История асфальта: от природного битума до современных асфальтобетонных заводов

Что появилось раньше: асфальт или асфальтобетон

От природного битума к дорожному покрытию

Когда асфальт появился в России

Первый асфальтовый завод в России

Как появились АБЗ современного типа

Развитие производства асфальтобетона в СССР

Как работает современный АБЗ

Что изменилось в производстве асфальтобетона

Современные АБЗ SOLOMATIC
 

История производства асфальта — это не история одного изобретения. Она складывалась постепенно: от применения природного битума в древнем строительстве до создания промышленных установок, способных автоматически дозировать компоненты и выпускать сотни тонн асфальтобетонной смеси в час.

Ключевыми этапами стали освоение природного асфальта, переход к нефтяному дорожному битуму, появление рецептур асфальтобетона, механизация смешения материалов, развитие лабораторного контроля и автоматизация асфальтобетонных заводов.

 

Что появилось раньше: асфальт или асфальтобетон

В повседневной речи асфальтом называют практически любое «черное» дорожное покрытие. С технической точки зрения необходимо различать несколько понятий.

Битум — органическое вяжущее. Он может иметь природное происхождение или производиться при переработке нефти.

Природный асфальт — природная смесь битума с минеральными компонентами. Такие материалы встречаются в битуминозных известняках, песчаниках и природных асфальтовых озерах.

Асфальтобетонная смесь — рационально подобранная смесь щебня, песка, минерального порошка или материала без него и битумного вяжущего, взятых в заданных соотношениях и перемешанных в нагретом состоянии.

Асфальтобетон — уплотненная асфальтобетонная смесь.

Поэтому выражение «производство асфальта» широко применяется в разговорной речи, но на современном предприятии технологически корректнее говорить о производстве асфальтобетонной смеси.

От природного битума к дорожному покрытию

Природный битум использовали задолго до строительства первых автомобильных дорог. Археологические находки свидетельствуют, что жители Древней Месопотамии применяли его в качестве связующего материала, клея и гидроизоляции. Им скрепляли кирпичи, обрабатывали полы, каналы, резервуары и корпуса лодок.

Однако древнее применение битума нельзя отождествлять с современным асфальтобетоном. Речь шла преимущественно о природном материале, который использовали без промышленного подбора зернового состава и точного дозирования компонентов.

Природное асфальтовое озеро Пич-Лейк на острове Тринидад. Изображение 1885 года
 

В Европе заметный переход к дорожному применению природного асфальта произошел в XIX веке. Сырье добывали во Франции и Швейцарии, в том числе на месторождениях Сейссель и Валь-де-Травер.

В 1829 году асфальтовую мастику применили для устройства пешеходного покрытия в Лионе, в 1835 году — в Париже, а в 1852 году во Франции было устроено одно из первых дорожных покрытий с применением дробленого природного асфальта.

Новое покрытие ценили за ровность, меньшее пылеобразование и более низкий уровень шума по сравнению с булыжными мостовыми. Но высокая стоимость добычи, переработки и перевозки природного материала долго ограничивала его массовое применение.

 

Когда асфальт появился в России

Первые документально описанные опыты применения асфальта в России относятся к концу 1830-х годов и связаны с инженером Иваном Федоровичем Буттацем.

В разных исторических публикациях называются 1838 и 1839 годы. Это можно объяснить тем, что речь идет о нескольких последовательных опытах. Первые участки устраивали в Санкт-Петербурге, используя привозной природный асфальт, нагретый и смешанный с минеральным материалом.

После экспериментальных работ асфальтовое покрытие применили на отдельных тротуарах и участках в районе Тучкова моста. По сравнению с булыжной мостовой новая поверхность была более ровной, меньше пылила и снижала шум от движения конных экипажей.

Картина Антона Иванова-Голубого «Вид Тучкова моста с окрестностями»
 

Распространение технологии сдерживала стоимость импортного природного асфальта. Для массового применения требовались отечественное сырье и собственное производство.

 

Первый асфальтовый завод в России

Историю первого российского асфальтового завода связывают с залежами битуминозных пород в Сызранском уезде Симбирской губернии. Производство разместили на берегу Волги рядом с селом Батраки — территорией современного города Октябрьска Самарской области.

В источниках встречаются разные даты запуска предприятия — от 1872 до 1875 года. Наиболее корректно разделять несколько этапов:

• в начале 1870-х годов началась организация производства;
• в 1874 году инженер-химик Александр Александрович Летний исследовал местные асфальтовые залежи;
• в 1875 году были завершены производственные мощности завода, построенного по разработанному им проекту.

Поэтому часто указываемый 1873 год можно рассматривать как период начала создания предприятия, а 1875-й — как дату завершения строительства промышленного завода.

На предприятии перерабатывали местную асфальтосодержащую породу и получали материал для устройства покрытий. Сызранский асфальт поставляли в Москву, Санкт-Петербург и другие города. Во второй половине 1870-х годов его использовали при устройстве покрытий на Тверской улице в Москве.

Важно учитывать, что Сызранский завод не был асфальтобетонным заводом в современном понимании. Он перерабатывал природное сырье и выпускал асфальтовую мастику. Современный АБЗ работает иначе: нагревает и дозирует отдельные минеральные компоненты, битумное вяжущее, минеральный порошок и добавки, после чего смешивает их по разработанной рецептуре.

 

Как появились АБЗ современного типа

Переход от природного асфальта к искусственно приготовляемой асфальтобетонной смеси произошел во второй половине XIX — начале XX века.

В 1870 году бельгийско-американский инженер Эдвард де Смедт устроил в Ньюарке экспериментальный участок покрытия из горячей смеси минерального материала и битумного вяжущего. Его разработки стали одним из важных этапов формирования технологии современного дорожного асфальтобетона.

В 1901–1903 годах Фредерик Уоррен получил патенты на смесь, получившую название Bitulithic. Она содержала около 6% битумного вяжущего и тщательно подобранный по крупности минеральный материал.

В 1901 году компания Warren Brothers построила в Ист-Кембридже (штат Массачусетс) предприятие, которое отраслевые историки называют одним из первых прототипов современного асфальтобетонного завода. В его конструкции уже просматривались основные принципы промышленного приготовления смеси: нагрев материалов, разделение минеральных компонентов, их дозирование и последующее смешение с вяжущим.

«Устройство покрытия Bitulithic на Адамс-стрит в Лоуэлле, США, начало XX века»
 

Дальнейшее развитие автомобильного транспорта резко повысило требования к дорогам. Старые гравийные и щебеночные покрытия не выдерживали увеличивающихся скоростей и нагрузок, сильно пылили и быстро разрушались. Это ускорило развитие стационарных и перемещаемых асфальтосмесительных установок.

Асфальтобетонные мобильные установки активно использовались в США с 1910 года, создавая различные виды смеси по запатентованным рецептурам. Так, популярными торговыми марками асфальта в то время являлись Bitulithic, Wilite, Romanite, National Pavement, Imperial, Indurite и Macasphalt.

Жесткая конкуренция среди производителей позволила правительству установить высокие требования к качеству материалов, применяемых для создания дорог, а также определить 15-летний срок гарантии на дорожное полотно.

Изображение: briggsamasco.co.uk
 

Развитие производства асфальтобетона в СССР

До конца 1920-х годов асфальтобетонные покрытия в СССР применялись ограниченно. Значительная часть оборудования, дорожной техники и технологических решений имела зарубежное происхождение.

В 1928 году на Волоколамском шоссе под Москвой устроили экспериментальный участок из немецкого холодного материала, известного как дамман-асфальт. Минеральную часть такого состава измельчали, высушивали и смешивали с битумным материалом. Готовую смесь можно было хранить и доставлять к месту работ без повторного нагрева. Укладка такого материала осуществлялась толщиной 7,5 см на щебеночное основание или бетонные плиты.

Изображение: russiainphoto.ru
 

Положительные результаты испытаний стали основанием для организации собственного производства. В августе 1932 года в Москве ввели в эксплуатацию завод холодного асфальта.

Согласно предварительно проведенным испытаниям дамман-асфальта, необходимым компонентом для производства дорог высокого качества являлся известняк крупностью зерна от 0 до 30 мм.

Получение смеси с таким минеральным составом происходило следующим образом: сначала инертный материал измельчался в дробилках Блэка, затем отправлялся в сушильный барабан, где подогревался до температуры 100-120°C, а оттуда поступал в бункер. После этого компонент отправлялся в шаровую мельницу Мюллера, а оттуда — снова в бункер и далее в смеситель, где перемешивался с битумом с добавкой 20-25% антраценового масла. Готовая продукция хранилась на складе под навесом, откуда в холодном состоянии транспортировалась до места строительства дорог.

На предприятии применялась последовательная технологическая схема:

• Известняк дробили.
• Минеральный материал высушивали и нагревали.
• После промежуточного хранения его дополнительно измельчали.
• Подготовленную минеральную часть смешивали с битумным материалом.
• Готовую продукцию охлаждали и отправляли на склад.

Этот завод стал важным этапом промышленного освоения асфальтобетонных технологий в СССР.

Тогда практически все необходимое промышленное оборудование и дорожная техника поставлялась из-за рубежа: из США, Германии и Англии. Для руководства страны плюсы строительства дорог с применением асфальтобетонной смеси были очевидны, но финансовые ограничения и недостаток результатов лабораторных испытаний битума, в том числе нефтяного, сдерживали качественный рост объема дорог из асфальтобетона. Тем более, что используемые за границей рецептуры смеси не подходили под суровые климатические условия России.

Год за годом мировые производители асфальтобетонных заводов улучшали узлы и агрегаты, развивалась технология производства готовой продукции, повышался уровень знаний о компонентах смеси, — все это привело к созданию современного экологичного оборудования для создания гомогенного состава.

 

Как работает современный АБЗ

Современный асфальтобетонный завод представляет собой комплекс технологически связанных агрегатов. Конкретная схема зависит от того, работает установка по циклическому или непрерывному принципу.

На циклическом АБЗ процесс обычно включает несколько этапов.

1. Подача холодных минеральных материалов

Щебень и песок разных фракций загружают в отдельные секции агрегата питания. Ленточные питатели обеспечивают предварительное дозирование и равномерную подачу материалов.

 

2. Сушка и нагрев

Минеральные материалы поступают в сушильный барабан. Горелка создает необходимый тепловой режим, а вращение барабана обеспечивает перемещение, просушивание и равномерный нагрев материала.

3. Сортировка горячих материалов

Элеватор подает нагретый материал в верхнюю часть смесительной башни. Виброгрохот разделяет его по фракциям, после чего материал поступает в соответствующие секции бункера горячих материалов.

 

4. Весовое дозирование

Система управления в соответствии с выбранным рецептом дозирует горячие минеральные материалы, битумное вяжущее, минеральный порошок и предусмотренные рецептурой добавки.

 

5. Смешение

Отмеренные компоненты поступают в смеситель. Продолжительность цикла и последовательность подачи материалов задаются технологической программой.

 

6. Хранение и отгрузка

Готовая асфальтобетонная смесь выгружается непосредственно в автомобиль или направляется в агрегат готовой смеси для кратковременного хранения.

7. Очистка отходящих газов

Пылеулавливающая система отделяет минеральную пыль от газовоздушного потока. Часть уловленного материала в зависимости от рецептуры и технологической схемы может возвращаться в производственный процесс.

 

8. Автоматическое управление

Оператор контролирует производство из кабины управления. Система сохраняет рецептуры, управляет последовательностью операций, регистрирует параметры замесов и сообщает об отклонениях.

Автоматизация сама по себе не гарантирует качество смеси. Результат зависит также от стабильности исходных материалов, корректности рецептуры, точности дозаторов, состояния оборудования, соблюдения температурного режима и работы производственной лаборатории.

 

Что изменилось в производстве асфальтобетона

За два столетия изменилась не только производительность оборудования. Принципиально другим стал подход к управлению качеством.

 

От приблизительного состава — к проектированию смеси

Ранние покрытия производили на основе практического опыта и доступных материалов. Современные смеси проектируют с учетом зернового состава, содержания вяжущего, объемных характеристик, водостойкости, устойчивости к колееобразованию и других эксплуатационных показателей.

В России применяются, в частности, системы проектирования и испытаний, установленные стандартами серий ГОСТ Р 58401 и ГОСТ Р 58406.

 

От ручного перемешивания — к точному дозированию

Современные тензометрические системы позволяют дозировать минеральные материалы, битум, минеральный порошок и добавки по заданной рецептуре. Система управления контролирует каждый производственный цикл.

 

От открытых печей — к контролируемому тепловому процессу

Температуру материалов и отходящих газов измеряют датчики. Автоматика регулирует работу горелки и отслеживает отклонения, способные повлиять на качество смеси или состояние оборудования.

 

От удаления пыли — к управлению минеральным материалом

Современная система пылеулавливания не только снижает выбросы. Она участвует в материальном балансе предприятия: уловленная пыль собирается, транспортируется и при допустимости ее применения дозированно возвращается в смесь либо выводится из процесса.

 

От одной рецептуры — к гибкому производству

На одном АБЗ можно выпускать различные типы асфальтобетонных смесей. Для этого необходимы достаточное количество фракций, точное дозирование, устойчивый температурный режим, подходящая конструкция смесителя и корректно настроенная система управления.

 

От изолированного завода — к цифровому производству

Современные системы позволяют вести архив замесов, формировать отчеты, анализировать расход компонентов, контролировать аварийные события и организовывать удаленную техническую диагностику.

Современные АБЗ от SOLOMATIC

Современный этап развития отрасли объединяет накопленный опыт производства асфальтобетона, автоматизированное управление, российские инженерные компетенции и локализацию изготовления оборудования.

SOLOMATIC производит и поставляет стационарные асфальтобетонные заводы циклического действия серий Smena, Pioneer и Optima. Модельный ряд включает установки различной производительности и комплектации для выпуска асфальтобетонных смесей по заданным рецептурам.

АБЗ серии Pioneer имеют производительность от 120 до 440 т/ч. В стандартную конфигурацию входят шесть бункеров холодных минеральных материалов, шестифракционный виброгрохот с тепло- и шумоизоляцией и семь секций бункера горячих материалов, включая отдельный байпас.

Модульное исполнение облегчает транспортирование оборудования, выполнение монтажных работ и размещение завода на подготовленной производственной площадке.

В 2021 году установка Pioneer 4500, проект которой был реализован командой SOLOMATIC в Республике Татарстан, получила награду конкурса «Инновации в строительной технике в России» в номинации «Асфальтосмесительная установка года».

Сегодня SOLOMATIC развивает российское производство узлов и агрегатов, проектирует комплектацию АБЗ под особенности площадки и сопровождает оборудование на этапах доставки, монтажа, пусконаладки, обучения персонала и дальнейшей эксплуатации.

Подробнее:

• асфальтобетонные заводы от SOLOMATIC;
• АБЗ серии Pioneer;
• реализованные проекты;
• сервисное обслуживание АБЗ.

 

От природного битума к управляемому производству

История асфальта началась не с одного изобретения и не с одного завода. Она прошла несколько принципиальных этапов:

• применение природного битума;
• устройство первых асфальтовых тротуаров и дорог;
• переход к искусственно приготовляемым смесям;
• создание промышленных смесительных установок;
• развитие нефтяных дорожных битумов;
• механизация дозирования и смешения;
• внедрение лабораторного проектирования;
• автоматизация и цифровой контроль производства.

Современный АБЗ — это уже не просто комплекс для нагрева щебня и смешения его с битумом. Это управляемая технологическая система, в которой качество готовой смеси зависит от точности каждой операции: от подачи исходных материалов до отгрузки продукции.