авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Совершенствование, научное обоснование и промышленное освоение технологического процесса производства асфальтобетонных смесей с использованием старого асфальт

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЛУПАНОВ Андрей Павлович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ, НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ «СТАРОГО» АСФАЛЬТОБЕТОНА

Специальность: 05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий



АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук

Ярославль - 2010

Работа выполнена на кафедре теоретической механики Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ярославский государственный технический университет»

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Зайцев Анатолий Иванович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор
Гончаров Григорий Михайлович

доктор технических наук, профессор
Першин Владимир Федорович


доктор технических наук, профессор
Бобков Сергей Петрович

Ведущая организация - НИИМосстрой, г.Москва

Защита диссертации состоится « 3 » июня 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.308.01 при ГОУВПО «Ярославский государственный технический университет» по адресу: 150023, г.Ярославль, Московский проспект, 88, ЯГТУ, ауд. Г-219.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ярославского государственного технического университета по адресу: 150023, г.Ярославль, Московский проспект, 88.

Автореферат разослан «___» _________________ 2010г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.А. Ильин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Автомобильный транспорт является основным видом транспорта в России. На его долю приходится 75% грузовых перевозок и 73% внегородских пассажирских перевозок. Ежегодно парк автомобилей увеличивается на 7-10%. Если в 2005г. общее количество автомобилей составляло порядка 32 млн. единиц, то к 2010 году их количество увеличится до 41 млн.ед.

Доля автотранспортных затрат в стоимости промышленной продукции составляет более 12%, в строительстве- 30%, в сельском хозяйстве – 40% и торговле - 50%. При этом себестоимость автомобильных перевозок в России почти в 1,5 раза, а расход топлива на 30% выше, аналогичных показателей в Европейских странах. Себестоимость перевозок в северных районах России в 5-10 раз превышает себестоимость перевозок на дорогах центральной части страны из-за малого развития сети автомобильных дорог и их неудовлетворительного технического состояния.

Основным видом покрытий автомобильных дорог являются асфальтобетонные покрытия. Их протяженность более 330 тыс.км. Фактические межремонтные сроки службы асфальтобетонных покрытий в климатических условиях России составляют не более 5 лет, что требует проведения частых ремонтов. Снижение сроков службы покрытий связано с недостаточным финансированием работ по своевременному и полноценному ремонту и реконструкции дорог, что приводит к ежегодному накапливанию «недоремонтов» и быстрому разрушению дорожных одежд.

Кроме того, снижение межремонтных сроков связано с быстрым ростом интенсивности движения и увеличением доли тяжелых грузовых автомобилей в составе транспортного потока. Нельзя не отметить и низкое качество строительства и ремонта, недостатка современной дорожно-строительной техники и современного асфальтосмесительного оборудования.

Основными строительными материалами для ремонта и реконструкции дорог являются битумоминеральные материалы, стоимость которых увеличивается в связи с ростом цен на энергоресурсы.

В этой связи за рубежом все большее применение находят технологии, основанные на переработке старого асфальтобетона, осуществляемой в специальных асфальтосмесительных установках. Такие технологии позволяют существенно снизить себестоимость работ за счет экономии транспортных расходов, энергозатрат, каменных и вяжущих материалов.

Особенно актуально применение технологий переработки или регенерации асфальтобетона при ремонте городских дорог. Только в Москве в процессе ремонтных работ, включающих фрезерование, ежегодно образуется свыше 1,5 млн.т. асфальтовой крошки или гранулята, который содержит кондиционные каменные и вяжущие материалы, прослужившие от 3 до 7 лет. В основном этот гранулят не перерабатывается, а используется неэффективно, как каменный материал для устройства оснований и покрытий местных дорог. В тоже время имеющийся отечественный и зарубежный опыт показывает, что при рациональном использовании возможно применение старого асфальтобетона, как в нижних, так и в верхних слоях покрытий дорог высоких категорий без снижения их эксплуатационных качеств и срока службы.

В этой связи разработка, совершенствование и широкое применение новых технологий, направленных на повторное использование старого асфальтобетона, является важной задачей, как для городского хозяйства Москвы, так и для дорожного хозяйства России.

Цель работы заключается в разработке научных основ и технологии переработки старого асфальтобетона с выдачей практических рекомендаций по его повторному использованию при приготовлении асфальтобетонных смесей и аппаратному оформлению процесса.

Научная новизна работы заключается:

  • в обосновании основ технологии получения материалов для повторного использования из старого асфальтобетона с применением двухстадийного измельчения в молотковой дробилке и установке электромагнитного измельчения;
  • в разработке математических моделей измельчения асфальтового гранулята в молотковой дробилке и электромагнитной измельчительной установке;
  • в обосновании параметров технологического процесса и степени их влияния на эффективность измельчения асфальтовых гранул;
  • в разработке новой конструкции электромагнитного измельчителя и оборудования для применения асфальтового гранулята в составе асфальтобетонных смесей, новизна которых подтверждена патентами РФ на изобретение;
  • в установлении механизма структурных изменений, происходящих в асфальтовом грануляте в процессе измельчения в электромагнитном поле;
  • в определении свойств материалов, полученных после переработки асфальтобетона, их области применения, а также свойств асфальтобетонов, приготовленных с использованием этих материалов.

Практическая ценность работы

Разработана новая технология и аппаратное оформление процесса переработки старого асфальтобетона, обеспечивающих решение проблемы его эффективного использования.

Определены параметры технологии переработки асфальтобетона и требования к молотковым дробилкам и электромагнитным измельчительным установкам, используемым для этих целей.

Предложены инженерные методы расчёта устройств для измельчения.

Разработаны практические рекомендации по применению измельченного асфальтового гранулята в асфальтобетонных смесях.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендации обеспечена принятием в основу исследований объективно существующих математических и физических закономерностей и подтверждается использованием математических методов планирования экспериментальных исследований и статистических методов обработки результатов, применением измерительных приборов высокой точности, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также положительным опытом внедрения полученных результатов.

Автор защищает следующие основные положения:

  1. Методологию определения основных параметров молотковых дробилок и установок для электромагнитного измельчения применительно к измельчению асфальтового гранулята, включающую:

- математическую модель расчета основных параметров молотковых
дробилок с учетом свойств измельчаемого асфальтового гранулята;

- математическую модель расчета основных параметров электромагнитных
измельчительных установок (ЭМИ) с учетом свойств измельчаемого гра-
нулята.

  1. Математические модели в виде эмпирических уравнений регрессии, позволяющих оптимизировать технологические параметры ЭМИ и свойства исходного материала для обеспечения наибольшей эффективности процесса измельчения.
  2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований структуры асфальтового гранулята и ее изменения в процессе измельчения, а также свойств материалов после переработки и асфальтобетонов с применением измельченного гранулята.
  3. Новые конструкции электромагнитных измельчительных установок, а также оборудование для применения измельченного асфальтового гранулята в составе асфальтобетонных смесей.
  4. Инженерные методы расчёта устройств для измельчения старого асфальтобетона.
  5. Фактические данные по экономической эффективности применения асфальтового гранулята, переработанного путем двухстадийного измельчения.

Личный вклад автора: Автор принимал личное участие в разработке и конструировании аппаратов для измельчения асфальтобетона, в выборе способов измельчения, в создании экспериментальных методик, в теоретических и экспериментальных исследованиях, а также в разработке опытно-промышленного образца установки и его внедрении при производстве асфальтобетонных смесей.

Методология и методы исследования. В процессе теоретических и экспериментальных исследований были изучены и обобщены научные разработки в области техники и технологии измельчения материалов.

При исследовании и разработке технологии измельчения асфальтового гранулята использовался системный подход к изучению и описанию основных значимых факторов, влияющих на исследуемые параметры. С этой целью были использованы методы математического моделирования, программы математической обработки результатов исследований, современные компьютерные технологии.

Проверка теоретических положений работы, а также определение рациональных конструктивных параметров и режимов измельчения, проводились с использованием стендовых лабораторных установок и промышленной установки в условиях действующего производства.

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в производство и используются в настоящее время на асфальтобетонном заводе №4 «Капотня» с годовым выпуском асфальтобетонных смесей до 1 млн.т.

Апробация работы. Основные положения диссертации и практические результаты работы обсуждались на научно- методических и научно- исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ)(2007,2008,2009), научно-практическом семинаре «Энерго- и ресурсосбережение в городском хозяйстве» (М., 2001), Международной конференции « Битум в дорожном строительстве», (М.,МАДИ, 2005)., XX Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях –ММТТ -20» (Ярославль, 2007), Международной научно-практической конференции «Проблемы повышения качества дорожного битума и асфальтобетонных покрытий» (Астана, 2007), Международной конференции «Теоретические основы создания, оптимизации и управления энерго- и ресурсосберегающими процессами и оборудованием» (ИГХТУ, Иваново, 2007), Международной конференции «XYIII Ogolnopolska konferencia inzynieri cheviczeji procesowti» (Польша, Краков, 2008), Первом Всероссийском дорожном конгрессе, межрегионального общественного объединения «Дорожный конгресс» (М., МАДИ, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликована 41 работа, в том числе в изданиях, аннотированных ВАК – 10. Получено 2 авторских свидетельства СССР на изобретения и 8 патентов РФ на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 292 наименования, и четырех приложений. Общий объем работы 331 страница, в том числе 101 рисунок и 55 таблиц.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечена научная новизна и практическая ценность, изложены положения, выносимые на защиту.

В первой главе обобщены современные представления о структуре и структурообразовании асфальтобетона. Показано, что свойства асфальтобетона, как высококонцентрированной дисперсной системы со структурой коагуляционного типа, главным образом определяются свойствами жидкой фазы, представленной битумом.

Отмечены основные особенности « старых» асфальтобетонов, отличающие их от асфальтобетонов, приготовленных с использованием новых материалов. Это изменение свойств вяжущего в результате термоокислительных процессов, испарения низкомолекулярных веществ и избирательной диффузии компонентов в поры минеральных материалов. Указанные процессы проявляются в повышении прочности, снижении деформативности, а также в ухудшении технологических свойств материала при повторной переработке.

Для утилизируемого асфальтобетона характерна достаточно высокая неоднородность в содержании составляющих компонентов. На переработку этот материал поступает в виде гранулята различного гранулометрического состава (рис.1). Удельная поверхность гранулята в десятки раз меньше поверхности минеральных компонентов, используемых при приготовлении асфальтобетонной смеси. Повышение качества асфальтобетона в процессе повторной переработки связано с необходимостью измельчения агрегатов с разделением их на составляющие компоненты (щебень, песок, мелкодисперсная часть), что также дает возможность использовать и регулировать свойства битума, находящегося внутри агрегатов.

Рис.1. Строение гранулы асфальтобетона

Рассмотрены известные способы переработки старого асфальтобетона. Исследованиям в этой области посвящены работы Алиева А.М., Бахраха Г.С., Билай Л.В., Гоглидзе В.М., Гмыри Б.С, Ильева Э.Б., Полойко В.Ф., Сюньи Г.К. и др.

Анализ различных способов и оборудования для измельчения материалов показал целесообразность применения двухстадийного процесса измельчения гранулята, включающего оборудование ударного действия и последующее тонкое измельчение с применением оборудования с комплексным силовым воздействием на материал. Предложено использовать в качестве такого оборудования аппараты электромагнитного измельчения (ЭМИ), обеспечивающие возможность эффективного измельчения при низких энергозатратах, простой конструкции аппаратов и относительно высокой производительности.

Исследованиям по электромагнитному измельчению материалов и конструированию соответствующих аппаратов посвящены работы Абросимова В.А., Амана С.О., Беззубцевой М.М, Деревякина Н.А., Кафарова В.В., Котляровой Н.Б., Кузнецова Ю.Н., Логвиненко Д.Д., Михалевой З.А., Шелякова О.П., Оберемок В.Н. и др.

Проанализированы известные конструкции этих аппаратов и намечены задачи по их совершенствованию применительно к измельчению асфальтового гранулята.

Проведенный анализ позволил определить основные этапы технологии и аппаратного оформления процесса переработки старого асфальтобетона, положенные в основу настоящих исследований. К ним относятся двухстадийное измельчение асфальтовых гранул в молотковой дробилке и в аппарате электромагнитного измельчения, обеспечивающее разделение гранул на составляющие компоненты, а также возможность регулирования свойств битума, находящегося внутри агрегатов.

Во второй главе приводится анализ современных математических моделей процесса измельчения. Сделан вывод о том, что описание процесса измельчения с использованием статистических моделей является наиболее последовательным и с практической точки зрения наиболее целесообразным.

Первый этап исследования - измельчение старого асфальтобетона в молотковой дробилке. Исходный материал после фрезерования имеет дифференциальную функцию распределения гранулометрического состава со следующими параметрами: - математическое ожидание размера частиц (средний размер); -среднеквадратичное отклонение размера частиц от математического ожидания; , - соответственно, минимальный и максимальный размеры частиц материала, загружаемого в дробилку. Проведенные в настоящей работе экспериментальные исследования гранулометрического состава старого асфальтобетона после фрезерования показывают, что это распределение не противоречит нормальному закону распределения.

Для описания процесса измельчения в молотковой дробилке нами использован подход, предложенный в работах Кафарова В.В. Основная идея состоит в том, что после каждого нагружения дифференциальная функция распределения измельченного материала будет являться суперпозицией функций распределения не измельченных и измельченных частиц с весами и :

, (1)

; (2)

Здесь - вероятность разрушения частицы размером при соударении с молотком; , соответственно, среднеквадратичное отклонение и средний размер измельченных частиц после -го нагружения:

, , (3)

где - среднее количество осколков, на которые делятся частицы размером после -го нагружения. Функции и носят статистический характер и определяются экспериментально при проведении модельного измельчения ударом.

Основной характеристикой процесса является степень дробления , которая в соответствии с моделью процесса, определяемой уравнениями (1-3), имеет вид:


(4)

Здесь - число интервалов; - средний размер частиц на j-интервале; - средний размер частиц до измельчения; - функция Лапласа, которая определяется выражением:

. (5)

Анализ выражения (4) показывает, что степень измельчения быстро растет при числе нагружений . В дальнейшем степень измельчения меняется незначительно.

Основным режимным параметром процесса измельчения в молотковой дробилке является скорость удара, которая рассчитывается по формуле: , (6)

где - предел прочности материала; - объемная масса материала, - размер частиц.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.