Взаимодействие битума с минеральными материалами.

Процесс приготовления асфальтобетонной смеси рассчитан на равномерное распределение вяжущего и полное покрытие каждого минерального зерна пленкой битума. При неполном покрытии минеральных зерен битумной пленкой из-за недостатка битума асфальтобетон разрушается во влажной среде вследствие проникновения воды через открытые места под битумную пленку и вытеснения ее с поверхности. Избыток битума ухудшает равномерность распределения вяжущего в асфальтобетоне за счет миграции части битума при уплотнении смеси из зоны повышенного напряжения в зоны малого напряжения.

Удельную поверхность зерен можно выразить в следующем виде

,

где - коэффициент формы зерен;

- линейные размеры зерен, м;

- плотность минерального материала.

Общая поверхность минеральной части асфальтобетона складывается из поверхностей минерального порошка, песка и щебня:

Чем меньше размер минеральных частиц, тем больше поверхность минеральной части. Например при содержании минерального порошка в смеси в количестве от 5 до 10 %, на его долю приходится 60 – 80 % от общей поверхности минеральной части.

Распределение битума в асфальтобетоне взаимосвязано с удельной поверхностью минеральных зерен следующей зависимостью:

,

где - толщина битумной пленки на минеральных зернах, мкм;

- переводной коэффициент;

- количество битума, % от массы минеральной части;

- удельная поверхность зерен минерального материала, м²/кг;

- плотность битума.

Подставив в эту формулу , получаем

.

Из полученной зависимости следует, что толщина пленки прямо пропорциональна количеству битума м величине зерен смеси.

Толщина битумной пленки также взаимосвязана с вязкость исходного битума. С изменением вязкости битума от марки БНД 90/130 до БНД 200/300 толщина пленки на зернах уменьшается на 10 %.

Взаимодействие битума с минеральными компонентами в асфальтобетоне является определяющим в получении материала с заданными свойствами. Под взаимодействием битума и минеральных материалов подразумевается весь комплекс процессов, происходящих при длительном контакте этих материалов. К ним относятся:

Физические процессы или физическое взаимодействие – обусловлено способностью вяжущего адсорбироваться на поверхности минеральных зерен. В результате формируются слои повышенной концентрации высокомолекулярных составляющих битума. Кроме того, на границе раздела битум – минеральный материал проявляют свое действие межмолекулярные силы минерального материала, попадая в зону действия которых битум претерпевает структурные изменения, образуя цепочки высокомолекулярных соединений перпендикулярные к поверхности минеральных зерен. По мере удаления от зерна прочность падает и вяжущее приобретает свойства объемного (свободного) битума.

В ориентированном слое битума выделяют три зоны с характерными структурой и физико-механическими свойствами: твердообразную, структурированную и диффузную.

Хемосорбционные процессы или химическое взаимодействие – приводит к образованию на границе раздела фаз новых химических соединений. Обычно эти процессы возникают при объединении минеральных материалов из карбонатных и основных горных пород с битумом. Происходят реакции с образованием соединений нерастворимых в воде, поэтому битумные пленки на поверхности минеральных частиц устойчивы к воздействию воды.

При объединении битума с кислыми минеральными материалами таких соединений не образуется. прочность сцепления битумной пленки пониженная, особенно в присутствии воды. Для образования химических соединений в битум вводят катионоактивные ПАВ, которые улучшают прилипание битума (повышаем адгезионные свойства битума).

Фильтрация битума и его компонентов внутрь минеральных зерен зависит главным образом от их пористости. По макропорам внутрь зерен фильтруется объемный битум. Наиболее подвижный компонент битума – масла проникают по капиллярам внутрь зерна на наибольшую глубину. Смолы из-за меньшей подвижности и большей активности проникают в зерна на меньшую глубину. Поверхностный слой битума на таких зернах обогащен асфальтенами, битумные пленки становятся более жесткими и менее эластичными, что ускоряет переход асфальтобетона в хрупкое состояние. При применении таких минеральных материалов вязкость битума должна быть меньше на 10 – 15 %, чем битумов, применяемых с плотными породами.

Дата добавления: 2015-07-25