Вторая жизнь асфальта

Долгое время ремонт дорог при износе покрытия проводили, укладывая слой усиления. При этом дефекты старого покрытия не устранялись, и новое покрытие работало менее эффективно, чем могло бы. Поэтому в последние годы изношенный слой дорожной одежды удаляют фрезерованием. Продукты этого процесса могут вывозиться на свалку, использоваться на месте для получения нового основания или регенерироваться на асфальтобетонных заводах (АБЗ). Очевидно, что первый вариант не относится к числу цивилизованных, о втором мы подробно рассказывали раньше (№7 за этот год), теперь остановимся подробнее на третьем.

Регенерация материала старого покрытия на АБЗ позволяет:

– использовать весь снятый с дороги асфальтобетон;

– широко применять добавки каменных материалов, битума и пластификаторов при регенерации;

– получать готовую смесь заданного качества и укладывать ее на участках дорог с соответствующей интенсивностью движения;

– экономить энергию и материальные ресурсы (по опыту строительства в США стоимость ремонта уменьшается на 20 – 30%).

Экономия энергии зависит от:

– количества добавляемого нового каменного материала и битума, а также дальности их транспортировки;

– способа удаления старого покрытия и дальности его транспортировки;

– методов дробления снятого асфальтобетонного покрытия;

– технологии регенерации;

– влажности регенерируемого асфальтобетона и каменных материалов.

Зарубежный опыт показывает, что экономия материалов может составлять до 50%. Необходимость использования старого асфальтобетона вызвана в основном высокой стоимостью и нехваткой битума, минеральных материалов и энергии.

Кроме перечисленных достоинств регенерация асфальтобетона на заводе позволяет:

– повысить конструктивную прочность дорожного покрытия без увеличения его толщины;

– исключить необходимость переустановки бордюрного камня, люков колодцев и др. (в городских условиях);

– сохранить прежнюю высоту габарита проезда для транспортных средств под мостами, эстакадами, путепроводами.

Технология использования старого асфальтобетона для приготовления на заводах новых асфальтобетонных смесей включает в себя следующие операции:

– снятие с полотна дороги изношенного асфальтобетона;

– транспортировку материала на АБЗ;

– дробление асфальтобетона (снятого не фрезой);

– разогрев и перемешивание старого асфальтобетона в специальных установках с добавлением (без добавления) новых минеральных материалов, битума и пластификатора.

Для снятия изношенного слоя покрытия используются дорожные фрезы, рыхлители, экскаваторы и другие машины. Дробленый асфальтобетон обладает большой склонностью к сводообразованию в бункерах при длительном хранении, поэтому его лучше хранить в отвалах под крышей и загружать в бункеры только перед использованием. При слишком длительном хранении измельченного материала в штабеле наблюдается сегрегация, а также слипание частиц асфальтобетона.

Применение дробленого старого асфальтобетона значительно повышает производительность регенерационных установок и позволяет точнее выдержать требуемую рецептуру смеси. Однако практика показала, что при нагреве материала происходит его смятие и прилипание к рабочим органам дробилки.

При дроблении асфальтобетона образуется большое количество мелких фракций. Во избежание этого в Голландии, например, используют термическое дробление в паровом реакторе, где материал одновременно нагревается до 80°С, правда, при этом он значительно увлажняется.

Для регенерации асфальтобетона могут использоваться как обычные асфальтосмесительные установки, дополненные оборудованием для хранения, транспортирования и дозирования старого асфальтобетона, так и специальные.

Асфальтосмесительные установки с дополнительным оборудованием

Стандартное оборудование установки, работающей по классической башенной схеме, дополняется оборудованием для хранения, дозирования и транспортирования старого асфальтобетона, состоящим из приемного бункера с питателем, конвейера, накопительного бункера с питателем.

Исходные каменные материалы предварительно дозируют в агрегате питания, высушивают и нагревают в сушильном барабане, затем подают элеватором в смеситель, где сортируют на фракции, дозируют и перемешивают с битумом, минеральным порошком и уловленной пылью. Дробленый старый асфальтобетон загружается в приемный бункер, из которого питателем подается на конвейер – по нему материал перегружается в накопительный бункер, оборудованный питателем.

В зависимости от принятой технологии старый асфальтобетон может подаваться питателем в горячий элеватор, весовой бункер или смеситель.

При загрузке предварительно отдозированного старого асфальтобетона в элеватор для горячих каменных материалов его нагрев обеспечивается длительным контактом с ними. Недостатком является загрязнение битумом ковшей, сит грохота и других элементов оборудования. Кроме того, возможно неравномерное поступление в смеситель старого асфальтобетона, приводящее к колебаниям содержания битума в смеси.

При подаче асфальтобетона в весовой бункер гарантируется строго дозированная его добавка в смесь. Однако при контакте асфальтобетона с горячими каменными материалами возможно загрязнение бункера битумом, что будет сказываться на точности дозирования материалов. Так как время контакта старого асфальтобетона с горячими материалами в весовом бункере невелико, то его нагрев будет продолжаться в смесителе, где он перемешивается с минеральными материалами, отбирая у них тепло.

При подаче старого асфальтобетона непосредственно в смеситель сложности, связанные с загрязнением элеватора или накопительных бункеров, отпадают. Но отбор тепла в смесителе для нагревания холодного старого асфальта, естественно остается.

Установки с дополнительным оборудованием находят применение в ФРГ, США, Франции, Италии и других странах. Их недостатком является то, что количество старого асфальтобетона, добавляемого в смесь, ограничено 10 – 20%, что определяется температурой нагрева каменных новых материалов, содержанием влаги в старом асфальтобетоне и требуемой температурой смеси. Увеличение влажности асфальтобетона требует значительного увеличения температуры нагрева каменных материалов.

Тепловой расчет показывает, что при соотношении старого асфальтобетона и новых каменных материалов 10:90 и влажности старого асфальтобетона 5%, температуру новых минеральных материалов следует повысить до 210°С. Соответственно при такой же влажности старого асфальтобетона, при соотношениях старого асфальта и новых материалов 20:80, 30:70, 40:60, температуру минеральных материалов пришлось бы увеличить до 250, 310, 380°С. Как видим, практический предел добавления старого асфальта с учетом температуры минеральных материалов на выходе из сушильного барабана составляет 20%.

Наличие влаги приводит также к значительному скоплению в смесителе пара, содержащего частицы пыли. Пылеобразование можно существенно уменьшить, если сократить время сухого перемешивания материалов в смесителе, а также, если добиться минимального содержания влаги в асфальтобетоне. Проблему можно частично решить за счет хорошей аспирации дозатора и смесителя. Пока же, несмотря на то, что эти установки не требуют больших затрат на модернизацию оборудования, из-за образования большого количества пыли и пара они пригодны только для получения смеси с низким содержанием старого асфальтобетона.

Асфальтосмесительная установка ЕМСС итальянской фирмы Marini (производительность от 100 до 500 т/ч):
1 – агрегат питания; 2 – наклонные конвейеры; 3 – сушильный барабан; 4 – битумное оборудование; 5 – пылеулавливающая установка с дымовой трубой; 6 – агрегат минерального порошка; 7 – транспортер минеральных материалов; 8 – бункеры готовой смеси; 9 – приемный бункер для старого асфальтобетона

Высокая температура каменных материалов и соответственно газов, поступающих в пылеулавливающую установку, создает трудности при использовании тканевых фильтров, поскольку ткань может быстро выйти из строя.

Специальные установки

В специализированных установках для регенерации асфальтобетона наиболее часто применяется сушильный барабан, обеспечивающий и перемешивание загружаемых материалов. В установках с раздельной загрузкой минеральных материалов и регенерируемого асфальтобетона обеспечивается мягкий нагрев последнего, что способствует получению высококачественной асфальтобетонной смеси. Вместе с тем, загрузка асфальтобетона в среднюю часть барабана требует его тщательной подготовки и мелкого дробления перед употреблением, чтобы исключить попадание крупных кусков и заклинивания их в загрузочном устройстве.

Преобладающим направлением регенерации в настоящее время на АБЗ является добавление старого асфальтобетона к новой смеси в количестве не менее 30 – 50% по массе.

В асфальтосмесительной установке ЕМСС итальянской фирмы Marini (производительность от 100 до 500 т/ч) используется технологическая схема регенерации старого асфальта, получившая широкое распространение. Минеральные материалы из агрегата питания подают по наклонному конвейеру через питатель в барабан. В него подают также минеральный порошок, уловленную пыль, битум и дробленый старый асфальтобетон. В барабане минеральные материалы и старый асфальтобетон нагреваются и перемешиваются между собой и с добавляемым битумом (или пластификатором). Полученная асфальтобетонная смесь выгружается в ковшовый подъемник, транспортирующий ее в бункер готовой смеси для загрузки в автотранспорт. Управление установкой осуществляется из кабины оператора. Все оборудование, кроме барабана, выполнено аналогично применяемому в традиционных асфальтосмесительных установках.

В финской установке PC-200 фирмы ARA старый асфальтобетон загружается вместе с минеральными материалами, что упрощает компоновку оборудования. Однако при малой влажности материалов возникает необходимость их искусственного увлажнения для образования паровой завесы перед зоной впрыска битума, что увеличивает расход топлива. В то же время этот способ позволяет исправить в требуемом направлении не только свойства постаревшего битума, но и гранулометрический состав, что делает получившуюся смесь достаточно однородной для ее применения в верхнем слое покрытия. Разнообразные смесительные установки, применяемые для этой цели, приспособлены не только к смешиванию старого асфальтобетона с новой смесью, но и снижают опасность выгорания битума из разогреваемого асфальтобетона.

Асфальтосмесительная установка РС-200:
А – подача пыли в элеватор; Б – подача пыли в весовой бункер; В – подача пыли в мешалку;
1 – дымовая труба; 2 – пылеуловитель; 3 – бункер минерального порошка; 4 – накопительный бункер смеси; 5 – смеситель; 6 – пульт управления; 7 – скиповый ковш; 8 – элеватор горячих материалов; 9 – конвейер; 10 – бункер пылевых добавок; 11 – дозатор пыли; 12 – сушильный барабан; 13 – битумные цистерны; 14 – дозатор минеральных материалов; 15 – конвейер; 16 – бункер добавок; 17 – бункеры минеральных материалов и старого асфальта

При подаче мелкодробленого старого асфальтобетона в среднюю часть сушильно-смесительного барабана он попадает в зону средних температур, что исключает возможность выгорания битума. К этому же месту барабана подходит нагретая смесь щебня и песка, а битум, подаваемый во второй отсек барабана, смешивается с асфальтобетонными гранулами и с новыми минеральными компонентами, в результате чего получается асфальтобетонная смесь заданного состава и качества. Так, в начале барабана, около форсунки температура газов близка к 600°С, к месту подачи дробленого асфальта щебень и песок подходят нагретыми до 160 – 180°С, а температура газов в этой зоне снижается до 400°С. При выходе из смесителя температура газов равна 180°С, а смеси – 160°С.

Недостаточное перемешивание приводит к выпуску неоднородной по составу смеси, а следовательно, к неоднородности покрытия по плотности, что является первопричиной местных разрушений покрытия в виде выбоин. Все это в особенности относится и к регенерированному асфальтобетону, поэтому некоторые фирмы применяют барабанные смесители, объединенные с лопастной мешалкой.

Примером такого подхода являются установки DRA и RAX немецкой фирмы Beiminghoven производительностью от 60 до 300 т/ч. Верхний сушильно-смесительный барабан предназначен для разогрева и перемешивания старого асфальта, а нижний – для минеральной смеси нового песка и щебня, которая затем подается в горячие бункера. После раздельного взвешивания новые материалы и старый разогретый и перемешанный асфальт подают в смеситель. Эта схема позволяет использовать до 60% старого асфальтобетона.

Хорошие результаты при использовании до 60% старого асфальта также получены на установках M-PASK (производительностью от 100 до 500 т/ч) американской фирмы ASTEC и установке TSM (производительностью от 15 до 500 т/ч) французской фирмы ERMONT.

Выводы

1. За рубежом хорошо прослеживается устойчивая тенденция к расширению использования регенерации старого асфальтобетона в заводских условиях.

2. Использование старого асфальтобетона для приготовления асфальтобетонных смесей снижает расход минеральных материалов и битума, уменьшает потребление энергии, в результате чего уменьшаются общие расходы при строительстве и ремонте дорог на 20 – 30%.

3. Для регенерации асфальтобетона большое распространение за рубежом получили специальные асфальтосмесительные установки, в которых нагрев и перемешивание компонентов смеси производятся в сушильных барабанах с поточным движением материалов и газов и в сушильно-смесительных барабанах с принудительным перемешиванием смеси.

4. Для переработки в регенерационных установках используют дробленый асфальтобетон с наибольшим размером кусков 20 – 40 мм. В качестве добавок к нему применяют песок и щебень в количестве 20 – 50%, битум 2 – 3,5% и пластификатор (жидкий битум, ароматические масла) 0,3 – 1%.

5. Для защиты битума от выгорания его подают в конвективную зону сушильного барабана. Дополнительно в них устанавливают металлический экран или устраивают завесу из каменных материалов или пара.

Сушильно-смесительный барабан:
а – зона разогрева минеральных материалов; б – зона разогрева старого асфальта;
с – зона перемешивания;
1 – конвейер минеральных материалов; 2 – конвейер старого асфальта; 3 – готовая смесь

6. Дробленый асфальтобетон подается в сушильный барабан вместе с каменными материалами со стороны топочного устройства или отдельно в среднюю часть барабана.

Перспективной является конструкция сушильного барабана со специальным загрузочным устройством в его средней части для ввода дробленого асфальтобетона, сушильно-смесительный барабан с принудительным перемешиванием и с дополнительным смесителем.

В регенерационных установках оборудование для хранения и транспортирования минеральных материалов, битума и асфальтобетонной смеси, а также дозировочное оборудование аналогично применяемому на традиционных асфальтобетонных установках.