Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Anyagmozgatási és Logisztikai Rendszerek Tanszék
Járművek és mobil gépek II. Útburkolati anyagok és gyártási technológiájuk
Előadó: Dr. Rácz Kornélia adjunktus
Budapest, 2013.
TARTALOMJEGYZÉK BURKOLATI ANYAGOK – összetétel, gyártási folyamat . . . . . . . . . . . . . . . . . Adalékanyag követelményei – kőzetfizikai jellemzők, szemeloszlás . . . .
3 4
– max. szemcse, szemcsealak . . . . . . . . . .
5
Aszfaltburkolatok típusai, bitumen fajták . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Útburkolati betonok – követelmények . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 – szilárdság tényezői, „soványbeton útalap” . . . . . 8 Burkolat típusok összehasonlítása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
KEVERŐTELEPEK – betonkeverő telep – szakaszos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 – folyamatos, vezérlés . . . . . . . . . . 11 – aszfaltkeverő telep – szakaszos (BERNARDI) . . . . . . . 12 – folyamatos üzemű . . . . . . . . . . . . 13 GÉPEK – keverőgépek – rendszerezés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 – gravitációs, mixerkocsi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 – kényszer – függ. tengelyű ( HAARUP ) . . . . . . . . . 16 – vízsz. tengelyű, összehasonlítás . . . . 17 – szárítódobok – szakaszos üzemű keverőtelephez . . . . . . . . . . . . . 18 – szárító-keverődob (folyamatos üzem) . . . . . . . . . . 19 – porleválasztó típusok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
-1-
Összetevők
ÚTBURKOLATI ANYAGOK
Adalékanyag* (kőváz)
Aszfalt
homok + kavics ( zúzalék )
homok + zúzottkő ( kavics )
Kötőanyag
cement + víz
bitumen
vegyszerek ( folyékony )
adalékok ( szemcsés, szálas )
( kőporok )
mészkőliszt ( filler )
vegyi átalakulás (hidratáció)
termoplasztikus átalakulás
Adalékszerek Töltőanyag
Kötési folyamat
ásványi adalékanyag előkészítés (aprítás, osztályozás, tisztítás ) adalékanyag mérlegelése adalékanyag szárítása –
Keverőtelep és a beépítés helyszíne
Kő-, v. kavicsbánya
A gyártás műveletei
Beton
( adalékanyag osztályozása** ) összetevők mérlegelése és adagolása keverés szállítás bedolgozás ( terítés, tömörítés ) –
érlelés, utókezelés
* Mindkét burkolati anyag döntő részét (kb. 90 tömeg%) az ásványi adalékanyag teszi ki. ** Csak szakaszos üzemű keverőtelepeknél szükséges
Adalékanyagok, és minőségi követelményeik Adalékanyag (kőváz): – természetes aprózódású (folyami, vagy bánya) homok és kavics – mesterségesen aprított ásványi kőzet (bazalt, andezit, dolomit) – ipari melléktermék (pl.: bontott beton)
A kővázzal szembeni követelmények: Kőzetfizikai jellemzők: (ütőszilárdság, fagy- és kopásállóság, stb.) alapján az építési kőanyagokat osztályokba sorolják. A forgalmi terheléstől és a pályaszerkezeti rétegtől függ, hogy az adott burkolathoz mely osztályba sorolt kőanyag használható. Halmaz és szemszerkezeti jellemzők: az anyag kitermelése és feldolgozása (törés, osztályozás, tisztítás) során alakulnak ki.
500
100
Cement adagolás, kg/m 3
Áthulló mennyiség, tömeg%
– Szemeloszlás (szabványos résnyílású szitasoron átrostált anyagban, az egyes szitákon áthulló anyag mennyisége, tömeg%-ban): Követelmény: a kötőanyag igény csökkentése érdekében, a nagy szemcsék közti teret kisebbek töltsék ki. 80 60 40
A
B
C
20
0,063 0,125 0,25 0,5
1
2
4
8
16
32
63
Szilárdsági j el: C20/25 Kissé képlékeny
400
C B
300
A 200 8
12
16
24
Maxim ális szem csem éret, m m
Szem csem éret, m m (log lépték)
-2-
32
Halmaz és szemszerkezeti jellemzők
(folytatás)
– Szemcse alak: lemezes és hosszúkás szemek a bedolgozásnál és a tömörítésnél kedvezőtlenek, ezért ezek mennyiségét előírásokban adják meg.
alapréteg
– Szemcse felület: a zúzott szemek nagyobb súrlódása javítja a beton hajlító- és nyírószilárdságát, ezért a betonburkolatot többnyire nem kavicsból, hanem zúzott adalékanyagból készítik. – Tisztaság: szerves szennyeződést nem tartalmazhat; szulfát-, klorid- és az agyag-iszap tartalmát is szabvány korlátozza.
– KZ (különleges zúzalék), pl: 2/4; 4/8;... – NZ (nemes zúzalék), pl: 0/4; … 22/32; – Z (zúzalék): 0/4; 0/11; 0/22; 0/32; – ZK (zúzott kavics), pl: 0/4; 4/8; ... Jelölés: pl. NZ 22/32 NZ – termékkategória 22 – alsó határméret 32 – felső határméret (maximális szemcseméret)
100
Áthullott anyag, [tömeg%]
Zúzalék frakciók termékkategóriái:
kötőréteg kopóréteg
– Maximális szemcseméret: melynél nagyobb szemcse a keverékben (ill. az adalékanyag frakcióban) csak egy előírt arányban (5 - 15 m%) fordulhat elő. Értéke függ a készítendő szerkezet vastagsági méretétől.
90 80 70 NZ 0/4
60 50
Z 0/32
40 30 20
KZ 4/8
NZ 22/32
10 0 0,063 0,125 0,25 0,5
1,0
2,0
4,0
8,0 16,0 31,5 63,0
Szemcseátmérő, (logD) [mm]
Aszfaltburkolatok • Burkolati réteg helye alapján: alapréteg, kötőréteg, kopó- vagy záróréteg • Készítés technológiája szerint: kevert, vagy permetezett (szórt) eljárás • Készítés hőmérséklete: – hideg eljárás: permetezett felületi bevonatok; kötőanyag: bitumenemulzió – félmeleg (80 - 120 oC): szórásos eljárások; kötőanyag: bitumenemulzió, higított bitumen – meleg (160 - 210 oC): keverőtelepen előállított, hengerelt aszfaltok; kötőanyag: útépítési bitumen, modifikált bitumen
– forró (180 - 240 oC): öntött aszfalt: önterülő, növelt bitumen tartalommal készül • Adalékanyag összetétele: – szemeloszlás: folytonos, ill. kihagyásos (utántömörödő aszfalt) – szemcse maximális mérete (burkolati réteg helyétől függ)
Bitumen: – termoplasztikus tulajdonságú, nagymolekulájú szénhidrogének halmaza, kőolajból, vákuumdesztillációs eljárással készül.
Útépítési bitumen: Szobahőmérsékleten szilárd halmazállapotú, meleg és forró eljárással készülő kevert (hengerelt) aszfaltokhoz használják.
Modifikált bitumen: Adalékokkal (polimerek, gumiadalékok) javított útépítési bitumen, lágyuláspontja magasabb, tapadása jobb.
Higított bitumen: Szobahőmérsékleten folyékony halmazállapotú, csak az oldószer (gázolaj, petróleum, stb.) elpárolgása után szilárdul meg. Hideg és félmeleg eljárásoknál és javítási munkáknál használják. Tűzveszélyes anyag.
Bitumenemulzió: 1- 5 m méretű cseppekre oszlatott bitumenből és vízből áll. Szobahőmérsékleten folyékony, de ásványi anyaghoz keverve „megtörik” (a bitumen és a víz szétválik). Előkenésre, bevonatokhoz, és felújításokhoz használják.
-3-
Útépítési betonok Útépítésnél használt betonok: – alépítmény: „soványbeton” útalap
– felépítmény: beton útburkolat – pálya tartozékok: előregyártott hídgerendák, szegélykövek
Betonnal szembeni követelmények (MSZ EN 206-1): Szilárdság: a betonszerkezetre ható állandó és változó terheléseket az előírt biztonsággal elviselje. A beton minőség jelölése: 28 napos próbatestek nyomószilárdságának minősítési értéke alapján, pl. C40/50. (Lásd: gyakorlat tananyaga) Tartósság: a környezeti adottságok okozta igénybevételekkel szemben, meghatározott időtartamon keresztül (10, 25, 50, 100 év) őrizze meg a tartósságát. Útépítési betonoknál: a koptató- és a fagyás-olvadás okozta igénybevétellel szembeni ellenállás Kopásállóság függ: – a beton összetételétől, ezen belül az adalékanyag kőzetfizikai jellemzőitől és max. szemcseméretétől, valamint a víz/cement tényezőtől; – a gyártás technológiától (tömörítés, utókezelés). Fagyállóság függ: – az adalékanyag fagyállóságától; – a betonban lévő pórusok alakjától, méretévíz jég től és eloszlásától (ha a kapilláris pórusokban lévő víz megfagy, a térfogat növekedés miatti feszültség a betont szétfeszíti).
Fagykár csökkentése: légpórusképző adalékszerrel kép-
zett 5-300 mm átmérőjű, gömb alakú légbuborékok a hajszálcsövességet megszakítják, így a megfagyó víz kiterjedhet.
A beton szilárdságát meghatározó tényezők:
„Soványbeton” útalap:
100
28 napos kockaszilárdság [MPa]
Összetétel (tervezés szempontjai): – az egyes összetevők mennyisége és minősége; – víz/cement tényező: adott cement-adagolásnál a víz növelésével csökken a szilárdság (lásd: diagram); – az alkalmazott adalékszerek. Gyártási technológia: adagolás pontossága (adalékanyag víztartalmának korrigálása), keverés hatékonysága, tömörítés mértéke, időjárási tényezők.
légbuborék
CEM 52,5 80
CEM 42,5
60 40 20
CEM 32,5 0 0,3
0,4
0,5
0,6
0,7 0,8
1,0
Víz/cement tényező (lg lépték)
– A helyszínen (Ckh) vagy keverőtelepen megkevert (Ckt) cementtel stabilizált homokos-kavics alapréteg az alépítmény terhelhetőségének növelésére szolgál. – Alacsony szilárdsága miatt csak útépítésnél alkalmazzák, ezért összetételének, készítésének és minősítésének előírásait nem a „beton szabvány”, hanem Útügyi Műszaki Előírás tartalmazza.
Előnyei (a többi alapréteghez képest): – nagyobb teherbírás, egyenletesebb terhelésátadás, nem hajlamos az utántömörödésre; – készítése és beépítése jól gépesíthető, ezért egyenletesebb a minősége. Hátránya: a hőmérsékletváltozás okozta repedések a burkolati rétegen áttükröződhetnek.
A „reflexiós” repedések korlátozása: – alapréteg hézagolása: a réteg terítésekor, a repedések helyét előzetesen kijelölő hézagok készítése; – mikrorepesztés: a megszilárdulás előtt, vibrációs hengerrel hálós repedések létrehozása (lásd: ábra)
-4-
Burkolat típusok összehasonlítása Betonburkolat
Aszfaltburkolat
Merevség
nagyobb
kisebb
Terheléselosztás
kedvezőbb
kedvezőtlenebb
Élettartam
nagyobb
kisebb
nagyon érzékeny
kevésbé érzékeny
(pl: 30%-os túlterhelés 25-szörös igénybevételt okoz)
(pl: 30%-os túlterhelés 3-szoros igénybevételt okoz)
Terítés
180 - 600 mm, egy menetben bedolgozva
30 - 180 mm, több rétegben terítve és tömörítve
Felszín
táblás (tágulási hézagokkal)
Burkolat készítés
Túlterhelés
Időtartam Utókezelés
Fenntartási munkák
összefüggő (folytonos)
28 napos szilárdulás
lehűlés után terhelhető
7 - 14 nap
Gyakoriság
nincs
kisebb
nagyobb
Költség
nagyobb
kisebb
Időigény
nagyobb
kisebb
aprítás + kötőanyag adagolás
felmelegítés
Újrahasznosítás
KEVERŐTELEPEK Teljesítőképesség
Elrendezés
– kis (60-80 t/óra) – közepes (80-160 t/óra) – nagy ( > 160 t/óra)
– vízszintes – függőleges – vegyes
Szállíthatóság – mobil – áttelepíthető – telepített
Vízszintes, áttelepíthető, szakaszos üzemű betonkeverő telep
8 10
7 2
9
1
11 6 12 3
4
5
Üzemmód – szakaszos üzemű – folyamatos üzemű
1. tárolórekeszek 2. adagolók 3. mérlegelő szalag 4. gyűjtőtartály 5. felvonópálya 6. vontató kötél 7. csörlő 8. cementsiló 9. szállítócsiga 10. cementmérleg 11. keverőgép 12. kezelőfülke
Beton-, és aszfalt keverőtelepek vezérlése központi számítógéppel történik: – „receptek” (összetevők minősége és mennyisége) és technológiai idők tárolása; – a keverési folyamat irányítása (mérlegelés, keverés, anyagkiadás); – a megrendelt keverékhez tartozó adatok (minőség, össz- és részmennyiségek, adagszám, stb.) mentése adatbázisba, szállítólevél kiállítása.
-5-
Betongyártás irányítása (folytatás)
homok siló
mérőszonda műszer vezérlő egység mérleg
víz
Víz-homok korrekciós rendszer
4
A folyamatot irányító számítógép
5
1. szalagmérleges soradagoló 2. gyűjtőszalag 3. feladó szalag 4. cement siló 5. cement szállítócsiga 6. cementmérleg 7. cement adagolócsiga 8. víz mérő-adagoló 9. folyamatos üzemű keverőgép 10. beton kiszállítószalag
1
7
6
3 8 2 9 10
Folyamatos üzemű betonkeverő telep
SZAKASZOS üzemű aszfaltkeverő telepek 16
14
8
12
13
9 5
6
11 18
15
1
4 2
3 10 17
Vízszintes elrendezésű aszfaltkeverő telep
7 10
19
11
Több-rekeszes készanyag tároló
1. előadagoló bunkerek 2. szalagmérleg 3. szállítószalag 4. szárítódob 5. melegelevátor 6. melegrosta 7. mérlegek 8. kőliszt tároló siló 9. poranyag elevátor 10. keverőgép
-6-
11. készanyag tároló 12. bitumen tartály 13. bitumen előmelegítő 14. porleválasztó 15. elszívó ventillátor 16. irányító fülke 17. felvonó puttony 18. sodronykötél 19. kiszállító kocsi
FOLYAMATOS üzemű aszfaltkeverő telep
8 11
9
10
13
20
14 15 12
4
17 16 5
1 2
6
3 7
4 1. előadagoló bunkerek 2. gyűjtő szállítószalag 3. szalagmérleg 4. feladó szállítószalag 5. szárító-keverődob 6. előtároló tartály 7. felvonó puttony
8. kőliszt tároló siló 9. szállítócsigás adagoló-mérleg 10. bitumen tároló tartály 11. bitumen előmelegítő 12. bitumen adagolószivattyú 13. porleválasztó 14. bontott aszfalt bunkerek
19
18
15. szalagmérleg (bontott aszfalthoz) 16. felvonó pálya 17. emelőkötél (csörlőhöz) 18. készanyag tároló 19. hulladék tároló 20. vezérlő fülke
KEVERŐGÉPEK Gravitációs Billenődobos
Kényszer-rendszerű Függőleges tengelyű
Mixerkocsi
Bolygólapátozású
Vízszintes tengelyű Egytengelyű
Kéttengelyű Folyamatos Szakaszos üzemű üzemű
Egyenáramú
-7-
Ellenáramú
Rotoros
Gravitációs keverőgépek 1
4
10
2
3
7 8 9
Billenődobos keverőgép
6 5
Betonkeverő-szállító gépkocsi (mixerkocsi) 1. gépjármű 2. keverődob 3. keverőlapátozás 4. forgatómű (hidromotor) 5. hidraulikus tápegység
Betonszivattyús mixerkocsi
6. támasztó görgő 7. vezetőgyűrű 8. adagoló tölcsér 9. surrantó 10. víztartály
Különböző méretű keverődobokhoz alkalmazható alváz típusok a.
b.
Vh 24 m 3
d.
c.
Vh 46 m 3
Vh 68 m 3
Függőleges tengelyű keverőgépek 10
2
Bolygólapátozású keverőgép
5
Rotoros keverőgép 9
V h 8 10 m 3
12
10
10
11
2
13
14 11
4
1
6
5
8
3
7
17
15
6
4
12
3
16
7. fogaskerék áttétel 8. ürítőajtó 9. ajtónyitó hajtómű 10. töltőnyílás 11. víz bevezető cső
1. keverőedény 2. keverőmű 3. keverőlapát
4. faltisztító lapát 5. motor 6. ékszíjhajtás
12. hajtómű 13. álló fogaskerék 14. legördülő fogaskerék 15. bolygómozgású lapátok 16. munkahenger 17. kopólemezek
-8-
8 2 1 4
Vízszintes tengelyű keverőgépek
Egytengelyes keverő lapátozása
Kéttengelyes keverő lapátozása és az anyagáramlás
Keverési rendszerek összehasonlítása: A gravitációs keverőgépek hajtása és szerkezete egyszerűbb, teljesítmény-igénye kisebb, de keverési hatékonyságuk rosszabb, mint a kényszerrendszerű keverőgépeké.
Alkalmazási terület: gravitációs: – beton szállítása (mixerkocsi); – aszfalt szárító-keverődob; kényszer: nagyüzemi beton és aszfaltgyártás – függ. tengelyű: csak beton – vízsz. tengelyű: beton és aszfalt
Folyamatos üzemű keverőgép
Szárítódobok Feladata: – a kőváz felmelegítése a keveréshez szükséges hőfokra (190 - 220 oC), – víztelenítés, porleválasztás
Jellemzői: – az anyagáramlást a belső lapátozás, és a dob 3 - 6 o-os lejtése biztosítja, – hőszigetelő burkolattal van ellátva, – hajtása: fogaskoszorún keresztül, súrlódó hajtással (esetleg: lánchajtással). 3
8
9
7
2 10
11
2
5
Lapát I. 12
9
13
Lapát II. 10
1
4
6 15
14
6
Szárítódob, szakaszos üzemű keverőtelephez 1. dobtest 2. hőszigetelő burkolat 3. anyagfeladó garat 4. hajtógörgő
5. gördülő-gyűrű 6. motoros hajtómű 7. laprugók 8. behordó lapátozás
9. lapát I. 10. lapát II. 11. lapát III. 12. égőfej
-9-
13. égőfej kocsi 14. elevátor csatlakozó toldat 15. vázszerkezet
Lapát III. 11
Folyamatos üzemű szárító-keverődob Porelszívó csatlakozás
Bontott aszfalt feladás
Poranyag, adalék beadás
Bitumen bepermetezés
Zúzalék feladás
Közvetlen fűtésű keverőtér A nyitott lapátokról lehulló zúzalék szemcsék az égőfej lángterén keresztül hullanak le a dob aljára.
Közvetett fűtésű keverőtér
Aszfalt kiadás
A zárt lapátok – a közvetlen hőhatástól védve – a dob fala mentén szállítják a zúzalékot és az aszfalt szemcséket.
Porleválasztó típusok (a porszemcse méretétől függően)
Porleválasztás, porszűrők Szerepe:
Porkamra
– környezetvédelmi (a légtérbe kikerülő porszennyezés csökkentése), – gazdasági (töltőanyagként hasznosítható „saját filler” kinyerése) A tech. folyamat minden porképződéssel járó műveletét (szárítás, keverés, adagolás, mérlegelés stb.) be kell kötni a porleválasztó rendszerbe.
Zsákos porleválasztó
Ciklon Nedves mosó Szövetszűrő Filcszűrő Venturi mosó Papírszűrő Elektromos porleválasztó 0,01
0,1
1,0
10
100
1000
Porszemcse mérete, mikronban
a. porleválasztás
b. zsákok tisztítása
1
3 1. szűrőzsákok 2. szűrőkamra
- 10 -
5
2
6 3. porcsiga 5. befúvató kocsi
6. sínpálya
