Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




31.03.2020


31.03.2020


31.03.2020


29.03.2020


29.03.2020


29.03.2020


29.03.2020


27.03.2020


26.03.2020


26.03.2020





Яндекс.Метрика

Контакты | Карта сайта
         » » Особенности основ технологии высоковольтной активации коронным разрядом компонентов асфальтобетона

Особенности основ технологии высоковольтной активации коронным разрядом компонентов асфальтобетона

29.03.2016


Развитие научных знаний в области электрофизики и потребность в более совершенных технологиях привели к созданию целого ряда физико-химических процессов, физической основой которых является силовое воздействие электрических полей высокого напряжения на мелкораздробленные материалы. Это направление, получившее в 60-х гг. название электронно-ионной технологии, начало развиваться во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в производстве строительных материалов.
Электронно-ионная технология используется в производстве строительных материалов для электрообогащения минерального сырья, электроочистки отходящих газов в производстве минеральных вяжущих, электросмешения цемента с заполнителями, электроактивации дисперсных систем, электроимпульсного уплотнения бетона, окисления гудрона, активации компонентов бетонов различного назначения, в том числе дорожных асфальтобетонов, и многих других производственных процессах.
Необходимость в разработке и реализации подобных технологий столь значима, что даже в неполно сложившихся рыночных отношениях в настоящее время правительственными органами России все большая приоритетность в выборе направлений прогресса отдается принципиально новым технологиям в промышленных отраслях.
Среди широкого спектра разновидностей электронноионных технологий разработаны технологии активации строительных материалов, в которых для получения и активации минеральных компонентов бетонов различного назначения используются высоковольтные электротехнологии. Инструментом активации служит как низкотемпературная плазма импульсного электрического разряда внутри кусков горной породы или жидких сред, так и сильные электрические поля с воздействием движущихся заряженных частиц, высоковольтных разрядов в газовых средах, частным случаем последних является коронный разряд.
Технологии высоковольтной активации в газовых средах минеральных материалов разрабатываются в двух направлениях:
- разработка технологий воздействия высоковольтным коронным разрядом на компоненты асфальтобетона как в движущихся, так и в стационарных условиях объекта обработки;
- разработка технологий высоковольтной активации коронным разрядом дисперсных структур на основе битума в процессе их подготовки.
Следует обратить внимание на имеющиеся принципиальные различия роли высоковольтного воздействия в отмеченных выше двух направлениях разрабатываемых технологий высоковольтной активации. Если в первом случае регулирование достижимо направленным изменением соотношений удельной поверхностной энергии минерального материала и поверхностного натяжения битума, то во втором случае в дополнение высоковольтная активация связывается с регулированием свойств битумной пленки на минеральной поверхности и изменением состояния двойного электрического слоя на границе раздела минеральная поверхность - битум, а также с изменением свойств ориентированного слоя и объемного битума.
Улучшение свойств строительных материалов на органической основе, в первую очередь асфальтобетонов различных типов, достижимо как электрофизическим воздействием на органические вещества (на стадии их получения или готового битума), так и высоковольтной активацией их минеральных компонентов. При этом в реализации отмеченных направлений эффективным является применение высоковольтных разрядов различных типов. Регулирование процессов и свойств структур твердения на органической основе в технологии высоковольтной активации электрическими разрядами связывается сегодня с принципиально отличными друг от друга путями.
Наиболее широкое применение получила высоковольтная технология активации минерального материала при различных типах напряжения на рабочем (коронирующем) проводнике.
В аппаратурном оформлении высоковольтная технология активации коронным разрядом может быть реализована (как один из возможных вариантов) по электрической схеме, приведенной на рис. 5.1.
Особенности основ технологии высоковольтной активации коронным разрядом компонентов асфальтобетона

От электрической сети напряжением 380 В через регулировочный трансформатор 1 напряжение подается на первичную обмотку высоковольтного трансформатора 2. Выход вторичной (высоковольтной) обмотки трансформатора 2 подсоединен к рабочему (коронирующему) электроду 3. Под электродом 3 расположена изоляционная пластина 4, на которой находится объект высоковольтной активации, в нашем случае это минеральный порошок 5.
При достижении определенного высокого напряжения на рабочем электроде 3 возникает один из весьма распространенных типов разрядов в газовых средах - высоковольтный коронный разряд, который сопровождается свечением, характерным потрескиванием и появлением запаха озона.
Высоковольтный коронный разряд можно создать в системе электродов различных типов, которые приведены на рис. 3.1.
При напряжении на проводе больше Uo вокруг электрода с малым радиусом кривизны возникает ионизация воздуха, которая распространяется в весьма малой зоне этого электрода. Область вокруг коронирующего электрода называют чехлом короны, а весь остальной промежуток - внешней зоной короны. Чехол короны характеризуется ярким голубым свечением, форма которого определяется полярностью (знаком) электрода и типом системы электродов. В чехле короны происходят процессы ионизации воздуха. Uo - напряжение зажигания короны.
При положительной полярности электрода образующиеся электроны уходят на анод, а положительные ионы создают объемный заряд, перемещающийся под действием поля к противоположному электроду (земле).
При отрицательной полярности электрода положительные ионы нейтрализуются на нем, а электроны, перемещаясь к аноду (земле), захватываются атомами кислорода и создают отрицательный объемный заряд. Движение ионов обоих знаков к противоположным электродам создает ток в промежутке между коронирующим электродом и землей.
При увеличении напряжения на коронирующем электроде объем коронного чехла увеличивается. Однако эта зона не может увеличиваться беспредельно, т. к. при определенной плотности объемного заряда в чехле под действием собственного магнитного поля разряда происходит «отшнурование» чехла, т. е. появляются ответвления, направленные в сторону другого электрода. При пересечении этими ответвлениями всего межэлектродного промежутка происходит электрический пробой (замыкание дугой) межэлектродного промежутка, а напряжение на электроде, при котором осуществляется пробой, называют пробивным (Uпр). Следовательно, изменение напряжения источника в технологии высоковольтной активации коронным разрядом может происходить в диапазоне значений от U0 до Uпр.
Плотность объемных зарядов как в чехле, так и во внешней зоне зависит от приложенного напряжения к электроду. В практических целях, в большинстве своем, использование отрицательной короны предпочтительнее, т. к. имеют место более существенное повышение рабочего градиента и более высокая подвижность отрицательных ионов.
Последствия от высоковольтной обработки электрическими разрядами в газовых средах приводят к ряду эффектов, стимулирующих течение межфазных взаимодействий.
Совокупность физико-химических превращений приводит к благоприятным изменениям некоторых поверхностных свойств, в том числе к возможности регулирования кислотно-основных свойств обрабатываемой высоковольтным коронным разрядом поверхности. Эти изменения сводятся в целом к увеличению адгезионной способности поверхностей в широком смысле этого понятия (повышается смачиваемость, улучшается способность поверхностей к прилипанию, увеличивается стойкость к деформации растяжением и т. п.).
В процессе смачивания и взаимодействия активированных поверхностей с битумом при обработке минеральных и органических материалов, например щебня, минерального порошка (МП), битумом имеют место, как отмечалось ранее, следующие характерные случаи:
1. Минеральный материал не смачивается или плохо смачивается битумом, а потому на его поверхности не образуется равномерной пленки битума, и последний сворачивается в отдельные шарики или сгустки.
2. На поверхности образуется равномерная битумная пленка, однако она не прилипает к поверхности и при водонасыщении легко отслаивается и сдирается.
3. На минеральной поверхности образуется равномерная битумная пленка, которая хорошо прилипает к поверхности. При водонасыщении такая пленка не отслаивается и не сдирается.
Избыток свободной поверхностной энергии имеется на границе двух любых соприкасающихся фаз. Этот избыток свободной энергии обуславливается различием в напряженности молекулярных сил, действующих в обеих фазах, т. е. различием их. Мерой полярности может служить любое молекулярное свойство фазы, например ее диэлектрическая постоянная, поверхностное натяжение на границе с какой-либо постоянной средой и т. п. Наиболее полярна жидкость с большой диэлектрической постоянной, соответственно, и с большим поверхностным натяжением, молекулы которой обладают дипольным моментом.
В явлениях смачивания полярность играет большую роль: чем меньше разность полярностей на границе раздела твердое тело - жидкость, т. е. чем меньше избыток свободной энергии, тем лучше смачивание.
Силы взаимодействия на границе раздела твердое тело -жидкость, от которых зависят смачивание и прилипание, связаны с силами молекулярными, или вандерваальсовыми, и химическими, или валентными.
Силы Ван-дер-Ваальса представляют собой силы взаимного притяжения между молекулами одного и того же вещества или же между молекулами адсорбируемого вещества и адсорбента (для нашего случая - между материалом и битумом).
В подавляющем большинстве случаев взаимодействие между твердым телом и жидкостью происходит в основном под действием молекулярных сил.
Природа как химических, так и молекулярных сил носит электрический характер. Наиболее простой случай взаимодействия электрических сил представляет собой электростатическое взаимодействие между различно заряженными ионами.
Считается, что лучшее прилипание битума происходит с положительно заряженными минеральными материалами потому, что сам битум обладает отрицательным зарядом, что не бесспорно.
На поверхности минеральных частиц находится слой зарядов, обусловленных наличием свободных, ненасыщенных валентностей у поверхностного слоя ионов, участвующих в построении кристаллической решетки минералов, входящих в состав горных пород.
Следует отметить, что для большинства гидрофильных материалов, применяемых в дорожном строительстве, этот слой ионов обладает несущим отрицательным зарядом.
При современном представлении о структуре асфальтобетона с позиций физико-химической механики как о микро-, мезо- и макроструктурах практически значимы вопросы об улучшении физико-механических свойств каждой из структур.
Улучшение физико-механических свойств данных структур достаточно эффективно достигается высоковольтной обработкой их компонентов электрическими разрядами. При этом изменение физико-механических свойств зависит от условий энергонагружения и типа высоковольтной обработки.
В течение последних 10-15 лет в ТГАСУ разрабатывается высоковольтная технология активации минерального порошка для производства асфальтобетонных смесей повышенного качества. В основе технологии лежит использование излучений и электромагнитных полей высоковольтного коронного разряда. Высоковольтный коронный разряд в газовых средах относится к типу электрических разрядов, возникающих в неоднородном поле при достаточно высокой разнице потенциалов между двумя электродами, один из которых имеет малый радиус кривизны. На рис. 5.2 приведена технологическая схема производства асфальтобетонной смеси с применением минерального порошка с активированной поверхностью.
В процессе производства асфальтобетонной смеси минеральный порошок подвергался в автономном аппарате высоковольтной активации коронным разрядом. Качество асфальтобетонной смеси, при прочих равных условиях, зависит от парам и условий высоковольтной активации.
Особенности основ технологии высоковольтной активации коронным разрядом компонентов асфальтобетона