Вот уже более 10 лет наблюдается непреклонная тенденция увеличения государственных заказов на строительство дорог с применением полимерно битумного вяжущего (ПБВ). А с 1 ноября 2014 года взамен главного норматива на асфальтобетон – ГОСТ 9128-2009 был введен новый ГОСТ 9128-2013, с включенными в него смесями на полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол (СБС). Особенно частые заказы на федеральных автодорогах, платных автомагистралях и в двух столицах — Москве и Санкт-Петербурге. Цена модифицированного вяжущего, произведенного на может сильно отличаться от региона, однако в среднем она варьируется от 24 до 28 рублей с НДС за кг.
Описание:
По сути, ПБВ — не что иное, как перетертый термоэластопласт типа стирол – бутадиен – стирол (СБС) в битуме. Термоэластопласт обладает свойством растягиваться в горячем состоянии и становиться упругим в холодном. Грубо говоря, процесс вулканизации у термоэластопластов происходит за счет понижения температуры и поэтому в обычных условиях он ведет себя как вулканизированная резина, а в горячем виде – как первичный каучук. В процессе перемалывания термоэластопласта важно раздробить его как можно мельче и диспергировать по всему объему битума, для этого особенное внимание стоит уделить коллоидной мельнице, от работы которой в первую очередь зависит тонкость помола полимера.
Цифры:
Некоторые крупные производители ПБВ замещают СБС более дешевыми полимерами или резиновой крошкой, что при правильном подходе не сильно влияет на свойства конечного продукта, но позволяет значительно экономить, сравните сами:
Стоимость СБС – от 180 рублей за кг,
Стоимость резиновой крошки до 1 мм – 20 рублей за кг,
Стоимость вторичных пластиков – от 15 рублей за кг.
Если на 1 тонну ПБВ требуется 40кг СБС, то заменив даже 10кг можно получить экономию в 1,5 тысячи рублей.
Конечно никто из производителей ПБВ открыто не признается в замене дорогого материала на вторичное сырье, однако, если при этом свойства конечного материала соответствуют требованиям ГОСТа, почему бы и нет?
Проверить наличие резиновой крошки и вторичных пластиков в обычной лаборатории не удастся.
Для этого необходимо редкое оборудование – , способный растворять битум, отделять его от каменного материала и органических примесей (типа резиновой крошки).
Если Вы заинтересовались производством ПБВ, но при этом активно ищите подходы для удешевления производства, вот несколько рекомендаций:
Проанализируйте рынок СБС. В России он представлен крупными игроками, такими как Кротон, LG-Chem, Сибур, и малоизвестными производителями из Америки, Кореи, Китая, Японии у которых цены могут выгодно отличаться от известных.
При замене СБС на более дешевые компоненты, проверьте как это скажется на конечном продукте. Чаще всего у такого ПБВ либо падает растяжимость, либо падает температура при КИШ (кольцо и шар). Для стабилизации этих показателей рекомендуем применять не только дешевые заменители,
но и химические добавки в битум, а также проводить предварительную подготовку сырья перед подачей на установку.
Если Вы работаете на АБЗ, то часть компонентов можно отправлять на замес в сухом виде, например, модификатор может вводится напрямую в мешалку, так как в его составе уже включены химические добавки для предварительной обработки подаваемого материала.
Кроме возможностей прямого замещения СБС на более дешевые компоненты, существует опыт применения химических добавок с целью усилить диспергацию частиц полимера. Одной из таких добавок является полифосфорная кислота, которая позволяет сэкономить до 20% от вводимого СБС. Однако с подобными добавками нужно работать крайне осторожно, так как некоторые из них имеют побочные свойства на сам битум, которые могут не быть проявлены в первый год, но способствовать его ускоренному старению (окислению) в дальнейшем.
Установка ин-лайн обработки вяжущего
Давиал ПБВ ИН-ЛАЙН
(установка для производства полимербитумного вяжущего)
Обзор технологий.
Вопрос обеспечения производства качественного полимерно-битумного вяжущего и последующего производства асфальтобетона с его использованием исследуется на протяжении многих лет большим количеством специалистов. Связано это в том числе и с тем, что в отличие от, например, битумной эмульсии полимерно-битумное вяжущее и по сей день является «скоропортящимся» продуктом:
во-первых, ПБВ имеет устойчивую тенденцию к расслоению, и, следовательно, при значительном времени хранения требует эффективного перемешивания;
во-вторых, в полимерно-битумном вяжущем, приготовленном с использованием наиболее популярных в этой области стирол-бутадиен-стирольных термоэластопластов (СБС) и находящемся в процессе оперативного хранения при достаточно высокой температуре, медленно протекают деструктивные процессы. При этом деструкция и потеря свойств вяжущего идет тем быстрее, чем выше температура ПБВ.
Эти обстоятельства довольно сильно затрудняют работу с ПБВ, ставя перед потребителем задачу организации возможно меньшего временного промежутка между изготовлением ПБВ и его использованием при приготовлении асфальтобетонной смеси.
Наиболее эффективные методы приготовления ПБВ, подразумевающие использование диспергаторов (коллоидных мельниц) прошли, по сути, эволюционный путь развития от простых мешалок в расходных битумных емкостях. Ведь, как известно, полимерно-битумное вяжущее можно приготовить и в обычной расходной емкости с битумом, засыпав туда необходимое количество полимера, и перемешивая до тех пор, пока он полностью не растворится. Здесь время приготовления существенно зависит от температуры битума и эффективности мешалки.
При этом суть процесса одинакова: частица полимера, растворяясь в мальтеновой фракции битума, «набухает» - то есть образуется оболочка, под которой находится еще недорастворенное ядро частицы. Мешалка, в том числе и коллоидная мельница, призвана удалить набухшую оболочку, обнажив сухое ядро, которое в свою очередь начинает растворяться в битуме. Для реализации этого процесса организовывается циркуляция полимерно-битумной массы через диспергатор вплоть до полного растворения полимера.
Небольшим отступлением от этого процесса является способ производства ПБВ, характеризуемый производителем как ин-лайн технология, по которой многократная циркуляция через диспергатор не предусматривается, а полимер проходит через мельницу лишь один раз. При этом он попадает в нее с потоком битума еще практически в твердом состоянии, и, проходя через зазор между ротором и статором, так сказать «расплющивается» до соответствующего размера. Далее все равно предусматривается двухчасовое перемешивание, необходимое для завершения процессов растворения частиц полимера.
Таким образом, в любом случае сохраняется стадийность процесса производства, что обуславливает несвязность процессов изготовления полимермодифицирован-ного битума и асфальтобетонных смесей. Это два разных производства с разной цикличностью. Фактически необходимо вначале произвести нужное количество модифицированного битума, а потом его использовать для производства асфальта. Ввиду этого и возникают вопросы хранения ПБВ, его перемешивания, изменения его свойств в процессе хранения, после прогрева и т. п.
Не столь остро, но во многом те же вопросы возникают и при добавлении в битум адгезионной присадки, приготовлении разжиженного битума, вяжущего для приготовления так называемых «теплых» асфальтобетонных смесей – Warm Mix Asphalt. В этих процессах также необходима технологичность, а связность производства вяжущего и его потребления позволяет обеспечить наименьшую дозировку и наилучшее качество при отсутствии проблем с хранением материалов.
Описание предлагаемой технологии.
Технологическая схема процесса.
Технологическая схема нашего процесса представлена на следующем рисунке:
Суть технологического процесса по схеме в соответствии с рисунком сводится к переводу полимера из сухого состояния в жидкое путем экструзии и последующему смешению вязко-текучего полимера с нагретым до рабочей температуры битумом. При этом по ходу движения материалов единовременно осуществляются несколько процессов:
1) экструзия полимера, сочетающая смешение и растворение образующегося расплава с некоторым количеством битума или пластификатора;
2) смешение получающейся аномально вязкой жидкости с некоторым количеством битума и получение в результате полимерно-битумного вяжущего с высоким или супервысоким содержанием полимера;
3) последующее смешение полимерно-битумного концентрата с основным потоком битума в соотношениях, обеспечивающих потребное содержание полимера в готовом ПБВ.
Процесс осуществляется поточно, в чистом режиме ин-лайн, то есть на входе в установку имеем битум и сухой полимер, на выходе – ПБВ, сразу готовое к использованию. В таком же режиме ин-лайн в вяжущее в соответствии с рецептурой может быть добавлена адгезионная присадка или любой другой жидкий компонент, а также, например, дополнительное количество пластификатора или разжижителя. Температура битума на выходе из установки определяется температурой битума на входе.
При возникновении потребности в приготовлении разжиженного битума, битума с адгезионной присадкой и т. п. энергетически мощный процесс экструзии задействовать не нужно, достаточно обычной работы дозирующих линий и миксера.
Таким образом, фактически установка позволяет обработать вяжущее в широком диапазоне задач – от приготовления праймера до полимербитумного вяжущего.
Технология приготовления полимербитумного вяжущего, реализуемая установкой, запатентована.
Перевод полимера в жидкое состояние.
Подавляющее большинство полимеров в современном промышленном производстве перерабатывается методом экструзии или литья. Экструзия полимеров – целая область науки и техники. Говоря о полимерах, применяемых для производства ПБВ, мы лишь сужаем этот круг, однако он все равно достаточно обширен. К применению предлагают и термореактивные терполимеры типа Elvaloy, и атактические полипропилены, и стирол-этилен-бутадиен-стирольные (SEBS) каучуки, и, конечно же, стирол-бутадиен-стирольные СБС термоэластопласты. Исследования на тему применимости тех или иных полимеров в производстве ПБВ для дорожного строительства проводятся многими специалистами, однако наиболее популярным в этой области применения остается стирол-бутадиен-стирольный термоэластопласт СБС.
Следует заметить, что, несмотря на то, что существуют технологические режимы экструзии СБС практически в чистом виде, мы применили экструзию при одновременной подаче битума или пластификатора, что позволяет снизить вязкость расплава на выходе из машины.
Необходимо отметить, что технология и оборудование позволяют отказаться от применения пластификаторов и работать исключительно на битуме.
Процессы смешения в установке.
Переходя к следующему в технологической схеме процессу смешения битума с расплавом полимера, необходимо отметить, что, по сути, в смесителе одновременно интенсивно протекают два процесса: смешения аномально вязкой жидкости – расплава полимера – с ньютоновской жидкостью – нагретым битумом, а также процесс растворения полимера в мальтеновой части битума.
Говоря о процессе растворения полимера, следует отметить, что его растворимость тесно связана не только с соответствующей способностью битума, температурой самого битума, как это обычно отмечается в исследованиях о ПБВ, но и с температурой самого полимера, а также с площадью границы раздела фаз. Чем выше температура полимера, чем выше площадь его соприкосновения с битумом, тем выше скорость растворения.
В нашей технологии в смеситель поступает полимер с максимально допустимой для него температурой, где помимо равномерного смешения двух объемов жидкостей также обеспечивается достаточно высокая площадь соприкосновения битума и расплава полимера. На выходе из смесителя получаем полимерно-битумный концентрат с высоким процентом содержания полимера, например, 15%.
Следующим процессом по технологической схеме также является процесс смешения, но уже жидкостей с не столь различными вязкостями – полимерно-битумный концентрат и чистый битум. Кроме того, на этой стадии может быть добавлена адгезионная присадка и другие жидкие компоненты, если того требует рецептура. Смешение осуществляется эффективным динамическим миксером.
Исходя из того, что время прохождения расплавленного полимера по ин-лайн системе составляет до 2 минут, а существующие способы приготовления ПБВ, не уделяющие внимания нагреву непосредственно полимера, требуют для приготовления ПБВ 2 часа, то получаем, что эффективность растворения полимера благодаря его нагреву и заблаговременному переводу в жидкое состояние повышается более чем на порядок.
Именно столь существенная интенсификация процессов растворения за счет взаимодействия тонких горячих полностью проплавленных пленок полимера с пленками битума позволила придать процессу характер поточного, ин-лайн процесса.
Достоинства технологии.
Даже в сравнении с наиболее прогрессивными технологиями изготовления ПБВ других производителей, наша технология обладает очень важными достоинствами:
1. Высокая гибкость производства, сбалансированность производства и потребления, отсутствие необходимости в хранении ПБВ и связанных с этим вопросов расслоения и т. п., что стало возможным благодаря реализации классического ин-лайн процесса.
2. Отсутствие испарений легких фракций, так как процесс протекает в системе закрытых трубопроводов и агрегатов при отсутствии доступа воздуха.
3. Высокая энергоэффективность процесса производства, в котором энергия не расходуется на низкоэффективную циркуляцию и перемешивание больших масс битума.
4. Возможность приготовления вяжущего с высоким содержанием полимера, в том числе и суперконцентратов.
Начав с изучения наиболее прогрессивной технологии приготовления ПБВ с помощью коллоидных мельниц, мы попытались довести достоинства реализуемых там процессов, например, процесса съема набухшей оболочки полимера, до еще большего совершенства. В результате технология приобрела представленный вид, а коллоидная мельница, по сути, трансформировалась в два узла – экструдер и смеситель, что позволило существенно интенсифицировать процесс производства, придав ему характер поточной технологии.
Отсутствие испарений легких фракций и какого-либо существенного хранения ПБВ позволяет ожидать от такого вяжущего большей устойчивости к процессам старения, интенсивно протекающим в смесителе асфальтобетонного завода. А это, в свою очередь, дает основу для хороших результатов по асфальтобетону, приготовленному по сути в едином процессе с производством ПБВ.
Краткое описание установки.
Установка смонтирована в 12 метровом контейнере, разделенном на три части: бункер полимера, операторская часть, процессорная часть.
Бункер полимера изготовлен из нержавеющей стали и теплоизолирован, что обеспечивает комфортное хранение полимера и отсутствие конденсата при различных погодных условиях. Подача полимера в процессорную часть осуществляется посредством гибкого шнека, смонтированного под обшивкой контейнера.
В процессорной части смонтировано технологическое оборудование (дозатор полимера, экструдер, смесители, насосное, измерительное оборудование и т. п.), а также трубопроводы. В операторской части находятся пульты управления.
Стены и крыша контейнера утеплены минераловатными матами, закрытыми металлическим профилированным листом с легко моющимся полимерным покрытием. Пол укрыт алюминиевым листом с насечками. Выполнены искусственное освещение и вентиляция . Между процессорной и операторской частями имеется межкомнатное окно, проход осуществляется через межкомнатную дверь, также имеющую остекление.
Коммуникации.
Установка не требует подключения внешних теплоносителей. Технологический обогрев оборудования полностью электрический.
В качестве расходных емкостей битума могут быть использованы стандартные емкости АБЗ.
В качестве емкости готовой продукции предусматривается теплоизолированная вертикальная емкость с перемешиванием и обогревом.
ОПИСАНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ПМБ (ПБВ)
В последнее время по всему миру значительно растет использование полимер - модифицированного битума (ПМБ) или полимер-битумного вяжущего (ПБВ). Многочисленные тесты подтверждают значительное увеличения срока службы дорог с ПМБ покрытием в особенности в регионах с большим перепадом температур и повышенной нагрузкой на дороги.
ENH Engineering- одна из ведущих мировых компаний, производящих установки для изготовления ПМБ. Мы самостоятельно разработали и произвели большое количество установок непрерывного (поточного) типа, которые имеют неоспоримые преимущества по сравнению с циклическими установками.
Вот краткое описание непрерывного процесса производства ПМБ.
Исходные материалы вводятся в установку раздельно. Главный элемент это битум, остальные материалы вмешиваются в него. Битум нагревается до температуры 140-180°С в постоянном течении через теплообменник, который нагревается термальным маслом температурой 240°Си имеет мощность 400кВт. В ряде случаем одно или несколько ароматических масел вместе с адгезионными реагентами может быть введено в битум для улучшения свойств конечного ПБВ. Дозировка всех жидкостей осуществляется расходомерами. Актуальное значение регистрируется системой управления и автоматически регулируется в соответствии с заданным рецептом.
Полимеры, в данном случае СБС вводятся посредством весовой системы дозирования. Она состоит из весов расположенных на тензодатчиках. Тензодатчики соединены с компьютером, к который управляет дозировкой полимеров. Точность системы очень высокая.
Из системы дозировки полимеры направляются в небольшую емкость для предварительного смешивания с битумом и другими жидкостями. Из этой емкости смесь попадает в мельницу. В мельнице полимерный гранулят дробится на мелкие частицы и эффективно вмешивается в битум.
(установка для производства полимербитумного вяжущего)
Обзор технологий.
Вопрос обеспечения производства качественного полимерно-битумного вяжущего и последующего производства асфальтобетона с его использованием исследуется на протяжении многих лет большим количеством специалистов. Связано это в том числе и с тем, что в отличие от, например, битумной эмульсии полимерно-битумное вяжущее и по сей день является «скоропортящимся» продуктом:
во-первых, ПБВ имеет устойчивую тенденцию к расслоению, и, следовательно, при значительном времени хранения требует эффективного перемешивания;
во-вторых, в полимерно-битумном вяжущем, приготовленном с использованием наиболее популярных в этой области стирол-бутадиен-стирольных термоэластопластов (СБС) и находящемся в процессе оперативного хранения при достаточно высокой температуре, медленно протекают деструктивные процессы. При этом деструкция и потеря свойств вяжущего идет тем быстрее, чем выше температура ПБВ.
Эти обстоятельства довольно сильно затрудняют работу с ПБВ, ставя перед потребителем задачу организации возможно меньшего временного промежутка между изготовлением ПБВ и его использованием при приготовлении асфальтобетонной смеси.
Наиболее эффективные методы приготовления ПБВ, подразумевающие использование диспергаторов (коллоидных мельниц) прошли, по сути, эволюционный путь развития от простых мешалок в расходных битумных емкостях. Ведь, как известно, полимерно-битумное вяжущее можно приготовить и в обычной расходной емкости с битумом, засыпав туда необходимое количество полимера, и перемешивая до тех пор, пока он полностью не растворится. Здесь время приготовления существенно зависит от температуры битума и эффективности мешалки.
При этом суть процесса одинакова: частица полимера, растворяясь в мальтеновой фракции битума, «набухает» - то есть образуется оболочка, под которой находится еще недорастворенное ядро частицы. Мешалка, в том числе и коллоидная мельница, призвана удалить набухшую оболочку, обнажив сухое ядро, которое в свою очередь начинает растворяться в битуме. Для реализации этого процесса организовывается циркуляция полимерно-битумной массы через диспергатор вплоть до полного растворения полимера.
Небольшим отступлением от этого процесса является способ производства ПБВ, характеризуемый производителем как ин-лайн технология, по которой многократная циркуляция через диспергатор не предусматривается, а полимер проходит через мельницу лишь один раз. При этом он попадает в нее с потоком битума еще практически в твердом состоянии, и, проходя через зазор между ротором и статором, так сказать «расплющивается» до соответствующего размера. Далее все равно предусматривается двухчасовое перемешивание, необходимое для завершения процессов растворения частиц полимера.
Таким образом, в любом случае сохраняется стадийность процесса производства, что обуславливает несвязность процессов изготовления полимермодифицированного битума и асфальтобетонных смесей. Это два разных производства с разной цикличностью. Фактически необходимо вначале произвести нужное количество модифицированного битума, а потом его использовать для производства асфальта. Ввиду этого и возникают вопросы хранения ПБВ, его перемешивания, изменения его свойств в процессе хранения, после прогрева и т.п.
Не столь остро, но во многом те же вопросы возникают и при добавлении в битум адгезионной присадки, приготовлении разжиженного битума, вяжущего для приготовления так называемых «теплых» асфальтобетонных смесей – Warm Mix Asphalt. В этих процессах также необходима технологичность, а связность производства вяжущего и его потребления позволяет обеспечить наименьшую дозировку и наилучшее качество при отсутствии проблем с хранением материалов.
Описание предлагаемой технологии.
Технологическая схема процесса.
Технологическая схема нашего процесса представлена на следующем рисунке:
Суть технологического процесса по схеме в соответствии с рисунком сводится к переводу полимера из сухого состояния в жидкое путем экструзии и последующему смешению вязко-текучего полимера с нагретым до рабочей температуры битумом. При этом по ходу движения материалов единовременно осуществляются несколько процессов:
1) экструзия полимера, сочетающая смешение и растворение образующегося расплава с некоторым количеством битума или пластификатора;
2) смешение получающейся аномально вязкой жидкости с некоторым количеством битума и получение в результате полимерно-битумного вяжущего с высоким или супервысоким содержанием полимера;
3) последующее смешение полимерно-битумного концентрата с основным потоком битума в соотношениях, обеспечивающих потребное содержание полимера в готовом ПБВ.
Процесс осуществляется поточно, в чистом режиме ин-лайн, то есть на входе в установку имеем битум и сухой полимер, на выходе – ПБВ, сразу готовое к использованию. В таком же режиме ин-лайн в вяжущее в соответствии с рецептурой может быть добавлена адгезионная присадка или любой другой жидкий компонент, а также, например, дополнительное количество пластификатора или разжижителя. Температура битума на выходе из установки определяется температурой битума на входе.
При возникновении потребности в приготовлении разжиженного битума, битума с адгезионной присадкой и т.п. энергетически мощный процесс экструзии задействовать не нужно, достаточно обычной работы дозирующих линий и миксера.
Таким образом, фактически установка позволяет обработать вяжущее в широком диапазоне задач – от приготовления праймера до полимербитумного вяжущего.
Технология приготовления полимербитумного вяжущего, реализуемая установкой, запатентована.
Перевод полимера в жидкое состояние.
Подавляющее большинство полимеров в современном промышленном производстве перерабатывается методом экструзии или литья. Экструзия полимеров – целая область науки и техники. Говоря о полимерах, применяемых для производства ПБВ, мы лишь сужаем этот круг, однако он все равно достаточно обширен. К применению предлагают и термореактивные терполимеры типа Elvaloy, и атактические полипропилены, и стирол-этилен-бутадиен-стирольные (SEBS) каучуки, и, конечно же, стирол-бутадиен-стирольные СБС термоэластопласты. Исследования на тему применимости тех или иных полимеров в производстве ПБВ для дорожного строительства проводятся многими специалистами, однако наиболее популярным в этой области применения остается стирол-бутадиен-стирольный термоэластопласт СБС.
Следует заметить, что, несмотря на то, что существуют технологические режимы экструзии СБС практически в чистом виде, мы применили экструзию при одновременной подаче битума или пластификатора, что позволяет снизить вязкость расплава на выходе из машины.
Необходимо отметить, что технология и оборудование позволяют отказаться от применения пластификаторов и работать исключительно на битуме.
Процессы смешения в установке.
Переходя к следующему в технологической схеме процессу смешения битума с расплавом полимера, необходимо отметить, что, по сути, в смесителе одновременно интенсивно протекают два процесса: смешения аномально вязкой жидкости – расплава полимера – с ньютоновской жидкостью – нагретым битумом, а также процесс растворения полимера в мальтеновой части битума.
Говоря о процессе растворения полимера, следует отметить, что его растворимость тесно связана не только с соответствующей способностью битума, температурой самого битума, как это обычно отмечается в исследованиях о ПБВ, но и с температурой самого полимера, а также с площадью границы раздела фаз. Чем выше температура полимера, чем выше площадь его соприкосновения с битумом, тем выше скорость растворения.
В нашей технологии в смеситель поступает полимер с максимально допустимой для него температурой, где помимо равномерного смешения двух объемов жидкостей также обеспечивается достаточно высокая площадь соприкосновения битума и расплава полимера. На выходе из смесителя получаем полимерно-битумный концентрат с высоким процентом содержания полимера, например, 15%.
Следующим процессом по технологической схеме также является процесс смешения, но уже жидкостей с не столь различными вязкостями – полимерно-битумный концентрат и чистый битум. Кроме того, на этой стадии может быть добавлена адгезионная присадка и другие жидкие компоненты, если того требует рецептура. Смешение осуществляется эффективным динамическим миксером.
Исходя из того, что время прохождения расплавленного полимера по ин-лайн системе составляет до 2 минут, а существующие способы приготовления ПБВ, не уделяющие внимания нагреву непосредственно полимера, требуют для приготовления ПБВ 2 часа, то получаем, что эффективность растворения полимера благодаря его нагреву и заблаговременному переводу в жидкое состояние повышается более чем на порядок.
Именно столь существенная интенсификация процессов растворения за счет взаимодействия тонких горячих полностью проплавленных пленок полимера с пленками битума позволила придать процессу характер поточного, ин-лайн процесса.
Достоинства технологии.
Даже в сравнении с наиболее прогрессивными технологиями изготовления ПБВ других производителей, наша технология обладает очень важными достоинствами:
1. Высокая гибкость производства, сбалансированность производства и потребления, отсутствие необходимости в хранении ПБВ и связанных с этим вопросов расслоения и т.п., что стало возможным благодаря реализации классического ин-лайн процесса.
2. Отсутствие испарений легких фракций, так как процесс протекает в системе закрытых трубопроводов и агрегатов при отсутствии доступа воздуха.
3. Высокая энергоэффективность процесса производства, в котором энергия не расходуется на низкоэффективную циркуляцию и перемешивание больших масс битума.
4. Возможность приготовления вяжущего с высоким содержанием полимера, в том числе и суперконцентратов.
Начав с изучения наиболее прогрессивной технологии приготовления ПБВ с помощью коллоидных мельниц, мы попытались довести достоинства реализуемых там процессов, например, процесса съема набухшей оболочки полимера, до еще большего совершенства. В результате технология приобрела представленный вид, а коллоидная мельница, по сути, трансформировалась в два узла – экструдер и смеситель, что позволило существенно интенсифицировать процесс производства, придав ему характер поточной технологии.
Отсутствие испарений легких фракций и какого-либо существенного хранения ПБВ позволяет ожидать от такого вяжущего большей устойчивости к процессам старения, интенсивно протекающим в смесителе асфальтобетонного завода. А это, в свою очередь, дает основу для хороших результатов по асфальтобетону, приготовленному по сути в едином процессе с производством ПБВ.
Краткое описание установки.
Установка смонтирована в 12 метровом контейнере, разделенном на три части: бункер полимера, операторская часть, процессорная часть.
Бункер полимера изготовлен из нержавеющей стали и теплоизолирован, что обеспечивает комфортное хранение полимера и отсутствие конденсата при различных погодных условиях. Подача полимера в процессорную часть осуществляется посредством гибкого шнека, смонтированного под обшивкой контейнера.
В процессорной части смонтировано технологическое оборудование (дозатор полимера, экструдер, смесители, насосное, измерительное оборудование и т.п.), а также трубопроводы. В операторской части находятся пульты управления.
Стены и крыша контейнера утеплены минераловатными матами, закрытыми металлическим профилированным листом с легко моющимся полимерным покрытием. Пол укрыт алюминиевым листом с насечками. Выполнены искусственное освещение и вентиляция. Между процессорной и операторской частями имеется межкомнатное окно, проход осуществляется через межкомнатную дверь, также имеющую остекление.
Коммуникации.
Установка не требует подключения внешних теплоносителей. Технологический обогрев оборудования полностью электрический.
В качестве расходных емкостей битума могут быть использованы стандартные емкости АБЗ.
В качестве емкости готовой продукции предусматривается теплоизолированная вертикальная емкость с перемешиванием и обогревом.
Полимерно-битумное вяжущее (далее ПБВ) - один из основных компонентов верхнего слоя асфальтобетонного покрытия современных дорог, существенно продлевающий срок их службы с 3–4 лет (при использовании традиционных дорожных битумов) до 7–10 лет. ПБВ значительно повышает прочность, трещиностойкость, теплостойкость, сдвигоустойчивость, водо- и морозостойкость дорожного покрытия. Наиболее показательной характеристикой асфальтового покрытия произведенного с использованием ПБВ, позволяющей выявить отличие полимерасфальтобетона от традиционного асфальтобетона, является коэффициент температурной чувствительности. Асфальт на ПБВ значительно менее чувствителен к изменению температуры. Удорожание общей стоимости строительства автомобильной дороги с применением ПБВ составляет не более 1%. При этом затраты полностью окупаются за несколько лет эксплуатации дороги.
Практика применения ПБВ широко распространена в США, Европе и Китае. Последние годы в России эта технология становится все более востребованной. Так, например, в мае 2013 года был принят и введен в действие отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.3.026-2012 «Рекомендации по применению высокоплотных асфальтобетонов на основе полимерно-битумных вяжущих для покрытий автомобильных дорог в различных климатических условиях Российской Федерации». В соответствии с этим документам рекомендуется применение ПБВ по ГОСТ Р 52056 в составе высокоплотных асфальтобетонов взамен битумов по ГОСТ 22245, что позволяет значительно повысить качество дорожного покрытия, учитывать фактические климатические условия и условия движения автомобилей, при которых эксплуатируются дорожные покрытия в любом регионе России. Работоспособность покрытия, его ровность, отсутствие или наличие дефектов на нем является важнейшей, а в ряде случаев и главной характеристикой потребительского качества автомобильной дороги, так как она определяется быстро и визуально.
Как известно Россия отличается суровым и резко континентальным климатом, с одной стороны, с низкими отрицательными температурами и с высокими положительными температурами с другой стороны. Так, например, температура воздуха наиболее холодных регионов зимой может доходить до минус 63°С, а в жаркие летние дни поверхность покрытия может нагреваться до высоких температур, от 55°С до 62°С. Таким образом температурный интервал, в котором работает покрытие достигает 125°С. Кроме того в потоке автомобилей значительную часть составляют грузовые, которые и определяют повышенные динамические воздействия на покрытия, увеличивая амплитуду прогиба, провоцируя усталостные процессы и ускоряя накопления пластических деформаций и микротрещин.
С целью учета климатических условий эксплуатации покрытий, для обеспечения их требуемой трещиностойкости и сдвигоустойчивости, ПБВ должно удовлетворять всем высоким требованиям. Термическая чувствительность не позволяет обычным битумам хорошо вести себя и при высоких, и при низких температурах, заставляя «модифицировать» каким-либо образом свойства битума. Наличием асфальтенов обусловлены специфические свойства битумов, а именно вязкость (пластичность) и упругость, устойчивость к определенным типам деформаций, сцепляющие и связующие свойства. Упругость и пластичность обусловлены наличием смол и мальтенов. Анализируя групповой состав битума и свойства компонентов, можно оценить какие параметры являются наиболее важными при модифицировании битума полимерами. Определяющим фактором является совместимость битума с полимерами. Растворимость полимерных материалов в битуме зависит от многих параметров, из которых наиболее важными являются: различие в параметрах растворимости полимера и мальтеновой фазы полимера, а так же количество и типы асфальтенов, содержащихся в битуме.
Технологический процесс производства ПБВ можно разделить на две части: непосредственное производство, когда происходит смешивание битума с полимером на специализированной установке и дозревание в емкостях хранения готового ПБВ, где вступая в контакт с битумом, эластомерные блоки полимера разбухают, поглощая значительную долю мальтеновой фракции битума. Таким образом, после смешивания с битумом полимер разбухает и объем обогащенной фазы в 5-10 раз превышает объем добавленного в смесь полимера. Высокие рабочие характеристики достигаются только при условии точного контроля дозировки полимера и его распределения в битумной массе. Как показали исследования европейских специалистов, лучшие показатели распределения (гомогенизации) достигаются при использовании мельницы с высокой степенью измельчения. Мельница (гомогенизатор) является главной частью завода по производству ПБВ. На рынке имеется несколько видов мельниц, причем большая их часть спроектирована для других отраслей промышленности (пищевой, химической, деревообрабатывающей), но используется для производства полимерно-модифицированных битумов. Компания MASSENZA разработала собственную модель мельницы, специально предназначенную для производства модифицированного битума и являющуюся лучшей в этой отрасли. Кроме того, MASSENZA разработала специальную систему с насосом переменной скорости, питающим мельницу. Такая система позволяет самой мельнице не тратить энергию на накачивание (как это происходит у большинства других производителей), направляя всю ее на измельчение, а также постоянно обеспечивает максимальный выход продукта путем регуляции потока сырья. Стоит отметить, что специалисты компании MASSENZA постоянно продолжают исследования в области взаимодействия полимера и битума, влияния процесса измельчения в мельнице на качество конечного продукта и в 2014 году фабрика выпустила новую модель мельницы – PMB 490-S, конструктивные элементы которой спроектированы так, чтобы конечный продукт обладал высочайшими характеристиками. Новая мельница обеспечивает более мелкую дисперсию, что в свою очередь способствует сокращению времени на химическую фазу дозревания и повышению производительности. Эта модель, по сравнению с предыдущими, включает в себя следующие улучшения:
- ротор и статор большого размера;
- более износостойкие материалы;
- улучшенная система подачи битума и полимера в мельницу;
- новая конструкция измельчающих элементов ротора и статора.
Новая конфигурация гомогенизатора позволяет увеличить эффективность его работы на 40%, по сравнению с предыдущими моделями, что в свою очередь повысило производительность самих установок для производства ПБВ.
Помимо процесса измельчения качество ПБВ сильно зависит от точного соблюдения рецептуры, и соответственно от точности дозировки компонентов на заводе. Зачастую на заводах для производства ПБВ отсутствует система измерения дозировки полимера и дозировку регулирует оператор, измеряя количество мешками, либо же реализована система объемного измерения дозировки полимера в емкость, которая так же обладает большими погрешностями. Установки для производства ПБВ компании MASSENZA оснащены питающим бункером, объёмом 600 литров, который имеет автоматическую весовую систему дозирования полимера. Бункер расположен на тензодатчиках, что позволяет осуществлять точнейший контроль дозировки полимера. Не менее важна точность дозировки битума. Эту задачу производители установок решают двумя способами: либо оснащают смесительные емкости тензодатчиками, причем с их помощью осуществляют контроль дозировки, как битума, так и полимера. Что является ошибочным технологическим решением так, как на емкость, куда осуществляется дозировка полимера, давит массой дозирующий полимер шнек и все подсоединенные трубопроводы, а так же передается вибрация от работы агрегатов (насосы, мельница, мешалки). Все это ведет к тому, что данная система выдает очень большую погрешность показаний. Либо на установках реализовано объемное дозирование битума зависимое от точности подачи насоса, открыванию — закрыванию клапанов. Дозировка битума при закачке в установку MASSENZA осуществляется более инновационным способом через специальное устройство по принципу Кориолиса (измерительная система в кожухе, измеряет интенсивность подачи вне зависимости от других параметров жидкости, таких как: плотность, температура, давление, вязкость, электропроводность и др.). Причем данная система оснащена контролем температуры входящего битума, так как для правильной модификации битума полимерами большое значение имеют температурные режимы и точность их соблюдения. То есть, если исходный битум не соответствует требуемой температуре (по любым возможным причинам), происходит остановка процесса и система сигнализирует об этом оператору.
Как известно, дорожные битумы, выпускаемые в России, не удовлетворяют требуемым для производства ПБВ характеристикам. Битумы недостаточно трещиностойки, не теплостойки, не эластичны и окислены (бедные ароматикой). Для улучшения совместимости полимера с битумом и создания пространственной структурной сетки, в качестве одного из компонентов ПБВ применяются специальные добавки, либо ароматические масла (для того чтобы обогатить бедный на масла битум, т.е. сделать своего рода первоначальную модификацию битума маслами). На установках MASSENZA имеется линия по вводу пластификатора (ароматических масел), причем данная система с кожухом обогрева специально разработана для наиболее популярных пластификаторов в России, дозируемых при температурах до 120 градусов Цельсия.
Помимо точности дозировки всех компонентов и эффективной гомогенизации битума с полимером важным критерием, от которого сильно зависит качество конечного продукта, является температурный режим производства. В установках MASSENZA реализован подогрев всех насосов, емкостей, клапанов и мельницы, за счет термального масла. Данная система «косвенного подогрева» обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с паровым, жаровым и электроподогревом. В первую очередь за счет масляного подогрева возможно одним контуром циркуляции масла обеспечить подогрев всего потребного оборудования: внутренние трубопроводы и агрегаты установки по производству ПБВ, а так же всей вспомогательной инфраструктуры (трубопроводы, битумные насосы, емкости, клапаны, задвижки). При масляном «мягком подогреве» не происходит окисление и коксование битума, и соответственно ухудшение и так не идеального по своим эксплуатационным характеристикам битумного вяжущего. Так же масляные системы подогрева, как правило, наиболее эффективны с точки зрения эксплуатационных затрат на теплоэнергию, и очень важно, что подобная система подогрева позволяет достаточно точно выдерживать все температурные режимы на всех технологических стадиях производства ПБВ, что качественно влияет на характеристики конечной продукции.