Экология

Экологически чистые технологии для производства

асфальтобетонных смесей

Для очистки газов на асфальтобетонных заводах (АБЗ) применяются различные системы и оборудование для пылеулавливания: пылеосадительные камеры, одиночные и групповые циклоны, мокрые пылеуловители и тканевые фильтры.

Наиболее эффективные из них тканевые фильтры, обеспечивающие более высокую степень очистки газов от взвешенных частиц при сравнении с газоочистными аппаратами других типов. В некоторых современных установках зарубежного производства тканевый фильтр является единственным устройством, обеспечивающим очистку газов от пыли сушильного барабана на АБЗ.

Вместе с тем стоимость системы очистки на базе тканевого фильтра уже сейчас составляет 10-15% от стоимости всей асфальтосмесительной установки.

Для удовлетворения постоянно повышающихся экологических требований к АБЗ потребуется дальнейшее совершенствование систем очистки, которое, безусловно, приведет к значительному повышению стоимости очистного оборудования асфальтосмесительных установок.

Указанная причина предопределяет необходимость поиска и разработки новых технологических способов приготовления асфальтобетонных смесей, отличающихся от принятой традиционной технологии меньшим пылеобразованием.

Одна из первых попыток создания и внедрения экологически чистой технологии была реализована фирмой Mashenerg (Финляндия).

Принципиальное отличие предложенной технологии от традиционной заключается в том, что влажный каменный материал вначале обрабатывается вяжущим, а затем уже нагревается до рабочей температуры.

В России уже несколько лет эксплуатируются асфальтосмесительные установки фирмы Mashenerg, реализующие указанную технологию (рис. 1). Технология приготовления асфальтобетонных смесей включает: дозирование и подачу в мешалку холодного влажного щебня, песка, а также минерального порошка и горячего битума; их перемешивание в течение 10-15 с; выгрузку в промежуточный бункер и подачу в сушильно-смесительный барабан специальной конструкции, в котором происходит разогрев, просушивание и окончательное перемешивание смеси.

Технология относится к экологически чистой за счет того, что в сушильно-смесительном барабане битум, расплавляясь уже при температуре 70-80 0С, связывает мелкие частицы в притопочной зоне барабана, уменьшая вынос пыли. При этом концентрация твердых частиц в отходящих из барабана газах оказывается меньше, чем в газах обычных асфальтосмесительных установок после их очистки в циклонах.

С учетом опыта эксплуатации зарубежного оборудования в России была разработана асфальтосмесительная установка БАС-30 производительностью 30 т/час. Однако изготовить и внедрить асфальтосмесительные установки данного типа по ряду причин организационного и технического характера не удалось.

Сушка и нагрев каменных материалов в сушильном барабане являются одной из главных технологических операций в производстве асфальтобетонных смесей. Однако мировой опыт показывает, что наиболее эффективно тепло- и массообменный процесс (сушка и нагрев сыпучих сред) осуществляется в виброкипящем слое. В смежных областях (химическая, литейная промышленность и др.) сушилки виброкипящего слоя вытесняют барабанные агрегаты для сушки и термообработки сыпучих сред, при этом экономия топлива достигает 30% и более. Целесообразность и перспективность применения сушильного агрегата с виброкипящим слоем в составе асфальтосмесительной установки за рубежом не вызывает сомнений.

В целях обеспечения экологических требований на АБЗ в мировой и отечественной практике все большее распространение получает приготовление холодных смесей. Эти смеси содержат минеральный материал подобранного гранулометрического состава и жидкое органическое вяжущее. Их приготовление и укладка осуществляются в холодном состоянии.

Технологическое оборудование для производства холодного асфальта выпускается за рубежом фирмами Bernardi (Италия), Benninghoven (Германия), KALOTTIKONE (Финляндия) и др.

Производство холодного асфальта получило широкое распространение в Скандинавии, где 40% автомобильных дорог имеют покрытия из этого материала. Покрытия из холодного асфальтобетона особенно подходят для автомобильных дорог, пропускная способность которых составляет максимум 2000 автомобилей в сутки.

В настоящее время одной из ведущих фирм по выпуску специального технологического оборудования для производства холодного асфальта является фирма KALOTTIKONE OY. Техническая характеристика передвижных асфальтосмесительных установок для производства холодного асфальта приведена в таблице.

Дозировка каждого компонента асфальтобетонной смеси производится на отдельных весах. Дозирование и смешивание компонентов автоматизированы. Точность дозирования каменных материалов ±0,5%. С помощью автоматического управления осуществляется управление четырьмя фракциями каменных материалов и двумя фракциями вяжущего.

Установки МХ-30С и МХ-45С мобильного типа. Их установка в рабочее положение осуществляется в течение часа за счет собственной гидравлической системы. Конструктивное исполнение установок в виде полуприцепного устройства позволяет обеспечить их быструю передислокацию с объекта на объект.

Одной из самых эффективных возможностей улучшения экологической обстановки в зоне АБЗ является приготовление на нем вместо горячих асфальтобетонных холодных органоминеральных смесей, важнейшей особенностью которых является наличие в них на технологической стадии специально вводимой воды, выполняющей определенные функции.

Такие смеси обладают основными преимуществами холодных асфальтобетонных смесей (возможность хранения в штабеле в течение 3-12 месяцев, транспортировки на большие расстояния, укладки на сырое основание) и, кроме того, позволяют, в отличие от последних:

– использовать влажные минеральные материалы, что существенно удешевляет и упрощает технологический процесс приготовления смесей за счет исключения узла подогрева и просушки;

– получать более высокие физико-механические показатели материала в конструкции при меньших сроках его формирования.

Важно также отметить, что в горячих смесях на стадии их приготовления вяжущее уже стареет на 50-70%, что соответствует 7-10-летнему сроку эксплуатации покрытия. Свойства вяжущего в холодных влажных смесях, в отличие от горячих, на технологической стадии не ухудшаются, так как оно контактирует не с горячим, а с холодным каменным материалом, причем в присутствии воды, и не находится длительное время в нагретом состоянии. Вместе с тем отдельные разновидности материалов из этих смесей по своим физико-механическим свойствам могут приближаться к материалам из горячих смесей и даже превосходить их.

Холодные влажные органо-минеральные смеси можно разделить на две группы: эмульсионно-минеральные (ЭМС) и пленочно-минеральные (ПМС). Такое разделение диктуется принципиальными различиями между смесями как в способах приготовления, так и в структуре на различных стадиях формирования.

Характерной особенностью ЭМС является то, что органическое вяжущее на всех технологических стадиях и в течение определенного времени эксплуатации конструктивного слоя находится в дисперсном состоянии. Поэтому технология приготовления ЭМС базируется на применении вяжущего в виде битумной эмульсии или его эмульгировании в процессе приготовления смеси. В отличие от ЭМС, вяжущее в ПМС переводится в процессе приготовления смеси в пленочное состояние.

В дорожном строительстве находят применение ЭМС, получаемые смешением в установках минеральных материалов с эмульсиями или пастами и укладываемые в качестве оснований или покрытий в виде черного щебня, пористых или плотных смесей. Обрабатывая минеральный материал, предназначенный для укладки сразу после приготовления, применяют эмульсии, содержащие вязкие битумы, а для щебня, приготавливаемого впрок, – эмульсии на жидких битумах. Для обработки используют анионные и катионные эмульсии как прямого, так и обратного типа. При строительстве дорожных покрытий из черного щебня или пористых щебеночных смесей спустя 3-5 дней после завершения строительства необходимо устраивать поверхностную обработку. Покрытия из плотных щебеночных смесей, имеющие незначительную остаточную пористость 4-5% и приготавливаемые на медленно распадающихся анионных эмульсиях и пастах, характеризуются длительностью формирования и требуют соблюдения некоторых условий, заключающихся в обязательном введении в смесь извести, ограничении влажности минеральных материалов и толщины укладываемого покрытия до 3-5 см.

Особое место среди ЭМС занимают холодные смеси, приготовленные в асфальтосмесительных установках путем смешения в холодном состоянии увлажненных минеральных материалов заданного гранулометрического состава и определенного количества вязкого битума, нагретого до рабочей температуры. Главной отличительной особенностью смеси является содержание в ней воды в количестве, обеспечивающем диспергирование битума и необходимую удобоукладываемость смеси. В зависимости от содержания минеральных материалов и их свойств количество воды в смеси может быть в пределах 5-10%. Диспергирование битума осуществляется в мешалке в процессе перемешивания его с увлажненными минеральными составляющими. Роль эмульгатора битума выполняют твердые частицы минерального порошка размером менее 0,071 мм, содержание которых в смеси должно быть не менее 3%.

Формирование структуры материала происходит под действием погодных условий и проходящего по покрытию транспорта и ориентировочно составляет 1-7 суток. После формирования подобные смеси обладают такими же физико-механическими свойствами и расчетными характеристиками, что и горячие асфальтобетонные смеси, и используются для строительства покрытий на дорогах 2-4-й категорий.

ПМС в России представлены главным образом грунтами, укрепленными жидкими битумами и влажными органоминеральными смесями (ВОМС). В состав ВОМС наряду с обычными компонентами ПМС входят также минеральный порошок и известь. Наличие в смеси небольшого количества воды (3-5%) обеспечивает снижение поверхностного натяжения, улучшает условия смачивания минеральных частиц битумом, способствует уменьшению толщины его пленок. По своим физико-механическим свойствам ВОМС занимает промежуточное положение между горячим и холодным асфальтобетоном. Поскольку сформировавшаяся ВОМС обладает повышенной деформативностью, она может работать в дорожной конструкции в стадии необратимых деформаций без образования трещин. С этой точки зрения смесь представляет интерес, с одной стороны, для устройства конструктивных слоев, тормозящих распространение усталостных трещин, а с другой – для устройства покрытий 3-4-й категорий, где допустимы остаточные деформации.

Все рассмотренные выше смеси можно готовить на типовых асфальтосмесительных установках циклического действия, оборудованных системой подачи и дозирования воды. Поскольку при производстве влажных смесей нагрев минеральных материалов не производится, их подача на грохот осуществляется транспортером, минуя сушильный барабан. При возникновении трудностей с подачей материала из-за переувлажнения после дождей его подогревают в сушильном барабане при температуре 60-80 0С до обеспечения требуемой влажности.

Технологии производства и применения холодных влажных органоминеральных смесей являются экологически эффективными, так как практически полностью исключают выброс в атмосферу аэрозолей, содержащих минеральную пыль, различные окислы, канцерогенные углеводороды. За счет исключения энергетических затрат на сушку и нагрев минеральных материалов их экономия составляет около 150-200 МДж/т.

Анализ рассмотренных методов производства асфальтобетонных смесей позволяет сделать следующие выводы.

1. Необходимо продолжить исследования, направленные на поиск рациональных и экономически оправданных решений систем очистки и пылеулавливания при производстве горячих асфальтобетонных смесей по традиционной технологии их приготовления в установках циклического и непрерывного действия.

2. Вместе с тем кардинальные решения по снижению выбросов вредных веществ на АБЗ связаны только с разработкой и внедрением новых экологически чистых технологий производства асфальтобетонных смесей.

3. В целях сокращения вредных выбросов на АБЗ целесообразно расширение производства холодных асфальтобетонных смесей при строительстве автомобильных дорог 3-4-й категории.

4. Практически полностью исключить выброс в атмосферу вредных веществ можно путем приготовления на АБЗ холодных влажных органо-минеральных смесей. Использование таких смесей позволяет не только решить экологические проблемы, но и существенно снизить энергетические затраты за счет исключения процессов сушки и нагрева минеральных материалов при изготовлении смесей.