Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Экономия битума

Содержание ориентированного и объемного битума в асфальтобетоне


Содержание ориентированного и объемного битума в асфальтобетоне

Положение о существовании двух состояний битума в асфальтобетоне — ориентированного (структурированного, пленочного) и свободного (объемного) не вызывает возражения у исследователей, изучающих структуру и свойства асфальтобетона. Однако до настоящего времени не установлена количественная связь между размером зерен и природой их поверх ности, вязкостью и другими свойствами битума, а также толщиной ориентированного слоя.

Для определения толщины ориентированного слоя битума на зернах различной крупности были проведены исследования по аналогии с определением молекулярной влагоемкости сыпучих материалов по А. Ф. Лебедеву, основанные на центрифугировании изучаемых смесей.

Была использована центрифуга ЦЛС-31 М с максимальной частотой вращения ротора 18 тыс. об/мин. Центробежная сила, возникающая при работе центрифуги, измерялась факто ром разделения — величиной, которая характеризует напряженность центробежного поля, развитого центрифугой. Фактор разделения показывает, во сколько раз ускорение центробежного поля, развитого центрифугой, больше, чем ускорение гравитационного поля

После насыщения капсулу помещали в специальные стаканчики центрифуги и центрифугировали до постоянной массы капсулы при заданной частоте вращения ротора центрифуги. После повторного взвешивания капсулу снова центрифугировали с большей частотой вращения ротора до постоянной массы. Центрифугирование проводили до тех пор, пока повышение частоты вращения и времени центрифугирования не вызывали изменение массы более чем на 1%. Взвешивание производили с точностью до ±0,001 г.

После полного цикла центрифугирования определяли битумоемкость испытуемой фракции материала и рассчитывали толщину ориентированного слоя битума б на зернах по формуле.

Интересно отметить, что с уменьшением размера зерен битумоемкость растет, а толщина пленок уменьшается. Кажущееся противоречие объясняется значительным опережением роста удельной поверхности зерен с уменьшением их размера по сравнению с ростом битумоемкости.

При изменении фактора разделения от 200 до 790 объемный битум легко отделяется. Увеличение фактора разделения от 790 до 6230 ведет к дальнейшему утончению пленки, но этот процесс происходит значительно медленнее, чем в первом случае и требует 6-10 ч центрифугирования. Наступает такой момент, когда увеличение частоты вращения ротора не вызывает ощутимого уменьшения толщины пленки, например, увеличение фактора разделения от 6230 до 30 000 не приводит к изменению толщины слоя. С ростом фактора разделения закономерно уменьшается толщина битумной пленки на минеральных зернах. Однако после достижения фактора разделения 6230 дальнейшее увеличение центробежной силы (вплоть до фактора разделения 30 000) не приводит к уменьшению толщины пленки битума. Минеральные зерна, покрытые таким битумом, не обладают клеящей способностью. Вероятно, этот битум обладает отличными от объемного битума составом, строением и свойствами. Этот «невыжимаемый» слой битума назван твердообразным. Толщины твердообразного слоя битума на минеральных зернах известняка и кварцита приведены в табл: 1.14. Принятая методика позволила определить изменение толщины пленки битума на минеральных зернах по мере увеличения центробежной силы. При наименьшем факторе разделения 200 толщина пленки битума на известняковых зернах фракции 5-3 мм равна 1,50 мкм, при 1760 — 0,76 мкм, а при 12900 — 0,515 мкм. На зернах дробленого кварцита толщина пленок значительно меньше, чем на зернах известняка и составляет для фракции 5-3 мм при факторе разделения 200 — 0,93 мкм, при 1760 — 0,47 мкм, при 12 900 — 0,26 мкм. Уменьшение толщины пленки битума на зернах кварцита по сравнению с известняком подтверждает результаты многих исследователей и подчеркивает различие в характере взаимодействия известняка с битумом. По мере уменьшения размера зерен закономерно уменьшается толщина пленки битума на зернах при всех режимах испытания.

Как показали испытания, компонентный химический состав битума зависит от величины прикладываемой центробежной силы. Если в битуме до испытания содержание асфальтенов составляло 6,95%, то в отжатом битуме с минеральных зерен при факторе разделения 790 содержание асфальтенов составляло уже 8,32%, а при 2780- 10,59%.

Эти исследования показывают изменения, происходящие в битуме под влиянием минеральной подложки. Наиболее активными компонентами битума по отношению к минеральному материалу являются асфальтены, содержащие активные функциональные группы, поэтому они и накапливаются в наибольшем количестве в пограничной зоне. По мере удаления от поверхности зерна количество асфальтенов уменьшается, а на каком-то расстоянии равно содержанию в объемном битуме. Так как асфальтены полярны, можно предположить, что они ориентированы определенным образом по отношению к подложке. Вероятнее всего эта ориентация перпендикулярна подложке и состоит из асфальтенов, соединенных между собой по полярным группам в цепочки.

Выполненные исследования позволили предположить, что битумная пленка на минеральном зерне состоит из слоя с упорядоченным расположением высокомолекулярных соединений битума, который постепенно переходит в объемный битум. Твердообразная зона граничит с поверхностью минерального материала и у поверхности подложки предельно насыщена асфальтенами. На известняковых зернах фракции 5-3 мм твердо-образная зона имеет толщину 0,515 мкм, на зернах фракции 3-1,25 мм -0,300, 1,25-0,63 мм -0,294 и на 0,63-0,315 мм — 0,10 мкм. На зернах кварцита твердообразная зона почти в 2 раза тоньше, чем на зернах известняка. За твердообразной зоной расположена структурированная зона, состоящая также из упорядоченных высокомолекулярных компонентов битума, ориентированных к минеральному зерну. На известняковых зернах фракции 3-5 мм толщина зоны равна 1 мкм, на зернах 3-1,25 мм -0,8 мкм, 1,25-0,63 мм — и.75 мкм, 0,63-0,315 мм -0,7 мкм. На зернах кварцита тол-Сгабл |ориентированного слоя пропорционально меньше зоной предположительно должна суствовать переходная зона, в которой битум частично имеет упорядоченное строение — это диффузная зона. Толщина диффузной зоны колеблется от одного до нескольких микрометров. При повышении температуры толщина зоны уменьшается до своего минимального предела, а при понижении — увеличивается. Резкого перехода между диффузной зоной и объемным битумом нет.

Выполненные исследования позволили подойти к определен/то соотношения между ориентированным и объемным битумом в асфальтовяжущем, асфальтовом растворе и асфальтобетоне и установить влияние их на прочность, теплостойкость и долговечность рассматриваемых систем.

Ранее были рассчитаны технологические толщины битумных пленок на минеральных зернах в смеси оптимальной гранулометрии, при которой формируется материал с наибольшей прочностью и средней плотностью. Общая толщина пленки битума с глубиной проникания иглы при 25°С — 410-на зернах известняка была определена как произведение толщины пленки битума БНД 90/130 на коэффициент 0,85.

Как видно из табл. 1.16, общая толщина пленки на зернах известняка, а также толщина ориентированного слоя закономерно уменьшается с уменьшением размера зерен. Однако соотношение между общей толщиной пленки на зернах и толщиной ориентированного слоя изменяется по другому закону Если во фракции 10-5 мм ориентированный слой составляет от общей толщины пленки всего лишь 4,1%, то во фракции 0,63-0,315 мм он составляет 24,5%, а во фракции 0,14- 0,071 мм — 47,5%. Толщина твердообразной зоны ориентированного слоя в абсолютных величинах уменьшается с уменьшением размера зерен. Следовательно, с уменьшением размера

зерен увеличивается содержание ориентированного битума и уменьшается содержание объемного.

Полученные данные позволили рассчитать соотношение между объемным и ориентированным битумом в асфальтовых системах различной крупности. Методика этого расчета заключалась в следующем. Эту величину использовали в расчете); содержания в смеси ориентированного и объемного битума. В асфальтовяжущем технологическая пленка на зернах в 3 раза тоньше, чем толщина ориентированного слоя, поэтому принято, что в смеси № 1 битум на 100% в ориентированном состоянии. В состав № 2 вводятся зерна фракций 0,071-0,14 мм, на которых ориентированный слой составляет 48% от общей толщины пленки битума на зернах. Поэтому в смеси № 2 находится не только ориентированный, но и объемный битум. Дальнейшее насыщение асфальтовяжущего вещества песо»ными зернами и щебнем приводит к увеличению содержания объемного битума в смеси.



Рис. 1. Содержание ориентированного (заштрихованная часть диаграммы) и объемного битума в асфальтовяжущем, асфальтовом растворе и асфальтебетоне


Приведенная диаграмма (рис. 1) показывает, как уменьшается доля ориентированного слоя битума в общей технологической битумной пленке на минеральных зернах в асфальтовых системах с увеличением их размера. Содержание ориентированного битума в системе уменьшается при переходе от асфальтовяжущего к асфальтовому раствору и асфальтобетону.

Естественно, приведенные расчеты определения содержания ориентированного и объемного битума в асфальтовых материалах не претендуют на завершенность и нуждаются в дальнейшем развитии. Так, еще в недостаточной степени учтено влияние колебания пористости минерального остова. В расчете приняты некоторые допущения по распределению битума на минеральных зернах. Распределение битума по поверхности зерен не всегда равномерное. Сказывается форма зерен, степень развитости поверхности, различие в энергетических потенциалах породообразующих минералов и др.



Похожие статьи:
Переработка старого асфальтобетона в стационарных установках

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Экономия битума

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум