочка с зубцами; 4 – труба-воздуховод c шиберной заслонкой;
5 – труба для подачи фиброволокна c шиберной заслонкой; 6 – труба для отведения готовой
фибровоздушной смеси; 7 – реуктор; 8 – клиноременная передача
Рис. 2. Схема устройства для вдувания фиброволокна в смеситель асфальтобетонного завода
1 – задвижка; 2 – электродвигатель привода крыльчатки; 3 – редуктор привода крыльчатки; 4 – крыльчатка;
5 – вихревая камера; 6 – бункер; 7 – опорная стойка; 8 – кран подачи сжатого воздуха;
9 – нагревательный элемент с вентилятором; 10 – смотровое окно; 11 – труба выхода фибровоздушной смеси; 12 – труба подачи фибры; 13 – крышка бункера; 14 – ручка для открывания крышки бункера
Устройство для вдувания (ввода) фиброволокна в смеситель асфальтобетонного завода устанавливается на опорных стойках 7 вблизи смесителя асфальтобетонного завода. Через трубу подачи фибры 12 путём открытия шиберной заслонки фибра за счёт гравитационных сил поступает в бункер 6. Шиберная заслонка трубы подачи фибры открывается с учётом необходимой производительности установки в зависимости от типа и производительности смесителя асфальтобетонного завода при непрерывном смешении (выпуске асфальтобетонных смесей). В случае применения смесителей асфальтобетонного завода циклического действия дозированная навеска фибры вводится в бункер 6 через открываемую крышку 13 с ручкой 14. Для подачи и дозирования фибры в устройство применяется существующее серийно выпускаемое оборудование асфальтобетонных заводов в виде бункеров, дозаторов, компрессоров, трубопроводов. После введения фибры в бункер открывается шиберная заслонка в нижней части бункера 6 и фибра под действием гравитационных сил поступает на вращающуюся крыльчатку 4. Вращение крыльчатки 4 осуществляется с различной скоростью (в зависимости от требуемого состояния фибры для выпуска асфальтобетонных смесей) за счёт электродвигателя 2 с редуктором 3. В нижней части бункера 6 перед крыльчаткой 4 установлен кран 8 для подачи воздушного потока. При механическом воздействии лопастей крыльчатки 4 и воздушного потока происходит равномерное вспушение фибры без образования комков. За счёт воздушного потока и воздействия крыльчатки вспушенная фибра попадает в вихревую камеру 5, откуда потоком воздуха при открытой шиберной заслонке через трубу выхода фибровоздушной смеси 11 подаётся в смеситель асфальтобетонного завода. Устройство подачи фибровоздушной смеси в смеситель асфальтобетонного завода снабжено нагревательным элементом с вентилятором 9 подающим в бункер 6 разогретый воздух для просушки и нагрева фибры перед введением в смеситель с целью улучшения качества композиционной асфальтобетонной смеси с добавкой фибры. Устройство подачи фибро-воздушной смеси в смеситель асфальтобетонного завода снабжено четырьмя шиберными заслонками 1 позволяющими регулировать производительность, скорость дозирования, содержание фибры в фибровоздушной смеси, температуру и влажность фибры (фибровоздушной смеси). В нижней части бункера 6 имеется смотровое окно 10, позволяющее визуально контролировать количество фибры в бункере 6 [7, 8].
Комплекс устройств для обработки фиброволокна при производстве композиционных фибросодержащих асфальтобетонных смесей реализован в виде опытных образцов и прошёл апробацию в Поволжском учебно-исследовательском центре «ВОЛГОДОРТРАНС» СГТУ [3].
Выполнялись исследования по определению однородности распределения фиброволокна в составе композиционных фибросодержащих асфальтобетонных смесей. Критерием оценки однородности являлось визуальное определение однородности распределения фиброволокна (наличие комков и сгустков), а также комплекс показателей физико-механических свойств фибросодержащих композиционных асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов. Исследовались композиционные фибросодержащие асфальтобетонные смеси, где фиброволокно вводилось в виде дозированной навески непосредственно в смеситель асфальтобетонного завода через технологическое отверстие и композиционные смеси, фиброволокно в которые вводилось с применением комплекса устройств для обработки фиброволокна [5, 6].
Для исследований применялась базальтовая фибра длиной 15 мм в количестве 0,4 % (по массе готовой смеси), добавка которой вносилась в подобранный состав асфальтобетонной смеси марки I типа Б по ГОСТ 9128–2013 [5]. Из готовой композиционной дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси в соответствии с методикой ГОСТ 12801–98 [6] изготавливались контрольные образцы. Уплотнение образцов, производилось прессованием на гидравлическом прессе в форме с внутренним диаметром 71,4 мм в течение 3 минут под давлением (40,0±0,5) МПа [9, 10].
Основные физико-механические показатели свойств композиционных фибросодержащих асфальтобетонных смесей, приготовленных с использованием комплекса устройств для подготовки фиброволокна и без приведены в таблице.
Таблица 2
Основные показатели физико-механических свойств композиционного фибросодержащего асфальтобетона марки I, типа Б
|
Наименование показателя |
Ед. изм. |
Требования ГОСТ 9128-2013 для марки I типа Б |
Фактические показатели физико-механических свойств |
|
|
При введении фиброволокна в смеситель без обработки |
При введении фиброволокна в смеситель после обработки с применением комплекса устройств |
|||
|
Предел прочности при сжатии при температуре 50 °С, не менее |
МПа |
1,3 |
2,45 |
3,35 |
|
Сдвигоустойчивость по коэффициенту внутреннего трения, не менее |
- |
0,83 |
0,90 |
0,95 |
|
Сдвигоустойчивость по сцеплению при сдвиге при температуре 50 °С, не менее |
МПа |
0,38 |
0,59 |
0,74 |
В результате выполненных исследований установлена высокая степень однородности распределения фиброволокна в составе композиционных фибросодержащих асфальтобетонных смесей, что позволяет получить увеличение показателей физико-механических свойств композиционных дисперсно-армированных асфальтобетонов примерно до 30 % в сравнении с технологическими режимами без предварительной обработки фиброволокна. В настоящее время поданы заявки о выдаче патента Российской Федерации на изобретение и полезную модель.
1. Технологическое обеспечение качества строительства асфальтобетонных покрытий. Методические рекомендации. Омск: СибАДИ. 2004.
2. Методические рекомендации по технологии армирования асфальтобетонных покрытий добавками базальтовых волокон (фиброй) при строительстве и ремонте автомобильных дорог (Утверждено распоряжением Росавтодора № ОС-12-р от 11.01.2002).
3. ГОСТ 9128-2013 Смеси асфальтобетонные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия.
4. ГОСТ 12801-98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний
5. Челпанов И.Б., Евтеева С.М., Талалай В.В., Кочетков А.В., Юшков Б.С. Стандартизация испытаний строительных, дорожных материалов и изделий // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2011. № 2. С. 57-68.
6. А.с. 1216012 СССР, МКИ3 В 28 В 13/02. Устройство для уплотнения строительных смесей в форме / А.Ф. Иванов, А.В. Потапов, Н.А. Горнаев, И.В. Михайлов (СССР). № 3834339 ; заявл. 30.12.84 ; опубл. 07.03.86, Бюл. № 9. 3 с.
7. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 398 с.
8. Кирюхин Г.Н., Смирнов Е.А. Покрытия из щебеночно-мастичного асфальтобетона. М. ООО «Издательство «Элит». 2009. 176 с.
9. Ляпина А.И., Плотникова И.А. Анализ сопоставления графического и расчётного методов определения показателей дисперсности битумных эмульсий // Тр. СоюздорНИИ. 1977. № 100. С. 120-130.
10. Пат. № 2351703 Российская Федерация. Способ приготовления холодной органоминеральной смеси для дорожных покрытий / Н.А. Горнаев, В.Е. Никишин, С.М. Евтеева, С.Ю. Андронов, А.С. Пыжов. Опубл. 10.04.09.
