Навигация:
Главная → Все категории → Дорожные одежды

Взаимодействие шлакового щебня, песка и порошка с битумом в асфальтобетоне


Взаимодействие шлакового щебня, песка и порошка с битумом в асфальтобетоне

Взаимодействие битума с минеральными компоненами в асфальтобетоне является определяющим в получении материала с заданными свойствами. При этом под взаимодействием битума и минеральных материалов понимается весь комплекс процессов, происходящих при длительном контакте этих материалов. К ним относятся: физические процессы на границе раздела битум—минеральный материал; хемосорбционные процессы, фильтрация битума и его компонентов внутрь минеральных зерен.

Физическое взаимодействие битума с минеральными материалами обусловлено способностью вяжущего адсорбироваться на поверхности минеральных зерен. В результате формируются адсорбционные слои (слои повышенной концентрации высокомолекулярных составляющих битума). Наряду с адсорбционным взаимодействием на границе битум — минеральный материал проявляют свое действие межмолекулярные силы минерального материала. Это дальнодействующие поверхностные силы, действие которых распространяется на несколько микрометров. Битум, попадая в зону их действия, претерпевает структурные изменения. Высокомолекулярные соединения битума, проявляя «эстафетное действие» (впервые открытое Б. В. Дерягиным для других систем), образуют цепочки, перпендикулярные к поверхности минеральных зерен. Наибольшую прочность имеют звенья цепочки у поверхности зерен (ориентированный слой битума). По мере удаления от зерна прочность связи падает, вяжущее приобретает свойства объемного (свободного) битума.

В ориентированном слое битума выделяют три зоны с характерными структурой и свойствами: твердообразную, структурированную, диффузную. Твердообразная зона, граничащая с поверхностью минерального материала, представляет адсорбционный слой, предельно насыщенный асфальтенами. Минеральные зерна, покрытые пленкой, между собой не слипаются, так как пленка не обладает клеющей способностью. Толщина твердообразной зоны на минеральных зернах не превышает долей микрометра. Структурированная зона состоит из цепочек высокомолекулярных компонентов битума, ориентированных к минеральному зерну. Толщина зоны не превышает 1—2 мкм. Диффузная зона представлена слабым упорядочением высокомолекулярной части битума, переходящей в объемный битум. Резкой границы между ориентированным слоем и объемным битумом, а также внутри слоя между зонами нет. В зависимости от природы и размера зерен, а также от содержания в битуме асфальтенов толщина ориентированного слоя может меняться от долей микрометра до нескольких микрометров. По мере приближения к поверхности минеральных материалов в связанном слое увеличивается содержание асфальтенов.

Следовательно, при полном переводе битума в асфальтобетоне из объемного состояния в ориентированное достигается наибольшая прочность системы. Поэтому асфальтовяжущее, в котором толщина пленки менее 1 мкм, обладает значительно большей прочностью, чем, асфальтовый раствор и тем более асфальтобетон. Необходимо стремиться к тому, чтобы отдельные минеральные зерна соприкасались между собой по слою ориентированного битума [28].

Химическое взаимодействие битума с минеральным материалом приводит к образованию на границе раздела фаз новых химических соединений. Хемосорбционные процессы возникают при объединении ряда минеральных материалов с битумами, содержащими анионактивные поверхностно-активные вещества (нафтеновые, асфальтогеновые кислоты и т. д.). К минеральным составляющим, способным химически взаимодействовать с битумом, прежде всего относят щебень, песок, порошок из известняков и доломитов. Их химическая активность объясняется высоким положительным потенциалом и большим количеством адсорбционных центров в виде катионов Са+2, Mg+2 на поверхности частиц.

Щебень, песок и порошок из металлургических шлаков несколько уступают известнякам по активности, так как на их поверхности, кроме центров в виде катионов Са+2, Mg+2, Fe+2, Fe+3, имеются ионы кислорода О-2. Битумные пленки удерживаются на поверхности частиц большим или меньшим количеством положительных центров адсорбции, соответственно чему изменяется величина и характер адгезии. Шлаковые материалы с высоким содержанием двух и трехвалентных катионов Са+2, Mg4-2, Fe+2, Fe+3 образуют сравнительно прочные и плотные системы. Хуже взаимодействуют с битумом зерна щебня, песка и частицы порошка с высоким потенциалом отрицательного заряда и значительным количеством адсорбционных центров в виде ионов О-2. Это материалы, получаемые при дроблении кварцитов, гранитов, трахитов и др. При контакте с битумом они вызывают явление отрицательной адсорбции. Пленки битума очень слабо удерживаются на поверхности частиц. Под действием воды слабая связь между полярными компонентами битума и поверхностью частиц быстро нарушается, что приводит к сравнительно легкому и массовому оттеснению битумных пленок с границы контакта и к последующему гидратиро-ванию освободившейся поверхности.

При объединении минеральных материалов с битумом наряду с сорбционными процессами происходит фильтрация вяжущего и его компонентов внутрь зерен минерального материала. Интенсивность этого процесса зависит главным образом от характера пористости и смачивающей способности минерального материала. У металлургических шлаков (относительно гидрофобных материалов) этот процесс протекает интенсивно и зависит главным образом от характера пористости. Для песчаников и гранитов (более гидрофильных материалов) этот процесс менее выражен и обусловливается микропористостью за счет капиллярной фильтрации.

По макропорам внутрь зерен фильтруется объемный битум.. Наличие микропор на поверхности зерен приводит к избирательной диффузии компонентов битума. Масла проникают по капиллярам в зерна на наибольшую глубину. Смолы из-за меньшей подвижности и большей активности проникают на меньшую глубину. Поверхностный слой битума на таких зернах обогащен асфальте-нами. Взаимодействие пористых шлаков с битумом приводит к тому, что битумные пленки становятся более жесткими и менее эластичными, а это ускоряет переход асфальтобетона в хрупкое состояние. Эти особенности взаимодействия шлаков с битумом и предопределяют специфические свойства асфальтобетона на шлаковых составляющих: повышенную прочность и теплостойкость; склонность к интенсивному старению.

В целом взаимодействие битума с кристаллическими шлаками различного сложения протекает интенсивно, так как на их границе реализуются физические, механические, химические, электростатические и диффузионные процессы, а поэтому адгезионные связи на границе битум — шлаковый материал прочные и устойчивые к воздействию окружающей среды.

Взаимодействие шлаковых материалов с каменноугольными дегтями протекает аналогично приведенному выше. Однако в силу большего содержания в дегтях веществ с полярными группами они лучше, чем битумы, прилипают к металлургическим шлакам, быстрее переходят в хрупкое состояние при понижении температуры.

Применение пористых материалов, несомненно, приводит к увеличению расхода битума (дегтя) при производстве асфальтобетона (дегтебетона), а также к снижению вязкости применяемого вяжущего. Поэтому представляет интерес определение битумоемкости и дегтеемкости шлаковых материалов и выявление путей уменьшения расхода вяжущего в смесях на этих материалах.

Похожие статьи:
Контроль качества облегченных покрытий

Навигация:
Главная → Все категории → Дорожные одежды

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум