Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические и технологические основы производства и применения дорожно-строительных материалов.pdf
91
Подготовка минеральных материалов к производству АБС (ЩМАС)
Дробление щебня
Улучшение
формы зерен,
активация щебня
Производство
порошка
Активация мине-
рального порошка
Временное хра-
песка и МП
Временное хра-
нение битума
Промывка песка
Временное хра-
нение МП
Временное хра-
нение битума
Временное хране-
Подача в бункер-
материалов)
Точное дозирование
(ЩМАС)
Перемешивание
(ЩМАС)
Выдача гото-
Временное
продукции
1
1
1
1 2 2
1
2
2
1
2
минерального
питатель заполнителей (песка и щебня),
их грубое дозирова-
ние, просушка, гро-
хочение по узким
фракциям (грохоче-
ние минеральных
компонентов АБС
Рис. 7.1. Схема классического технологического процесса по производству
щебенистой АБС (ЩМАС): 1 – возможная операция транспортирования
нение щебня,
вой продук-
ции (АБС,
ЩМАС) по-
требителю
ние стабилизиру-
ющей добавки
2 – обязательная операция транспортирования
компонентов АБС
хранение
готовой
92
дозирование минеральных составляющих, транспортирование
битума до битумоплавильни, обезвоживание, нагрев до рабочих
температур и его дозирование, подачу (транспортирование) и дозирование стабилизирующей добавки, подачу всех отдозированных компонентов в асфальтобетоносмеситель, их перемешивание
и выдачу готовой продукции либо потребителю (на автосамосвал), либо для временного хранения – в бункер-накопитель.
Кратко рассмотрим вопрос о роли некоторых технологических операций в получении качественного покрытия. Минеральные материалы поступают на АБЗ часто переувлажненными, содержащими излишнее количество пыли и с повышенной лещадностью, а иногда не соответствующими товарным фракциям. Поскольку они временно хранятся в открытых складах, под действием внешних факторов в процессе хранения у них продолжается процесс ухудшения физико-механических свойств.
Переувлажненные материалы для просушки, во-первых, требуют перерасход энергии, во-вторых, при традиционной технологии не гарантируют их полного обезвоживания в сушильных агрегатах. А объединение их с битумом в присутствии воды значительно снижает показатель сцепления и, соответственно, качество
АБС и покрытия с их использованием.
К аналогичному результату приводят не до конца обезвоженный битум, стабилизирующая добавка и загрязненные минеральные материалы. Содержащий увеличенное количество лещадных
частиц щебень не позволяет получить материал с наибольшей
упаковкой, что ухудшает условия протекания химических и физико-химических процессов и получения материалов оптимальной структуры.
В операциях «транспортирование» важно обеспечить сохранность отдозированных материалов и поддержание их требуемой
температуры, максимально избегая контакта с внешней средой.
93
От точности выполнения операции «дозирование» зависят
АБЗ
Прием АБС (ЩМАС) в бункер-
питатель асфальтоукладчика
Подгрунтовка основания по-
крытия
Разравнивание АБС (ЩМАС)
вибробрусьями и выглаживающи-
ми плитами асфальтоукладчика
Подгрунтовка основания
покрытия
Укладка холодной АБС
Разравнивание холодной
АБС автогрейдером
Прикатка и уплотнение асфальтобетона в покрытии катками
Мероприятия по повышению шероховатости покрытия
Приемка готового
Временная защита
структурообразования
1
1
1
1
2
плотность упаковки, остаточная пористость и соответствие
свойств готовой продукции проектным показателям. А от этого
непосредственно зависят однородность и постоянство свойств
АБС и ЩМАС и качество покрытия из них.
на основание ДО
покрытия в эксплуа-
тацию
Рис. 7.2. Схема технологии применения АБС (ЩМАС) в покрытии дороги:
1 – обязательная операция; 2 – возможная операция
покрытия от разруше-
ния до завершения
94
7.4.2. Технологические процессы приготовления АБС и ЩМАС
Разогревание битумов до температур, отличающихся от рабочих, либо ухудшает условия смачивания и снижает показатель
сцепления их с поверхностью минеральных материалов (при недогревании), либо приводит к преждевременному старению вяжущего (при перегревании). Все это ухудшает качество продукции и уменьшает долговечность покрытия.
Операция «перемешивание» является конечной и самой глав-
ной технологической операцией процесса приготовления АБС и
ЩМАС. В ходе ее происходят объединение всех компонентов
между собой и главная часть физико-химических процессов, оказывающих непосредственное влияние на формирование структуры и свойств из них.
При этом происходит выравнивание температур всех компо-
нентов, адгезионные, адсорбционные и термодинамические процессы, изменение свободной поверхностной энергии минеральных материалов и поверхностного натяжения битума и т. д.
Из-за присутствия в смеси пылеватых частиц (минерального
порошка) в системе возникают дополнительные многочисленные
центры структурообразования, повышающие энергетический потенциал более крупных компонентов смеси при взаимодействии
их с битумом. Однако, из-за избирательной адсорбции и диффузионных процессов в ходе операции «перемешивание» непосредственный контакт жидкой фазы с поверхностями твердых частиц
ослабляется.
Кроме того, под действием относительно высоких температур
и перелопачивания смеси начинается бурное окисление битума.
Поэтому, для избежания их негативных последствий рекомендуется организовать технически оправданное повышение интенсивности процесса перемешивания, например, с использованием
95
вибрационных воздействий, воздействием ультразвука и т. д.
Имеются предложения также организовать эту операцию в среде
нейтральных газов.
Как было отмечено выше, между битумом, минеральным порошком и карбонатными заполнителями возможны и хемосорбционные процессы. Степень их протекания зависит от содержания в них окислов кальция, алюминия, железа и других и дисперсности порошка. Поэтому важно осуществить выбор с учетом
их каталитического влияния на процесс полимеризации углеводородов. При наличии минеральных порошков с нейтральной поверхностью следует увеличить их дисперсность и применять битумы с малой активностью.
При использовании активированного минерального порошка
его передозировка или избыточное количество вяжущего могут
привести к отрицательной адсорбции. Поэтому необходимо в
смесь добавлять битумофильные ПАВ и обратить более тщательное внимание на точность выполнения операции «дозирование».
При использовании дорожных эмульсий в процессе перемешивания одновременно происходит распад вяжущего с испарением водных легко летучих составляющих битума. В зависимости
от скорости распада эмульсии, смачивание и адгезия на поверхности минеральных материалов могут ускоряться или, наоборот,
сильно замедляться. Для мелкозернистых АБС (ЩМАС) желательнее использовать эмульсии с более длительным периодом
распада.
7.4.3. Технологические процессы применения АБС и ЩМАС
В процессах транспортирования свежеприготовленной смеси,
разгрузки и распределения в покрытии и частичного уплотнения
асфальтоукладчиком продолжаются внутренние изменения в
96
микроструктурах из-за понижения и неравномерности изменения
температуры, возможных процессов расслоения смеси, приближения структурных элементов в результате механических воздействий и ранее начавшихся процессов структурообразования.
При этом цепочечные молекулы вяжущего принимают строго
нормальное направление по отношению к поверхности минеральных материалов, фиксируясь полярными головками по отношению к адсорбентам.
Продолжается также медленное оттеснение с поверхности
подкладки слабополярных групп битума сильнополярными, хотя
и с замедлением из-за возрастания его вязкости по мере уменьшения температуры. Продолжается рост мицел вокруг вновь возникающих асфальтеновых центров. Появляются тенденция к синерезису битума с изменением фазового состава, а также термодинамические, хемоадсорбционные процессы и изменение свободной поверхностной энергии компонентов.
В ходе уплотнения происходят процессы формирования макроструктуры и завершения образования микроструктуры асфальтового (щебеночно-мастичного) асфальтобетона. При этом достигаются сближение и прочная фиксация зернистых компонентов в
формирующемся бетоне. Происходят нарушение сравнительно
установившегося межмолекулярного термодинамического равновесия, новое перераспределение битумных пленок под действием
внутренних напряжений при действии внешнего давления (от
вальцов катков). Это происходит до установления нового, более
устойчивого, межмолекулярного равновесия и переформирования
микроструктуры бетона.
Скорость процессов перестройки зависит от температуры
смеси: чем меньше значение последней, тем медленнее скорость.
При достижении предельно низких температур до завершения
97
процесса уплотнения процесс деформирования микро- и макроструктур может не завершиться.
В этом случае бетон получится пористым с ухудшенными
эксплуатационными свойствами. Вот почему важно завершить
весь технологический процесс до достижения смесью критически
низких температур. Это ограничение записано также в нормативах по строительству асфальтобетонных покрытий.
С момента завершения процесса уплотнения начинается второй, наиболее длительный период долговечности асфальтового
покрытия, характеризуемый более-менее стабильными физикомеханическими и эксплуатационными свойствами.
В завершение отметим, что при использовании в качестве вяжущего маловязких или жидких битумов процесс формирования
макроструктуры будет продолжаться достаточно длительное
время (до 3-х месяцев), поэтому на этот период необходимо
предпринимать специальные меры.
К ним относятся: регулирование движения по полосам наката, возможное временное закрытие поверхности покрытия водозащитной пленкой, песком и т. д. Важно обеспечить также сохранность бетона покрытия от промораживания.
98
8. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ
ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ, ЦЕМЕНТОБЕТОНОВ
И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
8.1. Общие сведения о бетонах
Бетон – один из древнейших строительных материалов. Из него
построены галереи египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть
Великой Китайской стены (III в. до н. э.), ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах.
Однако использование бетона и железобетона для массового
строительства началось только во второй половине XIX в., после
получения и организации промышленного выпуска портландце-
мента, ставшего основным вяжущим веществом для бетонных и
железобетонных конструкций.
Вначале бетон использовался для возведения монолитных
конструкций и сооружений. Применялись жесткие и малоподвижные бетонные смеси, уплотнявшиеся трамбованием. С появлением железобетона, армированного каркасами, связанными из
стальных стержней, начинают использовать более подвижные и
даже литые бетонные смеси, чтобы обеспечить их надлежащее
распределение и уплотнение в бетонируемой конструкции.
Однако применение подобных смесей затрудняло получение
бетона высокой прочности, требовало повышенного расхода цемента. Поэтому большим достижением явилось появление в 30-х
годах XX века способа уплотнения бетонной смеси вибрировани-
ем, что позволило обеспечить хорошее уплотнение малоподвижных и жестких бетонных смесей, снизить расход цемента в бетоне, повысить его прочность и долговечность.
99
В эти же годы был предложен способ предварительного
напряжения арматуры в бетоне, способствовавший снижению
расхода арматуры в железобетонных конструкциях, повышению
их долговечности и трещиностойкости.
Проф. А. Р. Шуляченко в 80-х годах прошлого века разработал теорию получения и твердения гидравлических вяжущих веществ и цементов и доказал, что на их основе могут быть получены долговечные бетонные конструкции. Под его руководством
было организовано производство высококачественных цементов.
Проф. Н. А. Белелюбский в 1891 г. провел широкие испытания, результаты которых способствовали внедрению железобетонных конструкций в строительство. Проф. И. Г. Малюга в
1895 г. обосновал основные законы прочности бетона. В 1912 г.
был издан капитальный труд Н. А. Житкевича «Бетон и бетонные
работы» [53].
В начале века появляется много работ по технологии бетона и
за рубежом. Из них наиболее важными были исследования Р. Фере (Франция), О. Графа (Германия), И. Боломе (Швейцария),
Д. Абрамса (США) [53].
В бывшем Советском Союзе технология бетона получила
широкое развитие со времени первых крупных гидротехнических
строительств – Волховстроя (1924 г.) и Днепростроя (1930 г.).
Профессора Н. М. Беляев и И. П. Александрин возглавили ленинградскую научную школу по бетону и внедрили в практику строительства первые научные методы подбора состава бетона, значительно повысившие его качество.
В 30-е годы XX в. ученые московской школы бетона
Б. Г. Скрамтаев, Н. А. Попов, С. А. Миронов, С. В. Шестоперов,
П. М. Миклашевский и другие разработали методы зимнего бетонирования и тем самым обеспечили круглогодичное возведе-
100
ние бетонных и железобетонных конструкций, создали ряд новых
видов бетона [53].
В эти же годы большая работа проводилась закавказской
школой бетона под руководством академика АН Грузинской ССР
К. С. Завриева, способствовавшие расширению применения железобетонных конструкций на стройках Кавказа, использованию
в бетоне природных пористых заполнителей [53]. Применение
бетонных и железобетонных конструкций сыграло решающую
роль в строительстве объектов первых пятилеток и в перебазировании промышленности в восточные районы страны в годы Великой Отечественной войны.
Широкое применение сборного железобетона позволило
значительно сократить в строительстве расход металла, древесины и других традиционных материалов, резко повысить производительность труда, сократить сроки возведения зданий и сооружений. Создание промышленности сборного железобетона сопровождалось разработкой новых видов вяжущих веществ и бетонов, производством и широким применением химических добавок и модификаторов структуры и свойств бетона, активных
минеральных компонентов, совершенствованием способов проектирования составов бетона и его технологии.
В послевоенные годы создаются новые виды вяжущих веществ и бетонов, начинают широко применяться химические добавки, улучшающие свойства бетона, совершенствуются способы
проектирования состава бетона и его технология. Для обеспечения развития научных и технических основ производства железобетонных конструкций в стране была создана широкая сеть научных учреждений.
Научные исследования по технологии бетона успешно ведут
Научно-исследовательский институт бетона и железобетона
(НИИЖБ) Госстроя, осуществляющий научные работы по раз-