Міністерство освіти і науки РФ
Калузький державний педагогічний університет ім. К.Е. Ціолковського
Міжвузівський інженерно-педагогічний факультет
Кафедра загальнотехнічних дисциплін
Реферат
з предмету: «Основи регенеративних технологій»
на тему: «Технологія регенерації очищення й освітлення відпрацьованих масел»
Калуга, 2009
Зміст
1. Технологія для регенерації відпрацьованого масла
2. Фізико-хімічні методи очищення і регенерації масла
3. Фізичні методи регенерації масел
4. Хімічні методи очищення масел
5. Досвід застосування технології холодної регенерації дорожніх покриттів в США
6. В'яжучі для холодного ресайклінгу
7. Технологія холодного ресайклінгу
1. Технологія для регенерації відпрацьованого масла
У міру експлуатації трансформаторних і промислових масел в них накопичуються продукти окислення, забруднення та інші домішки, які різко знижують якість масел. Масла, що містять забруднюючі домішки, нездатні задовольняти пропонованим до них вимогам і повинні бути замінені свіжими маслами. Відпрацьовані масла збирають і піддають регенерації з метою збереження цінної сировини, що є економічно вигідним. За рік на території колишнього Радянського Союзу збирається близько 1,7 млн. тонн масел, переробляється до 0,25 млн. тонн, тобто 15%.
Переробити відпрацьовані моторні масла спільно з нафтою на НПЗ не можна, тому що присадки, що містяться в оліях, порушують роботу нафтопереробного устаткування.
Залежно від процесу регенерації отримують 2-3 фракції базових масел, з яких компаундированием і введенням присадок можуть бути приготовлені товарні олії (моторні, трансмісійні, гідравлічні, МОР, пластичні мастила). Середній вихід регенерованого масла з відпрацьованого, що містить близько 2-4% твердих забруднюючих домішок і воду, до 10% палива, складає 70-85% залежно від застосовуваного способу регенерації.
Для відновлення відпрацьованих масел застосовуються різноманітні технологічні операції, засновані на фізичних, фізико-хімічних і хімічних процесах і полягають в обробці олії з метою видалення з нього продуктів старіння і забруднення. В якості технологічних процесів звичайно дотримується наступна послідовність методів: механічний, для видалення з олії вільної води та твердих забруднень; теплофізичний (випарювання, вакуумна перегонка); фізико-хімічний (коагуляція, адсорбція). Якщо їх недостатньо, використовуються хімічні способи регенерації масел, пов'язані із застосуванням більш складного обладнання та великими витратами.
2. Фізико-хімічні методи очищення і регенерації масла - коагуляція адсорбція і селективне розчинення
Фізико-хімічні методи відновлення масла знайшли досить широке застосування. До них відносять коагуляцію, адсорбцію і селективне розчинення містяться в маслі забруднень, однією з різновидів адсорбційної очищення є іонно-обмінного очищення.
Коагуляція
Коагуляція - укрупнення частинок забруднень, які знаходяться в олії в колоїдному або дрібнодисперсному стані, здійснюється за допомогою спеціальних речовин - коагулятов, до яких відносяться електроліти неорганічного й органічного походження, поверхнево-активні речовини (ПАР), що не володіють електролітичними властивостями, колоїдні розчини ПАР і гідрофільні високомолекулярні з'єднання.
Процес коагуляції залежить від кількості введеного коагулянту, тривалості його контакту з маслом, температури, ефективності перемішування і т.д. Тривалість коагуляції забруднень у відпрацьованому маслі становить, як правило 20-30 хв., Після чого можна проводити очищення масла від укрупнилися забруднень за допомогою відстоювання, відцентрової очистки або фільтрування.
Адсорбційна очистка
Адсорбційна очистка відпрацьованих масел полягає у використанні здатності речовин, службовців адсорбентами, утримувати забруднюючі масло продукти на зовнішній поверхні гранул і на внутрішній поверхні пронизують гранули капілярів. В якості адсорбентів застосовують речовини природного походження (відбілюючі глини, боксити, природні цеоліти) і отримані штучним шляхом (силікагель, оксид алюмінію, алюмосилікатні з'єднання, синтетичні цеоліти).
Адсорбційна очищення може здійснюватися контактним методом - масло перемішується з подрібненим адсорбентом, перколяційних методом - очищає масло пропускається через адсорбент, методом протитоку - масло і адсорбент рухаються назустріч один одному. До недоліків контактного очищення слід віднести необхідність утилізації великої кількості адсорбенту, яка забруднює навколишнє середовище. При перколяційні очищенню як адсорбенту найчастіше застосовується силікагель, що робить цей медом дорогим. Найбільш перспективним методом є адсорбентная очищення масла в рухомому шарі адсорбенту, при якому процес протікає безупинно, без зупинки для періодичної заміни, регенерації або отфільтрованія адсорбенту, однак застосування цього методу пов'язане з використанням досить складного обладнання, що стримує його широке поширення.
Іонно-обмінного очищення
Іонно-обмінна очищення полягає в здатності іонітів (іонно-обмінних смол) затримувати забруднення, диссоциирующие в розчиненому стані на іони. Іоніти є тверді гігроскопічні гелі, одержувані шляхом полімеризації і поліконденсації органічних речовин і не розчиняються у воді і вуглеводнях. Процес очищення можна здійснити контактним методом при перемішуванні відпрацьованого масла з зернами іоніти розміром 0,3-2,0 мм або преколяціонним методом при пропущенні масла через заповнену іонітом колону. У результаті іонообміну рухливі іони в просторовій решітці іоніти замінюються іонами забруднень. Відновлення властивостей іонітів здійснюється шляхом їх промивання розчинником, сушіння і активації 5%-ним розчином їдкого натру. Іонно-обмінна очищення дозволяє видаляти з масла кислотні забруднення, але не забезпечує затримки смолистих речовин.
Селективна очищення
Селективна очищення відпрацьованих масел заснована на виборчій розчиненні окремих речовин, що забруднюють масло: кисневих, сірчистих і азотних сполук, а також при необхідності поліциклічних вуглеводнів з короткими бічними ланцюгами, погіршують в'язкісно-температурні властивості масел.
В якості селективних розчинників застосовуються фурфурол, фенол та його суміш з крезол, нітробензол, різні спирти, ацетон, метил етиловий кетон та інші рідини. Селективна очищення може проводитися в апаратах типу "змішувач - відстійник" у поєднанні з випарниками для відгону розчинника (ступінчаста екстракція) або у двох колонах екстракційної для видалення з олії забруднень і ректифікаційної для відгону розчинника (безперервна екстракція). Другий спосіб економічніше і отримав більш широке застосування.
Різновидом селективного очищення є обробка відпрацьованого масла пропаном, при якій вуглеводні олії розчиняються в пропані, а асфальтосмолисті речовини, що знаходяться в олії в колоїдному стані, випадають в осад.
3. Фізичні методи регенерації масел
Фізичні методи регенерації дозволяють видаляти з масел тверді частинки забруднень, мікрокраплі води і частково - смолисті і коксообразние речовини, а за допомогою випарювання - легкокипящие домішки. Масла обробляються в силовому полі з використанням гравітаційних, відцентрових і рідше електричних, магнітних і вібраційних сил, а також фільтрування, водна промивка, випарювання та вакуумна дистиляція. До фізичних методів очищення відпрацьованих масел відносяться також різні масо-та теплообмінні процеси, які застосовуються для видалення з олії продуктів окислення вуглеводнів, води та легкокипящих фракцій.
Відстоювання масел
Відстоювання масел є найбільш простим методом, він заснований на процесі природного осадження механічних частинок і води під дією гравітаційних сил.
У залежності від ступеня забруднення палива чи мастила і часу, відведеного на очищення, відстоювання застосовується або як самостійно, або як попередній метод, що передує фільтрації або відцентрової очищенню. Основним недоліком цього методу є велика тривалість процесу осідання частинок до повного очищення, видалення лише найбільш великих часток розміром 50-100мкм.
Фільтрація масел
Фільтрація масел - процес видалення частинок механічних домішок і смолистих сполук шляхом пропускання масла через сітчасті або пористі перегородки фільтрів. Як фільтраційних матеріалів використовують металеві та пластмасові сітки, повсть, тканини, папір, композиційні матеріали і кераміку. У багатьох організаціях експлуатують СДМ реалізований наступний метод підвищення якості очищення моторних масел - збільшується кількість фільтрів грубого очищення і вводиться в технологічний процес другий ступінь - тонке очищення масла.
Відцентрова очищення
Відцентрова очищення здійснюється за допомогою центрифуг і є найбільш ефективним і високопродуктивним методом видалення механічних домішок та води. Цей метод заснований на поділі різних фракцій неоднорідних сумішей під дією відцентрової сили. Застосування центрифуг забезпечує очищення масел від механічних домішок до 0,005% за масою, що відповідає 13 класу чистоти за ГОСТ 17216-71 і зневоднення до 0,6% за масою.
4. Хімічні методи очищення масел
Хімічний метод очищення олії заснований на активній реакції речовин, що забруднюють відпрацьовані мастила з вводяться в ці масла присадками реагентами. Після хімічної реакції утворюються нові з'єднання, легко видаляються з масла. До хімічних методів очищення ставляться кислотна і лужна очищення, окислення киснем, гідрогенізація, а також осушення та очищення від забруднень за допомогою окислів, карбідів і гідридів металів. Найбільш часто використовуються наступні методи:
Сернокислотная очищення
За кількістю установок і обсягом перероблюваної сировини на першому місці у світі знаходяться процеси із застосуванням сірчаної кислоти. У результаті сернокислотной очищення утворюється велика кількість кислого гудрону - важко утилізованого та екологічно небезпечного відходу. Крім того, сіркокислі очищення не забезпечує видалення з відпрацьованих масел поліциклічних аренів і високотоксичних сполук хлору.
Гідроочищення
Гідрогенізаційного процеси все ширше застосовуються при переробці відпрацьованих масел. Це пов'язано як з широкими можливостями одержання високоякісних масел, збільшення їх виходу, так і з великою екологічною чистотою цього процесу в порівнянні з сернокислотной та адсорбційної очищеннями.
Недоліки процесу гідроочищення - потреба у великих кількостях водню, а поріг економічно доцільною продуктивності (за закордонним даними) становить 30-50 тис. т / рік. Установка з використанням гідроочищення олив, як правило, блокується з відповідним нафтопереробним виробництвом, що мають надлишок водню і можливість його рециркуляції.
Процеси із застосуванням натрію і його сполук
Для очищення відпрацьованих масел від поліциклічних сполук (смоли), високотоксичних сполук хлору, продуктів окислення і присадок застосовуються процеси з використанням металевого натрію. При цьому утворюються полімери і солі натрію з високою температурою кипіння, що дозволяє відігнати масло. Вихід очищеного масла перевищує 80%. Процес не вимагає тиску і каталізаторів, не пов'язаний з виділенням хлоро-і сірководню. Кілька таких установок працюють у Франції та Німеччині. Серед промислових процесів з використанням суспензії металевого натрію в нафтовому олії найбільш широко відомий процес Recyclon (Швейцарія). Процес Lubrex з використанням гідроксиду і бікарбонату натрію (Швейцарія) дозволяє переробляти будь-які відпрацьовані мастила з виходом цільового продукту до 95%.
Для регенерації відпрацьованих масел застосовуються різноманітні апарати та установки, дія яких заснована, як правило, на використанні поєднання методів (фізичних, фізико-хімічних і хімічних), що дає можливість регенерувати відпрацьовані масла різних марок і з різним ступенем зниження показників якості.
Необхідно відзначити, що при регенерації масел можливо отримувати базові масла, за якістю ідентичні свіжим, причому вихід олії в залежності від якості сировини становить 80-90%, таким чином, базові масла можна регенерувати ще принаймні два рази., Але це можливо реалізувати за умови застосування сучасних технологічних процесів.
Однією з проблем, різко знижує економічну ефективність утилізації відпрацьованих моторних масел, є великі витрати, пов'язані з їх збиранням, зберіганням і транспортуванням до місця переробки.
Організація міні-комплексів з регенерації олій для задоволення потреб невеликих територій (краю, області чи міста з населенням 1-1,5 млн. чоловік) дозволить знизити транспортні витрати, а одержання високоякісних кінцевих продуктів - моторних масел і консистентних мастил, наближає такі міні- комплекси з економічної ефективності до виробництв цих продуктів з нафти.
5. Досвід застосування технології холодної регенерації дорожніх покриттів в США
Питання ремонту асфальтобетонних покриттів в США дуже актуальні, оскільки близько 94% автомагістралей (а загальна протяжність дорожньої мережі в країні складає 2,3 млн миль або 3,7 млн км) мають асфальтобетонне покриття. У США при ремонті і реконструкції існуючих доріг все більш широке застосування знаходить технологія холодного ресайклінгу дорожніх покриттів на місці.
Комплект німецької фірми Wirtgen WR 4200 дозволяє за один прохід виконати холодний ресайклінг на ширину 2,8-4,2 м, має максимальну продуктивність змішання до 400 т / год і дозволяє використовувати в якості в'яжучого як бітумну емульсію, так і спінений бітум
Холодний ресайклінг полягає в фрезеруванні старого дорожнього покриття, наступному змішанні асфальтової крихти або кам'яного матеріалу з в'яжучим (як правило, бітумною емульсією, рідше спіненим бітумом) і ущільненні суміші. Технологія холодного ресайклінгу з'явилася порівняно недавно - в самому кінці 70 - х років XX століття спочатку в Західній Європі, а через кілька років у США. Її широкого використання в 80-90-х роках передував випуск спеціальних машин для холодної регенерації покриття, здатних сфрезеровать старе покриття, подрібнити його, змішати з в'яжучим і розподілити отриману суміш рівним шаром для подальшої укочування. Появі машин з потужним фрезерним барабаном для подрібнення асфальтобетонного покриття сприяли нафтові кризи 1973 та 1979 рр.., Які призвели до подорожчання бітуму в 3 рази протягом 5 років, внаслідок ембарго на імпорт арабської нафти. Вже в 1981 р. Федеральна Дорожня Адміністрація США видала постанову, відповідно до якого ресайклінг повинен був розглядатися як один з варіантів при проектуванні посилення всіх конструкцій дорожніх одягів на об'єктах, замовниками яких були федеральний уряд або штати. Переходу на цю технологію також сприяли прогрес в області приготування та регулювання властивостей бітумних емульсій та зростання зацікавленості до застосування бітумів, модифікованих полімерами, зокрема - в емульгованому вигляді для поверхневої обробки.
Холодний ресайклінг як спосіб ремонту дорожнього одягу має ряд очевидних переваг. Виключена необхідність вивезення видаляється матеріалу старого покриття і доставки свіжої гарячої асфальтобетонної суміші. Не потрібно складувати віддалений матеріал поблизу ремонтованої ділянки, що не завжди можливо, особливо в місті. Не потрібно розігрівати старе покриття до «блакитного серпанок», як це робилося за технологією гарячої термофрезерной регенерації, що важливо як з точки зору економії енергії, так і охорони навколишнього середовища. Витрата бітуму набагато менше, ніж при влаштуванні нового покриття. Повністю використовується старий кам'яний матеріал (для поліпшення зернового складу асфальтобетонної суміші в нього може бути доданий новий щебінь).
Таким чином, визначальними перевагами холодної регенерації є: економія палива, трудозатрат та бітуму, а також відповідність самим високим вимогам охорони навколишнього середовища.
Холодний ресайклінг застосовують у двох варіантах:
з фрезеруванням на неповну товщину дорожнього одягу; зазвичай на товщину шарів покриття, що містять бітум (Cold In-Place Recycling - CIR), або на глибину менше сумарної товщини бітумовмісних шарів (т. зв., неглибокий ресайклінг, від 5 до 10 см);
з фрезеруванням на повну товщину (Full Depth Reclamation - FDR) - глибокий ресайклінг, як правило, на глибину 10-30 см, що охоплює як «чорні» шари, так і верхню частину щебеневої основи.
Глибокий ресайклінг - фактично єдиний з відомих методів ремонту щебеневої основи, що виключає повну перебудову всього дорожнього одягу. Це дуже важливо, оскільки на практиці досить часто виявляється, що старе щебеневе підставу істотно знизило свою розподіляє і фільтруючу здатність, грунт земляного полотна під впливом умов, що змінилися постійно переувлажнен, а товщина старого асфальтобетонного покриття не може бути збільшена, оскільки це призведе до збільшення вертикальних відміток поверхні покриття, що часто важко (наприклад, при ремонті аеродромних покриттів) або взагалі неможливо (в умовах існуючої міської забудови, на підходах до мостів, при необхідності збереження підмостового габариту по висоті під шляхопроводом і т. д.). У підсумку, у США зараз частіше використовується холодне ресайклінг на повну глибину. До того ж, за аналогічною технологією можна ремонтувати існуюче щебеневе покриття зі старою поверхневою обробкою або без неї, додаючи в сфрезерованную суміш разом з бітумною емульсією - портландцемент, золу виносу, вапно. Технологія холодного ресайклінгу на неповну глибину також має багато переваг, про які буде сказано нижче.
Комплект американської фірми Roadtec (штат Теннесі) призначений для холодного планування і для холодного ресайклінгу з бітумною емульсією або спіненим бітумом.
Економічність холодного ресайклінгу можна коротко охарактеризувати таким прикладом: при сучасних цінах на бітум відновлене з його допомогою асфальтобетонне покриття товщиною 10 см, обходиться дешевше, ніж новий шар посилення з гарячої асфальтобетонної суміші товщиною 3,5 сантиметрів. Особливо привабливий холодний ресайклінг в районах, віддалених від асфальтобетонних заводів.
Після ремонту за цією технологією виходить монолітний шар без тріщин з рівною поверхнею. Але міцність матеріалу цього шару, зокрема, його опір зносу, менше, ніж в гарячого асфальтобетону, тому поверх нього, необхідно нанести захисний шар, який би безпосередньо сприймав вплив коліс автотранспортних засобів. При малої інтенсивності руху в США обмежуються пристроєм поверхневої обробки на бітумній емульсії; при більш високій - влаштовують поверхневу обробку на полімерно-бітумному в'яжучому: а при великій - асфальтобетонне покриття з гарячої суміші.
Так як холодний ресайклінг - відносно нова технологія, єдиний технічний регламент, стандартні вимоги до матеріалів і сумішей, а також методики визначення їх розрахункових характеристик ще не створені, хоча роботи в цьому напрямі ведуться. Тому технологія холодного ресайклінгу поки в значній мірі визначається мистецтвом інженера і накопиченим їм досвідом. Оскільки машинам, застосовуваним при холодному ресайклінгу, був присвячений нещодавно опублікований у каталозі-довіднику грунтовний огляд М.П. Костельова, в даній статті основну увагу приділено в'яжучим, сумішей та конструкції ремонтованої дорожнього одягу.
6. В'яжучі для холодного ресайклінгу
Для обробки подрібненого матеріалу старого асфальтобетонного покриття та щебеневої основи у більшості випадків застосовують бітумну емульсію, а іноді спінений бітум.
Ідея застосування бітумних емульсій полягає в тому, що вони, залишаючись стабільними при перевезенні, зберіганні і перекачуванні, після зіткнення з поверхнею кам'яних матеріалів, швидко розпадаються на бітум і воду. Як відомо, в дорожньому будівництві бітумні емульсії застосовують замість бітуму, щоб забезпечити можливість плутання з кам'яним матеріалом, укладання та ущільнення суміші при знижених температурах.
Пряма бітумна емульсія являє собою дрібні кулясті крапельки бітуму, плаваючі у воді. Коефіцієнт в'язкості бітуму навіть при температурі 130-140 ° C дорівнює приблизно 1 Па • сек, а при 60 ° C - приблизно 200 Па • сек, тоді як в'язкість води при кімнатній температурі складає близько 0,001 Па • сек. Оскільки в прямій емульсії вода є безперервною фазою, а крапельки бітуму включеннями, в'язкість емульсії залежить в основному від в'язкості води, незважаючи на те, що обсяг бітуму в ній зазвичай перевищує обсяг води або ж дорівнює йому. Ясно, що в'язкість емульсії бітуму у воді менше в'язкості бітуму як мінімум в десятки тисяч разів, що значно полегшує обробку кам'яного матеріалу або асфальтової крихти. У процесі перемішування емульсія утворює плівку на поверхні твердих частинок. Після висихання суміші вода випаровується, а бітум пов'язує частинки. Таким чином, забезпечується можливість обробки кам'яного матеріалу без його попереднього висушування і нагрівання.
Емульсії ділять на три категорії: катіонні (cationic), аніонні (anionic) і нейтральні (non-ionic). У дорожньому будівництві застосовують емульсії перших двох категорій. Терміни «катіонні» і «аніонні» відносяться до електричного заряду емульгатора, навколишнього крапельки бітуму і перешкоджає їх злиття. Катіонні емульсії характеризуються позитивним зарядом поверхні крапель бітуму, аніонні - негативним. Оскільки протилежні електричні заряди відштовхуються, краплі не зливаються. З цієї причини аніонні емульсії ефективні при обробці матеріалів, поверхня яких заряджена позитивно, а катіонні - при обробці частинок, поверхня яких має негативний заряд. (Наприклад, негативно заряджена поверхню більшості глинистих мінералів).
Залежно від необхідних властивостей емульсія може бути приготована на бітумах різної в'язкості з використанням різних добавок, що регулюють властивості бітуму, стійкість емульсії при транспортуванні і зберіганні, швидкість їх розпаду після змішування з твердими частинками.
Для холодного ресайклінгу вихідний бітум, його концентрацію в емульсії і її зміст вибирають на підставі попередніх лабораторних випробувань зразків суміші. Зазвичай використовують катіонні (рідше - аніонні) розпадаються з середньою швидкістю, або катіонні повільно розпадаються емульсії на бітумі або полімерно-бітумному в'яжучому з концентрацією бітуму (ПБЗ) близько 60%. У зв'язку з істотною відмінністю російських і американських стандартів на емульсії і надзвичайною важливістю властивостей емульсії в технології ресайклінгу, розглянемо детально вимоги американського стандарту до найбільш часто вживаним для холодного ресайклінгу катіонних емульсій.
Технічні умови на катіонні бітумні емульсії регламентовані однойменною стандартом D 2397-02 Американського Товариства Випробувань і Матеріалів (ASTM). Він перевидається під постійним номером D 2397 (наступне за номером число позначає рік першого чи останнього видання). Стандарт охоплює сім марок катіонних бітумних емульсій для застосування в дорожньому будівництві. Емульсію слід відчувати протягом двох тижнів після доставки. Вона повинна бути однорідною після перемішування (якщо не відбулося розшарування, викликаного замерзанням; емульсію, яка розшарувалася внаслідок замерзання, випробовувати не дозволяється) і задовольняти вимогам, наведеним у таблиці 1.
У технічній літературі англійською мовою стосовно бітумним емульсія для характеристики процесів, що відбуваються в часі, використовують два терміни: «setting time» і «breaking time», а російською - один - «час розпаду», що може призвести до непорозумінь і ускладнень в розумінні маркування емульсій.
Термін «setting time» характеризує процес, зворотний емульгуванню (деемульгірованіе), тобто руйнування емульсії. Краплі дисперсної фази укрупнюються внаслідок злиття при їх зіткненнях в процесі броунівського руху і осідання, що призводить до розшарування утворюють емульсію рідин. Деемульгірованіе відбувається, коли дія емульгатора перестає бути ефективним, тобто утворені їм на поверхні крапель захисні оболонки руйнуються або втрачають здатність запобігати злиття крапель. Термін «breaking time» характеризує час розпаду бітумної емульсії при взаємодії з поверхнею мінеральних частинок. Саме цей термін - «час розпаду» - і використовується в Росії. Як правило, чим більше «setting time», тим більше «breaking time», хоча характеризуються ними процеси різні, тому що час розпаду залежить не тільки від складу емульсії, але і від мінералогічного і зернового складу твердих частинок, його вологості і т . д. З цієї точки зору зручніше класифікувати емульсію по «setting time», оскільки для однієї і тієї ж емульсії «breaking time» може бути різним.
У залежності від того, як швидко відбувається розшарування, в США розрізняють такі бітумні емульсії:
RS (rapid-setting) - дуже швидко осідають (час їх розпаду становить від однієї до п'яти хвилин);
MS (medium-setting) - осідають із середньою швидкістю;
SS (slow-setting) - повільно осідають;
QS (quick - setting) - швидко осідають.
Для катіонних емульсій у маркуванні додають букву C (cationic) і використовують позначення CRS, CMS, CSS, CQS, що фігурують в таблиці 1. Відсутність букви «C» означає, що емульсія є аніонної. При перекладі технічних вимог стандарту (таблиця 1) використаний традиційний термін "час розпаду» як для «setting time», так і для і «breaking time». Числа після цих буквених позначень характеризують в'язкість емульсії і в'язкість емульгованому бітуму. Емульсії, помічені числом «1», менш в'язкі, ніж містять у маркуванні «двійку». Наступна за числом буква «h», означає, що застосовується більш «твердий» (hard) бітум.
7. Технологія холодного ресайклінгу
Розглянемо технологію холодної регенерації дорожніх покриттів за допомогою глибокого ресайклінгу докладніше. Її бажано застосовувати на дорогах зі старим асфальтобетонним покриттям, що має тріщини, ями і колію. Окрім ліквідації цих дефектів, вдається поправити поперечний профіль і одночасно з ремонтом зробити розширення. Є багато старих доріг як з тонким асфальтобетонним покриттям на щебеневому підставі, так і з поверхневою обробкою по щебеню, до яких доречно застосування даної технології. У процес ресайклінгу може бути також залучений (повністю або частково) підстильний піщаний шар, верхня частина піщаного і супіщаного грунту земляного полотна. В результаті всі вони будуть стабілізовані бітумом.
Як і для інших дорожніх технологій, можливі різні варіанти холодного ресайклінгу в залежності від конструкції і стану старої дорожнього одягу, технічних вимог до ремонтованої конструкції і умов будівництва. Тим не менш, у всіх випадках можна виділити 8 основних етапів, від подрібнення старого покриття до укладання нового замикаючого шару у вигляді поверхневої обробки або з гарячої суміші.
Фрівей 405. Фрезерована поверхню цементобетонного покриття на крайній правій смузі. Праворуч - аварійна зупиночна смуга з цементобетонним покриттям. Пішоходи не мають доступу на Фрівей.
Першим етапом є фрезерування, подрібнення покриття та його перемішування з матеріалом підстави в заданій пропорції. Розмір зерен подрібнювального матеріалу залежить від швидкостей руху ресайклера і обертання фрезерованому ротора, а також положень контролюючого максимальну крупність бруса і фронтальної і задньої заслінок змішувальної камери. Отримати суміш із зернами найбільшого розміру 50 мм нескладно, для цього досить знизити швидкість. Зазвичай при глибокому ресайклінгу прагнуть забезпечити суміш з 95% зерен дрібніше 37,5 мм, а в деяких випадках відсівають зерна більше 25 міліметрів. Ресайклер не є дробаркою, в тому сенсі, що він не призначений для отримання зерен меншого розміру, ніж наявні в тому щебені, з якого приготовані стара асфальтобетонна суміш або підставу дорожнього одягу. Разом з тим, що отримується в результаті суміш має безперервну гранулометрію, характерну для щільних сумішей.
Зазвичай під час подрібнення для охолодження і знепилювання додається вода (або безпосередньо в ресайклера, або розбризкується на поверхню після його першого проходу). Кількість води визначається заздалегідь на стадії підбору складу суміші з урахуванням кількості емульсії з тим, щоб забезпечити оптимальну вологість суміші з умов досягнення нею максимальної щільності при укочування.
Якщо глибина обробки менше 15 см і не потрібно введення добавок (цементу, вапна, золи виносу, нового щебеню), то, в більшості випадків, можна обмежитися одним проходом ресайклера. Якщо ж необхідна більш глибока обробка з розширенням проїзної частини та істотним виправленням поперечного профілю, а також введення добавок, то потрібно кілька проходів ресайклера. Добавку вводять в бітумну емульсію і готують суспензію, що потім надходить у змішувальну камеру для перемішування з подрібненим матеріалом старого покриття. У цьому випадку після першого проходу суміші надається форма і вона злегка ущільнюється, а на другому проході вводиться добавка. Якщо потрібна третя стабілізуюча добавка (наприклад, при додаванні вапна або цементу), робиться третій прохід.
Ресайклер може складатися з набору машин, одна з яких фрезерує і подрібнює старий матеріал, інша дроблять і просіює, третя готує суміш, а четверта її укладає.
Попереднє ущільнення роблять після першого проходу ресайклера, щоб забезпечити достатню щільність суміші перед наданням її поверхні потрібної форми. Для цього використовують виброкаток або 25-тонний пневмокаток. Потім за допомогою автогрейдера поверхні надається потрібне обрис у поздовжньому та поперечному профілі. Зауважимо, що в США двосхилий профіль поверхні дорожнього покриття проектують не у вигляді двох відрізків прямих, що перетинаються по осі проїжджої частини, як це прийнято в Росії, а у вигляді квадратної параболи, що має максимум по осі. Вважається, що цим досягається більш швидкий стік дощової води в поперечному напрямку.
Важливі переваги технології ремонту покриттів методом холодного ресайклінгу - можливість виправлення профілю поверхні і розширення проїжджої частини. З метою розширення в суміш вводять додатковий щебеневий матеріал у необхідному для цього кількості.
Конфігурація бортового каменю з монолітного бетону
За профілюванням йде додаткове зволоження (щоб відшкодувати втрату вологи при профілювання до оптимальної вологості) і проміжне ущільнення. У залежності від товщини ущільнюється шару для цього використовують пневмокаток або гладковальцовий виброкаток масою 12-14 тонн, щоб усунути розпушення, що виникли після роботи автогрейдера. Пневмокаток використовують при товщині ущільнюється шару в пухкому стані понад 15 см. Застосовувані катки мають масу 25-30 тонн і тиск в шинах 0,6 МПа. Між закінченням додаткового зволоження і початком проміжного ущільнення має пройти певний час, що залежить від швидкості розпаду бітумної емульсії, наприклад, 30 хвилин. Візуально цей розпад сприймається як зміна кольору суміші від коричневого до чорного. Необхідний проміжок часу залежить від властивостей емульсії, товщини шару, температури і вологості повітря, а також від швидкості вітру. Остаточне ущільнення проводиться гладковальцовим котком з одним або двома вальцями масою 12-14 тонн, що працюють в статичному режимі. Деякі фахівці рекомендують завершувати ущільнення при вологості суміші на 0,5-2% нижче оптимальною і при щільності скелета 96-97% від максимальної його щільності при стандартному лабораторному ущільненні суміші.
Після остаточного ущільнення на поверхню розбризкують розбавлену бітумну емульсію (процес Fog Seal - в буквальному перекладі «замазка туманом» - розбризкування повільно розпадається бітумної емульсії, попередньо розведеної в пропорції: одна частина емульсії звичайної концентрації на одну або дві частини води, без використання піску або щебеню ) у кількості 0,45-0,70 л / кв. м, щоб краще зв'язати верхні зерна з сусідніми і захистити поверхню від вологи і впливу коліс. При нормальній сухої погоди негайно після повного висихання емульсії ділянка може бути відкритий для легкого руху до моменту укладання замикаючого шару.
Замикаючий шар - заключна стадія ремонту за методом холодного ресайклінгу. Він необхідний, оскільки міцність матеріалу відремонтованого покриття та його опір зносу при безпосередньому зіткненні з колесами автомобілів менше, ніж у шару з гарячої асфальтобетонної суміші. Деякі фахівці рекомендують влаштовувати замикає шар не раніше, ніж через 10-14 днів після його ущільнення, якщо температура повітря в цей час не нижче 16 ° C. Найбільш часто застосовують 4 варіанти замикаючого шару:
подвійна поверхнева обробка (chip seal);
одиночна поверхнева обробка з наступним укладанням «cларрі Cил» (технологія chip cap seal);
холодна асфальтобетонна суміш;
гаряча асфальтобетонна суміш.
З досвіду, накопиченого в штаті Міннесота (де природні умови приблизно відповідають Московської області), відремонтована за методом холодного ресайклінгу дорожній одяг з поверхневою обробкою служить у середньому 6-8 років, із замикаючим асфальтобетонним шаром - 7-15 років.