Производительность АСУ: влияние сырья, топлива и технологии на выпуск смесей

Соблюдение технологии производства асфальтобетонных смесей — залог качественного долговечного дорожного покрытия. Это всем известный факт, однако практика показывает, что добиться необходимых показателей могут не все. Какие факторы влияют на производительность асфальтосмесительных установок (АСУ) и что важно учесть при изготовлении асфальтобетонных, щебёночно-мастичных, литых и цветных, а также тёплых смесей, рассказывает главный технолог АО «АБЗ-1» Сергей Шибалов.

Сравнительный анализ АСУ циклического и непрерывного действия

АСУ циклического и непрерывного действия предназначены для одной задачи — приготовления асфальтобетонных смесей. Несмотря на необходимость выпуска асфальтобетонных смесей требуемого качества, в зависимости от типа асфальтосмесительной установки технологический процесс установок отличается, а также у каждой установки как циклического, так и непрерывного действия есть преимущества и недостатки. В установках первого типа дозирование и смешение компонентов происходит параллельно друг другу и порционно. Такие АБЗ рассчитаны на выпуск большого ассортимента продукции в сжатые сроки.

«Такие АСУ мы называем магазином. Они дают возможность провести корректировку будущей асфальтобетонной смеси на различных этапах выпуска: время перемешивания и подачи материалов в смеситель и т. д. В теории с их помощью можно выпускать каждый замес одного типа смеси по новому рецепту. Ещё одним из преимуществ заводов циклического действия является отлаженность технологических процессов, которая гарантирует качество готовой продукции на выходе», — рассказывает эксперт.

К минусам он относит высокую стоимость и низкую мобильность оборудования ввиду его конструкции. В большинстве своём эти установки стационарные. Хотя сегодня начали появляться быстровозводимые комплексы циклического действия, отмечает спикер.

АБЗ непрерывного действия способны бесперебойно выпускать продукцию одного состава в течении нескольких часов. Каждая остановка и последующий запуск такой установки приводит к образованию технологических потерь по материалу в объёме не менее 10 тонн, который не подлежит вторичной переработке. Совершенно логично, что такой объект не даёт возможности оперативно изменять рецептуру в процессе производства.

«В данном случае ключевую роль начинают играть квалификация и накопленный опыт оператора. Асфальтобетонные заводы непрерывного действия обычно монтируются для конкретных строительных объектов. Их установка предусматривается в местах, где требуется производство ограниченного ассортимента смесей, как правило, двух или максимум трёх типов асфальтобетона», — поясняет Сергей Шибалов.

Однако подобное оборудование отличается высокой скоростью монтажа и демонтажа для дальнейшей передислокации, а также относительно низкой стоимостью по сравнению со своим собратом по назначению.

Опыт «АБЗ-1» показал, что перемещение АСУ паспортной производительностью 240 тонн в час в пределах одного города период от начала работ по демонтажу установки до ввода в эксплуатацию установки на новой площадке занял около семи месяцев. В то же время для непрерывно действующих установок срок значительно сокращается и может составлять до одного месяца, приводит пример из опыта технолог ГК «АБЗ-1». Однако он отмечает, что все эти сроки напрямую зависят от эффективности и правильно выстроенных логистических процессов.

На каждом из четырёх этапов работы установок есть свои ключевые факторы, которые оказывают влияние на производительность АСУ. К примеру, нестабильность гранулометрического состава и содержание зёрен лещадной формы свыше 15-20% приводит к критическому «перекосу» наполнения горячих бункеров и значительному сокращению эффективной площади просеивания на сетках грохота в случае с АСУ циклического действия. На производительность АСУ непрерывного действия этот же фактор не оказывает значительного влияния, зато он критически важен для качества готовой асфальтобетонной смеси.

Сергей Шибалов рекомендует использовать каменный материал (КМ) стабильного гранулометрического состава желательно одной марки, вести работу с поставщиками и усилить входной контроль сырья.

«Для обеспечения бесперебойной работы циклических АСУ критически важно использовать каменный материал с гранулометрическим составом не ниже 85/15. Соблюдение этого условия предотвращает значительное снижение производительности. Кроме того, щебень с содержанием зёрен лещадной и игловатой форм более 15% не рекомендуется к применению (особенно, на АСУ циклического действия), чтобы не нарушать технологические процессы.

Производство асфальтобетонных смесей осуществляется в строгом соответствии с установленными регламентами. Примечательно, что практика закупки крупного щебня для последующего внутреннего производства более мелких фракций широко распространена в регионах», — делится опытом эксперт и отмечает, что влажность КМ также оказывает влияние как на снижение производительности, так и на её увеличение.

«Проблема избыточной влажности каменного материала имеет серьёзные последствия для производства. По нашим наблюдениям, на циклических установках даже незначительное отклонение влажности КМ на 1% от паспортных значений приводит к потере производительности на 2-3% при выпуске уплотняемых смесей.

На непрерывных же заводах этот показатель может достигать 14% для смесей ЩМА. Кроме того, рост влажности каменного материала на 1% ведёт к повышению расхода топлива до 8%», — приводит цифры технолог.

Для того чтобы снизить эти риски, Сергей Шибалов предлагает использовать КМ с влажностью не более 3-4%. Кроме того, он акцентирует внимание на организации хранения каменного материала. Для этого эксперт советует обеспечить систему водоотвода на производственной площадке и озаботиться не только твёрдым покрытием под КМ, но и защитными навесами/пологами от осадков.

«Несмотря на то, что требование о минимальном 110-сантиметровом остатке (подложке) материала при его заборе с места хранения ковшом погрузчика является общепринятым и закреплено в нормативных документах, его игнорирование операторами погрузчиков имеет критические последствия как для работоспособности асфальтосмесительной установки, так и на качество выпускаемой продукции. Особенно на участках хранения каменного материала с отсутствующим водоотводом, материал насыщается влагой.

Затем он поступает в технологическую цепочку: сначала в бункер, потом в сушильный барабан, это приводит к выходу из строя рукавных фильтров ввиду их забивания влажной пылью и в конечном итоге к вынужденной остановке производства», — рассказывает о возможных последствиях специалист.

Запылённость каменного материала также нельзя игнорировать, считает Сергей Шибалов.

Аргументируя фактами из опыта компании, он отмечает, что содержание пылевидных частиц в дроблёном или природном песке более 10% существенно снижает эффективность производственных процессов. Дополнительное увеличение влажности материала свыше 5% усугубляет негативное воздействие, приводя также и к росту себестоимости асфальтобетонной смеси.

Это обусловлено необходимостью проведения дополнительных операций по сушке и нагреву сырья, а также последующей утилизации отходов. Всё это увеличивает экологическую нагрузку.
Эксперт подчёркивает важность использования КМ с содержанием пыли не более 8-10% и грамотной работы с поставщиками.

«Применение каменного материала со сниженным содержанием пыли является нашей практикой. Это результат тесного взаимодействия с карьерами, часть из которых в Ленинградской области уже внедрила системы аспирации. Важно отметить, что в некоторых асфальтобетонных смесях возможно повторное использование пыли, что соответствует требованиям ГОСТа», — отмечает спикер.

Кроме того, эксперт считает возможным использование РАП (RAP — Recycled Asphalt Pavement — технология повторного использования старого асфальтобетона, полученного фрезерованием или дроблением) в смесях взамен части каменного материала с повышенным содержанием пыли, а также предлагает искать новые пути утилизации излишков пыли.

Отдельного внимания заслуживает топливо, используемое в горелке сушильного барабана, а также настройка работы горелки. От неё зависит равномерность просушивания КМ, напоминает Сергей Шибалов.

«Хотя бы раз в год вызывайте настройщика горелки сушильного барабана, чтобы он обеспечил пламя правильной геометрии (вытянутое), а также его равномерность по всему сечению сушильного барабана. Печное топливо, от которого мы ушли в своё время, — самый непредсказуемый по составу продукт в РФ. Несгоревшие остатки могут забивать рукавный фильтр, часть попадает в каменный материал, а затем и в асфальтобетонную-смесь.

Это не лучшим образом влияет на её характеристики и может нарушить требования ГОСТ. Отклонение показателей используемого топлива от требований предприятия-изготовителя по вязкости, содержанию серы, коксуемости, температуре вспышки приводит к остановкам АСУ в результате закоксовывания форсунок горелки.

Поэтому я рекомендую максимально внимательно отнестись к требованиям изготовителя АСУ относительно выбора топлива и чётко обозначать поставщику, какие характеристики нужны вам для работы», — призывает эксперт.

Из собственного и заимствованного опыта Сергей Шибалов делится несколькими секретами. Во-первых, регулярная проверка и чистка форсунок позволят сократить расход топлива для нагрева и сушки. Во-вторых, окрашивание топливного бака в тёмные цвета (при использовании жидкого топлива) способствует снижению энергоресурсов для нагрева.

АСУ капризны, как дамы, и при работе с переработанным асфальтобетоном.

«Если вам приходилось работать с РАП, вы знаете, что его применение по способу холодного ввода — настоящий вызов для предприятия. Как правило, оно снижает производительность завода. Использовать переработанный асфальтобетон недопустимо, если его влажность составляет более 5%, так как можно получить смесь, как мы её называем “запаренную“, т. е. с остаточной влагой 0,5% и более, что недопустимо. Это легко заметить на покрытии, оно будет матовым, достаточно подвижным, на нём будут образовываться трещины», — описывает возможные дефекты эксперт.

Он отмечает, что рост влажности РАП на 1% обуславливает снижение производительности АСУ в пределах 2-3%. Увеличение доли вторичного асфальтобетона на каждые 10% также приводит к замедлению работы, поскольку требуется дополнительное время на перемешивание компонентов для достижения гомогенизации смеси и обеспечения соответствия смеси нормативным требованиям.

Минимизировать снижение производительности в этом случае поможет защита от внешних осадков и система водоотвода. Технолог не советует хранить материал впрок, а использовать небольшие партии, рассчитанные на несколько ближайших смен. Одним из вариантов повышения эффективность может стать выпуск тёплых смесей, в том числе и с RAP, это может увеличить до 20% производительности циклических АСУ, так как подобный приём позволяет уменьшить время на нагрев.

Выпуск широкого ассортимента асфальтобетонных смесей — ещё один фактор, который напрямую влияет на производительность циклических заводов. Здесь работает простой принцип: чем больше различных выпускаемых номенклатур в смену, тем ниже сменная производительность.

Переход между различными типами смесей на каменном материале одной горной породы занимает на циклическом АСУ до 5-10 минут, на непрерывном — до 25-30 минут. На переход между различными типами смесей со сменой каменного материала на циклическом АСУ потребуется 35-120 минут, а на непрерывном АСУ — 120 минут.

Кроме того, на время переналадки влияют введение в состав смеси различных химических добавок, модификаторов, а также применение переработанного асфальтобетона.

Технологические особенности выпуска смесей

Сергей Шибалов подчёркивает, что каменный материал стабильного качества — залог корректного наполнения горячих бункеров АСУ. Что касается самой смеси, особенно в свете новых стандартов, для правильного наполнения необходимо строго соблюдать дозировки, заданные лабораторией для отсека предварительного дозирования. Такой подход обеспечивает бесперебойную и эффективную работу завода, а также стабильно высокое и предсказуемое качество продукции.

«При использовании каменного материала с неоднородным гранулометрическим составом, или если смесь была спроектирована, скажем, под марку щебня 90/10 с соответствующей настройкой сит на заводе, но фактически используется материал с других марок по гранулометрическому составу, (даже если он соответствует ГОСТу), возникают непредсказуемые перераспределения фракций в горячих бункерах», — поясняет эксперт.

Зачастую это приводит не только к снижению производительности, нарушению технологического процесса просеивания нагретого каменного материала на грохоте АСУ. А это уже влечёт к непредсказуемому качеству будущей смеси и невозможностью заранее оценить остатки на складах щебня и дробленого песка.. Известны случаи, когда изначальные расчёты снабжения, производства и лаборатории предполагали наличие материала для 800 тонн смеси, однако из-за неоднородности зернового состава фактически удалось произвести лишь 600 тонн.

Аккумулировав собственный опыт работы, технолог АБЗ-1 отмечает, что для правильного планирования и осуществления выпуска смесей типа ЩМА необходимо знать несколько особенностей АСУ. Во-первых, минимальный объём замеса для циклического АСУ должен составлять не менее 30% от вместимости смесителя. В противном случае достигнуть требуемой гомогенизации массы будет крайне сложно, либо потребуется более длительное время перемешивания.

На непрерывном АСУ этот показатель должен составлять не менее 50% от номинальной производительности установки. Как правило, время хранения смеси типа ЩМА в бункерах готовой продукции составляет не более одного часа, однако много зависит от комплектации завода, исполнения бункеров хранения готовой продукции, удалённости доставки смеси до объекта, отмечает Сергей Шибалов.

«Благодаря надёжной теплоизоляции и подогреву бункеров длительного хранения, а также герметичным задвижкам, можно минимизировать температурные потери  смеси при её хранении. Наш опыт показывает, что в течение первого часа эти потери незначительны, поэтому указанное время является стандартным. Для более длительного хранения (свыше часа) требуется совместное решение диспетчеров, лабораторий и технологов, учитывающее удалённость объекта», — поясняет эксперт.

Ключевое различие между ЩМА и плотными асфальтобетонами заключается в формировании жёсткого каркаса внутри слоя покрытия. Эта структура, образованная плотно соприкасающимися крупными фракциями каменного материала, эффективно распределяет нагрузку с поверхности в нижележащие слои.

В составе смеси могут быть до 50% номинально максимальной фракции щебня, до 15% минерального порошка. Кроме того, для удержания вяжущего в составе используют стабилизирующие добавки на основе отходов целлюлозной и каменной промышленности. Эти факторы также снижают производительность завода.

Подход к выпуску литых смесей имеет ряд отличий, отмечает технолог. Выпуск литых смесей на АСУ непрерывного действия невозможен ввиду технических характеристик установок. Но он возможен на заводах циклического действия, запроектированных конструктивно специально под возможность выпуска литых смесей, в том числе специальным бункером для краткосрочного хранения литой смеси – кохером.

Это не классический бункер хранения, а, скорее, специальный котёл-термос для хранения и транспортирования литой смеси, оборудованный обогревом, системой перемешивания (с автономным приводом или без него) и приборами для обеспечения контроля температуры. Во время выбора новой асфальтосмесительной установки, на которой предполагается выпуск литых асфальтобетонных смесей с высоким содержанием минерального порошка (до 30-40%) и вяжущего (до 15%) необходимо заранее уведомить потенциального поставщика асфальтобетонного завода для корректного проектирования необходимых узлов установки, подчёркивает Сергей Шибалов.

Это связано с тем, что для достижения рабочей температуры смеси (190-230 °C) и обеспечения необходимого содержания в смеси минерального порошка (25-35%) каменный материал приходится нагревать до 350-400 °C. Такой процесс существенно снижает производительность завода, и, по наблюдениям эксперта, фактическая производительность АСУ при выпуске литых смесей обычно составляет не более 30% от номинальной.

«У нас есть два стационарных кохера на АСУ, куда поступают литые смеси. В них происходит перемешивание и гомогенизация. Отсюда же смеси могут быть перегружены в мобильные кохеры, которые, по сути, являются теми же установками, но на шасси. Смесь хранится в бункере готовой продукции до 8 часов, что является нашим внутренним стандартом. Согласно ГОСТу, время от производства до укладки литой смеси не должно превышать 12 часов, учитывая время на доставку.

Для дальних перевозок (400-500 км) хранение в стационарных бункерах не применяется. Преимущество мобильных агрегатов заключается в том, что, благодаря непрерывному перемешиванию и поддержанию оптимальной температуры, смеси могут безопасно транспортироваться на значительные расстояния», — рассказывает Сергей Шибалов.

С 2004 года АБЗ-1 выпускает цветные смеси, которые также имеют свои особенности. Это специальные составы, которые соответствуют всем стандартам, но отличаются от обычных тем, что в них вместо части минерального наполнителя используется цветной пигмент. Для светлых оттенков применяют прозрачное полимерное связующее (B2Color), а для тёмных — дорожный битум с повышенным содержанием пигментов.

Эти смеси оптимально подходят для верхних слоёв покрытий на тротуарах, велодорожках, парковках в парках и других подобных местах. Учитывая, что отгрузка смеси осуществляется непосредственно в кузов самосвала или через «нулевой» бункер в кохер, требуется регулярный осмотр кузова. Категорически запрещается его обработка дизельным топливом. Кроме того, смесь имеет ещё одно важное ограничение — запрет на хранение в бункерах готовой продукции.

«Зелёные» технологии не новинка для дорожников. К таким решениям Сергей Шибалов относит тёплые смеси. Для них сегодня разработаны нормативные требования, отражённые в стандартах ГОСТ Р 70396-2022 и ГОСТ Р 70397-2022. Тёплые смеси — это рационально подобранный состав материалов, таких как песок и минеральный порошок в сочетании с применением специальных «тёплых» технологий, которые включают использование вспененного битумного вяжущего, водосодержащих, химических или органических компонентов.

Важной особенностью является то, что приготовление таких смесей происходит при температуре на 20-30 °C ниже, чем при стандартных методах. Технологический принцип заключается в снижении вязкости битума путём его вспенивания. При подаче воды в магистраль с битумом на производственном объекте происходит интенсивное выделение пара, которое приводит к образованию пены. Этот процесс эффективно уменьшает вязкость битума, что потенциально сокращает необходимое время перемешивания на заводе, поясняет принцип технологии эксперт.

Одним из преимуществ смеси с изменённым битумом является возможность укладки АБС при более низких температурах.

«Кроме того, при укладке покрытия из тёплой смеси рабочие, а также жители прилегающих домов, не подвергаются воздействию вредных паров. Наша компания уже 10 лет специализируется на технологии производства тёплых смесей на вспененном вяжущем. В 2024 году мы достигли соглашения с нашим петербургским заказчиком по реализации проекта в центральной части города. Выбор был обусловлен тем, что снижение температуры и минимизация выбросов паров при укладке материала являются критически важными преимуществами в условиях плотной городской застройки», — делится опытом Сергей Шибалов.

На этом плюсы технологии не заканчиваются. При выпуске тёплых смесей до 80% уменьшается количество вредных выбросов в атмосферу, на 25-30% снижается процесс старения вяжущего, что в перспективе даёт увеличение межремонтных сроков. Эксперт не исключает возможности в будущем повышения производительности на объекте строительства уплотняющей техники до 10%.

Не менее эффективно показывают себя горячие смеси, выпущенные по технологии вспенивания вяжущего без понижения температуры, отмечает технолог АБЗ-1.

Это решение обеспечивает лучшее уплотнение при ручной укладке (особенно для песчаных смесей), снижает температурную сегрегацию и старение битумного вяжущего, улучшает укладываемость и увеличивает долговечность покрытия.

«Здесь я бы хотел особенно обратить внимание на возможность транспортировки до объекта продолжительностью более двух часов, а значит, и увеличения плеча доставки готовой продукции со 100-150 км до 350 км. В прошлом году мы даже смогли побить этот рекорд, расстояние составило 420 километров. Однако тут необходимо учесть влияние внешних факторов, к примеру, тогда на улице было около +20 °C», — рассказывает Сергей Шибалов.

Подготовила Марина Каталакиди