Исследование путей направленного структурообразования асфальтовых материалов с дисперсным битумом на стадии объединения составляющих компонентов
Иванов А.Ф.
Исследованы пути направленного структурообразования асфальтовых материалов с дисперсным битумом на стадии перемешивания составляющих компонентов. Определено оптимальное содержание в смеси минерального порошка и воды. Установлены рациональные технологические параметры приготовления смесей.
Ключевые слова: минеральный порошок, вода, формирование структуры диспергирование битума.
The approaches to structure formation of asphalt materials with dispersed bitumen during the phase of componts mixture have been analysed. The optimal combination of mineral powder and water has been determined. The rational technical parameters of mixtures preparations have been ascertained.
Keywords: mineral powder, water, bitumen dispersion formation.
В дорожном строительстве наблюдается устойчивая тенденция поиска асфальтовых материалов и полуфабрикатов которые при температуре окружающего воздуха могут длительное время сохранять технологические свойства а после укладки и уплотнения приобретают требуемые свойства. Такие материалы принято называть холодными асфальтобетонами или органоминеральными материалами [1,2]. В настоящее время во всех отраслях строительства все большее распространение получают производственные технологии с использованием диспергированных битумов.
Особенностью материалов с дисперсным битумом является растянутость во времени процессов формирования структуры и сопротивляемости внешним воздействиям. Это является сдерживающим фактором их широкого применения. Большинство процессов в технологии асфальтовых материалов с дисперсным битумом реализуется в гетерогенных трехфазных системах твердое - жидкость - газ. Диспергирование битума является основным процессом структурообразования на стадии приготовления асфальтовых смесей с дисперсным битумом. Критерием оптимизации состава и технологии приготовления асфальтовых материалов с дисперсным битумом следует считать степень его дисперсности, которая влияет на протекание процессов структурообразования в последующих технологических переделах и в конечном счете на свойства асфальта в слоях дорожной одежды.
Наиболее эффективным способом интенсификации процессов структурообразования является развитие поверхности контакта фаз между веществами, находящимися в жидкой и газообразной фазах, за счет увеличения свободной поверхности вещества, находящегося в жидкой фазе. Увеличение свободной поверхности битума может осуществляться различными способами: при помощи вспенивания битума, диспергированием битума смачиванием битумом различных присадок. Диспергирование является технически наиболее просто осуществимым способом увеличения свободной поверхности битума, а его совершенствование представляет собой одной из основных задач технологии асфальтовых материалов. Это направление базируется на наличии широкого спектра технологических процессов, реализация которых невозможна без применения диспергирования жидкостей. Такими технологическими процессами являются: в области химической технологии - мокрая очистка газов от различных дисперсных примесей, абсорбция газовых примесей, как для их очистки, так и для выделения определенных компонентов, сушка и одновременное гранулирование материалов; в области радиоэлектронной промышленности - нанесение паяльных флюсов при автоматическом изготовлении печатных плат, покрытие полупроводниковых пластин фоточувствительным слоем на стадии фотолитографии при производстве полупроводниковых схем и др. Отмеченные технологические процессы являются базовыми в своих отраслях промышленности, поэтому управление процессами диспергирования в этих технологиях является главной задачей. Выполненный анализ показывает, что наиболее широко реализуемые на практике традиционные способы механического диспергирования обладают множеством недостатков, которые существенно снижают эффективность технологических процессов, реализуемых на их основе. В этой связи является перспективным направление совершенствования технологических процессов и применение новых способов диспергирования битума.
При проектировании состава асфальтовых материалов с дисперсным битумом и технологии их приготовления необходимо стремиться к созданию условий для получения дорожных покрытий с требуемыми свойствами в минимальные сроки. Определяющим фактором практически всех процессов, связанных с тепло массопередачей, смачиванием, адгезией и ряда других является поверхность раздела фаз. Чем выше поверхность раздела фаз, зависящая от степени дисперсности битума, тем интенсивнее протекают процессы стабилизации материала.
Быстрое формирование материала, обеспечивающее ранние сроки открытия движения транспорта по устроенному слою в значительной степени может быть заложено на стадии объединения составляющих компонентов. При объединении минеральных материалов с водой и битумом происходят сложные физико-химические процессы, характер которых в значительной степени зависит от свойств составляющих материалов и технологических факторов, которые и определяют в дальнейшем качество получаемого асфальтобетона. дисперсный битум смесь порошок
Способность битумов к диспергированию определяется их химическим составом и структурно-механическими свойствами, зависящими от природы исходного сырья и способа получения. Процессы диспергирования битумов в большей степени изучены применительно к битумным эмульсиям на жидких эмульгаторах. Установлено, что эмульгируемость существенно зависит от содержания в битуме компонентов, понижающих поверхностное натяжение. Поверхностная активность битумов может резко повышаться за счет асфальтогеновых кислот и ангидридов. С увеличением концентрации этих веществ битумам можно придать кардинально отличное качество - способность самопроизвольно эмульгироваться в щелочных растворах [4].
Для перевода битума в диспергированное состояние в составе асфальтовой смеси должны содержаться эмульгатор и вода. В качестве эмульгатора целесообразно использовать минеральный порошок, который является обязательной составляющей минеральной части большинства асфальтовых материалов. Количество и тонкость помола минерального порошка должны обеспечить создание благоприятных условий диспергирования битума. Автором исследовано влияние состава минеральной части, влажности смеси, температуры битума и скорости перемешивания на дисперсность битума. Установлено, что для обеспечения диспергирования битума в составе увлажненной минеральной части должно содержаться не мене 4% частиц минерального порошка размером мене 0,071 мм. При повышении содержания минерального порошка до 10% дисперсность битума существенно улучшается. Дальнейшее увеличение содержания минерального порошка незначительно влияет на степень дисперсности битума и требует увеличения содержания воды. Для ускорения процессов формирования асфальтовых материалов в слоях дорожной одежды в минеральные составляющие должны иметь возможно меньшую пористость, минеральная смесь должна содержать минимальное количество тонкодисперсной фракции, частицы которой обладают длительной водоудерживающей способностью. Введение в состав минеральной части 2-3% извести позволяет существенно повысить дисперсность битума. За счет высокой удельной поверхности извести пушенки и ее пластифицирующего действия потребность в минеральном порошке и воде существенно снижаются.
Влажность минеральной части назначается из условий диспергирования битума, энергетических и временных затрат на уплотнение, формирования достаточной для движения транспорта прочности, образования и адгезии битумной пленки на минеральной поверхности. Для получения необходимой степени дисперсности битума влажность минеральной части должна находиться в пределах 4-7% и 7-10% при содержании минеральных частиц размером мельче 0,71 мм соответственно 4-9% и 9-12%.
Заслуживают внимания исследования возможности интенсификации процессов структурообразования на стадии перемешивания минеральных материалов с использованием распылов битума или битумных пен [3]. Большинство этих исследований касаются асфальтобетонов горячего приготовления. Автором экспериментально установлена возможность получения достаточной степени дисперсности битума и равномерности его распределения в асфальтобетонной смеси с менее жесткими требованиями по содержанию минерального порошка и воды при введении битума в распыленном состоянии.
Список литературы
1. Андронов С.Ю. Технология холодного вибролитого регенерированного асфальта. Дис… канд. техн. наук. Саратов, 2011. - 194с.
2. Горельшева А. А. Органоминеральные смеси в дорожном строительстве. - М., 2000. - 107 с. - (Автомоб. дороги: Обзорн. информ. /Информавтодор; Вып. 3)
3. Баринов Е.Н. Основы теории и технологии применения асфальтобетонов на вспененных битумах. Л.: ЛГУ, 1990. - 175с.
4. Дорожные эмульсии в дорожном строительстве: Учебно-справочное пособие / Сост.: Ю.В. Соколов, В.Н. Шестаков - Омск: ГУИПП “ Омский дом печати”, 2000.- 256 с.