Способ приготовления битумоминеральной смеси и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК E01C19/10 

Изобретение относится к дорожному строительству и промышленности строительных материалов, в частности к приготовлению битумоминеральных смесей, применяемых при строительстве покрытий и оснований автомобильных дорог.I Известен способ приготовления битумоминеральной смеси, включающий Ьмешивание воды с битумом встречно направленными потоками и смешивание вспененного битума с минеральным ма териалом 1. Однако приготовленный этим спосо бом вспененный битум не отвечает предъявляемым требованиям/ а приготовленная с таким битумом смесь име ет низкие физико -механические показатели. Известно устройство состоящее из мешалки, снабженной двумя валами, н которых закреплены лопасти для пере мешивания минерального материала со вспейенным битумом, смесительной каме ры с форсунками для битума и противоположно установленным распылителем для воды и примыкающий к продольным сторонам мешалки С-образный кожух, который соединен со смесительной ка мерой 1 . Однако применение в этом устройстве смесительной камеры и С-образ ного кожуха, расположенных вне корп са мешалки, увеличивает путь прохождения вспненного битума от смеситель ной камеры, до мешалки и времяего подачи; на минеральный материал, что приводит к снижению температуры би.тумной пены и ее объема, отрицательно влияквдих на физико-механические свойства битумомийеральной смеси. Наиболее близким к изобретению является способ приготовления битумо минеральной смеси, включающий нагрев битума до 120-160с, вспенив&ние битума путем введения в -него воды и перемешивание вспененного битума с минepaльнfcavl материалом Г2 . Известно устройство, включающее мешалку с лопастньами валами и крышкой, закрепленные на .последней напорные водовод и битумопровод с отводами и установленные на отводах форсунки, каждая в виде полого цилиндра соконусным наконечником, штуцером, соединенным с битумопроводом, соосно расположенным вводом/ соединенным с водоводом, и .обратным клапаном в штуцере СЗ J. Недостатками известного способа приготовления битумоминеральной смеси являются использование равного количества битума и воды для получения битумной пены, что ухудшает физико-механические свойства битумоминеральной смеси как, например проч ность, водостойкость, морозостойкость, а также применение распыления за счет потенциальной энергии подачи битума и воды приводит к неудовлетворительной степени пенообразования битума. Недостаток устройства для осуществления известного способа заключается в том, что оно имеет кольцевые и радиальные каналы для воды и кольцевой и завихряющий канал для битума, которые существенно снижают исходное давление компонентов пены на выходе из форсунки, тем самым отрицательно влияют на интенсивность процесса пенообразования, что ухудт шает физико-механические свойства битумоминеральной смеси. Цель изобретения - улучшение физико-механических свойств смеси. Эта цель достигаетсятем, что согласно способу приготовления битумоминеральной смеси, включающему нагрев битума до 120-1бО°С, вспенивание битума путем введения в него воды и перемешивание вспененного битума с минеральным материалом, вспенивание битума осуществляют нагретой водой путем распыления ее паром под давлением 0,15-0,26 МПа, причем количество воды от массы битума составляет 2-5%, а пара - 10-20%. Кроме того, устройство для приготовления битумоминеральной смеси, включающее мешалку с лопастными валами и крышкой, закрепленные на последней напорные водовод и битумопровод с отводами и установленные на отводах форсунки, каждая из которых выполнена в виде полого цилиндра с конусным наконечником, штуцером, соединенньм с битумопроводом, соосно расположенным вводом, соединенным с водоводом, и обратньм клапаном в штуцере, снабжено закрепленным на крышке мешалки дополнительным трубопроводом с отводами, а каждая форсункарасположенньм на ее боковой поверхности дополнительным штуцером, соединенным с соответствующим отводом дополнительного тр|убопровода, причем соосно расположенный ввод выполнен в виде полой иглы с охватывающей ее конец конической втулкой, а основной штуцер размещен на конусообразном наконечнике. На фиг. 1 показано устройство, обЫий вид в разрезе; на фиг. 2 - форсунка, разрез. .Предлагаемое устройство содержит мешалку 1, в которой установлены валы. 2, снабженные лопастями 3 для перемешивания минерального материала со вспененным .битумом. Мешалка 1 снабжена крышкой 4, в которой установлены напорные трубопроводы 5 и 6 для подачи битума и воды и дополнительный трубопровод 7 для подачи naj/ pa. Каждый трубопровод 5-7 снабжен отводами 8-10 соответственно, кото-7 рые соединены с форсунками 11. Каждая форсунка 11 выполнена в виде полого цилиндра 12, к которому прикреплен дополнительный штуцер 13 подачи пара. Нижняя часть цилиндра 12 снабжена конусообразным наконечником 14, к которому прикреплен штуцер 15 подачи битума с обратным клапаном 16 В верхней части полого цилиндра имеется соосно расположенный штуцер 17 для подачи воды с вводом, выполненным в .виде полой иглы 18 с охватывающей ее конической втулкой 19. Мешалка 1 заполняется минеральным материалом 20., Устройство для осуществления способа приготовления битумоминеральной смеси работает следующим образом v Мешалка 1 заполянется минеральным материалом 20, по напорным трубопроводам 5-7 и соответствующим отводам 8-10 к форсункам 11 подаются битум,, предварительно нагретый до 120-160 С вода в количестве 2-5% массы от масс битума, пар под давлением 0,150,26 МПа в количестве 10-20% от массы битума. Пар поступает в полый цилиндр 12 через жестко соединенный с ним штуцер 13. Битум поступает в конусообразный наконечник 14 через жестко соединенный с ним штуцер 15 с обратным клапаном 16. Вода поступа ет в каждую форсунку 11 через штуцер 17 и проходит; по полой игле 18 в которой происходит ее нагрев, после чего поступает в камеру, образованную конической втулкой 19, полой иглой 18 и полым цилиндром 12. В этой камере происходит дробление и распыление воды. Нагретая и распылен ная вода впрыскивается в смесительную камеру, образованную конусообразнь 4 наконечником 14 и конической втулкой 19, в которой соединяется, и равномерно смешивается с поступающим битумом. Однородная смесь битума и воды мгновенно вспенивается и впрыскивается в мешалку 1с минеральным материалом 20, в которой за счет вращения валов 2 с закрепленными на них лопастями 3 осуществляется перемешивание минерального материала со вспененным битумом. Пример. Проводились операции получения битумной пены. в табл. 1 приведены технологические параметры пяти вариантов получения битумной пены с помощью предлагаемого устройства. В табл. 2 приведены данные, подтверждающие правильность выбранных технологических режимов получения пены. Для сравнения в этой же таблие приведены показатели свойств пены, полученной известным способом. Из приведенных в табл. 2 данных видно, что в случае использования предлагаемого способа качественные характеристики и состав пены, прочность и водостойкость битумоминеральной смеси значительно выше по сравнению с известным способом. П р и м е р 2. Проводились испытания песчаной битумоминеральной смеси, приготовленной предлагаемым способом (вариант 2 табл. 1 и 2) , следующего состава: расход минерального материала 600 кг; расход битума 38,4 кг (6,4% от массы минерального материала); расход воды 1,19 кг (3,1% от массы битума); давление пара 0,2 МПа; расход пара 5,38 кг (14,0% от массы битума); содержание воды в битумной пене 1,31 кг (3,4% от массы битума). Пок-азатели физико-механических свойств данной смеси, йолученные в результате испытаний в соответствии с действующей методикой, приведёны в табл. 3, в которой также указаны показатели физико-механических свойств битумоминеральной смеси, полученной на основе известного способа. Из табл. 3 видно, что смеоь, приготовленная предлагаемым способом, по всем показателям удовлетворяет существующим требованиям, а по ряду показателей превосходит их. Показатели по пп. 4 и 6 табл. 3 значительно выше для смеси по предлагаемому способу, чем для смеси на основе известного способа. Приготовление битумоминеральных смесей предлагаемым способом позволяет существенно снизить трудоемкость всего процесса за счет снижения трудоемкости обслуживания форсунок.- Для чистки от остатков битума и подготовки к работе после вынужденного перерыва достаточно продуть и нагреть форсунки паром. В известном устройстве необходима полная разборка форсунок и применение дополнительных нагревательных элементов. Предложенный способ позволяет экономить 10-15% нефтяных битумов, что обеспечивает снижение затрат до 600-1000 руб. на 1 км строящейся автомобильной дороги. Внедрение предложенных способа и устройства в практику дорожного строительства способствует также охране окружающей среды за счет снижения пылеобразования в процессе приготовления битумоминеральных смесей и сокращает связанные с этим энерго- и трудозатраты.

Таблица

1. Способ приготовления битумоминеральной смеси, включающий нагрев битума до 120-160 С, вспенивание битума путем введения в него воды и пе ремешивание вспененного битума с минеральным материалом, отличающийся тем, что, с целью улучшения физико-механических свойств смеси, вспенивание битума осуществляется нагретой водой путем распыления ее паром под давлением 0,15-0,26 МПа причем количество воды от массы битума составляет 2-5,, а пара - 10-20%. 2. Устройство для приготовления битумоминеральной смеси, включсиощее мешалку с лопастными вгшами и крыиКой, закрепленные на последней напорные водовод и бИТуМОПрОВОД с ОТВОДё1МЯ и установленные на отводах форсунки, каждая из которых выполнена в виде полого цилиндра с конусным наконечником, штуцером, соединенньм с битумопроводом, соосно расположенный вводом, соединенным с водоводом, и об- . ратным клапаном в штуце1 е о ли- . чающееся тем, что, с целью улучшения физико-механических свойств смеси, оно снабжено закрепленным на крышке мешалки дополнительным трубопроводом с отводами , а каждая форсунка - расположенным на ее боковой поверхности дополнительным штуцером, соединенным с соответствующим отводом дополнительного трубопсювода, причем соосно расположенный ввод выполнен в виде полой иглы с охватывающей ее конец конической втулкс Л, а основной штуцер размещен на конусообразном наконечнике.

Пенистость (увеличение

объема)

Устойчивость пены

(время коалесценции)

Содержание воды в битуг

ной пене % от массы

битума

Предел прочности битумоминеральной смеси на сжатие при 20°С,после водонасыщения, МПа

Коэффициент водостойкост

KB . №№ пп Показатели

Объемная масса, кг/м

2300

Водонасыщвние, %. по

2,2

объему

0,3

Набухание, % по объему

Предел прочности на сжатие

3,80

до водонасыщения после водонасы3,70 щения

25

15

Л1 13

126

90

84 120

До 50,0

5,3 1,9 5,5

3,16 3,08 3,08 2,20

0,96 0,95 0,89 0,88 Таблица 3

1,5-4,5

Не более О,5

1,4-2,4 Смесь по способу предлагаемому I известному Требования ГОСТ 9128-76

Продолжение табл.З

Фиг. 2