Технологии производства материалов и изделий и автоматизация технологических процессов на предприятиях дорожного строительства

АБДУЛХАНОВА М.Ю.,
ВОРОБЬЕВ В.А., ПОПОВ В.П.

Учебное пособие

Москва
СОЛОН-Пресс
2020

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА 
МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ 
И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
ПРОЦЕССОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ 
ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

УДК 691.002.004.8.666:5.011 .05.666.97
       А 75

А75  
Абдулханова М.Ю., Воробьев В.А., Попов В.П. Технологии 
производства материалов и изделий и автоматизация технологических процессов на предприятиях дорожного строительства. Учебное пособие. – М.: СОЛОН-Пресс, 2020. – 564 с.

ISBN 978-5-91359-108-1

 
 
В учебном пособии рассмотрены вопросы разновидностей и 
свойств дорожно-строительных материалов, технологии приготовления полуфабрикатов и изделий, используемых в дорожном 
строительстве, и автоматизации процессов их приготовления.
 
 
Пособие представляет интерес для специалистов-практиков дорожного строительства, студентов архитектурных и 
строительных, а также автомобильнодорожных вузов и факультетов.

УДК 691.002.004.8.666:5.011 .05.666.97

Рецензенты:  д-р технических наук, профессор С.Ф.Коренькова
 
 
д-р технических наук, профессор А.Б.Николаев

ISBN 978-5-91359-108-1   
©  СОЛОН-Пресс, 2020 
 
©  Абдулханова М.Ю., Воробьев В.А.,
 
 
Попов В.П., 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ

РАЗДЕЛ I. ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  ....... 7
ГЛАВА 1. Основы дорожно-строительных материалов  ................... 7
.. Свойства дорожно-строительных материалов  ......................... 7
.2. Природные каменные материалы  ..............................................  6
.3. Минеральные вяжущие вещества  .............................................  24
.3.. Воздушная известь  ..............................................................  25
.3.2. Портландцемент  ...................................................................  25
.3.3. Производство портландцемента  .....................................  32
.3.4. Разновидности портландцемента  ...................................  47 
.4. Бетоны  .................................................................................................  50
.4.. Классификация бетонов  ....................................................  52
.4.2. Заполнители для бетона  ....................................................  57
.4.3. Вода для приготовления бетонной смеси  ....................  64
.4.4. Основные свойства бетонной смеси  ..............................  65
.4.5. Основные свойства бетона  ................................................  69
.4.6. Подбор состава бетона ........................................................  75
.4.7. Дорожный бетон и другие виды бетонов  .....................  78
.5. Органические вяжущие материалы  ..........................................  84
.5.. Классификация органических вяжущих 
 
и их свойства  ..........................................................................  87
.5.2. Битумы  ....................................................................................  89
.5.3. Добавки, вводимые в органические вяжущие 
 
материалы  ...............................................................................  95
.6. Асфальтобетон  ..................................................................................  97
.6.. Классификация асфальтового бетона  ...........................  98
.6.2. Свойства асфальтобетона  ................................................ 0
.6.3. Сопротивление асфальтобетона различной 
 
структуры транспортным нагрузкам   ......................... 06
.6.4. Материалы для асфальтобетона  ................................... 07
.6.5. Технологические особенности 
 
теплого асфальтобетона  ................................................... 3
.6.6. холодный асфальтобетон  ................................................ 4
.6.7. Литой асфальтобетон  ........................................................ 5
ГЛАВА 2. Разработка месторождений горных пород  .................. 7
2.. Проектирование карьеров нерудных материалов  .............. 7
2.2. Разработка горных пород  ........................................................... 2

РАЗДЕЛ 2. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ 
 
ДОРОЖНОГО ХОЗЯЙСТВА  ......................................................... 32
ГЛАВА 3. Проектирование производственных предприятий  ... 32
3.. Организация производственных предприятий в условиях 
 
линейного дорожного строительства  ..................................... 32
3.2. Классификация и размещение производственных
 
предприятий дорожного строительства  ................................ 37
ГЛАВА 4. Технология производства каменных материалов  ..... 39
4.. Основные процессы работы камнедробильных заводов  . 39
4.2. Переработка гравийно-песчаных материалов  ..................... 47
4.3. Приготовление дробленого песка  ............................................ 50
4.4. Дробление горных пород на щебень  ....................................... 5
4.5. Производство минерального порошка 
 
для асфальтобетона  ....................................................................... 52
4.6. Обогащение и улучшение каменных материалов  .............. 55
ГЛАВА 5. Технологическое оборудование для переработки 
 
и транспортирования материалов  ................................................... 65
5.. Машины для измельчения (дробления) и сортировки
 
каменных материалов  .................................................................. 65
5.2. Оборудование для транспортирования материалов  ......... 86
ГЛАВА 6. Технология производства битумных материалов 
 
и дорожных эмульсий  .......................................................................... 204
6.. Базы битумных материалов  ....................................................... 204
6.2. Технологические процессы подготовки органических
 
вяжущих  ........................................................................................... 208
6.3. Приготовление битумных эмульсий  ...................................... 27
6.4. Транспортирование битума  ....................................................... 22
6.5. Контроль качества эмульсий  ..................................................... 224
ГЛАВА 7. Заводы для приготовления 
 
асфальтобетонных смесей  ................................................................. 227
7.. Классификация асфальтобетонных заводов  ........................ 227
7.2. Приготовление асфальтобетонной смеси  ............................. 234
7.3. Асфальтосмесительные установки  .......................................... 244
7.4. Агрегаты асфальтосмесительных установок  ....................... 253
7.5. Переработка старого асфальтобетона  .................................... 279
7.6. Контроль качества исходных материалов 
 
и асфальтобетонной смеси  ......................................................... 284

ГЛАВА 8. Проектирование заводов  по приготовлению  
 
цементобетонных смесей  ................................................................... 288
8.. Классификация цементобетонных заводов  ......................... 288
8.2. Технологические процессы приготовления 
 
цементобетонной смеси ............................................................... 296 
8.3. Оборудование для приготовления 
 
цементобетонной смеси ............................................................... 297
8.4. Организация складов на цементобетонном заводе  ........... 326
8.5. Транспортирование цементобетонных смесей  .................... 339
8.6. Контроль качества цементобетонной смеси  ........................ 342
ГЛАВА 9. Технология изготовления железобетонных изделий  ... 344
9.. Общие сведения о железобетоне  ............................................. 344
9.2. Изделия из железобетона для транспортного
 
строительства  .................................................................................. 346
9.3. Классификация заводов по изготовлению 
 
железобетонных изделий ............................................................ 346
9.4. Технология производства железобетонных изделий  ........ 349
9.5. Способы производства железобетонных изделий  ............. 350
9.6. Формовочная оснастка  ................................................................ 362
9.7. уплотнение цементобетонной смеси на стадии 
 
формования изделия  .................................................................... 364
9.8. Тепловая обработка железобетонных изделий  ................... 367
9.9. Организация склада готовой продукции  .............................. 369
9.0. Контроль качества железобетонных изделий  ..................... 37
РАЗДЕЛ 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ 
 
ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА  ............................................. 375
ГЛАВА 10 . Основные принципы автоматизации 
 
технологических процессов, оборудования и машин .......... 375
0.. Общие положения. Понятия объекта 
 
и среды управления ........................................................................375
0.2. Структура управления: подсистемы нижнего 
 
и верхнего уровней .........................................................................380
0.3. Сигналы ..............................................................................................392
0.4. Критерии управления ....................................................................395
0.5. Основные принципы синтеза и коррекции регулятора .....40
0.6. Основные понятия и определения 
 
автоматизации производства ......................................................407

0.7. Свойства и характеристики объектов управления 
 
и элементов автоматических устройств ..................................43
0.8. Автоматическое регулирование и регуляторы .....................47
0.9. Математическое описание САР и их 
 
динамические характеристики ...................................................422
0.0. Автоматические системы управления 
 
технологическими процессами ...................................................426
0.. Логика проектирования автоматизированных систем ...43
ГЛАВА 11. Технические средства автоматизации ................... 434
.. Датчики механических величин ...............................................434
.2. Датчики параметров строительных процессов ....................446
.3. Лазерные и ультразвуковые устройства контроля .............457
.4. усилительные и исполнительные устройства ......................462
.5. Аналого-цифровые преобразователи ......................................466
ГЛАВА 12 . Автоматизация процессов дробления, 
 
транспортирования, сушки, дозирования и 
 
перемешивания при производстве полуфабрикатов 
 
дорожного строительства ................................................. 472
2.. Агрегаты дробления горных пород ..........................................472
2.2. Агрегаты питания, транспортирования 
 
и дозирования компонентов смесей .........................................478
2.3. Сушильные агрегаты .....................................................................486
2.4. Смесительные агрегаты ................................................................498
ГЛАВА 13. Автоматизация приготовления 
 
асфальтобетонной смеси .................................................. 500
3.. управление производством асфальтобетонной смеси ......500
3.2. Связь с внешними производствами и процессами 
 
асфальтобетонных заводов ...........................................................527
ГЛАВА 14. Автоматизация технологий производства 
 
арматурных изделий ........................................................ 530
4.. Компоновка машин автоматической сборки каркасов .....530
4.2. Аппаратура управления многоэлектродными 
 
машинами ...........................................................................................535
4.3. Автоматические  линии  контактной  сварки .......................540
4.4. Состав автоматической системы, алгоритм ее 
функционирования и программное обеспечение ..........................550
Библиографический список  .................................................................... 563

РАЗДЕЛ I .   
ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 
 
 
ГЛАВА 1. 
Основы дорожно-строительных материалов 
 
.. Свойства дорожно-строительных материалов

Дорожно-строительные материалы в период эксплуатации 
в сооружении (дорожная одежда, искусственные сооружения и 
др.) подвергаются воздействию внешних механических сил и физико-химических факторов окружающей среды. К внешним механическим воздействиям относят ударные и статические нагрузки 
транспортных средств, механическую работу воды, ветра и другие.  
К физико-химическим факторам относятся колебания температуры 
воздуха, инсоляцию, атмосферные осадки, поверхностные и грунтовые воды. 
В зависимости от того, в каком элементе дорожной конструкции работают материалы, они по-разному подвергаются воздействию внешних сил и физико-химическим процессам окружающей 
среды. Так, атмосферные воды, попадая в отдельные слои дорожной 
одежды, могут нарушать структурные связи в материале, растворять 
и вымывать некоторые вещества. Минерализованные воды постепенно разрушают такие материалы, как грунтоцемент, цементобетон 
и др. Колебания температуры периодически изменяют внутренние 
напряжения в материалах, а также изменяют их состояние , что приводит к ослаблению структурных связей, появлению микротрещин, 
сдвигов под воздействием транспортных средств. С течением времени, под влиянием сложного комплекса механических, физических и 

химических факторов, строительные материалы в дорожных конструкциях постепенно разрушаются. Интенсивность разрушения 
определяется особенностями внешних воздействий, конструкцией 
дорожной одежды и свойствами материалов – объективными признаками, проявляющимися при производстве, применении и работе 
материалов в конструкциях. Пригодность материалов для конкретных условий определяют по их свойствам.
Свойства материалов многообразны, что обусловлено, главным образом, их вещественным составом.

 Физические свойства
Физические свойства характеризуют физическое состояние материала, а также определяют его отношение к физическим процессам 
окружающей среды. При этом физические процессы в материале не 
изменяют строение его молекул. Обычно к таким свойствам относят 
истинную плотность, среднюю плотность, насыпную плотность, пористость, пустотность, влажность, водопоглощение, водонасыщение, 
усадку, огнеупорность, огнестойкость, светостойкость.
Основные структурные характеристики материала, во многом определяющие его технические свойства, - это плотность и пористость.
Плотность – физическая величина, определяемая массой вещества (или материала) в единице объема.
В зависимости от того, берется ли в расчет объем только самого 
вещества, из которого состоит материал, или весь объем материала с 
порами и пустотами, различают истинную и среднюю плотность.
Истинная плотность – отношение массы к объему материала 
в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор и пустот. чтобы оп-
ределить истинную плотность p (кг/м3, г/см3), необходимо массу 
материала (образца)  m  (кг, г) разделить на абсолютный объем  Vа 
(м3, см3), занимаемый самим материалом (без пор):

p = m / Vа

Таким образом, истинная плотность характеризует не материал, а вещество, из которого состоит материал, - это физическая константа вещества.
Средняя плотность – физическая величина, определяемая отношением массы образца материала ко всему занимаемому им объ

ему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. Среднюю плотность 
pD  (кг/м3, г/см3) вычисляют по формуле:

pD = m / V,

где  m – масса материала в естественном состоянии, кг или г;  
V – объем материала в естественном состоянии, м3 или см3.
Следовательно, плотность материала меняется в зависимости 
от его структуры. Поэтому искусственные материалы (бетоны, керамику и т.п.) можно получать с заданной (требуемой) плотностью. 
Например, меняя пористость бетона, можно получить как тяжелый 
бетон плотностью до 2500 кг/м3, так и особо легкий – плотностью 
менее 500 кг/м3.
Для сыпучих материалов (цемент, песок, щебень, гравий и др.) 
определяют насыпную плотность. В объем таких материалов включают не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами или кусками материала.
Пористость – степень заполнения объема материала порами, 
в  %. Обычно пористость рассчитывают исходя из средней и истинной плотности материала:

      П = (-pD /p)00%

Пористость различных строительных материалов колеблется 
в значительных пределах и составляет для кирпича 25-35%,тяжелого бетона 5-0%, газобетона 55-85%, пенопласта 95%, пористость 
стекла и металла равна нулю. 
Плотность и пористость в значительной степени определяют 
такие свойства, как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.
Пустотность – характеризует объем пустот между зернами 
рыхлого материала.
Водопоглощение – способность материала впитывать воду 
и удерживать ее. Величина водопоглощения определяется разностью массы образца в насыщенном водой и абсолютно сухом 
состояниях. Различают объемное водопоглощение WV ,когда 
указанная разность отнесена к объему образца, и массовое водопоглощение Wm, когда эта разность отнесена к массе сухого 
образца.

0

Водопоглощение по объему и по массе выражают в процентах 
и вычисляют по формулам:

WV  = [(m – m)/V] 00%  ;

Wm  = [(m – m)/m] 00% ,

где m – масса образца, насыщенного водой, г; 
m – масса сухого образца, г; 
V – объем образца в естественном состоянии, см3.
Отношение между массовым и объемным водопоглощением 
численно равно средней плотности материала, т.е.

   Wm /WV  =   (m– m)/V   = m/V =  pD. 
 (m– m)/m

Насыщение материалов водой отрицательно влияет на их основные свойства, увеличивает среднюю плотность и теплопроводность, понижает прочность.
Степень снижения прочности материала при предельном 
его водонасыщении, т.е. состоянии полного насыщения материала  
водой, называется водостойкостью и характеризуется значением 
коэффициента размягчения

Кразм = Rнас / Rсух,

где Rнас – предел прочности при сжатии материала в насыщенном 
водой состоянии, МПа; 
Rсух – то же, сухого материала.
Коэффициент размягчения для разных материалов колеблется от 0 (необожженные глиняные материалы) до  (стекло, сталь, 
битум). Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относятся к водостойким.
Влажность – содержание влаги в материале в данный момент, 
отнесенное к единице массы материала в сухом состоянии. Влажность W (%) определяют по формуле:

W = [(m – m2)/m2] 00%,

где  m – масса материала в естественно влажном состоянии, г; 
m2 – масса материала, высушенного до постоянной массы, г.



Влагоотдача – способность материала терять находящуюся в 
его порах воду. Влагоотдачу определяют количеством воды, испаряющейся из образца материала в течение суток при температуре воздуха 20°С и относительной влажности 60%. Влагоотдачу учитывают, 
например, при сушке стен зданий и уходе за твердеющим бетоном.
Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения.
Морозостойкость материала зависит от его пористости и водопоглощения.
Морозостойкость материала характеризуется числом циклов 
замораживания (при температуре не выше - 8°С) и оттаивания 
(в воде), которое он выдерживает без снижения прочности и потери 
массы или появления внешних повреждений, указанных в ГОСТе 
на соответствующий материал. Так, для бетона допускается потеря 
прочности не более 5%, а для растворов не более 25% от первоначальных значений этих величин.
Материал признают морозостойким, если после заданного числа циклов замораживания и оттаивания потеря в массе образцов в 
результате расскрошивания и расслаивания не превышает 5% и прочность снижается не более чем на 25%. Если образцы после замораживания не имеют следов разрушения, то степень морозостойкости 
устанавливают определением коэффициента морозостойкости Кмрз:

Кмрз = Rмрз / Rнас,

где  Rмрз – предел прочности при сжатии материала после испытания 
на морозостойкость, МПа; 
Rнас – предел прочности при сжатии насыщенного водой материала, МПа.  
Для морозостойких материалов  Кмрз  должен быть не менее 0,75.
Усадка – изменение размеров материала при его высыхании.
Теплопроводность – способность материала передавать теплоту сквозь свою толщу от одной своей поверхности к другой в случае, 
если температура этих поверхностей разная. Теплопроводность материала характеризуется количеством теплоты (в джоулях), которое 
способен передать материал через м2 поверхности при толщине м 
и разности температур на поверхностях К в течение с.

2

Теплоемкость – способность материала поглощать при нагревании теплоту. 
Огнестойкость – способность материала выдерживать без разрушения воздействие огня и воды в условиях пожара.
Огнеупорность – способность материала длительно работать в 
условиях высоких температур без деформаций и разрушения.
                                                                  
Механические свойства
Механические свойства характеризуют способность материала 
сопротивляться действию внешних сил или иных факторов (например, температурных), вызывающих в нем внутренние напряжения 
сжатия, растяжения или сдвига. Основные механические свойства 
строительных материалов: прочность, твердость, деформативность 
(упругость, пластичность).
Прочность – свойство материала сопротивляться разрушению 
под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних 
нагрузок. Под воздействием различных нагрузок материалы испытывают различные внутренние напряжения (сжатие, растяжение, 
изгиб, срез и др.).
Строительные материалы в зависимости от происхождения и 
структуры по-разному противостоят различным напряжениям. Так, 
материалы минерального происхождения (природные камни, кирпич, бетон и др.) хорошо сопротивляются сжатию, значительно хуже 
срезу и еще хуже растяжению, поэтому их используют главным образом в конструкциях, работающих на сжатие. Другие строительные 
материалы (металл, древесина) хорошо работают на сжатие, изгиб 
и растяжение, поэтому их с успехом применяют в различных конструкциях, работающих на изгиб.
Прочность материала характеризуется пределом прочности 
(при сжатии, изгибе и растяжении). Пределом прочности называют 
напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит 
разрушение образца материала. Предел прочности при сжатии Rсж 
или растяжении Rраст,  МПа, вычисляют по формуле:

Rсж (Rраст) = P/F,

где  Р – разрушающая нагрузка, Н; 
F – площадь поперечного сечения образца, мм2.

3

Предел прочности материала определяют опытным путем, испытывая в лаборатории на гидравлических прессах или разрывных 
машинах специально изготовленные образцы.
Упругость – свойство материала деформироваться под нагрузкой и принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и 
размеры. Наибольшее напряжение, при котором материал еще обладает упругостью, называют пределом упругости.
Вязкость – свойство твердых тел под воздействием внешних 
сил необратимо поглощать механическую энергию при пластической деформации. Абсолютно упругих и абсолютно вязких материалов нет, все дорожно-строительные материалы обладают в той или 
иной степени упругостью и вязкостью.
Пластичность – способность материала изменять под нагрузкой форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившиеся форму и размеры после удаления нагрузки. Это 
свойство противоположно упругости.
Хрупкость – свойство материала мгновенно разрушаться под 
действием внешних сил без предварительной деформации. 
Твердость – свойство материала сопротивляться прониканию 
в него другого материала, более твердого. Это свойство имеет большое значение для материалов, используемых в полах и дорожных 
покрытиях.
Истираемость – свойство материала изменяться в объеме и 
массе под воздействием истирающих усилий. От истираемости зависит возможность применения материала для устройства полов, 
ступеней, лестниц, тротуаров и дорог. Истираемость материалов 
определяют в лабораториях на специальных машинах – кругах истирания.
Износом называют разрушение материала при совместном 
действии истирания и удара. Подобное воздействие на материал 
происходит при эксплуатации дорожных покрытий, полов, бункеров т.п.

Химические свойства
химические свойства материала определяют его способность 
вступать в химические взаимодействия с веществами среды, в которой он находится, при этом появляются новые вещества. К химичес

4

ким свойствам можно отнести: растворимость, коррозионную стойкость, атмосферостойкость, твердение, адгезию и др.
химические свойства учитывают при оценке пригодности материала для тех или иных целей в строительстве.
Растворимость – способность образовывать истинные растворы в результате взаимодействия материала с водой или с другими 
растворителями. Строительные материалы, в большинстве случаев, 
должны быть нерастворимы в условиях их эксплуатации.
Коррозийная стойкость – свойство материала не разрушаться 
в агрессивных средах. Наиболее стойкими по отношению к агрессивным средам являются керамические материалы. Неустойчивы  
в кислой среде известняки, доломиты, древесина, портландцементы; 
к щелочной среде – древесина, битумы.
Атмосферостойкость – свойство материала не разрушаться 
под воздействием климатических условий. С атмосферостойкостью 
материала часто связана его склонность к старению вследствие протекания в нем физико-химических процессов и ухудшения свойств. 
Старение характерно для битумов, асфальтобетонов. 
Твердение – свойство материалов затвердевать в результате химических и физико-химических процессов и приобретать ряд новых 
свойств – сопротивляемость различным по виду и характеру нагрузкам, агрессивным воздействиям внешней среды. Твердение обычно 
оценивают показателями прочности и их изменением во времени.
Адгезия – свойство одного материала прилипать к поверхности другого. Измеряют адгезию прочностью сцепления при отрыве 
одного из них от другого. Адгезия имеет важное значение в технологии изготовления материалов и конструкций.
                             
Технологические свойства
Они характеризуют поведение материалов при технологических процессах, их обработке и переработке (например, буримость, 
дробимость горных скальных пород; формуемость, слеживаемость, 
нерасслаиваемость бетонных смесей; вязкость жидкообразных материалов и смесей, твердение, адгезия и др.). По технологическим 
свойствам судят о возможности переработки и получения доброкачественной продукции из исходных материалов при принятой технологии и имеющемся техническом оборудовании.