книги из ГПНТБ / Полосин-Никитин, С. М. Механизация дорожных работ учебник

Г л а в а 4

СКЛАДЫ И БАЗЫ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ, ЗАВОДЫ ПО ПРИГОТОВЛЕНИЮ ДОРОЖНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

§18. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ, ИХ СВОЙСТВА

Встроительстве автомобильных дорог в качестве органических вяжущих материалов используют битумы, дегти, дегтебитумы и битумодегти, полимерные и дорожные эмульсии.

Би т у м ы . Наиболее распространенным вяжущим являются би­ тумы, вырабатываемые на нефтеперегонных заводах. Бывают при­ родные, которые получают из битуминозных пород. Встречаются ме­ сторождения битума в чистом виде. Нефть — горючее ископаемое, маслянистая жидкость от черного до светлого цвета. Бывает легкая

(плотность менее 0,9 г/см3) и тяжелая (более 0,9 г/см3). В СССР

в 1970 г. добыто 348,8 Млн. т нефти, а к концу девятой пятилетки до­ быча возрастет до 496 млн. т, т. е. на 142,2% по сравнению с 1970 г. По ресурсам нефти СССР занимает первое место в мире, а по. ее добыче второе.

Битумы представляют собой твердые или жидкие водонераство­ римые органические вяжущие, состоящие из смеси углеводородов и их сернистых, кислородных и азотных производных, растворимых в сероуглероде или четыреххлористом углероде. В битуме содер­ жатся отдельные группы химических соединений: масла, придаю­ щие ему подвижность и текучесть; смолы, обусловливающие плас­ тичность; асфальтены, придающие ему вяжущие свойства. От изме­ нения их соотношения меняются свойства битума и качество смазы­ вания (склеивания) отдельных частиц каменных материалов, грун­ та, минерального порошка.

По способу переработки нефтяные битумы, твердые, полутвердые и жидкие, разделяются на остаточные, окисленные, крекинговые и экстрактные.

Для оценки качества вязких битумов, кроме глубины проника­ ния, очень важным показателем служит его прилипание к каменным материалам.

Основные методы испытаний битумов регламентированы ГОСТ

11501—65 и ГОСТ 1Г512—65.

91

При переработке любой нефти получается тяжелый остаток, ко­ торый может быть использован как сырье для получения битума; свойства его зависят от химического состава нефти, технологическо­ го режима переработки остатка. Чем больше в нефти нафтеновых ароматических и других углеводородов, тем быстрее и в большем количестве при ее переработке образуются смолисто-асфальтеновые вещества — важнейшие составные части битума.

Ж и д к и е б и т у м ы в отличие от вязких могут быть получены не только в результате переработки нефти, но и разбавлением вяз­ ких битумов. Жидкие битумы бывают двух классов: среднегустеющие СГ и медленногустеющие МГ. Если из вязкого битума приго­ тавливают жидкий класса СГ, в качестве разжижителя берут керо­ син, фракции дизельного топлива. Если же требуется получить жидкий битум класса МГ, разжижителем может служить нефть,

органических веществ, главным образом твердых видов топлива при высокой температуре без доступа воздуха. Дегти по происхожде­ нию подразделяются на каменноугольные, буроугольные, торфяные, древесные и сланцевые, а по методу переработки исходного сырья — на коксовые и газовые. Коксовые дегти в зависимости от температуры коксования бывают высокотемпературные (коксова­ ние до 1200°) и низкотемпературные (полукоксование исходного сырья при 450—600°); газовые дегти получают при производстве светильного газа.

Высокотемпературные каменноугольные дегти подразделяют на сырые (каменноугольные смолы), отогнанные и составленные. Сы­ рые дегти получают при коксовании каменных углей, отогнанные при отгоне от сырого дегтя масел различных фракций. Каменно­ угольный пек является остатком после отгона от каменноугольного дегтя легких, средних и тяжелых фракций и частично антраценовых масел. Составленный каменноугольный деготь приготавливают сме­ шиванием пека и антраценового масла или пека и сырого дегтя.

П р и г о т о в л е н и е п о в е р х н о с т н о - а к т и в н ы х в е ­ щ е с т в (П А В). Недостаточная адгезионная способность (прилипа­ ние к каменным материалам), особенно битума из высокопарафи­ нистой нефти, склонность к старению и морозному разрушению заставляют прибегать к улучшению битума с помощью ПАВ или применять каменные материалы с повышенными свойствами, что не всегда экономично из-за дальности их транспортирования. ПАВ мо­ гут быть добавлены: в процессе производства битума на нефтепере­ гонных заводах, на битумных базах и в цехах АБЗ; при приготовле­ нии смеси на АБЗ, для устройства покрытий способом смешения в установке или на дороге; при изготовлении минерального порошка;

впроцессе активации песка и т. д.

ВСоюздорнии разработано новое полимерно-битумное вяжущее ПБВ, которое с успехом можно использовать при приготовлении ас­

92

фальтобетонных смесей и мастик для заполнения трещин в покры­ тиях, для устройства покрытий на мостах. Асфальтобетонные смеси на его основе по температурному режиму приготовления, укладки и уплотнения относят к теплым смесям. Физико-механические свойства асфальтобетона на основе ПБВ удовлетворяют требова­ ниям, предъявляемым к горячему асфальтобетону. Асфальтобетон­ ные покрытия с применением ПБВ допускается устраивать при по­ ниженных температурах до — 10° С. Особо рекомендуется ПБВ в районах с резко континентальным климатом. ПБВ приготавливают в отдельных цехах АБЗ, на битумной базе. Оборудование цеха не­ сложное и включает цистерны различной емкости, насосы для бен­ зина и битума, мешалку пропеллерного или лопастного типа. Ис­ ходным материалом для приготовления ПБВ являются битумы БНД-60/90, 90/130 (ГОСТ 11954—66), дивинил-стирольные термо­ электропласты ДСТ-30 с содержанием 28—32%' стирола, углеводо­ родные растворители, ксилол, неэтилированные бензины. Несмотря на положительный эффект, применять ПАБ следует осторожно, под строгим контролем лаборатории с опытной проверкой.

§ 19. СКЛАДЫ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ

Для приема органических вяжущих создают центральные скла­ ды, которые обслуживают одного или нескольких потребителей. Как правило, склады располагают вблизи железнодорожных стан­ ций, устраивая ветки и тупики. Такой склад должен быть за чертой города. Основным технологическим оборудованием склада являют­ ся крытые хранилища битума с нагревательными устройствами и насосами. На складе строят площадки-рампы с оборудованием для перекачки и разогрева битума в бункерных вагонах, цистернах-тер­ мосах, устанавливают паровые котлы, передвижные парообразова­ тели. Жидкие битумы и дегти транспортируют в железнодорожных цистернах с нижним сливным патрубком диаметром 160 мм и змее­ виками для разогрева паром, а также в автобитумовозах. Твердый пек прибывает в крытых вагонах и на платформах.

Хранилища бывают заглубленные (подземные), полуподземные и наземные: грунтовые со стенами из бетона, железобетона, кирпич­ ной кладки; стальные цилиндрические цельные и сборно-разборные. В качестве хранилищ можно использовать железнодорожные цис­ терны-термосы (по договору с управлением железной дороги), полуприцепные автобитумовозы. Конструкция автобитумовозов по­ зволяет транспортировать битум к месту работ, сохраняя темпера­ туру в цистерне без подогрева, подогревать до рабочей температуры, перекачивать битум (используя насос), забирать битум из храни­ лища. Для уменьшения тепловых потерь цистерна покрыта тепло­ изоляционным слоем стекловолокна; она оборудована термометром, поплавковым указателем уровня вяжущего, системой подогрева материала, битумным насосом и сливным шлангом. Насос обогре­ вается отработавшими газами двигателя. Выпускаются полуприцепные битумовозы следующих емкостей:

93

Рис. 4.1. Битумохранилище с паровым разогревом битума:

/ — пульт управления; 2 — мост; 3 — паровой разогреватель; 4 — перила; 5 — конечный вы­ ключатель; 6 — битумопроводы; 7 — мотор-редуктор; 8 — ведущее колесо механизма передви­ жения моста

Для доведения вяжущего до жидкотекучего состояния применя­ ют донные паровые змеевики (регистры); масляные калориферы с циркулирующим по ним горячим минеральным маслом; электроподогревательные элементы; инфракрасные лучи. Нагревательные устройства размещают в хранилище и в заглубленных в грунт отсе­ ках-приямках, откуда нагретое вяжущее забирают насосом, установ­ ленным на уровне земли или непосредственно в толще битума (глубиные насосы).

Используется агрегат Д-592, перемещающийся по рельсовым пу­ тям вдоль битумохранилища (рис. 4.1). Самоходная тележка имеет форму козлового крана, на котором смонтировано все оборудование агрегата. Погружаемый разогреватель состоит из пакета трубчатых регистров с поверхностью нагрева 50 м2, образующих колодец, внутри которого установлен короб с насосом. Конструкция короба препятствует попаданию неподогретого битума к насосу. Обтекая трубы погруженного нагревателя, битум поднимается до верха ко­ роба и, перетекая через его край, поступает к всасывающему филь­ тру насоса, нагнетательная труба которого соединена с отводящим битумопроводом. Обогрев битумопровода и насоса — паровой, в других конструкциях можно использовать электроподогрев. Кран с поднятым нагревателем обеспечивает разогрев битума в любом месте хранилища. В нерабочем состоянии нагреватель находится над зеркалом битума или на ремонтной площадке. Привод ходовых тележек агрегата осуществляется от двух электродвигателей. Про­ цесс нагрева и перекачивания битума может быть автоматизирован.

94

лучатели представляют собой керамические панели, нагреваемые газовым пламенем; они

образуют мощные потоки излучения и весьма эффективно исполь­ зуются в разогревателях асфальтобетонных покрытий. Электри­ ческие излучатели получили широкое распространение в промыш­ ленности и начинают внедряться в дорожном строительстве, в част­ ности для обезвоживания и разогрева битума до рабочей температуры. ИКЛ можно использовать на ремонтных работах зимой для размораживания грунтов, тепловлажностной обработки железобетонных изделий и др. Перспективно использование ИКЛ для сушки материалов, ремонтных работ [5.5].

Для разогрева битума используют излучатели с температурой нагрева свыше 900° С. Установка с электрическими излучателями для разогревания битума в хранилище (рис. 4.2) имеет генератор-излу­ чатель 2, который может передвигаться по периметру хранилища 1, разогревая битум в любом месте тонким слоем. Горячий битум от­ качивается насосом в установку обезвоживания, которая допускает дистанционное управление насосным устройством с пульта и регу­ лирование температуры нагрева битума. Установки с ИКЛ позво­ ляют снизить стоимость разогрева 1 т битума в несколько десятков раз по сравнению с паровым разогревом.

Трубы, по которым подают битум, устраивают с обогревом (бес­ шовные-— диаметром 75— 100 мм). В зависимости от капитальности склада и продолжительности его нахождения на одном месте битумопроводы монтируют в земле в кирпичных каналах на металличе­ ских стойках или на поверхности земли. В случае необходимости битумопроводы изолируют шлаковатой или другим теплоизолиру­ ющим материалом, обматывают проволочной сеткой и штукатурят.

Пек хранится в закрытых складах или под навесом; жидкие би­ тумы и дегти, доставленные в таре, хранят под навесом; доставлен­ ные в цистернах, бункерных вагонах и автоцистернах содержат в крытых хранилищах.

На складах вяжущих материалов создают лабораторию или контрольный пост, контору мастера, механика, ремонтную мастер­ скую или летучку, котельную, душ, туалет (рис, 4.3). Здания устра-

95

ивают сборно-разборными легкого типа или в виде пе­ редвижных вагончиков стан­ дартного типа.

§ 20. БИТУМНЫЕ БАЗЫ

Битумные базы создают для приемки, хранения, обезвоживания и нагревания его до рабочей температуры. В ряде случаев приготавли­ вают ПАВ, дорожные эмуль­

совые, около железной до­ роги и притрассовые, ближе к строительству или месту

ровыми трубами, по которым проходят горячие газы, получаемые от сгорания жидкого или газообразного топлива. Нагрев битума происходит быстро и до нужной температуры, но является далеко не современным из-за опасности коксования вяжущего на жаровых трубах. Нельзя допустить понижения уровня вяжущего ниже ж а­ ровых труб, что небезопасно в пожарном отношении. Этого можно избежать, если автоматизировать процесс контроля уровня — при оголении жаровых труб форсунки выключаются автоматически.

Качество битума ухудшается при циклическом способе тепловой обработки в котлах с продолжительностью теплового воздействия на вяжущие, равной 12—25 ч, в сочетании с высокой температурой поверхностей нагрева. Несовершенство такого способа заключается в том, что он допускает одновременную обработку крайне толстого

96

слоя битума при почти полном отсутствии конвективного обмена тепла. В этих условиях температуру поверхностей нагрева необхо­ димо доводить до 600—700°, а продолжительность тепловой обра­ ботки— от одной до трех рабочих смен. Такой режим ухудшает состав битума и приводит к нежелательным изменениям его техно­ логических характеристик. Котловое оборудование громоздко, нера­ ционально в силу больших тепловых потерь, требует установки на базе паровых котлов, что удорожает выпуск разогретого битума.

Битумные котлы пока широко применяются на производстве. Их работу улучшают, применяя интенсивное перемешивание битума во время разогрева, используя термодатчики и др. Правильный режим нагрева битума, без перегрева, который изменяет химический состав и физические свойства,— непременное условие получения качествен­ ного асфальтобетона, битумоминеральных смесей.

При электрообогреве значительно упрощается конструкция теп­ лообменника, исключается необходимость в промежуточном тепло­ носителе, не нужно устройство для его разогрева. Однако нагрева­ тели помещают в материал, что может привести к возгоранию биту­ ма. В случае неисправности электрические нагреватели остаются в затвердевшем битуме, где они разрушаются и восстановлению не подлежат. Кроме того, нагреватели этого типа в большой степени подвержены шлакованию. Их можно закрыть герметически в кожу­ хи, но от этого нагреватели становятся громоздкими, тяжелыми и недолговечными.

Пластинчатые нагреватели также не дают желаемых результа­ тов, так как они пожароопасны. Как и герметичные электронагре­ ватели, они недоступны для обслуживания, недолговечны и не мо­ гут обеспечивать интенсивного нагрева.

Электропоточный способ тепловой обработки битума с исполь­ зованием электроэнергии прямым нагревом (установка РИСИ) смягчает указанные недостатки электронагревателей (рис. 4.4).

Удобнее косвенный нагрев, когда вяжущее не соприкасается с нагревательным элементом. Достоинством таких систем является возможность нагрева битума при любом его уровне в цистерне, полностью исключена опасность коксования, возможно полное ис­ пользование битума в резервуаре. Однако продолжительность на­ грева вяжущего в резервуаре с косвенным обогревом значительно больше, чем с прямым. При косвенном нагреве автоматическое устройство надежно обеспечивает работу нагревателей без над­ зора во время вынужденного простоя АБЗ или ночью, когда нуж­ но нагреть вяжущее для работы днем. По такому способу рабо­ тают паровые теплообменники. Достоинство пара как теплоносите­ ля состоит в его высокой теплоте парообразования, отсутствии перегрева, потери качества битума, воспламенения вяжущего. Не­ достаток паровых нагревателей в том, что необходимо применять высокую температуру +200° и давление 15 кгс/см2, что требует больших капиталовложений. Разогрев битума, застывшего в ваго­ нах и хранилищах, ведут паром только с температурой 165° и дав­ лением 7 кгс/см2. Для доведения битума до рабочей температуры

Рис. 4.4. Электропоточная схема нагревания битума:

такая температура не годится. Кроме того, умягчение воды требует наличия котельной установки.

Для косвенного разогрева битума эффективны жидкие мине­ ральные масла с низкой вязкостью и высокой точкой кипения, не разлагающиеся при высоких температурах и не вызывающие кор­ розии металлических частей. Низкая вязкость масла обеспечивает хороший теплообмен, а высокая точка кипения — работу обогрева­ тельной системы без избыточного давления. Для этих целей можно использовать масла марки 52 (ГОСТ 6411—52), ароматизированное

13 000 ккал/м2, температурный напор 20—25° и скорость циркуля­ ции— 2,5—3 м/с). Этот теплоноситель не имеет запаха и не'вызы­ вает коррозии металлов, за исключением меди и ее сплавов. При­ менять в качестве теплоносителя соляровое масло нельзя. Оно име­ ет низкую температупу вспышки, и в процессе разложения из него выделяются легкие летучие фракции метанового ряда, что может привести к взрыву.

Масла, не относящиеся к перечисленным, нельзя применять в качестве теплоносителей, так как, не обладая достаточной терми­ ческой стойкостью, они под действием высокой температуры начи­ нают быстро разлагаться, что в конечном счете влечет за собой выход из строя оборудования, взрывы и пожары.

По способу косвенного нагрева работает агрегат Д-506. Он вы­ паривает влагу из предварительно разогретого в хранилище битума

98

Рис. 4.5. Схема установки для обезвожи­ вания и нагрева битума до рабочей тем­ пературы с использованием горячего теплоносителя:

7

Схема автоматизированной установки косвенного нагрева с ис­ пользованием горячего масла изображена на рис. 4.5. В установке, автором которой является Г. В. Гончаренко (Севастопольский ДЭУ № 46), использован косвенный нагрев жидкого теплоносителя мас­ ла МК.-22 с электроподогревом батарей коаксиальных электрона­ гревателей. Температура кипения масла равна 276°, что дает боль­ шую теплоотдачу. Коаксиальные нагреватели 1 помещены в тепло­ изолированный бак 2, из которого нагретое масло насосом 3 подается по трубопроводам в поверхностные трубчатые нагревате­ ли 4, расположенные в битуме в обеих секциях хранилища. Такой же конструкции нагреватель вмонтирован в бак 5, также тепло­ изолированный. На его крышке установлен лоток 6 для обезвожи­ вания битума. Бак 5, лоток 6 и приямок битумохранилища 7 соеди­ нены трубопроводом 8 через циркуляционный насос 9. Для обезво­

бопроводов. Управление работой агрегата — автоматическое. Теплопроизводительность— 150 тыс. ккал/ч, давление в котле — 10 кгс/см2, расход теплоносителя — 14 м3/ч. В качестве теплоноси­ теля используют ароматизированное масло АМТ-300, индустриаль­ ные масла ИС-20 и дитолиметан ДТМ.

В состав нагревателя входит змеевиковый горизонтальный ко­ тел, трехходовой по отходящим газам и однозаходный по теплоно-