WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Зомбек Петр Владиславович

ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

ПОЛУЧЕНИЯ ЩЕБНЯ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

В АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЯХ

05.23.05 Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск 2005

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Сафронов Владимир Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Курец Валерий Исакович

кандидат технических наук, доцент

Афиногенов Олег Петрович

Ведущая организация Томский государственный университет, г. Томск.

Защита диссертации состоится 27.12.2005 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.265.01 в Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, корпус, 5, ауд. 307.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан «___» ноября 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Скрипникова Н.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На данный момент присутствует широкий круг нерешенных проблем в области как качества и эффективности применения асфальтобетонов в строительстве, так и качества их компонентов, в первую очередь, заполнителей и битума и, как следствие, их межфазного взаимодействия. Наблюдается устойчивый повышенный спрос на высокопрочный щебень кубовидной формы с содержанием зёрен пластинчатой и игловатой формы не более 15 %. Естественным является поиск путей решений по получению высококачественных заполнителей для асфальтобетонных смесей, поскольку существующие механические устройства дробления не позволяют получать заполнитель, удовлетворяющий отмеченным выше требованиям. В связи с этим представляет интерес использование новых принципов при создании технологии получения щебня, в частности электроимпульсной технологии, когда реализуется эффект внедрения разряда в твердое тело при действии импульсного высокого напряжения, обоснованный и экспериментально подтвержденный А.А. Воробьевым и А.Т. Чепиковым, зарегистрированный как научное открытие с приоритетом от 14.12.1961 г. На этой основе разработаны технические средства для электроимпульсного бурения скважин, электроимпульсного дробления и измельчения руд, электроимпульсного разрушения некондиционных железобетонных изделий.

В тоже время, возможности использования электроимпульсного способа разрушения твердых тел в строительной отрасли для получения заполнителей для приготовления асфальтобетонных смесей не проработаны в достаточной мере, что обуславливает актуальность и своевременность настоящих диссертационных исследований.

Работа выполнена в рамках отраслевой научно-технической программы «Архитектура и строительство», гранта № 21-2-4-69 «Межфазные взаимодействия и управление процессами в технологиях высоковольтной активации строительных материалов при различных условиях и режимах энергонагружения» и гранта № Т02-12.2-1018 «Высоковольтные технологии активации электрическими разрядами строительных материалов» Министерства образования Российской Федерации за периоды 1999-2000 г.г. и 2003-2004 г.г. соответственно.

Объектом исследования в работе являются асфальтобетонные смеси на заполнителях электроимпульсного дробления горных пород.

Предмет исследования - взаимосвязь режимов электроимпульсного дробления горных пород в различных рабочих жидких средах с качеством получаемого заполнителя, активностью его поверхности по отношению к битуму и его компонентам и свойствами асфальтобетонных смесей на его основе.

Целью диссертационной работы является разработка технологического оборудования и режимов электроимпульсного дробления горных пород для получения щебня, использование которого в асфальтобетонных смесях обеспечивает повышение уровня показателей их качества.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

1. Разработка технологии и технологического оборудования для экспериментальных исследований

2. Исследование размерных и физико-механических свойств получаемого заполнителя и закономерностей их изменения при различных энергетических и режимных параметрах электроимпульсного дробления горных пород, в зависимости от характеристик оборудования и вида исходного сырья.

3. Исследование межфазных взаимодействий в системе «органическое вяжущее - минеральная поверхность» заполнителя, полученного при электроимпульсном дроблении минеральных материалов различной химической природы, в различных по своим свойствам рабочих жидкостях при вариации режимов электроимпульсного дробления.

4. Проведение лабораторных и производственных испытаний асфальтобетонных смесей на заполнителях электроимпульсного дробления. Выполнение опытно-промышленных испытаний разработанной технологии и технологического оборудования.

Научная новизна работы:

1. Установлено, что заполнитель, полученный при электроимпульсном дроблении как кислых, так и основных минеральных материалов, обладает существенно меньшим коэффициентом гидрофильности (по П.А. Ребиндеру). Этот коэффициент снижается для кварца на 28 %, для порфирита – на 24 %, за счет увеличения межмолекулярных взаимодействий полярных фракций битума на минеральной поверхности.

2. Установлено, что расход битума в асфальтобетонных смесях уменьшается за счет снижения доступной для адсорбции поверхности полученного электроимпульсным способом заполнителя, в том числе вследствие уменьшения количества микротрещин и микропористости.

3. Установлено, что максимальный выход (до 90 %) прочного щебня фракции 5…20 мм при доминирующем содержании зёрен кубовидной формы, обеспечивается при амплитуде высоковольтного импульса 300…400 кВ и межэлектродном расстоянии 50…60 мм, причем образующийся отсев (менее 5 мм) соответствует стандарту на пески из отсевов дробления для строительных работ.

Практическая значимость работы:

1. Результаты исследований позволили решить задачу повышения качества асфальтобетонных смесей.

2. Определены рекомендации по технологическим режимам электроимпульсного дробления горных пород.

3. Разработана технологическая последовательность производства асфальтобетонных смесей и опытно-промышленный образец непрерывно действующей технологической линии получения заполнителей электроимпульсного дробления с использованием технических решений, выполненных на уровне изобретений.

Методология работы и достоверность результатов

Исследования основаны на выполнении экспериментов, при анализе которых использованы современные положения строительного материаловедения, что обеспечивает необходимую достоверность полученных результатов и обоснованность выводов и рекомендаций, содержащихся в работе.

Реализация результатов работы

1. Материалы диссертационной работы используются при чтении курсов лекций студентам по дисциплинам «Электрофизические технологии в производстве строительных материалов» для специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» и «Электрофизические технологии в производстве дорожно-строительных материалов» для специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы».

2. Из заполнителя электроимпульсного дробления приготовлено 14 тонн асфальтобетонной смеси, которая уложена в покрытие участка автомобильной дороги.

3. Материалы исследований составили основу технического задания на непрерывно действующую технологическую линию электроимпульсного получения заполнителей производительностью 25 т/ч.

На защиту выносятся:

Совокупность установленных закономерностей влияния энергетических и технологических параметров электроимпульсного дробления, вида исходного сырья и типа рабочей среды на качество получаемого заполнителя, на характер взаимодействия битума и его компонентов с поверхностью получаемого заполнителя и свойства асфальтобетонных смесей на его основе.

Разработанное оборудование и технология для лабораторных исследований и промышленного применения.

Личный вклад диссертанта состоит в разработке конструкционных решений установок для лабораторных исследований и промышленного использования, в отработке методик исследований, в выполнении экспериментов, в обработке и анализе результатов, в научном обосновании изобретений на устройство для электроимпульсного дробления материалов (А.с. № 1543626), на электроимпульсную установку для дробления материалов (А.с. № 1585972), на способ получения активированного заполнителя для бетона (А.с. № 1557755)..

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на всесоюзной конференции «Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии».- Белгород, 1991 г.; всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительного материаловедения».- Томск, 1998 г.; всероссийской научно-технической конференции «Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок».- Томск, 1999 г.; II международном научно-техническом семинаре «Нетрадиционные технологии в строительстве».- Томск, 2001 г.; IX международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах».- Кемерово, 2004 г.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы раскрыто в 6 публикациях и трех описаниях к авторским свидетельствам (А.с. СССР №.№ 1543626, 1557755, 1585972).

Содержание работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных литературных источников, и приложений. Работа изложена на 197 страницах машинописного текста, включая 55 рисунков, 50 таблиц, список использованных литературных источников из 151 наименования и 4 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и основные задачи исследований, сформулирована научная новизна, отмечена практическая значимость работы и реализация её результатов.

В первой главе на основе изучения научно-технической литературы, и, прежде всего научных школ структурообразования бетонов и асфальтобетонов Ю.М. Баженова, И.А. Рыбьева, В.И. Соломатова, И.В. Королева, Л.Б. Гезенцвея, С.С. Гордона, Н.В. Горелышева, физико-химической механики П.А. Ребиндера, теории состава и строения органических вяжущих Ф.Г. Унгера, А.С. Колбановской, А.И. Лысихиной, И.М. Руденской и на физических представлениях теории и практики электроимпульсного разрушения А.А. Воробьева, Г.А. Воробьева, И.И. Каляцкого, А.Т. Чепикова, В.И. Курца, Б.В. Сёмкина, проведен анализ влияния свойств заполнителей на свойства асфальтобетонных смесей, способов повышения качества заполнителей, теории и практики применения электрических разрядов для дробления и измельчения материалов, выполнено обоснование цели и задач исследований, сформулированных во введении.

Во второй главе приведены результаты исследования характеристик исходных материалов, использованных в данной работе.

Исследования характеристик исходных материалов, получаемого заполнителя и асфальтобетонных смесей производились по методикам соответствующих нормативных документов. Разделение битума на фракции производилось методом дробного осаждения и адсорбционно-жидкостной хроматографии в НИИ химии нефти Сибирского отделения РАН. Теплоты смачивания материалов водой и толуолом определялись на дифференциальном микрокалориметре МКДП-2.

Исследования межфазных взаимодействий осуществлялось методом адсорбции из толуольных растворов битума, его широких (масла, смолы, асфальтены) и узких фракций (различающихся составом и структурой) на минеральных продуктах дробления размером 0,315…0,63 мм. Величину адсорбции рассчитывали по изменению концентрации битумно-толуольного раствора после контакта с адсорбентом в течение 4 часов, достаточного для достижения полного адсорбционного равновесия и определенного по кинетической изотерме адсорбции. Концентрации битумно-толуольных растворов определялись нефелометрически с помощью фотоколориметра ФЭК-56М. Статические изотермы адсорбции битума на минеральных материалах получены в интервале исходных концентраций растворов 0,01…0,20 г/л. Установлено, что изотермы адсорбции битума на минеральных материалах имеют S-образную форму и подчиняются уравнению адсорбции Ленгмюра.

В третьей главе на основе предварительно выполненных экспериментов на лабораторной установке, приведено описание принципов работы разработанного оборудования – трех непрерывно действующих многоэлектродных устройств для электроимпульсного дробления целевого назначения, вписываемых в технологическую линию: трехкамерное устройство для электроимпульсного дробления горных пород, с возможностью использования в качестве рабочей среды растворов поверхностно-активных веществ, битумных эмульсий, жидких битумов; устройство для электроимпульсного дробления окатанных материалов (гравия) с возможностью получения заполнителя непрерывной гранулометрии; устройство для электроимпульсного дробления высокопрочных горных пород с возможностью получения фракционированного заполнителя. На основании данных по удельным показателям процесса электроимпульсного дробления (рис. 1), полученных на лабораторной установке, определен диапазон параметров процесса для условий эффективного дробления на многоэлектродных устройствах: амплитуда высоковольтного импульса U= 300…400 кВ; разрядная ёмкость 22000 пФ; межэлектродное расстояние R= 50…60 мм.

Приведены данные по энергоемкости и производительности процесса электроимпульсного дробления высокопрочного порфирита на непрерывно действующей установке.

Энергоемкость оценивалась по величине зарядного напряжения и зарядной ёмкости источника с учетом потерь энергии при зарядке конденсаторных батарей в диапазоне изменения амплитуды высоковольтного импульса U= 270…360 кВ, межэлектродного расстояния 40…60 мм и разрядной ёмкости 22 нФ, при использовании различных по форме и размеру сквозных отверстий в заземленном электроде.

Рис. 1. Удельные показатели электроимпульсного дробления

------ - удельная энергоемкость по Umax, W, кВт-ч/т;

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»