FI94884B - Menetelmä ja laite vaahtobitumin valmistamiseksi - Google Patents

Description

94884

Menetelmä ja laite vaahtobitumin valmistamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä, jolla valmistetaan vaahtobitumia tai vastaavaa sekoittamalla nestettä, 5 kuten vettä ja bitumia. Menetelmän mukaista laitetta voidaan käyttää liikkuvissa stabilointikoneissa tai kiinteissä asfalttiasemissa. Keksinnön mukainen laite käsittää vaahdo-tusreaktorin ja vaahtobitumin levityslaitteet sekä siihen liittyvät putkistot ja säätöön tarvittavat venttiilit.

10 Vaahtobitumin käyttö asfalttitöiden yhteydessä on ennestään tunnettua tekniikkaa. Vaikkakin vaahtobitumin käyttö on ollut yleistä, on menetelmä käytännössä varsin usein aiheuttanut vaikeuksia ja ongelmatilanteita. Aikaisemmissa menetelmissä vaahdotusperiaatteena on ollut se, 15 että vaahdottava aine, yleensä vesi lisätään vaahdotettavaan aineeseen, yleensä bitumiin paineen alaisena, jolloin paine on korkeampi kuin vesihöyryn kyllästyspaine kuuman bitumisen sideaineen lämpötilassa, ja antamalla seoksen paisua paineessa, joka on matalampi kuin mainittu vesi-20 höyryn kyllästyspaine. Edellä esitetyn kaltainen menetelmä ja laitteisto on esitetty suomalaisessa patenttijulkaisussa FI-92842. Tämän julkaisun mukaisessa menetelmässä käytetään lisäksi lisäainetta parantamaan vaahtobitumin ominaisuuksia. Kuulutusjulkaisussa FI-57807 on myös esitetty vaah-25 tobitumin valmistusmenetelmä käyttämällä vettä ja bitumia lähtöaineina. Patentin mukaiset ratkaisut eivät kuitenkaan ole kovin hyvin käytäntöön sovellettavissa, ja esimerkiksi esitetyt veden ja bitumin staattiset sekoittimet saattavat olla helposti tukkeutuvia tai niissä ei saavuteta tasalaa-30 tuista vaahtobitumia.

Aikaisemmissa menetelmissä ja laitteissa on yleensä jätetty huomioimatta vaahdottavan aineen vaikutus reak-tiolämpötilaan. Samoin on jäänyt huomioimatta virtausteiden ja ruiskutuksen vaikutus vaahdotetun aineen vaahdon kestä-35 vyyteen. Tämän johdosta vaahdotettu bitumi ja asfaltti 2 94884 eivät ole olleet tasalaatuisia, ja vaahdotuslaitteiden käytössä on ilmennyt ongelmia.

Kokeissa ja tutkimuksissa on yllättäen tullut esille sellainen asia, joka jatkuvana ketjuna ja muuttumat-5 tomana vaikuttaa koko vaahdotustapahtuman ajan aina ruisku-tushetkeen saakka. Vaahdotustapahtumassa käytössä olevissa vaahdotuslaitteissa tapahtuu reaktion alussa ns. hermoverkon muodostuminen. Verkkomainen rakenne syntyy siten, että kuuman bitumisen sideaineen vaahdotus lämpötilassa korkeassa 10 paineessa ei vaahdottavaan aineeseen siirry vaahdotettavasta aineesta energiaa muualla kuin pintakerroksessa. Tähän vaikuttaa haitallisesti luonnollisesti myös se, että syötettävän vaahdottavan aineen määrä on pieni ja paine korkea, joten tämä nopeuttaa verkkorakenteen syntymistä.

15 Verkkorakenteen muodostaa yksinkertaisuudessaan se, että vaahdotettavan aineen pinnalle syntyy luonnonlakien mukaan molekyylien verkko, joka pyrkii estämään muut muutokset tultuaan itse kylläiseksi. Kun vaahdotettu kuuma bituminen sideaine purkautuu ulos laitteistosta matalassa paineessa, 20 rikkoutuu verkkorakenne sideaineen pinnalta, ja jos on yksi tai kaksi syöttölinjaa, niin aktiivisuuden menettänyt ver-kottunut bitumi vapautuu välittömästi suutinten alueella syöttölinjan kohdalla, ja tämä näkyy valmiissa käsitellyssä materiaalissa tummana verkkomaisena alueena. Tummat tien-25 pinnassa näkyvät raidat johtuvat siis siitä, että verkot-tunutta vaahtobitumia ja reagoimatonta bitumia on runsaimmin näiden suutinalueiden kohdalla, ja muilla suutinalueil-la on ainoastaan reagoimatonta bitumista sideainetta. Ongelmallisinta tässä on, että tapahtunutta virheellistä ; 30 työsuoritusta ei voida havaita kantavuusmittauksilla, mutta todellisuudessa tulos on oletettua huonompaa työtä. Materiaalista on tullut reformoitumisaltista, ja kantavan kerroksen kantavuuden lisäystä ei ole tapahtunut.

Jos esimerkiksi vaahdotettavan aineen lämpötila on 35 yli 180 "c ja vaahdotusvettä käytetään yli 10 % vaahdotet- 3 94884 tavasta aineesta, tai jos vaahdottava aine on lämmitetty esimerkiksi 80 °C lämpötilaan, ja se syötetään korkealla paineella vaahdotuslaitteeseen, voi tapahtua erittäin nopea vaahdottuminen ja voimakas höyryn muodostus, jolloin koko 5 laitteisto saattaa tuhoutua räjähdyksenomaisella purkauksella. Tilanne voi luonnollisesti aiheuttaa vaaratilanteen asfalttikoneen lähellä työskenteleville. Tunnetut vaahtobi-tumin valmistusmenetelmät ovat edellä esitetyn vuoksi vaatineet äärettömän tarkkaa ja huolellista työskentelyä.

10 Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella saavutetaan ratkaisevat parannukset edellä esitettyihin epäkohtiin. Menetelmälle ja laitteelle vaahtobitumin valmistamiseksi on tunnusomaista se, mitä on esitetty jäljempänä seuraavissa patenttivaatimuksissa.

15 Keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen tärkeim pänä etuna voidaan pitää sitä, että niillä saavutetaan tehokkaampi kokonaismenetelmä vaahdotetun kuuman bitumisen sideaineen virtausteiden ja ruiskutuksen toteuttamiseksi kuin tähän asti tunnetuilla ja käytetyillä menetelmillä 20 sekä laitteilla. Keksinnön mukaisessa laitteistossa kuuma bituminen sideaine kiertää koko käyttöprosessin ajan laitteistossa, jolloin ylläpidetään laitteiston toimivuutta, ja käyttölämpötila ei laske missään olosuhteissa. Vaahdotus-reaktorin jälkeiset laitteet on suunniteltu mahdollisimman 25 yksinkertaisiksi, ja lisäksi ne on eristetty lämpöhäiriöi-den pienentämiseksi. Putkistomutkat, supistukset sekä mahdolliset kylmät pinnat on poistettu, jotta vältyttäisiin tukkeumien aiheuttamilta ongelmilta. Jos laitteiston monimutkaisuudesta johtuen kuuma bituminen sideaine on palautu- . · 30 nut lähes alkutilaansa, niin bituminen sideaine on lähes « alkuperäisen bitumin kaltaista ja purkautuu ulos suuttimista raskaan nesteen muodossa. Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella pystytään valmistamaan sekä liikkuvassa systeemissä että paikallaan olevassa asfalttiasemassa 35 korkealuokkaista asfalttia, ja laitteen käyttö helpottuu ja 4 94884 työturvaliisuus paranee.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti oheisiin piirustuksiin viittaamalla.

Kuvio 1 esittää vaahtobitumin valmistusmenetelmää 5 kaaviollisesti.

Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti vaahdotusreaktoria halkileikattuna.

Kuviossa 3 on esitetty jatkuvatoiminen vaahtobitu-mia käyttävän asfalttiaseman virtauskuvio.

10 Kuviossa 1 numero 1 viittaa vaahtobitumin ruisku- tustukkiin. Ruiskutustukki 1 on kaksikanavainen, joista kanavassa 2 virtaa bitumi ja kanavassa 3 vaahtobitumi. Vaahtobitumin jako suoritetaan säätöventtiilien 4 läpi suuttimien 5 kautta. Ruiskutustukille 1 tuodaan vaahtobitu-15 mi putkien 6 välityksellä ja vaahtobitumin määrää säädetään venttiileillä 7. Jakotukki 8 jakaa vaahtobitumin putkille 6. Vaahtobitumi johdetaan jakotukille 8 putken 9 avulla. Ruiskutustukin 1 kanavaa 2 pitkin putken 10 avulla johdetaan käsiteltävä bitumi vaahdotusreaktoriin 17. Jos vaahto-20 bitumin valmistus ei ole käynnissä, voidaan kuumaa bitumia kierrättää ruiskutustukin 1 kanavasta 3 kanavan 11 kautta takaisin bitumisäiliöön, ja linjan sulku tapahtuu venttiilillä 12. Säätöventtiilejä 4 ohjataan mekaanisen tai sähköisen ohjaimen 13 välityksellä, joka saa ohjausimpulssin 25 venttiilien säätöjärjestelmästä 14. Järjestelmä 15 ohjaa vaahtobitumin syöttöä ruiskutustukille 1 säätämällä venttiilejä 7. Vesiputken 16 kautta johdetaan vesi vaahdotusreaktoriin 17. Kuviossa 2 on esitetty vaahdotusreaktori 17, jossa numero 18 viittaa vesisuuttimeen. Numero 19 viittaa : 30 toimilaitteeseen, joka liikuttaa vektoritangon 20 päässä olevaa kartiota 21, joka kuristaa kartion 22 päässä olevaa aukkoa 23. Kuumabitumi johdetaan yhteen 25 kautta tangenti-aalisesti lieriön 24 muodostamaan sylinteriin, jolloin se saa pyörreliikkeen ja puristuu lieriön 24 kartio-osassa 22 35 olevan aukon 23 kautta vaahdotusreaktorin sisäosaan. Vesi- 5 94884 suihku, joka tulee suuttimesta 18, kohdennetaan kartiomai-seen pyörivään bitumisuihkuun 27, jossa painetila on laskenut kasvaneen virtausnopeuden ansiosta. Sekoitin 28 muodos-, tuu pyöreästä tangosta, johon on kiinnitetty sekoitinsiivet 5 29. Näiden sekoittimien 28 tarkoituksena on edelleen homo genisoida ja parantaa vaahtobitumia. Vaahtobitumi poistuu vaahdotusreaktorista 17 aukon 31 kautta yhteeseen 30, joka on sijoitettu tangentiaalisesti vaahdotusreaktoriin 17 nähden. Koko vaahdotusreaktori on eristetty eristeellä 32 10 energiatalouden parantamiseksi. Kuvion 3 virtauskaaviossa numero 1 esittää vaahtobitumin ruiskutustukkia, numerolla 17 on merkitty vaahdotusreaktoreita ja numero 33 viittaa jatkuvaan asfaltin sekoittimeen. Numero 35 esittää vesi- ja bitumilinjojen kolmitieventtiilejä. Numero 36 viittaa veden 15 poistolinjaan ja numero 37 veden tulolinjaan. Vastaavasti numero 38 tarkoittaa bitumin tulolinjaa ja numero 39 bitumin poistolinjaa.

Keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa käytetään seuraavaan tapaan.

20 Kuumennettu bitumi johdetaan bitumisäiliöltä ruiskutustukille 1 kanavan 2 kautta, ja sieltä kanavan putken 10 välitykselle vaahdotusreaktorilie 17, josta bitumi johdetaan putken 9 kautta jakotukille 8, ja siitä . putkien 6 kautta ruiskutustukille 1 kanavaan 3, josta se 25 palautetaan kanavan päässä olevan kanavan 11 kautta takaisin bitumisäiliöön ja lämmitykseen. Kierrätystä jatketaan niin kauan, että laitteiston lämpötila on noussut riittävän korkeaksi. Tämän jälkeen suljetaan venttiilillä 12 bitumin takaisinkierto syöttösäiliöön, ja aloitetaan vaahtobitumin : 30 valmistus syöttämällä vettä vaahdotusreaktoriin 17. Vesi johdetaan putken 16 avulla vaahdotusreaktoriin 17, ja suutin 18 muodostaa vesisuihkun 26, joka syötetään bitu-misuihkuun 27. Kuuma bitumi johdetaan vaahdotusreaktoriin 17 putkiyhteen 25 kautta, joka on yhdistetty tangentiaali-35 sesti lieriöön 24, jotta bitumille saadaan voimakas pyöri- 6 94884 misliike. Bitumisuihku purkautuu vaahdotusreaktorin sisälle aukon 23 kautta, jota säädetään vektoritangon 20 päässä olevan kartion 21 avulla, ja säätö tapahtuu toimielimen 19 vaikutuksesta. Lieriön 24 sisällä oleva bitumi purkautues-5 saan aukosta 23 kuristuu niin paljon, että suihku 27 aiheuttaa voimakkaan ejektorivaikutuksen vaahdotusreaktorin 17 sisälle, ja paineolosuhteet suihkussa 27 muuttuvat oleellisesti . Hyvin sekoittunut vaahtobitumi homogenisoidaan tämän jälkeen vaahdotusreaktorissa staattisen sekoittimen 28 10 siipien 29 avulla, jotka edesauttavat vaahtobitumin pyörimisliikettä. Vaahtobitumi poistuu vaahdotusreaktorista 17 aukon 31 kautta, joka on liitetty putkiyhteeseen 30. Poisto tapahtuu tangentin suunnassa. Syntynyt vaahtobitumi johdetaan putken 9 välityksellä jakotukille 8, jossa ovat vent-15 tillit 7 jakamassa paineen alaista vaahtobitumia ruiskutus-tukille 1. Venttiilien 7 tarkoitus on varsinkin liikkuvaa kalustoa käytettäessä laitteen ollessa vinossa asemassa, jakaa paineistetun vaahtobitumin määrä oikeassa suhteessa ruiskutustukille 1. Säätöjärjestelmä 15 ohjaa toimielinten 20 13 välityksellä venttiilejä 7 sen suhteen, miten asfaltti- kone on kallistunut. Ruiskutustukin 1 venttiilit 4 säädetään ohjainlaitteiden 13 ja säätöjärjestelmän 14 avulla siten, että putkistossa ja kanavassa 3 on riittävä paine, . jottei höyryn muodostumista pääse syntymään, ja varsinainen 25 vaahdotus tapahtuu vasta suuttimien 5 jälkeen. Vaahdotuksen ollessa käynnissä suljetaan säätöjärjestelmällä 14 venttiili 12, ja estetään vaahtobitumin pääsy bitumisäiliöön.

Koska kiinteällä asfalttiasemalla on edullista sekoittaa karkeaan sepeliin ja hienoon jakeeseen erikseen : 30 vaahtobitumia, tulee asfalttiasema tämän vuoksi varustaa kahdella vaahdotusreaktorilla. Vaahdotusreaktori ja siihen liitetyt laitteet toimivat koko toimenpiteen ajan käyttölämpötilassa, ja vaahdotettava kuuma bituminen sideaine on lämpötila-alueella 145 - 165 "C. Vaahdotusreaktori toimii 35 niin, että vaahdotukseen tarvittava kuuma bituminen sideai- • · 7 94884 ne tulee reaktoriin paineessa 4 baria, ja reaktion aikana kohtaa vaahdottavan aineen 0,8 barin absoluuttisessa paineessa. Tällainen paine saavutetaan ejektorivaikutuksen alaisena, koska bitumisuihku 27 saatetaan niin voimakkaa-5 seen virtausnopeuteen aukon 23 kuristuksen seurauksena, että vaahdotuspaine on alle ilmakehän paineen. Vaahdotus-reaktorin 17 loppuosassa ja reaktoriin liittyvissä ruisku-tuslaitteissa vaahdotetun sideaineen paine on noin 3,5 baria, jolloin ruiskutussuuttimista ulos purkautuva viuhka-10 mainen suihku on vaahdotettua ainetta, eikä hermoverkkoa1-miötä ole havaittavissa.

Liikkuvassa asfalttikoneessa säädetään vaahdotus-reaktori käsiteltävän vaahdotettavan bitumimäärän ja vaahdottavan aineen paineen ja virtausmäärän mukaan, ottaen 15 huomioon kaistan leveys, materiaalin kerrospaksuus ja toi-menpidenopeus sekä vaahtobitumin lisäysprosentti. Tieto voidaan siirtää joko automaattisesti tai manuaalisesti vektoriarvona vaahdotusreaktoriin, jolla säädetään aukon 23 suuruutta. Vaahdotusreaktorissa on reaktiohetkellä aina 20 sama absoluuttinen paine ja virtausnopeus, jolloin vaahdot-tuminen tapahtuu niin, että hermoverkkoilmiötä ei muodostu, ts. kääntäen syntynyt vaahdotettu tuote on yksi ja sama homogeeninen aine, ja käsitellystä materiaalista tulee aina normit täyttävä tuote. Vaahdotusreaktori, joka toimii 25 vektorikenttäkaavion mukaisessa tilassa, muodostaa aina täydellisesti vaahdottuneen bitumisen sideaineen lämpötila-alueella 145 - 165 *C. Myöskin alhaisemmalla lämpötila- alueella 125 - 145 ‘c voidaan käyttää vaahdotusreaktoria moitteettomalla tuloksella, mutta toimintateho on tuolla ; 30 lämpötila-alueella matala ja stabilointinopeus epätaloudel lisen alhainen. Jotta paikalla suoritettu stabilointi saataisiin tasaisen homogeeniseksi stabilointikaistan kallistuksista huolimatta, on laitteistoon kehitetty edellä kuvatun kaltaiset venttiilijärjestelmän venttiilit 7, 35 joilla saavutetaan joko manuaalisesti tai automaattisesti 8 94884 vaahtobitumin virtausta säätelevä kokonaisuus. Keksinnön mukaista laitteistoa ja menetelmää sovellettaessa kuuma-asfalttikoneisiin, saavutetaan niillä huomattavia säästöjä. Säästöjen suuruutta kuvaa mm. se, että hankintakustannukset 5 pystytään kuolettamaan ensimmäisen käyttövuoden aikana.

Keksinnön mukainen menetelmä ja laite vaahtobitumin valmistamiseksi voidaan luonnollisesti varsinkin laitteiston osalta toteuttaa toisin kuin tässä hakemuksen mukaisessa sovelletusesimerkissä. Niinpä virtauskaaviot on 10 mahdollista toteuttaa toiseen tapaan kuin hakemuksessa on esitetty. Myös itse laitekonstruktiot voivat poiketa hakemuksen mukaisista ratkaisuista. Vaahdotusreaktori ja varsinkin siinä olevat sekoitin ja ejektori voidaan toteuttaa toiseen tapaan, kuin mitä tässä hakemuksessa on esitetty.

15 Myös jakotukkien ja säätöventtiilien toteutus voidaan suorittaa toisin joutumatta tämän hakemuksen mukaisen keksinnöllisen ajatuksen ulkopuolelle.

tl : «il .t Hiili 1 . i dl

Claims (9)

9 94884

1. Vaahtobitumin tai vastaavan valmistusmenetelmä, jossa bitumista tai vastaavasta sideaineesta valmistetaan 5 höyrystyvän nesteen kuten veden avulla vaahtobitumia käyttäen hyväksi veden olomuodon muutoksia paineen ja lämpötilan vaihteluiden seurauksena, tunnettu siitä, että vaahdottavaa nestettä, kuten vettä sekoitetaan bitumiseen sideaineeseen paineessa, joka on alempi kuin normaali 10 ilmakehän paine, ja että mainittu paine saadaan synnytettyä kasvattamalla bitumin virtausnopeutta ja saattamalla se pyörivään liikkeeseen poikittaisesti virtaussuuntaansa nähden ja muodostamalla bitumista kartiomainen renkaan muotoinen suihku, johon vesisuihku suunnataan sekä antamal-15 la vaahtoutuneen bitumisen sidosaineen virtauspaineen kohota tämän jälkeen paineeseen, joka on yhtä suuri tai lähes yhtä suuri kuin vesihöyryn kyllästyspaine sideaineen bitumin lämpötilassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukaisessa vaahtobitumin 20 tai vastaavan valmistusmenetelmässä käytettävä laitteisto, jolla valmistetaan vaahtobitumia tai vastaavaa, ja joka käsittää vaahdotusreaktorin (17) vaahtobitumin levityslait-teet (l, 3, 5), putkistot (6, 8, 9, 10, 11) sekä säätöön , tarvittavat venttiilit (4, 7, 12), tunnettu siitä, 25 että vaahdotusreaktorin (17) sisällä toisessa päässä on säädettävällä rengasmaisella aukolla (23) varustettu vaippa (24) ja toisessa päässä sekoitin (28).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, t u n -n e t t u siitä, että vaahdotusreaktorissa (17) olevan ; 30 vaipan (24) rengasmaisen aukon (23) suuruus on säädettävis sä kartion (21) avulla, joka on kiinnitetty vaahdotusreaktorin (17) pituusakselin suunnassa liikkuvaan vektoritan-koon (20), ja että mainittua vektoritankoa (20) käyttää toimilaite (19). • 94884 10

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, t u n -n e t t u siitä, että vaahdotusreaktorin (17) bitumin sisääntuloyhde (25) ja poistoyhde (30) on sijoitettu vaahdotusreaktorin (17) ulkopuolelle tangentiaalisesti siten, 5 että ne tehostavat bitumin pyörimisliikettä.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että vaahtobitumin valmistukseen käytettävän veden suihkutusta varten on suutin (18), joka suuntaa vesisuihkun (26) pyörivään bitumisuihkuun (27).

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tun nettu siitä, että ruiskutustukki (1) muodostuu kahdesta kanavasta (2) ja (3), joiden väliseinä muodostaa lämmön-siirtopinnan, ja että mainittuun ruiskutustukkiin (1) on liitetty useita putkia (6) vaahtobitumin johtamiseksi 15 ruiskutustukille (1), jonka kallistuman aiheuttamien vir-tausmuutosten eliminoimiseksi on putkiin (6) sovitettu säädettävät venttiilit (7).

7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, t u n -n e t t u siitä, että kuuma bitumi on kierrätettävissä 20 koko käyttöprosessin ajan vaahdotusreaktorissa (17) ja putkistossa kanavaan (11) sijoitettua venttiiliä (12) säätämällä, ja että putkistot ja vaahdotusreaktori (17) on lämpöeristetty bitumin jähmettymisen estämiseksi.

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, t u n - 25. e t t u siitä, että kiinteällä asfalttiasemalla on yksi tai useampia vaahdotusreaktoreita eri rakeisuusastetta olevalle karkealle sepelille ja hienoainekselle, ja että lämpöeristetyt putkistot, ruiskutustukki (1) ja vaahdotusreaktori (17) ovat sähkölämmityksellä varustettuja.

9. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tun nettu siitä, että vaahdotusreaktori (17) tai useampi on kytketty toimimaan jatkuvatoimiseen massakoneeseen tai annoskoneeseen. il i rttu Milli l i»m , i • · 11 94884