Функциональный комплекс для приготовления композиционной асфальтобетонной смеси (варианты)

Комплекс включает: бункер 26 для структурообразователя, функционально являющийся емкостью для волокон хризотил-асбеста или модифицированного наноуглеродом базальта, питающая магистраль которой организована с возможностью смешения структурообразователя с минеральным порошком или серой; средства модифицирования серы, средства смешения модифицированной серы с битумом с образованием гомогенной структуры, включающие вспомогательный смеситель 22; а также выполненные в виде основного смесителя 21 средства смешения полученной гомогенной структуры с минеральными заполнителями с возможностью образования гомогенной структуры. Смеситель 21 связан со смесителем 22 и магистралями подачи минеральных заполнителей. Дозаторы 8 и 9 связаны с питателем 17 через сушильный барабан 14, горячий газ из которого поступает в смеситель через форсунку 25. Комплекс оснащен кумулятивно-кавитационным средством активации битума с рециркуляционным контуром (например, акустическим кавитатором 12), конструктивно-технологически связанным с магистралью подачи во вспомогательный смеситель 22 нагретого в трубопроводе 15 битума. Средства модифицирования серы также выполнены кумулятивно-кавитационного типа с рециркуляционным контуром (например, в виде кавитатора 7 акустического), конструктивно-технологически связанным через питатель 19 с магистралью подачи серы в смеситель 22. Магистраль подачи активированного битума связана с магистралью подачи серы с возможностью осуществления модифицирования серы частью активированного битума в ее рециркуляционном контуре. Средства смешения модифицированной серы с битумом оснащены средством осуществления эффекта кумулятивной кавитации с рециркуляционным контуром (например, кавитатором 20 акустическим), связанным со смесителем 22. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к области производства дорожностроительных материалов, в частности, к средствам приготовления сероасфальтобетонных смесей, используемых для устройства покрытий автомобильных дорог, аэродромов, спортивных площадок, автомобильных стоянок и т.д.

Из уровня техники известен функциональный комплекс для приготовления асфальтобетонной смеси, включающий: емкости для битума, минерального порошка и модификатора; смеситель с форсункой, соединенный со связанными с сушильным барабаном емкостями для грубодисперсных инертных заполнителей с возможностью их подачи в зону выхода форсунки, вход которой соединен с трубопроводом подачи модифицированного битума и объединенной магистралью трубопроводов подачи минерального порошка и горячего газа из сушильного барабана; а также средства кумулятивно-кавитационной активации битума и модификатора. Модификацию осуществляют с использованием поверхностно-активных веществ (RU, 2104980, 1998 г.)

К недостаткам данного известного из уровня техники решения можно отнести относительно невысокие физико-механические характеристики приготавливаемого посредством известного функционального комплекса продукта (асфальтобетонной смеси) в связи с отсутствием в приготавливаемой смеси волокнистых структурообразущих (армирующих) компонентов и с недостаточной химической активностью органического вяжущего (битума) в процессе предварительного смешения с активированной (сополимерной) серой (поскольку отсутствуют средства, обеспечивающие рециркуляцию жидкой фазы /модифицируемая сера - битум/, подвергаемой кумулятивно-кавитационной обработке в процессе технологического цикла), а также в процессе общего смешения ингредиентов смеси, что влечет за собой его (битума) недостаточную адгезию (межмолекулярное взаимодействие) с поверхностями инертных минеральных компонентов (песка, щебня или гравия, минеральных порошков).

Кроме того, относительно низкая химическая активность органического вяжущего вызывает необходимость более длительного периода осуществления процесса его смешения с минеральными компонентами для обеспечения удовлетворительной адгезии, что снижает производительность функционального комплекса для осуществления процесса в целом и повышает энергозатраты при его эксплуатации.

К недостаткам следует также отнести необходимость использования в процессе модифицирования битума дорогостоящих поверхностно-активных (например, катионоактивных) веществ, что повышает себестоимость конечного продукта (в частности-сероасфальтобетона).

Технический результат - оптимизация физико-механических характеристик (в частности, предела прочности при сжатии, коэффициентов водостойкости и теплостойкости, пористости, износостойкости, удобоукладываемости и др.) производимого посредством заявленного комплекса продукта (композиционной сероасфальтобетонной смеси) посредством обеспечения возможности изменения физико-химической активности поверхностных структур составляющих этот продукт компонентов внешним физико-механическим воздействием в циклическом режиме, а также посредством армирования (с использованием структурирующего компонента) конечного продукта волокнами структурирующих (армирующих компонентов при сокращении временного периода технологического цикла в целом и, соответственно, снижении энергозатрат при повышении производительности комплекса.

Дополнительный технический результат - повышение степени гомогенизации битумных композиций, содержащих высокомолекулярные соединения, расширение интервала их работоспособности, характеризуемого температурой размягчения и температурой хрупкости без использования дополнительных дорогостоящих поверхностно-активных веществ.

Поставленная задача, согласно первого из заявленных вариантов исполнения, решается посредством того, что функциональный комплекс для приготовления асфальтобетонной смеси, включающий: емкости для битума, минерального порошка и модификатора; смеситель с форсункой, соединенный со связанными с сушильным барабаном емкостями для грубодисперсных инертных заполнителей с возможностью их подачи в зону выхода форсунки, вход которой соединен с трубопроводом подачи модифицированного битума и объединенной магистралью трубопроводов подачи минерального порошка и горячего газа из сушильного барабана; а также средства кумулятивно-кавитационной активации битума и модификатора, согласно полезной модели, оснащен: бункером для структурообразователя, функционально являющимся емкостью для мелконарубленных базальтовых волокон, модифицированных наноуглеродом, или волокон хризотил-асбеста, питающая магистраль которой конструктивно-технологически организована с возможностью обеспечения смешения структурообразователя с минеральным порошком или серой до их поступления в основной смеситель; вспомогательным смесителем со средствами смешения для модификатора и активированного битума; емкость для модификатора функционально является емкостью для серы; средства кумулятивно-кавитационной активации выполнены в виде трех акустических кавитаторов, оснащенных рециркуляционными контурами; рециркуляционный контур одного из кавитаторов, функционально являющегося средством активации битума, конструктивно-технологически связан с магистралью подачи нагретого битума во вспомогательный смеситель; рециркуляционный контур другого кавитатора, функционально являющегося средством модифицирования серы, конструктивно-технологически связан с магистралью подачи серы во вспомогательный смеситель, при этом магистраль подачи активированного битума связана с магистралью подачи серы с возможностью осуществления модифицирования серы частью активированного битума в ее рециркуляционном контуре с кавитационно-акустическим эффектом; а рециркуляционный контур третьего кавитатора, функционально являющегося средством смешения модифицированной серы с активированным битумом во вспомогательном смесителе, конструктивно-технологически связан со вспомогательным смесителем.

Целесообразно в рециркуляционных контурах в качестве средств осуществления эффекта акустической кавитации использовать экспоненциальные излучатели ультразвукового диспергатора с диапазоном частот, преимущественно, 20-35 кГц, а непосредственно рециркуляционные контуры организовывать с возможностью осуществления кавитационно-акустического воздействия на соответствующую жидкую структуру с кратностью циркуляции от 3 до 10 циклов.

Поставленная задача, согласно второго из заявленных вариантов исполнения, решается посредством того, что функциональный комплекс для приготовления асфальтобетонной смеси, включающий: емкости для битума, минерального порошка и модификатора; смеситель с форсункой, соединенный со связанными с сушильным барабаном емкостями для грубодисперсных инертных заполнителей с возможностью их подачи в зону выхода форсунки, вход которой соединен с трубопроводом подачи модифицированного битума и объединенной магистралью трубопроводов подачи минерального порошка и горячего газа из сушильного барабана; а также средства кумулятивно-кавитационной активации битума и модификатора гидродинамического типа, согласно полезной модели, оснащен: бункером для структурообразователя, функционально являющимся емкостью для мелконарубленных базальтовых волокон, модифицированных наноуглеродом, или волокон хризотил-асбеста, питающая магистраль которой конструктивно-технологически организована с возможностью обеспечения смешения структурообразователя с минеральным порошком или серой до их поступления в основной смеситель; вспомогательным смесителем со средствами смешения для модификатора и активированного битума; емкость для модификатора функционально является емкостью для серы; средства кумулятивно-кавитационной активации выполнены в виде трех гидродинамических кавитаторов, оснащенных рециркуляционными контурами; рециркуляционный контур одного из кавитаторов, функционально являющегося средством активации битума, конструктивно-технологически связан с магистралью подачи нагретого битума во вспомогательный смеситель; рециркуляционный контур другого кавитатора, функционально являющегося средством модифицирования серы, конструктивно-технологически связан с магистралью подачи серы во вспомогательный смеситель, при этом магистраль подачи активированного битума связана с магистралью подачи серы с возможностью осуществления модифицирования серы частью активированного битума в ее рециркуляционном контуре с кавитационно-акустическим эффектом; а рециркуляционный контур третьего кавитатора, функционально являющегося средством смешения модифицированной серы с активированным битумом во вспомогательном смесителе, конструктивно-технологически связан со вспомогательным смесителем.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленных полезных моделей, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.

Полезная модель иллюстрируется графическими материалами, где на представленной фигуре показана общая схема технологического цикла работы функционального комплекса (по обоим вариантам исполнения) для реализации способа приготовления сероасфальтобетонной смеси /сероасфальтобетона/

Структурные компоненты (узлы и агрегаты) представленного в графических материалах функционального комплекса обозначены следующими позициями.

1 - склад (секционный для минеральных ингредиентов);

2 - хранилище (для органического вяжущего - битума);

3 - бункер приемный (для инертных каменных материалов, например, для щебня или гравия);

4 - бункер приемный (для песка);

5 - силос (для минерального порошка, например, известнякового или доломитового);

6 - бункер приемный (для серы элементарной);

7 - кавитатор рециркуляционный (акустический или гидродинамический) для смешения серы с битумом с использованием эффекта кумулятивно-кавитационного воздействия в процессе модифицирования элементарной серы;

8 - дозатор (для инертных каменных материалов, например, для щебня или гравия);

9 - дозатор (для песка);

10 - дозатор (для минерального порошка, например, известнякового или доломитового);

11 - дозатор (для серы элементарной);

12 - кавитатор рециркуляционный (акустический или гидродинамический) для активации битума с использованием эффекта кумулятивно-кавитационного воздействия;

13 - дозатор (для органического вяжущего, например, битума нефтяного);

14 - барабан сушильный (в частности, для инертных каменных материалов и песка);

15 - трубопровод обогреваемый (для органического вяжущего, в частности, битума);

16 - питатель (для органического вяжущего битума);

17 - питатель (для инертных каменных материалов и песка, например, в виде транспортера для горячей минеральной смеси);

18 - питатель (для минерального порошка, в частности, известнякового или доломитового, например, в виде пневмотранспортера);

19 - питатель (для серы элементарной);

20 - кавитатор рециркуляционный (акустический или гидродинамический) для смешения модифицированной серы с битумом с использованием эффекта кумулятивно-кавитационного воздействия в процессе их гомогенизации;

21 - смеситель (основной);

22 - смеситель (вспомогательный);

23 - накопитель (для готовой смеси);

24 - автотранспорт;

25 - форсунка (для подачи в основной смеситель горячего газа совместно с минеральным порошком и модифицированным битумом);

26 - бункер (для структурирующего компонента-структурообразователя).

Сероасфальтобетон - это сравнительно новый материал, который может быть широко использован в дорожном строительстве, поскольку по сравнению с обычным асфальтобетоном он характеризуется более высокими прочностными параметрами, долговечностью и существенно дешевле.

Сероасфальтобетон приготавливается путем предварительного смешения жидкой серы (преимущественно, сополимерной) и битума при температуре порядка 140-165°С до получения однородной (гомогенной) жидкой смеси, которая затем смешивается с заполнителем (инертным материалом) также до получения композиции с гомогенной структурой.

Однако, при использовании обычной (элементарной) серы не удается обеспечить получение качественного дорожного покрытия. Объясняется это тем, что обычная сера при охлаждении и затвердевании дает значительную усадку (уменьшается в объеме на 3-5%).

В результате серное вяжущее (смесь серы и битума) становится хрупким, а сероасфальтобетон не соответствует требованиям дорожных стандартов. Поэтому для повышения качества и, прежде всего, прочности сероасфальтобетона необходимо использовать модифицированную (сополимерную) серу, которая и является вяжущим материалом. Получение модифицированной серы является отдельной технологической операцией (стадией), включающей проведение химической реакции жидкой серы с модификатором, в результате чего сера приобретает свойства пластичности и обеспечивается более прочное соединение серы с инертным заполнителем. В качестве модификатора могут быть использованы различные органические соединения, которые вступают с серой в химическую реакцию, образуя сополимерную серу, в том числе и активированный битум.

Функциональный комплекс для приготовления сероасфальтобетонной смеси (сероасфальтобетона), согласно первого и второго вариантов исполнения, включает: емкости для битума (хранилище 2), минерального порошка (емкость 5) и модификатора; смеситель 21 основной с форсункой 25, соединенный со связанными с сушильным барабаном 14 емкостями 3 (щебень) и 4 песок) для грубодисперсных инертных заполнителей с возможностью их подачи в зону выхода форсунки 25, вход которой соединен с трубопроводом подачи модифицированного битума и объединенной магистралью трубопроводов подачи минерального порошка и горячего газа, отбираемого из сушильного барабана 14; а также средства кумулятивно-кавитационной активации битума и модификатора. Комплекс также оснащен вспомогательным смесителем 22 со средствами смешения для модификатора и активированного битума; бункером 26 для структурообразователя, функционально являющимся емкостью для мелконарубленных базальтовых волокон модифицированных наноуглеродом или волокон хризотил-асбеста, питающая магистраль которой конструктивно-технологически организована с возможностью обеспечения смешения структурообразователя с минеральным порошком или серой до их поступления в основной смеситель.

Емкость для модификатора функционально является емкостью 6 для серы. Средства кумулятивно-кавитационной активации выполнены в виде трех кавитаторов 7, 12, 20 (акустических или гидродинамических) оснащенных рециркуляционными контурами. Рециркуляционный контур одного из кавитаторов 12, функционально являющегося средством активации битума, конструктивно-технологически связан с магистралью подачи нагретого битума во вспомогательный смеситель 22. Рециркуляционный контур другого кавитатора 7, функционально являющегося средством модифицирования серы, конструктивно-технологически связан с магистралью подачи серы во вспомогательный смеситель 22. При этом магистраль подачи активированного битума связана с магистралью подачи серы с возможностью осуществления модифицирования серы частью активированного битума в ее рециркуляционном контуре с кумулятивно-кавитационным эффектом. Рециркуляционный контур третьего кавитатора 20, функционально являющегося средством смешения модифицированной серы с активированным битумом во вспомогательном смесителе 22, конструктивно-технологически связан со вспомогательным смесителем 22.

В упомянутых рециркуляционных контурах в качестве средств осуществления эффекта акустической кавитации могут быть, например, использованы экспоненциальные излучатели ультразвукового диспергатора с диапазоном частот, преимущественно, 20-35 кГц, а непосредственно рециркуляционные контуры организованы с возможностью осуществления кавитационно-акустического воздействия на соответствующую жидкую структуру с кратностью циркуляции от 3 до 10 циклов.

В упомянутых рециркуляционных контурах в качестве средства гидродинамического осуществления эффекта кавитации могут быть использованы известные из уровня техники гидродинамические кавитаторы (функционирующие, преимущественно, в частотном диапазоне 10-80 Гц), адаптированные к используемому в рамках заявленного комплекса битумному оборудованию.

После окончательного перемешивания в основном смесителе 21 готовая сероасфальтобетонная смесь поступает в накопитель 23, откуда транспортируется к месту производства работ посредством автотранспорта 24.

В качестве армирующего наполнителя вводят базальтовые волокна, которые равномерно добавляют в серу посредством емкости-дозатора (в графических материалах условно не показана) и вводят в смеситель 8 до начала процесса основного перемешивания, в случае приготовления на основе рассматриваемого композиционного серобитума, например, композиционных сероасфальта или серобитума.

Базальтовые волокна имеют хорошую адгезию с битумом, высокую прочность и жесткость, что позволяет сохранять высокий модуль упругости получаемого асфальтобетона и эффективно препятствуют деформациям, развивающимся в асфальтобетоне под нагрузкой.

Для более детального понимания существа полезной модели согласно вышеописанного первого варианта исполнения (со средствами осуществления кумулятивно-кавитационного эффекта акустического типа) целесообразно более детально рассмотреть физические особенности ультразвука (упругих волн с частотой колебаний от 20 кГц до 1 ГГц) при его воздействии на кавитирующие жидкости.

Высокая частота и малая длина ультразвуковой волны определяют специфические особенности ультразвука: возможность распространения направленными пучками (называемыми ультразвуковыми лучами), а также возможность генерации мощных волн, переносящих значительную механическую энергию. Ультразвуковые колебания обладают способностью распространяться даже в твердых веществах на большую глубину без заметного ослабления и отражаться от границы раздела двух разнородных сред (веществ). Ультразвуковое воздействие на вещество обеспечивает ускорение массообменных и химических процессов (в частности, экстрагирования, хемосорбции, диффузии). Действие ультразвука в кавитирующих жидкостях базируется на использовании вторичных эффектов кавитации - высоких локальных давлениях и температурах, образующихся при захлопывании кавитационных пузырьков (каверн).

В процессе ультразвуковой обработки в органическом вяжущем (битуме) происходят физико-химические изменения его исходной структуры, приводящие к образованию активных ненасыщенных связей, которые способствуют интенсификации процессов взаимодействия органического вяжущего с поверхностью минеральных материалов (т.е., повышению адгезии составляющих приготавливаемую смесь фракций).

Наличие в жидком органическом вяжущем дисперсной фазы твердых минеральных веществ повышает эффективность влияния ультразвуковых лучей на химическую активность связующего (например, битума), вследствие хаотичного переотражения лучей на границах раздела разнородных сред (веществ). Это позволяет сократить время ультразвуковой обработки с эффектом кавитации комплексной минерально-органической компоненты при увеличении ее адгезионных свойств.

Сера, используемая при приготовлении смеси, в особенности активированная, посредством ультразвука дополнительно активирует химическую активность поверхностных слоев каменных минеральных материалов, что также способствует повышению их адгезионных свойств при взаимодействии с активированным посредством кумулятивно-кавитационной обработки битумом.

Вышеуказанное повышение адгезионных свойств составляющих смесь фракций позволяет сократить общее время перемешивания компонентов, то есть повышается производительность процесса в целом при сокращении энергозатрат без снижения (и даже с повышением) физико-механических показателей приготавливаемой смеси.

Более детально работа функционального комплекса раскрыта на примере реализации способа приготовления сероасфальтобетонной смеси, а также на примере графической схемы его реализации.

Способ приготовления сероасфальтобетонной или иной битумно-минеральной смеси, включает: смешение упомянутого структурообразователя в виде волокон хризотил-асбеста или мелконарубленного базальта, модифицированного наноуглеродом с минеральным порошком и/или серой перед их поступлением в соответствующий смеситель 21 или 22, соответственно; осуществление термомеханического процесса общего смешения совокупности минеральных ингредиентов (в том числе, серы и структурообразователя) между собой и с органическим вяжущим с возможностью образования структурно однородной (гомогенной) смеси. Перед осуществлением процесса общего смешения всех образующих смесь компонентов (в основном смесителе 21) предварительно активированное посредством кумулятивно-кавитационного воздействия в питателе 16 органическое вяжущее (битум) смешивают (во вспомогательном смесителе 22) с модифицированной активированным битумом (в процессе кумулятивно-кавитационного воздействия в питателе 19) серой с образованием комплексной минерально-органической компоненты с гомогенной структурой. Гомогенизацию указанной компоненты во вспомогательном смесителе 21 также осуществляют с использованием кумулятивно-кавитационного воздействия.

Разумно смешение между собой минеральных каменных компонентов приготавливаемой смеси (не участвующих в формировании упомянутой комплексной минерально-органической компоненты, в частности, щебня и песка) осуществлять при температуре 160-200°С в течение, преимущественно, 10-30 с, а при формировании комплексной минерально-органической компоненты использовать органическое вяжущее, нагретое, преимущественно, до 140-165°С.

В процессе общего смешения компонентов приготавливаемой сероасфальтобетонной смеси в смесителе 21 основном осуществляют отбор горячих газов из сушильного барабана 14 и подают его под давлением через форсунку 25 совместно с минеральным порошком (смешанным со структурообразователем и активированным битумом

Допустимо для приготовления смеси использовать элементарную серу в порошкообразном, или в жидком, или в гранулированном состоянии, преимущественно, в количестве 3-6% от массы минеральных каменных ингредиентов, а в качестве органического вяжущего использовать предварительно обезвоженный нефтяной битум, преимущественно, в количестве 5-8% от массы упомянутых каменных компонентов.

Предварительная обработка битума кумулятивно-кавитационным воздействием повышает химическую активность битума, что способствует его дальнейшему быстрому смешению с модифицированной серой.

Модифицирование серы активированным битумом при температуре 140-165°С при кумулятивно-кавитационном воздействии в течение 5-15 мин позволяет осуществить химическую связь между серой и компонентами активированного битума, в результате чего образуется модифицированная (сополимерная) сера без использования дополнительных дорогостоящих модификаторов и поверхностно-активных веществ (в частности, дициклопентадиена).

Осуществление процесса сополимеризации серы в реакторе рециркуляционного типа с использованием кумулятивно-кавитационного эффекта упрощает и ускоряет технологический процесс гомогенизации соответствующих компонентов и функциональный комплекс в целом, и как следствие, повышает производительность заявленного функционального комплекса при экономии затрат на энергопотребление.

Получение серобитума смешением модифицированной серы и активированного битума в процессе кумулятивно-кавитационного воздействия (в частности, кавитационно-акустического) при циркуляции 3-10 циклов обеспечивает осуществление химического взаимодействия между серой и компонентами битума, образуя однородную гомогенную смесь, которая приобретает способность сохранять стабильное состояние в обычных условиях в течение длительного времени.

Способ приготовления композиционной сероасфальтобетонной смеси посредством заявленного функционального комплекса с использованием, кумулятивно-кавитационного эффекта и структурирующих компонентов осуществляется следующим образом.

Битум, например, марки БНД 60/90 нагревают до температуры 140-165°С и проводят его активирование, например, кавитационно-акустическим воздействием. Предварительно нагретую элементарную серу модифицируют введением в нее активированного битума в количестве 0,5-10,0 мас.% и кавитационно-акустического воздействия при температуре 140-165°С в течение 5-15 минут. Серобитум получают смешением модифицированной серы с активированным битумом при их весовых соотношениях (0,03-1):1. Полученный серобитум подвергают кавитационно-акустическому воздействию при кратности циркуляции 3-10 циклов (количество пропуска серобитума через аппарат, например, кавитационно-акустического воздействия). Полученный серобитум образует гомогенную смесь (битум-сополимерная сера), которая приобретает способность сохранять стабильное состояние в обычных условиях в течение длительного времени.

После этого полученный серобитум битумным насосом подают в в основной смеситель 21 через форсунку 25 для приготовления сероасфальтобетона, сюда же подают нагретые минеральные заполнители.

Полученный композиционный сероасфальтобетон обладает повышенными износоустойчивостью и удобоукладываемостью. Кроме того, полученный композиционный сероасфальтобетон экономически обоснован по сравнению с традиционно применяемыми составами асфальтобетонов, благодаря замещению части органического вяжущего (дорогостоящего нефтяного битума) элементарной серой, а также за счет экономии комплексного, активированного серой, вяжущего вещества и отсутствию необходимости использования в составах дорогостоящих поверхностно-активных веществ (ПАВ) с целью повышения адгезии вяжущего к инертным материалам.

Улучшение свойств битумных вяжущих реализуется только при условии гомогенности композиций.

Длительное пребывание битумной композиции в котле при температуре выше 165°С сопровождается процессами полимеризации и поликонденсации компонентов битума, что приводит к его интенсивному старению.

При кумулятивно-кавитационной обработке согласно второго варианта исполнения (кавитаторы 7, 12, 20 гидродинамического типа) функционального комплекса в кавитирующей жидкости образуется пульсирующая суперкаверна с определенной частотной характеристикой нестационарного хвоста. В зоне замыкания суперкаверны генерируется поле кавитационных микропузырьков, количество и размеры которых определяются режимами работы. Количество пузырьков, прошедших в 1 с через 1 см ² площади поперечного потока за каверной достигает 10 ³-10⁶. Микропузырьки, попадая в зону нормального давления, схлопываются с образованием сверхскоростных кумулятивных микроструек. При взаимодействии кумулятивной микроструйки с твердой поверхностью величина ударного воздействия может достигать порядка 10³ мПа. Под воздействием ударного давления твердая частица разрушается, соответственно, увеличивается удельная поверхность между твердой и жидкой фазами и интенсифицируется процесс массообмена между ними. Рециркуляцию осуществляют до получения требуемой степени однородности.

Назначение верхнего предела температуры в интервале до 165°С обеспечивает повышение интенсивности кавитационного воздействия за счет уменьшения вязкости битума. Повышение температуры выше 165°С несущественно влияет на вязкость битума, следовательно, нецелесообразно, поскольку, как указывалось выше, приводит к интенсификации процессов старения вяжущего. Кроме того, повышение температуры выше указанной величины приводит к повышению давления насыщенных паров, что приводит к снижению интенсивности кумулятивно-кавитационного воздействия. Повышение частоты кумулятивно-кавитационных колебаний (в случае гидродинамической кавитации) выше значения верхнего предела 80 Гц для данной жидкой среды и температурного интервала 140-165°С технически трудно осуществить.

Изменение режимов гидродинамической кавитационной обработки в сторону уменьшения заявляемых параметров, то есть частоты кавитационных автоколебаний ниже 10 Гц, а температуры ниже 140°С, вызывает снижение эрозионной активности микропузырьков в хвостовой части каверны и не оказывает существенного влияния на температуры размягчения и хрупкости полученных полимерно-битумных вяжущих.

Таким образом, преимуществом способа приготовления сероасфальтобетона на заявленном функциональном комплексе является то, что получение битумных вяжущих в режиме кумулятивно-кавитационных автоколебаний интенсифицирует процесс гомогенизации. Это позволяет полностью реализовать модифицирующие свойства битума, расширить температурный интервал работоспособности дорожного вяжущего за счет повышения температуры размягчения и снижения температуры хрупкости.

Использование, при этом, структурирующих компонентов (таких, как, волокна хризотил-асбеста или базальта, модифицированного наноуглеродом, дополнительно оптимизирует физико-механические свойства приготавливаемой на заявленном функциональном комплексе композиционной сероасфальтобетонной смеси, в частности: повышает предел прочности конечного продукта при сжатии-растяжении, оптимизирует его коэффициенты водостойкости и теплостойкости, пористости, износостойкости, обеспечивает удобоукладываемость).

Средства кавитационно-кумулятивной обработки адаптированы к битумному оборудованию (насосам, битумоплавильным котлам и пр.), используемому на асфальтобетонных заводах.

Таким образом, посредством заявленного функционального комплекса приготавливается композиционная сероасфальтобетонная смесь (композиционный сероасфальтобетон), представляющая собой структурно однородную (гомогенную) массу, которая включает совокупность минеральных компонентов (в том числе - модифицированную серу), а также органическое вяжущее. Органическое вяжущее (преимущественно, нефтяной битум) присутствует в составе смеси в виде предварительно подвергнутой кумулятивно-кавитационной обработке комплексной минерально-органической компоненты, содержащей, модифицированную активированным битумом элементарную серу.

Таким образом, заявленное техническое решение может быть широко использовано в области производства дорожно-строительных материалов для строительства улично-дорожных сетей.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в области производства строительных материалов для улично-дорожного обустройства;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованию условия патентоспособности «промышленная применимость».

1. Функциональный комплекс для приготовления композиционной асфальтобетонной смеси, включающий: емкости для битума, минерального порошка и модификатора; основной смеситель с форсункой, соединенный со связанными с сушильным барабаном емкостями для грубодисперсных инертных заполнителей с возможностью их подачи в зону выхода форсунки, вход которой соединен с трубопроводом подачи модифицированного битума и объединенной магистралью трубопроводов подачи минерального порошка и горячего газа из сушильного барабана; а также средства кумулятивно-кавитационной активации битума и модификатора, отличающийся тем, что комплекс оснащен: бункером для структурообразователя, функционально являющимся емкостью для волокон хризотил-асбеста или модифицированного наноуглеродом базальта, питающая магистраль которой конструктивно-технологически организована с возможностью обеспечения смешения структурообразователя с минеральным порошком и/или серой до их поступления в основной смеситель; вспомогательным смесителем со средствами смешения для модификатора и активированного битума; емкость для модификатора функционально является емкостью для серы; средства кумулятивно-кавитационной активации выполнены в виде трех акустических кавитаторов, оснащенных рециркуляционными контурами; рециркуляционный контур одного из кавитаторов, функционально являющегося средством активации битума, конструктивно-технологически связан с магистралью подачи нагретого битума во вспомогательный смеситель; рециркуляционный контур другого кавитатора, функционально являющегося средством модифицирования серы, конструктивно-технологически связан с магистралью подачи серы во вспомогательный смеситель; при этом магистраль подачи активированного битума связана с магистралью подачи серы с возможностью осуществления модифицирования серы частью активированного битума в ее рециркуляционном контуре с кавитационно-акустическим эффектом; а рециркуляционный контур третьего кавитатора, функционально являющегося средством смешения модифицированной серы с активированным битумом во вспомогательном смесителе, конструктивно-технологически связан со вспомогательным смесителем.

2. Функциональный комплекс по п.1, отличающийся тем, что в рециркуляционных контурах в качестве средств осуществления эффекта акустической кавитации используются экспоненциальные излучатели ультразвукового диспергатора с диапазоном частот, преимущественно, 20-35 кГц, а непосредственно рециркуляционные контуры организованы с возможностью осуществления кавитационно-акустического воздействия на соответствующую жидкую структуру с кратностью циркуляции от 3 до 10 циклов.

3. Функциональный комплекс для приготовления композиционной асфальтобетонной смеси, включающий: емкости для битума, минерального порошка и модификатора; основной смеситель с форсункой, соединенный со связанными с сушильным барабаном емкостями для грубодисперсных инертных заполнителей с возможностью их подачи в полость основного смесителя в зону выхода форсунки, вход которой соединен с трубопроводом подачи модифицированного битума и объединенной магистралью трубопроводов подачи минерального порошка и горячего газа из сушильного барабана; а также средства кумулятивно-кавитационной активации битума и модификатора гидродинамического типа, отличающийся тем, что комплекс оснащен: бункером для структурообразователя, функционально являющимся емкостью для волокон хризотил-асбеста или модифицированного наноуглеродом базальта, питающая магистраль которой конструктивно-технологически организована с возможностью обеспечения смешения структурообразователя с минеральным порошком и/или серой до их поступления в основной смеситель; вспомогательным смесителем со средствами смешения для модификатора и активированного битума; емкость для модификатора функционально является емкостью для серы; средства кумулятивно-кавитационной активации выполнены в виде трех гидродинамических кавитаторов, оснащенных рециркуляционными контурами; рециркуляционный контур одного из кавитаторов, функционально являющегося средством активации битума, конструктивно-технологически связан с магистралью подачи нагретого битума во вспомогательный смеситель; рециркуляционный контур другого кавитатора, функционально являющегося средством модифицирования серы, конструктивно-технологически связан с магистралью подачи серы во вспомогательный смеситель; при этом магистраль подачи активированного битума связана с магистралью подачи серы с возможностью осуществления модифицирования серы частью активированного битума в ее рециркуляционном контуре с кумулятивно-кавитационным эффектом; а рециркуляционный контур третьего кавитатора, функционально являющегося средством смешения модифицированной серы с активированным битумом во вспомогательном смесителе, конструктивно-технологически связан со вспомогательным смесителем.