Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса. цель и задачи исследования 12
1.1 Проблемы применения в строительстве отходов производства 12
1.2 Проблемы вторичного использования и переработки изношенных шин 14
1.3 Способы модифицирования органических вяжущих с помощью добавок 22
1.4 Способы ввода резины в асфальтобетон 35
1.5 Выводыпо главеї 39
ГЛАВА 2 Теоретические исследования повышения эффективности механической активации резиновой крошки в дезинтеграторе 42
2.1 Разрывные напряжения и долговечность материалов 42
2.2 Критерий эффективности измельчения материала в дезинтеграторе 52
2.3 Оценка значения произведения kl-k2 для дезинтегратора с цилиндрическими билами 58
2.4 Зависимость характеристик измельчаемого материала от критерия интенсивности измельчения KI 59
2.5 Затраты энергии на измельчение материала 69
2.6 Степень активации материала при измельчении в зависимости от критерия интенсивности измельчения КІ . 71
2.7 Выводы по главе 2 77
ГЛАВА 3 Экспериментальная проверка полученных теоретических зависимостей 80
3.1 Материалы 80
3.2 Применяемое оборудование 84
3.3 Выбор методики планирования эксперимента 88
3.4 Влияние способов введения и количества активированного резинового порошка на свойства асфальтобетона 97
3.5 Анализ уравнений регрессии 109
3.6 Обобщенное уравнение регрессии 121
3.7 Физическое объяснение полученных результатов 127
3.8 Выводы по главе 3 135
ГЛАВА 4 Опытно-производственные исследования и обоснование технико-экономической эффективности использования механоактивированного резино-песчаного порошка в асфальтобетоне 137
4.1 Опытно-производственные исследования 137
4.2 Технико-экономическое обоснование способа 139
4.3 Выводы по главе 4 145
Заключение 146
Список литературы
- Способы модифицирования органических вяжущих с помощью добавок
- Критерий эффективности измельчения материала в дезинтеграторе
- Степень активации материала при измельчении в зависимости от критерия интенсивности измельчения КІ
- Влияние способов введения и количества активированного резинового порошка на свойства асфальтобетона
Введение к работе
Актуальность работы. Непременным условием повышения эффективности дорожного строительства является повышение качества дорожно-строительных материалов. В настоящее время темпы строительства автомобильных дорог сдерживаются высокой стоимостью или отсутствием кондиционных дорожно-строительных материалов. Перспективным направлением развития является совершенствование технологий использования отходов производства. Применение асфальтобетонных смесей на полимербитумных вяжущих позволяет повысить качество дорожного асфальтобетона в покрытии автомобильных дорог. Однако эти технологии являются дорогостоящими, требуют специального оборудования.
Исследования в области механоактивации позволили использовать в составе асфальтобетонной смеси большую группу исключительно трудно утилизируемых техногенных продуктов и отходов, а именно, резиновой крошки, получаемой из старых автопокрышек и других резино-технических изделий. При этом решаются острые экологические проблемы.
Дальнейшее улучшение физико-механических свойств дорожного асфальтобетона связано с уменьшением размеров резиновых частиц, увеличением степени их активации. Однако все существующие в настоящее время способы механического измельчения и активации резиновой крошки являются энергоемкими. Кроме того, возникающие в процессе помола электрические поля являются причиной налипания резины на рабочие органы измельчителя, происходят процессы коагуляции мельчайших резиновых частиц, вследствие чего значительно затруднено получение тонкодисперсных резиновых порошков. Резервы развития в данном направлении находятся в сфере совершенствования технологии получения порошков на основе резины за счет совместного измельчения с абразивным компонентом. Поэтому теоретические и практические исследования в области улучшения физико-механических свойств дорожного асфальтобетона введением порошков на основе резины до настоящего времени являются актуальными.
Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы университета. Работа выполнялась по координационному плану Межвузовской научно-технической программы «Архитектура и строительство», а также госбюджетных НИР по программам Росавтодора и губернатора Омской области «Модернизация и развитие автодорог Омской области до 2025 года», Проект # RUC1-5052-OM-05 Фонда Гражданских исследований и Развития США.
Цель работы: повышение эффективности дорожного асфальтобетона применением резиновых порошков механоактивационного способа получения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
провести анализ модифицирующего эффекта применения дроблёной резины в составах асфальтобетонных смесей и обосновать необходимость
тонкого измельчения резиновой крошки;
-
теоретически обосновать способ получения высокодисперсного порошка на основе резины путем совместного измельчения в аппаратах ударно-скоростного принципа действия резиновой крошки и абразивного компонента;
-
исследовать влияние кинематических и конструктивных параметров измельчителя ударно-скоростного принципа действия и свойств исходных материалов на характеристики получаемого порошка;
-
исследовать физико-механические свойства асфальтобетона, модифицированного резино-песчаным порошком, полученным в лабораторных и производственных условиях. Установить экономическую эффективность результатов исследований.
Научная новизна исследования:
1. Установлена взаимосвязь тонкости измельчения материалов в аппаратах ударно-скоростного принципа действия, определяемая свойствами исходного материала, конструктивными и кинематическими параметрами аппарата, позволившая теоретически обосновать и экспериментально подтвердить показатель KI (критерий интенсивности измельчения материала), с помощью которого убедительно доказано, что для получения высокодисперсного резинового порошка путем помола в дезинтеграторе резиновой крошки требуется значительное количество энергии.
2. Получен декремент активации материалов (Dk), характеризующий убывание энергии активации разрушения материала в результате измельчения в дезинтеграторе, позволивший:
- получение максимального механоактивационного эффекта измельчения резиновой крошки совместно с песком;
- значительное снижение энергоемкости процесса получения резинового порошка (при помоле совместно с песком);
- решить проблему налипания резины на измельчающие органы дезинтегратора за счет их самоочищения в процессе помола с абразивным компонентом.
3. Исследования микроструктуры резино-песчаного порошка выявили губчатость резиновых микрочастиц, что подтвердило эффективность разработанного способа измельчения и активации резиновой крошки совместно с песком.
4. Установлены закономерности влияния соотношений между песком и резиновой крошкой, а также количественного содержания в асфальтобетонной смеси резино-песчаного порошка на физико-механические свойства асфальтобетона. Полученные закономерности являются научно-технической базой для разработки рациональных составов и технологии производства этих материалов.
Практическая значимость
-
Предложенные критерий интенсивности измельчения и декремент активации позволили обоснованно подойти к проблеме выбора как рациональных параметров механической обработки, так и степени активации измельчаемых материалов в аппаратах ударно-скоростного принципа действия, что позволило на практике получить резиновый порошок с заданными свойствами, тем самым обеспечивая более широкое использование отработанных автопокрышек при производстве асфальтобетона.
-
Разработана технология получения резино-песчаного порошка, максимальная эффективность которого по отношению к асфальтобетонной смеси обеспечивается при соотношении резиновая крошка:песок как 1:2.
-
Показано, что наблюдается увеличение физико-механических показателей асфальтобетона как минимум на 12-15% по сравнению с эталоном при содержании резино-песчаного порошка в асфальтобетонной смеси в интервале 0,7-1,5% от массы минеральной части.
-
Применение асфальтобетонной смеси с добавкой резино-песчаного порошка позволяет уменьшить толщину слоя предлагаемого асфальтобетона при одинаковой прочности покрытия, что дает экономический эффект порядка 11.4%.
Внедрение результатов работы осуществлено в 2007 г. при строительстве опытного участка а/д «Куйбышев-Северное км 57-60 в Куйбышевском районе Новосибирской области с применением резино-песчаного порошка.
Получен патент на изобретение.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих научно–технических конференциях:
Всероссийская научно–техническая конференция «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века», посвященная 90–летию со дня рождения доктора технических наук профессора В.Д. Белого. 6 –7 декабря 2006 года, г. Омск, СибАДИ.
Международная научно–практическая Интернет–конференция «Современные методы строительства автомобильных дорог и обеспечение безопасности движения». 2007, г. Белгород, БГТУ им. Шухова.
Международная научно–практическая конференция «Научные исследования, наносистемы ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии». 18 – 19 сентября 2007, Белгород, БГТУ им. Шухова.
Международный конгресс «Машины, технологии и процессы в строительстве» 6 – 7 декабря 2007 г., Омск, СибАДИ,
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованных источников, включающего 116 наименований, 7 приложений и содержит 161 страницу машинописного текста, 31 таблицу и 50 рисунков.
Способы модифицирования органических вяжущих с помощью добавок
В последние годы во многих странах большое внимание уделяется проблемам использования изношенных шин, которые являются одним из самых многотоннажных отходов. Согласно ориентировочным данным, в Европе ежегодно образуется около 2 млн. тонн, а в США — 2,8 млн. тонн изношенных шин [76].
Данная проблема имеет важное экологическое значение. В настоящее время изношенные шины практически полностью уничтожаются путем сжигания или захоронения в оврагах, свалках, что сильно загрязняет окружающую среду. Например, по данным авторов статьи [57] в Швейцарии отходы автопокрышек сжигаются почти полностью, а в США - 75-80%. Кроме того, места скопления отработанных шин служат благоприятной средой обитания и размножения грызунов и насекомых, которые часто являются разносчиками различных заболеваний. Необходимо также учитывать тот факт, что шины обладает высокой пожароопасностью.
Экономическое значение данной проблемы заключается в том, что изношенные шины содержат резины, технические свойства которой близки к первоначальным, большое количество армирующих текстильных и металлических материалов, что является источником экономии природных ресурсов. По данным работы [76] в России 96% отработанных автопокрышек просто вывозится на свалки.
В связи с ежегодным увеличением количества изношенных шин, в рамках Европейского Сообщества была разработана программа, основные задачи которой заключаются в следующем: увеличение доли шин с восстановленным протектором; увеличение переработанных утильных шин с получением резиновой крошки; прекращение вывоза на свалки.
Важной проблемой изношенных шин является область применения резиновой крошки различной степени измельчения. Наиболее целесообразным считается использование резиновой крошки в качестве добавки к резиновым смесям.
Представления о влиянии размера частиц измельченного вулканизата на свойства резин развивались противоречиво, что свидетельствует о сложности проблемы. Из анализа результатов исследований, проведенных ФГУП «НИИ шинной промышленности», следует, что добавка резинового порошка с размерами частиц до 0,5 мм в соотношении 10 масс, долей резинового порошка на 100 масс, долей каучука не оказывает существенного отрицательного влияния на упруго-гистерезисные свойства резин для автобусных шин [76]. Более того, наблюдалось улучшение таких показателей, как сопротивление раздиру и истираемость. Применение более грубой резиновой крошки, с размерами частиц до 1 мм в рецептуре смесей для шин снижает уровень всех физико-механических показателей. Всесторонний анализ экспериментальных данных, проделанный в работе [97] , подтверждает вышеперечисленные выводы и позволяет утверждать о неоднозначном влиянии количества и размера частиц резинового порошка на комплекс основных физико-механических показателей резины.
Анализ литературных данных показывает, что работы по использованию резиновых порошков в рецептуре протекторных резин, резин для черных боковин в настоящее время интенсивно ведутся и в США, и в Западной Европе. Так, фирмой «Мишлен» опубликованы результаты проводимых исследований, подтверждающих возможность применения от 18 до 25 масс, долей резиновой крошки на 100 масс, долей каучука в рецептуре различных деталей шин при условии проведения модификации поверхности частиц резиновых порошков с целью уменьшения отрицательного влияния добавки порошков на свойства резин [76].
Аналогичные работы проводятся и в России [49, 65, 68, 81, 91]. В частности были проведены специальные исследования по разработке шинных резин, содержащих измельченный вулканизат с крупными частицами до 2 мм. В результате были получены рецептуры шинных резин с использованием 10 масс, долей и более резиновой крошки и проведены эксплуатационные испытания [97].
Детальное исследование свойств композитных резин, содержащих тонкодисперсный шинный порошок, изготовленный сдвиговыми методами, показало, что получаемые композитные резины отличаются более низкой истираемостью и очень высокой прочностью к многократному изгибу. Это дает возможность введения активного шинного порошка в количестве до 20 массовых частей в сырые резиновые смеси на,основе каучуков СКИ-3/СКД, применяемые при изготовлении протектора грузовых автопокрышек [57].
В работе [93] приведены экспериментальные данные зависимости физико-механических свойств резины от дозировки измельченного шинного порошка. Оказалось, что при повышении до 30 масс.ч. дозировки измельченного вулканизата, полученного на вальцах, резко снижается прочность при растяжении; при дальнейшем увеличении содержания резинового порошка значение прочности практически не изменяется. Зато при дозировке измельченного вулканизата от 20 до 30 масс. ч. наблюдается максимальное сопротивление разрастанию трещин и сопротивление раздиру, что подтверждается анализом экспериментальных данных в работе [97]. Таким образом, найденные способы применения резинового порошка для производства шин используют только небольшую его часть. Поэтому в связи с прогнозируемым увеличением объемов изношенных шин очень актуален поиск путей использования дробленой резины в других областях, в частности: в дорожном строительстве в качестве модификатора битума; для изготовления резинобитумных мастик, кровельных материалов, композиционных материалов; для изготовления резиновых изделий с высокой стойкостью к истиранию; для изготовления плит различного назначения (для животноводческих помещений, для трамвайных и железнодорожных переездов, для покрытий спортивных и детских игровых площадок).
В настоящее время уже начато промышленное производство резиновых изделий с высоким содержанием активного шинного- порошка. Например, для выпуска блока торможения магистрального (лежачего полицейского) используют до 50-60 масс.% порошка шинной резины. Освоен выпуск различных видов напольных плиток и обувных пластин с высокой стойкостью к истиранию с содержанием 50-70 масс.% порошка [57].
Анализ возможных объемов применения резиновой крошки по различным областям ее использования позволяет утверждать в качестве одного из самых перспективных направлений-дорожное строительство как модификатор битума [94]. Дефицитность и высокая стоимость битума явились главной причиной отказа от толстых слоев дорожных покрытий, которые одно время широко практиковались для конструирования дорожных одежд. Для повышения тепло- и сдвигоустойчивости тонких слоев покрытий, которые работают в более тяжелых условиях, чем толстые, в битумы (гудрон) вводят различные добавки, в частности резиновую крошку из отработанных старых автомобильных шин [68].
Первые попытки создания резино-гудронового вяжущего были предприняты в конце 60-х - нач. 70-х фирмами «Sahuro Petroleum», «Asphalt Company» и «Mc. Donald», позднее «Arizona Refining Company (Arco)». В конце 70-х в Европе, особенно в Бельгии, наблюдался повышенный интерес к соединению битума и резины. В 1979 г. в Бельгии в качестве уличного покрытия впервые был опробован пористый асфальт из смеси резины с битумом (Агсо-технология) [94]. Позднее смеси на основе резины и битума стали применять в различных странах Европы (Австрия, Франция, Германия, Венгрия, Италия, Нидерланды, Швейцария и т.д.).
В результате дальнейших исследований фирмой Rouse Rubber Industries (Флорида) были разработаны технологии, позволяющие смешивать очень мелкую резиновую пыль (0,180 мм) с битумом не в дорожностроительной машине, как при технологии, разработанной компанией Мс Donald, а при производстве битума с помощью экспериментального оборудования. Данный метод позволил сократить время протекания реакции [94].
Аналогичные исследования резинобитумных вяжущих проводились и в России [91]. Известен способ получения вяжущего с добавлением резиновой крошки в количестве 10 -20%(масс), которая в смеси с мазутом и 5-20%(масс.) кислого гудрона предварительно выдерживается при температуре 130С в течение 1-3 часов с последующим окислением смеси при 180 -200С [6].
Критерий эффективности измельчения материала в дезинтеграторе
Основными преимуществами дезинтеграторных установок по сравнению с известным измельчающим оборудованием являются [65]: - при относительно низких энергозатратах образуются тонкодисперсные порошки, в которых фракция со средним диаметром частиц 0,1-0,2 мм составляет 60-70% (при криогенном измельчении); - форма частиц резиновой крошки обеспечивает хорошую текучесть таких порошков; - в результате дезинтеграции происходит так называемая активация частиц, включающая ряд эффектов: образование статического заряда, влияющего на упаковку молекул при вторичной переработке; образование активных свободных радикалов; образование ювенальной поверхности макрочастиц, улучшающей их когезию.
Последними работами, выполненными в МАДИ, доказывается улучшение свойств асфальтобетона при «сухом» способе введения резиновой крошки [67]. В тоже время, как отмечается в работе [56], многие виды резин не поддаются эффективному измельчению без охлаждения при использовании штатного комплекта пальцевых и лопастных роторов.
Исследованиями, проведенными в СибАДИ под руководством проф. B.C. Прокопца" [58, 65, 71], установлено, что для достижения удовлетворительного качества измельчения резиновой крошки необходимо использование специальной конфигурации бил дезинтегратора. Повторное измельчение резинового порошка в дезинтеграторной установке не приводит к заметному увеличению тонкости помола. Это объясняется возникшими электростатическими полями, приведшими к коагуляции мельчайших частиц резины. Поэтому было предложено произвести измельчение резиновой крошки в присутствии добавки ПАВ. Экспериментальные исследования по использованию отхода завода моющих средств в качестве гидрофильной добавки ПАВ показало, что тонкость помола резиновой крошки увеличивается [58, 97].
Таким образом, основными недостатками данного способа получения тонкоизмельченного резинового порошка для последующего ввода в асфальтобетонную смесь являются: - значительное усложнение технологического процесса; - использование специального технологического оборудования (особой клиновидной конфигурации измельчающего элемента); - возникновение процессов коагуляции мельчайших частиц резины, : препятствующих получению тонкодисперсных резиновых порошков; - налипание резины на измельчающие элементы-билыдезинтеграторной установки.
Можно предположить, что измельчение и активация резиновой крошки в дезинтеграторной установке совместно с абразивным компонентом позволит получить тонко дисперсный механоактивированный порошок, введение которого в асфальтобетонную смесь будет способствовать повышению физико-механических показателей асфальтобетона. Использование в качестве такого компонента песка позволит получить механоактивированный резино-песчаный порошок с еще более разветвленной, губчатой поверхностью резиновых частиц без значительного усложнения технологического процесса, что особенно важно для применения в промышленности.
Таким образом, в настоящее время актуальны теоретические и практические исследования в области дальнейшего совершенствования способов измельчения резиновой крошки в аппаратах ударного принципа действия с целью преодоления недостатков существующих методов и последующего использования для повышения качества асфальтобетона в покрытиях автомобильных дорог.
Цель работы: повышение эффективности дорожного асфальтобетона применением резиновых порошков механоактивационного способа получения.
В соответствии с намеченной целью были поставлены следующие задачи:
1. провести анализ модифицирующего эффекта применения дроблёной резины в составах асфальтобетонных смесей и обосновать необходимость тонкого измельчения резиновой крошки;
2. теоретически обосновать способ получения высокодисперсного порошка на. основе резины путем совместного измельчения в аппаратах ударно-скоростного принципа действия резиновой крошки и абразивного компонента;
3. исследовать влияние кинематических и конструктивных параметров измельчителя ударно-скоростного принципа действия и свойств исходных материалов на характеристики получаемого порошка;
4. исследовать физико-механические свойства асфальтобетона, модифицированного резино-песчаным порошком, полученным в лабораторных и производственных условиях. Установить экономическую эффективность результатов исследования.
1. Одним из путей повышения качества дорожных асфальтобетонов является применение битумов, модифицированных полимерами. Анализ. научно-технической литературы свидетельствует, что подобное вяжущее не позволяет значительно повысить физико-механические свойства дорожных композиционных материалов. Наиболее перспективным методом управления свойствами вяжущего может являться способ, заключающийся, в воздействии на нефтяные битумы резиновой крошкой. В свою очередь резиновая крошка должна обладать свойствами, которые позволили бы ей эффективно осуществлять подобное воздействие.
2. Большое число проводимых исследований, научных публикаций в России и за рубежом свидетельствуют о больших трудностях в решении проблемы использования, переработки и утилизации старых автопокрышек. Наиболее актуальной областью применения отработанных автомобильных покрышек является дорожное строительство. В тоже время существует ряд проблем, препятствующих широкому применению резиновой крошки. Основной трудностью в технологии изготовления органических вяжущих с использованием резиновой крошки является создание условий для эффективной девулканизации изношенных шин и последующего образования каучукового вещества, которое структурирует битумное сырье. Литературные источники указывают на высокую энергоемкость существующих способов растворения резиновой крошки из отработанных автопокрышек в органических материалах.
3. Одним из путей решения проблемы является применение механоактивации материалов. Анализ современных измельчающих аппаратов позволяет рассматривать дезинтеграторную технологию как одну из самых перспективных, важнейшее преимущество которой заключается в наименьшей энергоемкости- процесса, получении резиновых частиц с развитой губчатой поверхностью. Однако при этом требуется использование специального технологического оборудования (клиновидной формы бил), значительное усложнение технологического процесса, в частности, использование гидрофильной добавки ПАВ с целью уменьшения процессов коагуляции мельчайших частиц резины,
Степень активации материала при измельчении в зависимости от критерия интенсивности измельчения КІ
Из приведённых в таблице 2.4.5 результатов видно, что при измельчении различных материалов (цемент, резина, песок, гранит) в одном и том же ДУ при одинаковых условиях измельчения KI для различных материалов существенно различен.
Так для песка суммарный KI равен 16,29; для резины суммарный КҐ равен 1,517. Критерий интенсивности измельчения для песка в данном ДУ примерно в 10 раз выше, чем критерий интенсивности измельчения для резины. Результат измельчения песка и резины в этих условиях существенно различен: после измельчения песка процент прохождения порошка через сито с размером ячейки 0,08 мм составляет 45 %. Резина при таком значении KI практически не измельчается.
Анализ данных таблиц 2.4.5 и графиков зависимостей, приведенных на рисунке 2.4.3, рисунке 2.4.4, показывает, что суммарный критерий KI однозначно характеризует тонкость помола данного материала. Заданную І степень измельчения материала можно получить только при определенном суммарном значении критерия измельчения КҐ. Если КісуМ КҐ, то измельчение недостаточное, и чем меньше значение Кісум , тем измельчение более грубое. При значении КісуМр КІ измельчение наступает раньше попадания частицы на конечный ряд бил, и дезинтегратор работает неэффективно.
Следовательно, интенсивное разрушение частиц будет наступать при достижении критерием КІ определенного значения. При меньших значениях измельчение материала будет недостаточным, а при болыних-измельчение наступит не в конце цикла прохождения материала через дезинтегратор, а раньше, т.е. потребуется дополнительная энергия для завершения цикла прохождения уже измельченного материала через дезинтегратор.
В результате четырехкратного помола песка модуль крупности Мк уменьшился до значения МАг=0,099, что было достигнуто при суммарном значении критерия измельчения материала КІ =86,73, а модуль крупности Мк резинового порошка уменьшился до значения Мк=3,274 при КІ"=2,725. Анализ характера графика функции на рисунке 2.4.4 показывает, что для увеличения тонкости помола резинового порошка, т.е. порошка с меньшим модулем крупности, необходимо значительно увеличить величину критерия КІ. в соответствии с формулой (2.2.17) это может быть достигнуто изменением конструктивных параметров дезинтеграторной установки:
Увеличить значение критерия КҐ можно также путем многократного помола резиновой крошки. Анализ графика на рисунке 2.4.4 свидетельствует, что количество помолов должно увеличиться на порядок. Такое решение связано со значительными затратами энергии на измельчение. \
Таким образом, суммарный критерий измельчения материала KI эффективно отражает качество измельчения материала; связывает конструктивные параметры (V, R, к1у к?) дезинтегратора, параметры измельчаемого материала (Е, один , р), технологические особенности (количество проходов измельчения) с параметрами измельчения материала.
Практика измельчения материалов в дезинтеграторе показывает, что интенсивность измельчения (процент прохождения материала после измельчения через сито определенного размера) функционально зависит от конкретного материала.
Найдем зависимость кинетической энергии Т от критерия интенсивности измельчения KI. Из (2.3.2) имеем:
Анализ полученных аналитических (2.5.2)-(2.5.3) и графических (рисунок 2.5.1) зависимостей кинетической энергии от суммарного критерия интенсивности измельчения KI для разных материалов позволяет сделать вывод о том, что для достижения одинаковой величины KI в результате помола резины и песка требуется затратить значительно большее количество энергии для измельчения резины, чем для измельчения песка. Таким образом, для многократного помола резиновой крошки в дезинтеграторе требуется значительное количество энергии.
Степень активации материала при измельчении в зависимости от критерия интенсивности измельчения KI
При измельчении материала происходит его активация. Активация существенно изменяет свойства материала, его активность при взаимодействии с другими материалами. Это свойство активированного материала широко используется при приготовлении строительных растворов, асфальтобетонов.
Из таблицы 2.4.5 видно, что суммарный при одном проходе резиновой крошки через дезинтегратор критерий интенсивности измельчения KI в несколько раз меньше, чем для других материалов. При таком низком KI невозможно получить обычным способом необходимое измельчение. Декремент активации для резины, характеризующий степень активации, еще больше отличается от декремента активации других материалов, т.к. он пропорционален квадрату KI.
Увеличение значения KI и Dk за счет повышения скорости вращения роторов или увеличения количества рядов бил связано с конструктивными трудностями. В работах Хинта [102-105] отмечается, что активация материала зависит не только от степени измельчения, но и от материала, с которым сталкиваются частицы измельчаемого вещества.
На основании вышеизложенного, анализа полученных аналитических (2.5.2), (2.5.3), (2.6.3), (2.6.4) и графических (рисунок 2.5.1) зависимостей кинетической энергии от критерия интенсивности измельчения KI, экспериментальных зависимостей свойств измельченного песка и резины (рисунок 2.4.3, рисунок 2АЛ) можно сделать следующие выводы: для измельчения резины требуется значительно большее количество энергии, чем для измельчения песка; чем больше декремент активации разрушения материала в конкретном дезинтеграторе, тем более активированный порошок получается в результате помола [31].
Так как, для получения песка и резины одинаковой крупности необходимые затраты энергии для измельчения резины значительно большие, чем для измельчения песка, то на основании этого можно предложить способ измельчения резиновой крошки совместно с песком.
Использование абразивного компонента (песка) позволит: — значительно уменьшить коагуляцию мельчайших резиновых частиц, что увеличит дисперсность резино-песчаного порошка; - исключить налипание резины на билы в процессе помола вследствие очищения их частицами песка. Дополнительное ударное и истирающее воздействие частиц песка на резиновую крошку позволит упростить технологическое оборудование за счет отказа от применения бил специальной клиновидной формы и использования взамен измельчающих элементов стандартной цилиндрической конфигурации.
В итоге предложенный метод значительно снизит энергозатраты, необходимые для получения тонкодисперсных резиновых порошков, а следовательно, и стоимость асфальтобетонов с добавками этих порошков.
Для испытаний был запроектирован- асфальтобетон типа Б, отвечающий ГОСТ 9128-97. Изготовление и последующие испытания образцов выполнялись согласно ГОСТ 12801.
Механоактивйрованный резино-песчаный порошок получали путем совместного помола в УИС-2У резиновой крошки с песком в отношении 1:2 по массе. В этих условиях резиновая крошка измельчалась и активировалась при соударении с билами и частицами песка.
Гранулометрический состав щебня, песка, минерального порошка и механоактивированного резино-песчаного порошка приведен в приложения 1 таблице 1. Расход материалов приведён в таблице Количество вводимого активированного резино-песчаного порошка рассчитывалось в зависимости от необходимого количества резинового порошка.
Влияние способов введения и количества активированного резинового порошка на свойства асфальтобетона
Одной из основных задач интерпретации модели по найденному уравнению регрессии является определение меры влияния каждого фактора на параметр оптимизации. Для этого используется анализ значений коэффициентов уравнения регрессии, полученного для нормированных переменных (факторов). Чем больше абсолютное значение коэффициента, тем сильнее влияние соответствующего фактора на параметр оптимизации. О характере влияния фактора свидетельствует знак коэффициента регрессии.
Для уточнения анализа по уравнениям регрессии, полученным для нормированных переменных (3.4.1), (3.4.3), (3.4.5), (3.4.7) и для натуральных значений факторов (3.4.2), (3.4.4), (3.4.6), (3.4.8), с помощью прикладных программ Statistica и MathCad 200HPRO были построены основные графические зависимости пределов прочности на сжатие при температурах Т=0 С; 20 С: 50 С и графические зависимости водостойкости при длительном водонасыщении при различных значениях регулируемых факторов (хрез, хби1, хпеск).
Анализ количественных оценок коэффициентов уравнения регрессии (3.4.1) показывает, что наибольшее влияние на Ксж оказывает количество в смеси активированного резинового порошка (XI). Несколько меньшее влияние на 110сж имеют количество битума (Х2) и количество по активированного песка (ХЗ). Характер влияния факторов XI и Х2 совпадает и противоположен влиянию фактора ХЗ. К росту отклика будет вести одновременное уменьшение XI и Х2. Принимая во внимание знаки коэффициентов взаимодействий bj3 ,b12 и Ь2з, сравнивая по абсолютной величине bo , b]2 , Ь2з с fc i и b2 , однозначно можно сделать вывод о росте отклика RC/K с увеличением ХЗ. Наличие квадратичных членов уравнения означает более сложную нелинейную зависимость функции отклика Ксж и необходимость использования дополнительных аналитических или графических методов анализа.
3D графики функции отклика у J (XI, Х2, ХЗ) в нормированных координатах изображены на рисунке 3.5.1 Анализ 2D графических зависимостей, построенных на рисунках 3.5.2 - 3.5.4 показывает, что увеличение доли песка в активированной резино-песчаной смеси способствует значительному росту предела прочности при сжатии RC K.. На рисунке 3.5.5 показана расчетная зависимость предела прочности при сжатии Ксж(хРсз5 хбш, Хпеск) от количества активированного резинового порошка в резино-песчаной смеси, взятым в соотношении 1:2. Из графиков видно, что при количестве битума от 5,5% и до 7% предел прочности при сжатии Ясж имеет наибольшие значения, если количество резинового порошка в резино-песчаной смеси равно от 0,5 и до 1%. При дальнейшем увеличении количества резинового порошка RC K начинает уменьшаться.
Анализ линейных количественных оценок коэффициентов уравнения регрессии (3.4.3) показывает, что наибольшее влияние на К20сж оказывает фактор XI. Меньшее влияние на R20CK имеют Х2 и ХЗ. Характер влияния факторов XI и Х2 совпадает и противоположен влиянию фактора ХЗ. К росту отклика будет вести одновременное увеличение или уменьшение XI и Х2. Принимая во внимание положительный знак коэффициента взаимодействия t i2, и учитывая незначимость эффектов взаимодействий bo и Ь2з, получаем, что рост отклика R20e K связан с увеличением количества активированного песка и одновременным уменьшением количества резинового порошка и битума.
Наличие значимых квадратичных членов уравнения означает более сложную нелинейную зависимость функции отклика R сж. и необходимость использования дополнительных аналитических или графических методов анализа.
3D график функции отклика у2(Х1, Х2, ХЗ) в нормированных координатах изображен на рисунке 3.5.6. Анализ 2D графических зависимостей, построенных на рисунках 3.5.7-3.5.9 показывает, что использование резино-песчаной смеси (1% резинового порошка) повышает предел прочности при сжатии R20 , если количество битума варьируется от 5,5% и до 7%, резино-песчаная смесь с 2 % резинового порошка (от минеральной части) увеличивает R20CMC в интервале 6% -7% битума. Наибольшие значения предел прочности при сжатии R20CA принимает при содержании резинового порошка в резино-песчаной смеси в количестве 0,5-1% от минеральной части.
