Количество минерального порошка

Из приводимых данных видно, что замена 60% естественного песка активированным приводит к резкому повышению прочности при температуре +50° С. При этом существенно повышается теплоустойчивость: коэффициент теплоустойчивости снизился с 2,9 до 2,2.
Смесь 3, содержащая 70% активированного песка и сниженное более чем в два раза количество минерального порошка, обнаружила также достаточно высокий показатель прочности при температуре +50° С, значительно превышающий этот показатель для смеси 1 с исходным песком, содержащей 22% минерального порошка.
В той же таблице приведены данные, относящиеся к аналогичным асфальтобетонным смесям, но в которых использована (в том числе и для активации песка) другая разновидность извести. Краснопресненского завода (Москва). Эта известь маломагнезиальная (MgO = = 1%) и менее активна в сравнении с мелеховской (CaO + MgO = 70%).
Совершенно очевидно, что различие свойств асфальтовых бетонов с указанными разновидностями извести может быть объяснено различием химического состава последней. Более детально влияние химического состава извести на свойства асфальтового бетона исследовано в работе М. А. Головни, который, в частности, установил, что известь с повышенным количеством окиси магния приводит, как правило, к повышенным показателям прочности асфальтового бетона.
Для приготовления другой серии активированных песков в качестве исходного был принят одномерный мелкозернистый речной песок, не отвечающий по гранулометрическому составу требованиям ГОСТ 9128-67. В данном случае при активации были приняты две окружные скорости вращения ротора ударно-центробежной мельницы: 45 и 70 мсек. Количество извести (Краснопресненского завода) составляло 2,5 и 4,5% к весу песка.
Основными признаками структуры минерального остова асфальтового бетона являются: плотность, величина внутреннего трения, структура материалов, образующих минеральный остов.
Плотность минерального остова оказывает решающее влияние на свойства асфальтового бетона. С плотностью минерального остова непосредственно связана плотность асфальтового бетона, от которой зависят его важнейшие эксплуатационные свойства: деформационное поведение при высоких и низких температурах, коррозионная устойчивость.
Надлежащая плотность минерального остова обеспечивается соответствующим подбором гранулометрического состава, а также применением минерального порошка с минимальной пористостью. Наиболее полно вопросы подбора гранулометрического состава асфальтового бетона разработаны Н. Н. Ивановым, а выработанные им принципы подбора минеральных смесей легли в основу применяемых в настоящее время методов проектирования асфальтового бетона.
Во всех случаях подбора смесей оптимальной плотности обращает на себя внимание следующее обстоятельство: с уменьшением наиболее крупной фракции смеси увеличивается необходимое количество минерального порошка, который в данном случае рассматривается лишь как заполнитель (заполняющий пустоты между более крупными зернами).
Плотность минерального остова характеризуется величиной пористости, определяемой по соотношению объемного и удельного весов. Пористость определяют при стандартном уплотнении минеральной смеси.
Пористость правильно подобранной минеральной части асфальтового бетона колеблется в пределах 17- 20%. Нижний предел пористости относится к мелкозернистому и среднезернистому асфальтобетонам, а верхний — к песчаному.
Проведенные исследовательские работы в области асфальтового бетона позволили выяснить многие вопросы структурообразования в асфальтовом бетоне, разработать способы проектирования его состава, вскрыть некоторые присущие этому материалу закономерности, уточнить методы испытаний, обосновать требования к исходным минеральным и вяжущим материалам, уточнить некоторые элементы технологического процесса строительства асфальтобетонных покрытий. Все это несомненно способствовало повышению технического уровня строительства асфальтобетонных покрытий. Однако в последние годы в условиях современного интенсивного и грузонапряженного движения автомобильного транспорта становятся ощутимыми основные недостатки асфальтобетонных покрытий — их недолговечность и большие затраты на ремонтные работы.
Помимо нередко встречающихся нарушений технологического процесса строительства асфальтобетонных покрытий основной причиной снижения сроков их службы является возникновение различных деформаций и разрушений, связанных с недостаточной деформационной и коррозионной устойчивостью применяемых в настоящее время асфальтовых бетонов.
С недостаточной водо-и морозоустойчивостью связано большое количество разрушений асфальтобетонных покрытий, наблюдаемое обычно в весеннее время. Массовые разрушения таких покрытий во многих районах страны (в частности, в Москве) весной 1966 г. причинили большой ущерб дорожному хозяйству.
При сравнительно высокой стоимости сроки службы асфальтобетонных покрытий в среднем невелики и составляют 10-12 лет. На городских дорогах эти сроки еще ниже. Немало, к сожалению, примеров, когда вновь построенные покрытия выходят из строя в течение 3- 5 лет.
Использование в качестве жидкой фазы битумной эмульсии позволяет сразу же получать черный щебень (а также и образующиеся при этом черные высевки). В случае же применения водных растворов поверхностно-активных веществ достигается эффективная модификация поверхности частиц. При такой обработке максимально реализуется высокая химическая активность, присущая свежеобразованным поверхностям. Новые поверхности сразу же и наиболее полно взаимодействуют с веществами, предназначенными для их обработки.
Указанные принципы физико-химической активации продуктов электрогидравлического дробления легли в основу исследований, которые были осуществлены в Со-юздорнии совместно с сектором новых методов работ НИИЖелезобетона и с межотраслевой лабораторией электрогидравлического эффекта.
При проведении исследований (выполненных автором совместно с Ю. Н. Питецким) были применены разнообразные горные породы, битумные эмульсии, поверхностно-активные вещества и активаторы. Для выяснения особенностей взаимодействия различных вяжущих и минеральных материалов при получении черного щебня были использованы кислые и щелочные битумные эмульсии.
Достаточно подробно был исследован процесс взаимодействия с битумом и активации продуктов дробления применительно к следующим материалам: известняк (Кикеринского карьера), гранит (раппакиви), кварц (Чупинского месторождения, Карельская АССР).
При проведении исследований были приняты различные сочетания минеральных и вяжущих материалов, варьировалась концентрация битумных эмульсий, а также водных растворов поверхностно-активных веществ. Кроме этого, изменялись частота импульсов (разрядов) и их количество, продолжительность каждого цикла дробления. После каждого опыта отбирались пробы материалов для исследований.
Основная причина состоит в том, что по сравнению с щебенистыми асфальтобетонами этот материал обладает повышенной пластичностью, особенно проявляющейся при высоких летних температурах. В это время снижение деформационной устойчивости приводит к образованию на дорожных покрытиях сдвиговых деформаций: волн и наплывов.
Недостатком песчаного асфальтобетона, существенно отличающим его от щебенистого, является повышенная «чувствительность» к нарушениям состава. Небольшой избыток битума (или недостаток минерального порошка, что тоже приводит к избыточному содержанию битума в смеси) резко повышает пластичность и снижает устойчивость покрытия против сдвиговых деформаций. Эта особенность вообще характерна для всех битумо-минеральных систем, содержащих значительное количество мелких минеральных частиц, особенно минерального порошка.
Из сказанного видно, что проблема широкого применения в дорожном строительстве песчаного асфальтобетона прежде всего связана с повышением его сдвиго-устойчивости.
Сопоставляя достоинства и недостатки песчаного и щебенистого асфальтобетона, можно придти к выводу, что надо применять либо щебеночные асфальтовые бетоны с высоким содержанием щебня, либо песчаные. Такой подход к рассматриваемому вопросу должен способствовать, с одной стороны, повышению качества щебенистого асфальтобетона (повышение шероховатости поверхности покрытия, повышение сдвйгоустойчивости), а с другой — расширению области применения песчаного. Тем большую актуальность приобретает проблема повышения качества песчаного асфальтобетона.
Проведенная работа включала исследование процесса активации песка в лабораторных условиях и исследование асфальтобетонных смесей, приготовленных на основе активированных и исходных песков.
В лабораторных условиях были изучены разнообразные активированные пески и полученные на их основе различные асфальтовые бетоны. При этом использовался широкий круг исходных материалов: разнообразные пески и различные виды извести. Наряду с активацией просушенных песков использовались пески и известь с различной влажностью. Для активации влажного песка применялась молотая известь-кипелка.
Приведем лишь некоторые результаты лабораторно-экспериментальных работ (выполненных автором совместно с М. А. Головней).
Одна из первых серий активированного песка была получена путем совместного измельчения песка Дмитровского карьера и извести-пушенки Мелеховского завода. Известь высокоактивная, отличалась большим содержанием окиси магния (25,3%). Ее активность (CaO + MgO) составляет 79,4%.
Количество извести для активации было принято 4,5% от веса песка (общее количество ее в асфальтобетонной смеси составляет около 3%).
Для всех асфальтобетонных смесей (включая и приводимые в последующих таблицах, относящихся к активированным пескам) применялся обидимский минеральный порошок и битум ВН-П-У Люберецкого нефтеперерабатывающего завода (глубина проникания 92; температура размягчения по К и Ш 50° С; растяжимость 78 см).
Смесь 1 подобрана по кривым плотных смесей с оптимальным количеством минерального порошка.
Смеси 3 и 4 приготовлены с частичной заменой естественного песка активированным. При этом смесь 3 приготовлена со сниженным количеством минерального порошка (10%)- Учитывалось, что активированный песок в силу особенностей взаимодействия с битумом и большей дисперсности может частично выполнять роль минерального порошка.
Для области отрицательных температур особенностями релаксации напряжений, возникающих в асфальтовом бетоне вследствие температурного градиента или неравномерных поднятий оснований дорожной одежды, определяется склонность покрытий к возникновению трещин. Если, например, возникающие напряжения окажутся полностью или в значительной степени отрелаксированными к концу периода резкого снижения температуры, то вероятность возникновения трещин в этом случае будет ничтожной.
Несмотря на очевидное значение рассматриваемого вопроса, исследования в этой области почти отсутствуют. Известны лишь исследования релаксации напряжения в асфальтовом бетоне при отрицательных температурах, предпринятые Н. М. Распоповым и А. М. Богуславским. Н. М. Распоповым сопоставлялись скорости нарастания и релаксации напряжений при понижении температуры. Однако работа содержит небольшое количество данных и дальнейшего развития не получила.
Применительно к другим упруго-вязким материалам различные аспекты этого вопроса исследовались достаточно подробно. В основном исследованию подвергались весьма малые образцы и поэтому методика их проведения не может быть применена для асфальтового бетона. Особенности приборов, необходимых для исследования релаксации — напряжений, рассмотрены в работах.
В проведенном нами исследовании релаксации напряжений в асфальтовом бетоне (совместно с Э. А. Казарновской) была применена испытательная машина МРС-250.
Из приводимых данных видна существенная разница в свойствах песчаных асфальтовых бетонов, приготовленных с активированными и неактивированными порошками:
1. Процессы структурообразования протекают в теплых асфальтовых бетонах с активированными порошками значительно интенсивнее. Это отчетливо видно по нарастанию плотности, прочности и водоустойчивости. Для этих асфальтовых бетонов характерна высокая водоустойчивость в раннем возрасте. Это приобретает большое значение, поскольку это свойство асфальтовых бетонов теплого типа оказывает большое влияние на скорость формирования дорожного покрытия.
Получению высоких показателей асфальтовых бетонов с активированными порошками в раннем возрасте (помимо отмечавшихся выше факторов) способствует их высокая уплотняемость.
2. Асфальтовые бетоны с активированными порошками отличаются более высокой плотностью, прочностью, теплоустойчивостью и, особенно, морозоустойчивостью.
3. Как и в горячем асфальтовом бетоне, отмечается резкое снижение количества битума при применении активированного порошка.
Холодный асфальтовый бетон. Как и в предыдущем случае, были исследованы асфальтовые бетоны одинакового гранулометрического состава- с активированными (А-6) и неактивированными (А-1) порошками и тем же разжиженным битумом (С, = = 145 сек).
Смеси были приготовлены при температуре не выше 70-75° С, а затем охлаждены до комнатной температуры. Через 24 ч из них были изготовлены образцы. Условия формования приняты обычные для холодного асфальтового бетона; комнатная температура, давление — 400 кГсм2, время выдерживания образца под нагрузкой — 3 мин.
На следующий день образцы были испытаны по стандартной методике, а также с предварительным прогревом при температуре 90° С в течение 2 ч.
Наиболее ощутимо проявляются свойства активированных минеральных порошков в асфальтовых бетонах.
Для исследований был принят песчаный асфальтовый бетон, являющийся наиболее однородным материалом, в котором более отчетливо проявляются особенности взаимодействия битума с минеральным порошком. Во всех случаях применялись одинаковые по гранулометрическому составу минеральные смеси, удовлетворяющие требованиям оптимальной плотности.
Для приготовления асфальтобетонных смесей был использован песок Дмитровского карьера, битум БН-П-У (согласно ГОСТ 1544-52) Московского нефтеперерабатывающего завода со следующими показателями:
глубина проникания при 25° С — 92; » » » 0°С- 8;
температура размягчения по К и Ш — 50° С;
растяжимость при 25° С — 78 см.
Для приготовления асфальтобетонных смесей с битумами пониженной вязкости битум БН-П-У разжижался соответствующим количеством жидкого битума Б-6 (ГОСТ 1972-52) этого же завода (вязкость по стандартному вискозиметру Cg0 = 162 сек).
Как видно из приводимых данных, применение активированных порошков вызывает существенное повышение прочности асфальтового бетона при температуре + 50° и увеличение теплоустойчивости. При этом резко снижается битумоемкость смесей. Особенно эффективным оказался порошок П-6, обработанный в процессе размола активирующей смесью, состоящей из битума БН-Ш-У и поверхностно-активной добавки ФР (взятых в весовом соотношении 1:1). На основе этого порошка, имеющего наименьшую пористость (20,3%), получен асфальтовый бетон, в котором пористость минеральной части составляет минимальную величину-13% против 18,2% у асфальтового бетона, приготовленного с неактивированным порошком. Это в свою очередь обусловило резкое снижение количества свободного битума в асфальтовом бетоне: общий расход битума снизился на 24% с учетом количества битума, затраченного на обработку порошка. На основе этого минерального порошка оказалось возможным приготовить с маловязкими битумами асфальтовые бетоны, характеризующиеся высокими показателями прочности при температуре + 50° С.
Плотность асфальтового бетона характеризуется величиной остаточной пористости, определяемой соотношением объемного и удельного весов. Косвенным показателем плотности является величина водонасыщения, которая регламентируется пределами от 1 до 5% объема в зависимости от типа асфальтового бетона (согласно ГОСТ 9128-67). Нижний предел водонасыщения нормируют, исходя из соображений обеспечения деформационной устойчивости при высоких температурах.
Для южных районов страны величина водонасыщения может быть принята по верхнему допускаемому пределу. Для районов с избыточным увлажнением и частыми оттепелями, для которых коррозионная устойчивость является одним из решающих условий долговечности покрытия, желательно применять асфальтовые бетоны с остаточной пористостью и водонасыщением, приближающимися к нижним допускаемым пределам.
В последнее время наблюдаются совершенно неоправданные тенденции к применению так называемых открытых асфальтобетонных и других битумо-минеральных смесей (характеризующихся повышенной пористостью в уплотненном состоянии) для устройства верхних слоев дорожной одежды. Опыт эксплуатации и наблюдения за поведением покрытий с различной пористостью показывают, что в центральных районах СССР, характеризующихся часто повторяющимися знакопеременными температурами, чрезмерно пористый асфальтовый бетон быстро разрушается. Это же подтверждается и проведенными исследованиями зависимости морозо- и водоустойчивости асфальтового бетона от его пористости.
В этой связи следует отметить, что даже в условиях Франции, отличающейся достаточно теплым климатом, по мнению Дюрье, «ненормально и часто опасно оставлять в течение долгого времени покрытие с пористостью выше 2,3 или 4%».
Были исследованы песчаные асфальтовые бетоны с активированными и неактивированными порошками одинакового гранулометрического состава. Важно было сопоставить характер изменения вязкости названных асфальтовых бетонов в зависимости от вязкости применяемого битума. Для этой цели были исследованы асфальтовые бетоны, приготовленные на битуме БН-П (пе-нетрация 92) Люберецкого нефтеперерабатывающего завода и на битуме БН-І (пенетрация 174). Для того чтобы исключить влияние исходного сырья, битум БН-І был получен разжижением битума БН-И. В качестве разжижителя использован жидкий битум с вязкостью (по стандартному вискозиметру) Cg0 =83 сек того же завода. Количество разжижителя 25%. Количество битума в асфальтовых бетонах: с активированным порошком 4,6%, с неактивированным порошком 6,7%. Был использован упоминавшийся выше активированный порошок А-6 и однотипный неактивированный A-I.
Прозвучиванию подвергались асфальтобетонные образцы размером 4X4X16 см (по наибольшему измерению). Акустический контакт между торцами образца и пьезодатчиками осуществлялся через тонкий слой смазки. Считалось, что потери звуковой энергии, связанные с прохождением ультразвука через контактный слой, были постоянны на всех стадиях эксперимента и поэтому не учитывались. В данном случае были применены ультразвуковые датчики с частотой собственных колебаний 933 кгц.
В асфальтовых бетонах с неактивированным порошком вязкость уменьшается с повышением температуры более интенсивно, чем в асфальтовых бетонах с активированным порошком. Особенно это выражено в смесях с менее вязким битумом БН-І. При низких температурах различие в вязкости сопоставляемых асфальтовых бетонов (с одинаковыми битумами) ничтожно. При наивысших температурах ( + 60° С) в обоих случаях асфальтовые бетоны с активированным порошком характеризуются более высокой вязкостью. Сопоставляемые асфальтовые бетоны существенно различаются по теплочувствительно-сти. Особенно резко это ощущается в асфальтовых бетонах на битуме БН-І. В этом случае коэффициент теплочувствительности — асфальтового бетона с неактивированным порошком в 4 с лишним раза выше, чем у однотипного асфальтового бетона на активированном порошке.
Продукт совместного размола песка с известняковым отсевом при определенных соотношениях этих материалов является по существу готовым полуфабрикатом, который после объединения с битумом обеспечивает получение асфальтобетонной смеси. Нетрудно видеть, что в этом случае существенно упрощается технология приготовления асфальтобетонной смеси за счет полного исключения процессов, связанных с приготовлением (в шаровой мельнице) и транспортировкой минерального порошка. Качество же перемешивания минеральных материалов значительно лучше, чем при обычной технологии.
Приготовленные асфальтобетонные смеси (как из активированного известью песка, так и из продукта совместного размола песка с известняковым отсевом) были уложены на опытных участках покрытия.
Асфальтобетонные смеси из активированного известью песка обнаружили хорошую удобообрабатывае-мость (укладка производилась вручную и асфальтоукладчиком) и исключительно высокую уплотняемость при укатке. После нескольких проходов катка уложенный слой приобретал большую плотность. Покрытие по внешнему виду отличается большой однородностью.
Описанная выше экспериментальная установка не приспособлена к широкому проведению опытных работ, поскольку она не была включена в технологическую линию асфальтобетонного смесителя.
В 1964 г. создана другая экспериментальная установка для активации песка, работающая в составе асфальтобетонного смесителя Д-325.
Высушенные и доуплотненные образцы из асфальтовых бетонов, содержащих активированные порошки, имеют улучшенные физико-механические показатели. Так же как и в горячих асфальтовых бетонах, здесь проявляются более плотная упаковка минеральных зерен и повышенное структурирование битума.
Иллюстрируют изменение прочности асфальтобетонных образцов в зависимости от величины уплотняющей нагрузки. Асфальтобетонные смеси были приготовлены на эмульсии МХГ и КП. Характер изменения прочности связан с устойчивостью битумной эмульсии. В случае применения средне-распадающейся эмульсии на мыле хлопкового гудрона (МХГ) отмечается плавное нарастание прочности. Такой же характер имеет и кривая изменения плотности в зависимости от величины уплотняющей нагрузки. В смесях на такой эмульсии происходит распад эмульсии в процессе перемешивания с минеральными материалами. Битум, выделившийся из эмульсии, сообщает смеси, на стадии ее уплотнения (при формовании образцов), характерные вязко-пластичные свойства. Частицы битума фиксируются на поверхности минеральных частиц. В смесях же, приготовляемых на основе медленно распадающейся эмульсии (КП), общее количество жидкой фазы в начальный пе- риод несколько выше. При сравнительно малых давлениях (25-50 кГсм2) прочность резко повышается. При дальнейшем увеличении уплотняющей нагрузки прочность остается примерно одинаковой. Такой же характер имеет зависимость плотности минеральной части асфальтобетонных образцов от уплотняющей нагрузки.
Графики иллюстрируют интенсивность процессов структурообразования в асфальтовых бетонах на активированном и неактивированном минеральных порошках при выдерживании образцов на воздухе до 30 суток. В обоих случаях для приготовления асфальтобетонных смесей была принята эмульсия МХГ. Особенно ощущается пониженная прочность водонасыщенных образцов асфальтового бетона- с неактивированным минеральным порошком. Малопрочные структурные связи в этом асфальтовом бетоне существенно снижаются в условиях водонасыщения под вакуумом (водонасыщению подвергались образцы различного возраста).
В качестве примера дано сопоставление свойств песчаного асфальтобетона с высевками (смесь № 1) и без них (смесь № 2). Повышение сцепления асфальтобетона за счет применения более вязких битумов (а точнее- битумов, обладающих более высокой когезионной прочностью) возможно только до определенных пределов. Выбирая вязкость битума, практически ориентируются не на максимальную прочность, а на оптимальную, при которой достигаются как достаточная сдвигоустойчивость при высоких температурах, так и необходимая деформативная способность при низких. Для центральных районов СССР наиболее приемлемыми являются битумы БНД-90130 и БНД-6090. В южных районах, а также для грузонапряженных дорог в центральных районах целесообразно применять битумы БНД-4060 и БНД-6090. При использовании битумов, выпускаемых в соответствии с ГОСТ 1544-52 для песчаного асфальтобетона, необходимо применять только битумы улучшенных марок.
Повышение степени структурирования битума. Если сопоставить особенности песчаного и щебенистого асфальтобетонов, становится очевидным, что роль сцепления в первом из них значительно выше, чем во втором. Следовательно, отношение количества порошка к количеству битума в песчаном асфальтобетоне должно быть больше, чем в щебенистом. В среднем количество битума в песчаном асфальтобетоне составляет от 6 до 8%, а количество минерального порошка (частиц мельче 0,071 мм) — 15-17%. Во всяком случае количество порошка должно быть достаточно для обеспечения прочности асфальтобетона на сжатие при температуре + 50° С в пределах 12-16 кгсм2 (в зависимости от условий движения транспорта). Требования к прочности песчаного асфальтового бетона должны быть на 20- 30% выше, чем для щебеночного.
Асфальтовые бетоны с рассматриваемым активированным минеральным порошком отличаются хорошими показателями теплоустойчивости. Интересно отметить, что при применении маловязких битумов коэффициент теплоустойчивости составляет всего лишь 2,23. При этом отношение показателей прочности при температурах 0 и + 50° С составляет всего лишь около 3.
Асфальтовый бетон с маловязким битумом БН-І (глубина проникания — 157), который не применяется в обычной практике строительства асфальтобетонных покрытий, обнаружил весьма высокий показатель прочности при температуре + 50° С. Асфальтовый бетон того же состава, но с неактивированным порошком (аналогичным по исходному сырью и гранулометрическому составу с сопоставляемым обработанным .порошком) показал при той же температуре прочность в два с лишним раза меньшую.
Это дало возможность еще резче понизить вязкость применяемого битума. Приводимые данные показывают, что даже с битумом БН-0 (глубина проникания 228) получен асфальтовый бетон с высокой прочностью при критической температуре. В то же время применение маловязкого битума обеспечивает повышенную устойчивость асфальтового бетона против образования трещин при низких температурах.
Таким образом получены асфальтовые бетоны, в которых для обработки минерального порошка использован один из видов битума, а для приготовления всей асфальтобетонной смеси применены другие разновидности битумов. Отчетливо видно влияние на свойства асфальтового бетона свойств битума, принятого для активации минерального порошка, если сопоставить показатели асфальтовых бетонов, приготовленных на основе порошков П-6 и П-9. Для обоих порошков принято одно и то же количество активирующей смеси, включающей одинаковое поверхностно-активное вещество — ФР. Различие состоит лишь в характере битума, принятого для активации: для первого из названных порошков применен вязкий битум БН-ІІІ-У, для второго — жидкий битум Б-6.
Проведенные исследования позволили также установить, что диспергирование гранита или кварца с битумом в условиях вакуума дает более интенсивное снижение концентрации свободных радикалов, чем при измельчении в воздухе. Можно полагать, что кислород воздуха, взаимодействуя с радикалами, образующимися при диспергировании кварца или гранита, снижает число радикалов, вступающих во взаимодействие с парамагнитными частицами, содержащимися в битуме. Это, естественно, замедляет интенсивность снижения спектра. Эти опыты позволяют считать, что обработка битумом минеральных материалов, диспергируемых в условиях вакуума (или в другой нейтральной среде — аргон, азот, углекислый газ и др.), окажется более эффективной, чем в присутствии кислорода воздуха
Приведенные выше результаты исследований радикальных взаимодействий, возникающих при совместном измельчении минерального материала с битумом, подтвержденные прямыми определениями количеств химически связанного битума, свидетельствуют о большом значении механо-химических процессов. Описанные явления представляют собой, по существу, новую форму адсорбции битума минеральными материалами, не наблюдающуюся вне одновременного действия механических усилий.
На основе отмеченных выше принципов можно улучшать качество материалов, считающихся в настоящее время некондиционными для асфальтового бетона. К таким материалам относятся: мелкие пески (включая одномерные), запасы которых во много раз превышают запасы средне- и крупнозернистых песков; лёссы и другие пылеватые грунты, а также пылевидные отходы промышленности; глинистые известняки как сырье для производства минеральных порошков, гравийные материалы и др. Их применяют для производства различных битумно-минеральных материалов, резко отличающихся от асфальтового бетона по долговечности и другим эксплуатационным признакам, но приближающихся к нему по стоимости.
В данной работе приведены результаты исследований асфальтовых бетонов, приготовленных на основе активированных мелких песков, лёссов и продуктов переработки гравийных материалов.
Активация лёссов осуществляется путем механо-химической модификации поверхности зерен с созданием структурно-механического барьера из хемоадсорбированного битума или поверхностно-активного вещества. Интересно отметить, что лишь механическая активация лёсса, в процессе которой обнажаются адсорбционные центры, позволяет существенно улучшить свойства этого материала как микронаполнителя битума в асфальтовом бетоне.
Физико-химической активацией гравийного материала, осуществляемой в процессе его дробления, предусматривается также создание на свежеобразованных поверхностях первичных контактных битумных слоев. Присутствие последних коренным образом изменяет адсорбционные свойства минеральных частиц. В данном случае для получения хемоадсорбционно связанных с поверхностью минеральных частиц битумных слоев необходимо применять активирующие вещества, комплексно взаимодействующие как с кислыми, так и с основными породами, образующими гравийный материал.
В связи с пониженной вязкостью битума и минимальной толщиной битумной пленки на поверхности минеральных частиц холодные асфальтобетонные смеси обнаруживают повышенную уплотняемость по сравнению со смесями, применяемыми в горячем состоянии. При этом процесс уплотнения смесей холодного асфальтового бетона может продолжаться длительное время.
При подборе состава холодного асфальтового бетона следует выбирать такую смесь, которая наряду с другими свойствами будет поддаваться более интенсивному уплотнению.
На свойства холодного асфальтового бетона большое влияние оказывает характер сцепления битума с минеральными материалами. Особенно это сказывается на водоустойчивости смеси, так как в период формирования покрытия холодный асфальтовый бетон обладает значительной пористостью и способен поглощать большое количество воды.
При использовании каменных материалов, полученных из кислых горных пород, вода, насыщающая поры асфальтового бетона, будет ослаблять сцепление битума с поверхностью минеральных частиц и пленка вяжущего будет постепенно отслаиваться и вытесняться водой. Такое покрытие будет неизбежно разрушаться. Вообще на формировании покрытия из холодного асфальтового бетона отрицательно сказывается длительное насыщение его водой, особенно в начальный период.
В первые годы применения холодного асфальтового бетона его минеральная часть, как правило, состояла только из известнякового материала. Опыт длительной эксплуатации подобных покрытий показал, что с течением времени они приобретают гладкую, «шлифованную» поверхность. В связи с этим при увлажнении такое покрытие становится чрезмерно скользким. Этот недостаток холодного асфальтового бетона можно устранить введением в состав минеральной части песка или гранитных высевок. Покрытие, сделанное из такого асфальтового бетона, обладает достаточной шероховатостью.
Здесь в присутствии гидрофобизующей добавки материалы перемешивались и подвергались одновременно гидрофобизации. В качестве гидрофобизующей добавки использовался главным образом торфяной деготь. По-видимому, процесс гидрофобизации протекал в основном за счет адсорбции поверхностно-активных веществ из газовой фазы. Хотя описанный способ гидрофобизации является в производственных условиях достаточно громоздким и малопрактичным, однако полученные результаты представляют несомненный интерес. В частности, в результате предварительной гидрофобизации отмечается увеличение прочности, водоустойчивости и морозоустойчивости асфальтобетона. Расход битума при применении гидрофобизованных материалов уменьшается.
Целесообразность предварительной обработки минеральных материалов малыми дозами нефти или дегтя (0,4-0,6%) с одновременным нагревом отмечается Н. Эверсом. Проф. Н. Эверс считает, что происходящая при нагреве в сушильном барабане минеральных материалов их обработка продуктами неполного сгорания Топлива (нефти, мазута) представляет собой элемент предварительной гидрофобизации.
Исследованиями В. Т. Кузьмичева показано, что в результате гидрофобизации фильтрпрессных отходов сахарных заводов, а также шламов содовых заводов может быть получен доброкачественный минеральный порошок для асфальтового бетона. В качестве гидрофоби-заторов были использованы каменноугольный деготь и битум, обогащенный поверхностно-активными веществами.
Для этой цели был принят метод, основанный на использовании люминесцирующей способности компонентов битума.
При облучении ультрафиолетовым светом пропитанного битумным раствором столбика из неактивированного минерального порошка наблюдается четкое фракционирование битума. Такая же картина многократно наблюдалась и при исследовании неактивированных порошков, полученных из других известняков.
Одновременно исследовали пробы активированного и неактивированных порошков, полученных из одного и того же сырья при одинаковом режиме измельчения. Для исследования были взяты порошки, приготовленные из стандартного сырья — известняков Обидимского карьера. Активация одного из порошков осуществлялась смесью, состоявшей из битумов БН-П и упоминавшегося выше поверхностно-активного вещества ФР (в соотношении 1:1). Количество активирующей смеси — 5% к весу порошка. Два других порошка активировались анионактивными веществами: окисленным петролатумом (2%) и окисленным рисайклом (2%).
При облучении пропитанного раствором битума активированного порошка в стеклянной колонке и извлеченного из колонки столбика порошка деления на цветовые зоны не наблюдалось.
В лучах люминесцентной лампы весь столбик порошка слабо светился темно-коричневым цветом.
Основные исследования проводились с минеральным порошком, активированным смесью, состоящей из битума и поверхностно-активного вещества. Вследствие этого можно было предположить, что в ультрафиолетовом свете на характер свечения этого порошка оказывает влияние битум, имеющийся на поверхности зерен. В связи с этим были проведены исследования по выявлению фракционирования битума при его взаимодействии с активированным порошком, для активации которого была использована поверхностно-активная добавка (окисленный петролатум) без битума.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть