EVALUAREA STATIILOR DE ASFALT IN TERMENI DE PERFORMANTA

Un studiu de caz pentru Turcia

Obiectivul principal al acestui studiu este de a evalua performanţa  staţiilor de asfalt şi de a face comparaţie între cererea reală în Turcia şi în lume. Pentru a atinge acest obiectiv sunt explicate etapele de producţie ale  staţiilor de asfalt. In prima secţiune a acestei lucrări sunt introduse  sarcinile principale ale statiei de asfaltare indiferent de metoda de producţie. În secţiunea a doua a acestui studiu vor fi prezentate  principalele atribuţii ale staţiilor de asphalt si sunt comparate instalaţiile de tip continuu cu cele de tip lot.

Avantajele şi dezavantajele fiecărui tip de statie de asfalt sunt introduse in studiu. În cele din urmă statiile de asfalt sunt comparate dupa criterii ce priveşte performanţa de producţie, calitatea produsului, procesele de control ale calităţii, eficienţa şi conditiile de mediu din Turcia.

1. Introducere

Primul exemplu de construcţie de drumuri moderne, cu liant este intalnit înNottingham în 1848 (Lincoln Road) în care gudronul este utilizat ca liant. In 1858 bitumul este folosit ca o suprapunere de ciment peste straturile de beton în Paris. Caracteristicile moderne actuale de compozitie bituminoasa fierbinte sunt de la inceputul secolului 20. Populartatea tot mai mare a masinilor a facut ca liantul bituminous sa fie in permanenta imbunatatit datorita studiilor effectuate in domeniu. Investigaţiile cu privire la amestecurile bituminoase la cald (beton si asfalt), arată că performanţele pavajului sunt dependente de proiectare, producţie şi cerere.

Procesul de producţie de beton asfalt in principiu constă în trei paşi. Acestea sunt încălzirea liantului şi agregatelor la temperatura amestecului, alimentare cu cantitatea exactă de material a mixerului şi  malaxarea pentru a produce un amestec uniform (Yonar, 2006), principala problema a procesului tehnologic fiind amestecarea cat mai uniforma a compozitului. Primul malaxor mecanic a fost folosit in anul 1854 in Paris, lipsa unor malaxoare performante ducea in acele vremuri la prelungirea duratei de executie. Warren Brothers Company a produs prima fabrica moderna în 1901.

1

2. Funcţia principală a staţiei de asfalt

O statie de asfalt este alcatuita din echipamente electronice si mecanice care au rolul de a usca si de a amesteca agregatele cu liant pentru a produce beton asfalt. Staţiile de asfalt pot fi clasificate în funcţie de capacitatea lor deşi metodele de producţie (Yonar, 2006). Practic statiile sunt clasificate în două tipuri:

de tip lot de tip continuu

Diferentele intre cele doua tipuri de statii constau in stilul de mixare, stilul de alimentare, si procesul de productie.

Statiile cu process continuu sunt cunoscute si sub numele de tambur-mix , procesul de realizare a asfaltului in acestea consta in uscarea continua a agregatelor pentru a ajunge cu minim de apa in malaxor unde se amesteca cu liant.

Procesul de productie in statiile de tip lot consta in uscarea in prealabil a agregatelor printr-un sistem de transportare la uscatoare si apoi colectare in turnul de productie unde se amesteca cu liant in mod corespunzator cu greutatea. Este o instalatie de productie discontinua , cantitatea lotului depinde de marimea malaxorului.

O instalatie trebuie sa aiba functiile principale pentru a produce independent beton-asfalt indiferent de tipul de statie. Acestea sunt:

1. Stocarea si tratarea materiei prime si a produselor.2. Uscarea si incalzirea materialelor3. Controlul emisiilor4. Amestecarea agregatelor cu liantul.

2.1. Stocarea materialelor

Calitatea asfaltului depinde foarte mult de materialele utilizate in productie. In consecinta corecta depozitare si tratare a materialelor are o mare importanta. Un alt factor important este de a oferi o producţie standard şi acest lucru este posibil doar prin alimentare controlata, continuă şi de stocare suficient pe instalaţiei. Problemele care afectează calitatea produsului in spatul de stocare sunt:

contaminarea de agregate acumularea de umiditate în grămezile de stocare agregate din cauza sistemelor

de drenaj defectuase gruparea incorecta in depozitul de stocare

defecte în concasare.

2

Statiile de asfalt sunt echipate cu silozuri sau depozite pentru a minimiza efectele asupra producţiei din cauza problemelor în şantierele de construcţii sau de transport. Aceste componente sunt clasificate în două tipuri de depozite pentru timp lung sau scurt. Aceste silozuri sunt izolate şi ar putea păstra amestecul cald pentru aproximativ 24 ore. Capacitatea lor poate ajunge până la 100 tone.Depozitele sunt pentru a fi păstrate timp scurt. În instalaţiile continue depozitele de stocare sunt necesare din cauza de producţiei neintrerupte.

2.2. Uscarea si incalzirea materialelor

Asfaltul este produs la temperaturi de 160-180 de grade Celsius in scopul de a obtine o vascozitate adecvata a liantului si pentru a scoate umuditatea din agregat. Inainte ca agregatele sa intre in compozitie acestea se incalzesc si umiditatea este eliminata, tot procesul este realizat intr-un uscator in forma de cilindru cu o raza cuprinsa intre 1,5-3 m si o lungime intre 6-12 m. Pentru a permite fluxul neintrupt al uscatorului acesta este inclinat in plan vertical cu 2 pana la 10 grade. Instalatia mai are in afara cilindrului un arzator care produce caldura, un ventilator care sufla aerul in interior si un collector de praf.

Procesul de uscare este faza cea mai costisitoare de producţie din cauza combustibililor consumati. Liantul de bitum este un material termoplastic şi trebuie să fie încălzit la 160 - 180 ° C pentru o vâscozitate adecvata şi de asemenea, asfaltul trebuie păstrat cald în silozuri incalzite. Toateaceste procese de încălzire se fac de către sistemul de conducte de ulei fierbinte. Uleiul este încălzit cu energie electrică sau combustibilşi direcţionat către sistemul de conducte.

2.3. Sistemul de control al emisiilor

Aerul care trece prin uscator colecteaza particulele fine de agregate si le directioneaza catre sistemul de filtrare. Cantitatea de praf degajata este in functie de cantitatea si dimensiunea materialului uscat si viteza aerului prin instalatie. Sistemul de control al emisiilor este alcatuit din colectori primari si colectori secundari.

Catalizatoarele filtreaza aerul care vine din uscator si il elibereaza in atmosfera.Colectorii primari: Scopul principal al colectorilor primari este de a filtra si

colecta grosier particulele din fluxul de aer. Colectorii primari sunt de tipul cutie Knock-out si colectori cyclone.

Tipul de colector de baza este cutia Knock-out. Viteza fluxului de aer trebuie sa fie scazuta in interiorul cutiei astfel incat particulele de praf sa se poata depune. Particulele minuscule reusesc sa treaca de acest filtru si sunt filtrate de colectorii secundari.

Colectorii de tip cyclone sunt mai eficienti decat colectorii de tip cutie knock-out. Ei folosesc principiul centrifugarii pentru centrifugare. Gazele sunt rotite in colector; particulele

3

care lovesc peretele intern sunt colectate in interiorul acestora. De asemenea si scaderea vitezei fluxului de aer si schimbarea directiei de rotatie au un efect pozitiv asupra filtrarii. Particulele minuscule care reusesc sa treaca de acest filtru sunt directionate ca si in cazul colectoriilor de tip Knock-out catre colectorii secundari.

Colectorii secundari: Filtrarea particulelor minuscule se face de catre colectorii secundari. Colectorii secundari sunt de tipul filtre de aer si epuratoare umede.

Filtrul de aer este alcatuit dintr-o structura mare de metal cu multe pungi de filtru textil in interior ajungand pana la 800 de saci de filtru. Principiul de lucru al filtrului de aer este la fel ca cel al aspiratorului. Gazele incarcate cu particule minuscule se vor deplasa prin cutia metalica iar particulele fine vor fi retinute de fibrele textile. Daca sunt utilizate corect filtrele pot retine pana la 99% din particulele fine.

Scopul epuratoarelor umede este de a filtra gazele prin apa. Apa este pulverizata in fluxul de aer. Este necesar un bazin de sedimentare pentru a refolosi apa utilizata. Epuratoarele umde ofera o mai buna filtrare decat filtrele de aer. Totusi aceastea au unele probleme in practica, o problema fiind consumul ridicat de apa si curatarea apelor reziduale necesita un efort suplimentar.

2.4. Amestecarea liantului cu agregatele

Asfaltul este format din agregate, liant si substante chimice, daca este necesar. Timpul de productie este diferit in functie de cele doua tipuri de statii de asflat. La statiile continue liantul si agregatele sunt amestecate in turnul de productie.

3. Procesul de productie al statiilor de asfalt

3.1. Statiile de asflat de tip lot

Statiile de asfalt de tip lot produc asfalt in sarje, cantitatea produsa depinde de marimea malaxorului, exista pe piata malaxoare de la 1800-7200 kg de asfalt intr-o sarja. Agregatele depozitate in buncar sunt diretionate in uscator pe banda transportoare. Agregatele sunt uscate si incalzite, apoi urcate in lift si transportate in unitatea de productie. In unitatea de productie agregatele sunt sortate dupa marime in 3-4 dimensiuni, apoi agregatul este regrupat si colectat in buncarele incalzite, in turnul de productie.

In functie de compozitia dorita agregatele se dozeaza ponderat intr-un vas special de metal inainte de a fi adaugate la amestec. Procesul de cantarire se face cumulativ pentru fiecare sort in parte, dupa care agregatele sunt rasturnate in malaxor. Cantitatea de liant este cantarita si pulverizata in malaxor peste agregate.

In general in instalatiile moderne malaxorul este alcatuit dintr-o camera de amestec captusita cu doi arbori orizontali pe care sunt dispuse mai multe palete de amestecare. Aceste palete se pot ajusta pentru a realiza un amestec cat mai omogen. Cantitatea de materiiale introduse in cuva nu trebuie sa atinga limita superioara a

4

malaxorului, dar nici cea inferioara deoarece aceasta influenteaza calitatea amestecului. Statiile de tip lot pot avea doua unitati de productie pentru cazurile in care cererea de asfalt creste. In plus fata de statiile standard cele duble au un uscator, un turn de productie si componente de control al emisiilor. In cazul in care cererea variaza se pot folosi ambele unitati de productie sau numai una.

3.2. Statiile continue de asfalt

Spre deosebire de instalatiile de tip lot instalatiile de tip continuu prezinta un cilindru malaxor prevazut cu un arzator pentru uscarea si incalzirea agregatelor. Uscarea si incalzirea agregatelor nu se mai realizeaza in instaltii diferite ci in cilindrul malaxor. Gradarea agregatelor este controlata de sitemul de alimentare. Agregatele indreptate catre uscator trebuie sa fie gradate corespunzator deoarece nu se mai poate realiza controlul dupa dozaj. Pentru a evita pierderea calitatii produsului din cauza greselilor de dozare agregatele trebuie sa fie stocate si grupate cu atentie in instalatii. Liantul este pulverizat proportional cu cantitatea agregatelor. Agregatul este uscat si incalzit in prima parte a malaxorului, iar in a doua parte liantul este pulverizat si produs asfaltul. In cazul statiilor de tip continuu depozitele si silozurile sunt necesare datorita productiei continue.

4. Capacitatea si performanta statiilor

Asfaltul este un material de constructie scump. Costul ridicat al asfaltului este infuentat de materialele scumpe, liantii, consumul mare de combustibil si costurile ridicate cu investiile pentru productie. Amortizarea investitiei se va face pe o perioada lunga de timp. Datorita cauzelor mentionate instalatiile trebuie sa fie folosite la capacitate optima si maxima performanta

4.1. Capacitatea practica si teoretica

Statiile de asfalt sunt impartite de producatori in functie de capacitatea de productie pe ora. Aceste capacitati sunt in general capacitati teoretice si sunt calculate cu o marja de 5%

4.2. Efectul randamentului scazut

Randamentul scazut al statiilor de asfalt intarzie ciclul tehnologic de executie. In astfel de cazuri echipa de constructie va fi nevoita sa astepte asfalt de la statie. Timpul de asteptare va fi prelungit in cazul in care distanta dintre santier si statie va fi mare. Aceasta situatie va forma rosturi de turnare in constructia drumului, autostrazii.

5

4.3. Costurile de logistica si intretinere

Pe lângă instalaţia şi costurile de producţie, costurile de intretinere si logistica au un efect important asupra costurilor totale. Toate statiile au nevoie de utilaje de constructii, echipamente si personal. Numărul de personal în instalaţii de diferite capacităţi, este aproximativ aceleaşi. Numărul de utilaje nu prezintă diferenţe mari, dar costurile operationale si de intretinere sunt mai mari in statiile cu o capacitate mare.(Simge, 2005)

4.4. Amprenta Instalatiei de productie asupra terenului

Amprenta statiei poate sa nu difere in functie de capacitatea statiei. Dimensiunea turnului de productie, uscatorul, sistemul de control al emisiilor poate sa difere in functie de capacitatea de productie a statiilor dar nu afecteaza aria totala a complexului.

4.5. Capacitatea uscatorului

Capacitatea uscatorului influenteaza cel mai mult capacitatea de productie a statiei. Agregatele care nu sunt uscate in totalitate nu pot fi utilizate pentru producerea asflatului. Un uscator care nu este corelat cu capacitatea statiei poate reduce productie statiei si consumul de combustibil.

4.6. Efectul randamentului crescut

Calitatea produsului este dependenta de stabilitatea temeraturii de productie. Inainte de inceperea productiei toate echipamentele sunt la temperatura mediului, dupa inceperea productiei toate echipamentele ajung la temperatura de productie. Inainte de a se ajunge la o anumita temperatura numita „temperatura stabila” calitatea produsului poate fi scazuta, din acest motiv pentru a oferi o calitate buna statiile nu trebuie sa fie oprite inainte de terminarea productiei cantitatii totale. (Simge, 2005) (figura 1)

6

Figura 1. Calitatea produsului in raport cu timpul

In statiile cu capacitate mare de productie, procesul se va opri datorita capacitatii scazute a utilajelor de punere in opera a asfaltului. In acest timp echipamentele se vor raci. Cand echipa de constructii are nevoie de mai mult asflat atunci statia va produce asfalt la o temperatura mai mica decat „temperatura stabila”, acest lucru va conduce la scaderea calitatii asflatului. (Simge, 2005) (figura 2)

7

In plus, intreruperile de productie conduc la cicluri de dilatare – contractie a echipamentelor, lucru care poate reduce durata de viata a echipamentelor ceea ce implica cresterea costurilor de intretinere. (Simge, 2005)

5. Concluzii

Obiectivul acestui studiu este de a evalua performanta statiilor de asfaltare in condiitiile din Turcia.

5.1. Stocare si alimentare

Depozitele de agregate in instalatiile de tip continuu au nevoie de o atentie suplimentara in comparatie cu instalatiile de tip lot. Defectele de proportionalitate a agregatelor afecteaza in mod negativ calitatea produsului. Aceste probleme pot fi combatute in instalatiile de tip lot cu ajutorul buncarelor de materiale sortate si cu ajutorul incalzitorului de material. Liantul si agregatele pot fi combinate in raporturi precise in instalatiile de tip lot. In statiile de tip continuu problemele pot aparea datorita alimentarii continue cu material.

5.2. Uscarea si incalzirea

Este cunoscut faptul ca uscatoarele opuse fluxului de productie sunt mai eficiente decat uscatoarele paralele cu fluxul. Uscatorul este un echipament principal care poate afecta calitatea si capacitatea de productie a statiei. Uscatoarele trebuie sa fie corelate cu capacitatea de productie a instalatiei.

5.3. Productia

Procesele de grupare, colectare si control al calitatii se repeta in turnul de productie al statiilor de tip lot, de asemenea, procesul cumulativ de cantarire asigura raportul corect dintre liant si agregate. Astel se obtine o crestere a calitatii in productie. Numarul echipamentelor mai redus in instalatiilor de tip continuu. In acest tip de instalatii temeratura echipamentelor este constanta ceea conduce la un produs de inalta calitate.

5.4. Capacitatea

Capacitatea statiilor de tip lot ajunge pana la 300 tone/ora, iar capacitatea statiilor statiilor de tip continuu pot ajunge pana la 450 tone/ora datorita productiei continue. Dupa cum am mentionat calitatea produsului nu este influentata de capacitatea de productie a instalatiei. O calitate ridicata a produsului poate fi furnizata

8

de o statiei cu capacitate optima. Capacitatea optima a statiilor din turcia a fost 150-200 tone/ora in 1995 (Figura 3).

Figure 3: Optimum Plant Capacity for Turkey, 1995 (Simge, 2005)

Figure 4: Optimum Capacity for Turkey, 2005 (Simge, 2005)

5.5 Costuri

Costurile de investitie si intretinere sunt mai mari in instalatiile de tip lot din cauza componentelor mai numeroase (turn de productie, buncare incalzite, unitatea de control a calitatii). Personalul de utilizare a instalatiilor este acelasi pentru ambele tipuri. Consumul total de energie este mai mare in instalatiile de tip lot.

Intr-o evaluare generala statiile de tip lot sunt utilizate in mod obisnuit in Turcia din cauza metodelor de productie cu defecte scazute. Statiile de tip continuu sunt

9

folosite de unele companii publice si private pentru santierele de mici dimensiuni in special in zonele rurale.

10