Поверхностно-активные вещества

2.22. Необходимым компонентом асфальтобетонных смесей являются поверхностно-активные вещества. Добавки ПАВ позволяют улучшить сцепление битумов с поверхностью минеральных зерен, повысить качество асфальтобетонов и улучшить показатели технологических процессов приготовления, укладки и уплотнения асфальтобетонных смесей.

2.23. Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют ПАВ двух классов - катионные и анионные.

Из катионных ПАВ используют соли высших первичных, вторичных и третичных алифатических аминов, амидоамины, четырехзамещенные аммониевые основания; из анионных - высшие карбоновые кислоты, соли (мыла) тяжелых и щелочно-земельных металлов высших карбоновых кислот и т.п.

В качестве ПАВ используют также некоторые смолы твердых топлив.

Класс ПАВ выбирают с учетом природы и свойств, применяемых минеральных материалов и битума.

Для улучшения сцепления неактивных битумов (кислотное число менее 0,7 мг×КОН/г) с минеральными материалами кислых пород (граниты, пески и т.п.) используют преимущественно катионные ПАВ. Возможно применение и анионных ПАВ типа высших карбоновых кислот, но при этом для подготовки поверхности зерен минерального материала к взаимодействию с анионными соединениями, содержащимися в битуме и введенными в него, применяют активаторы - известь или цемент.

В случае применения активных битумов (кислотное число более 0,7 мг×КОН/г), как правило, нет необходимости вводить ПАВ; достаточно обработать кислые минеральные материалы активаторами. Если такая обработка невозможна, то допускается использовать катионные ПАВ, однако при этом следует учитывать, что расходих будет выше.

2.24. Для улучшения сцепления неактивных битумов с минеральными материалами карбонатных горных пород (известняки, доломиты), а также основных и ультраосновных изверженных горных пород (габбро, диабаз, дуниты и др.) используют анионные ПАВ типа высших карбоновых кислот или катионные ПАВ типа аминов либо амидоаминов; для улучшения сцепления активных битумов применение ПАВ, как правило, не требуется.

Если минеральная часть асфальтобетона полиминеральная, а битум малоактивен, то предпочтение следует отдавать катионным ПАВ типа аминов и амидоаминов, улучшающих сцепление битумов с разными по природе минеральными материалами.

Перечень ЛАБ и активаторов, а также рекомендаций поих использованию приведены в табл.6.

2.25. Положительный эффект от использования ПАВ достигается лишь при их оптимальной концентрации (см. табл. 6), которую уточняют в каждом конкретном случае с учетом природы и свойств применяемых материалов.

Критерием назначения оптимального содержания ПАВ служат показатели свойств асфальтобетонов, в первую очередь коэффициент водостойкости после длительного водонасыщения (15 сут), а для горячего и теплого асфальтобетонов - также прочность при 50°С.

Перед введением ПАВ вязкий битум следует нагревать до 110-130°С, жидкий - до 80-100°С.

Отдозированное весовым или объемным способом ПАВ вводят в рабочий битумный котел, предварительно заполненный битумом на 0,7 объема. Перемешивание осуществляют путем циркуляции.

Смесь битума и ПАВ можно выдерживать при рабочей температуре не более одной рабочей смены.

Таблица 6

На минеральный материал ПАВ вводят непосредственно в асфальтосмеситель до подачи битума. Ввиду их небольшого количества и в целях лучшего распределения по поверхности минеральных материалов ПАВ предварительно смешивают с пластификатором в соотношении1:1. В качестве пластификатора лучше всего использовать битум, количество которого учитывают при общей дозировке.

17. Минеральный порошок для асфальтобетона, его роль.

Минеральный порошок в асфальтобетоне играет роль добавки, структурирующей битум и образующей с ним асфальтовое вяжущее вещество, которое во многом обусловливает плотность, прочность и теплоустойчивость асфальтобетона. Тонкий минеральный порошок получают помолом известняков, доломитов и других карбонатных пород, основных доменных шлаков и других материалов. Важными характеристиками качества минерального порошка являются тонкость помола и коэффициент гидрофильности. Степень измельчения должна быть такой, чтобы при мокром рассеве порошок полностью проходил через сито с отверстиями 1,25 мм, а содержание частиц мельче 0,071 мм было не менее 70 % по массе. Коэффициент гидрофильности —отношение объема испытуемого порошка после набухания в течение 3 сут в воде к объему при набухании в керосине — должен быть не более единицы.

Щебень для асфальтобетона получают дроблением массивных горных пород и металлургических шлаков. Щебень, полученный из основных пород (известняка, доломита, базальта, диабаза и т.п.), характеризуется лучшей адгезией к битуму (дегтю), чем щебень из кислых горных пород (гранита, андезита, диорита, порфира и др.). Содержание в щебне зерен лещадной или игловатой формы ограничено стандартами. Строго ограничивается также количество пылеватых и глинистых частиц (не более 1...2%). Для получения достаточной плотности минеральной части асфальтобетонной смеси щебень должен быть разделен по фракциям (20...40, 10...20, 5......15, 5...10 мм).

При производстве асфальтобетона для дорожного строительства очень важную роль играет дисперсная составляющая – минеральный порошок, представляющий собой продукт тонкого измельчения до удельной поверхности 2500 - 5000 см2/г известняков, доломитов, доломитизированных известняков и других карбонатных пород, металлургических шлаков, а также порошкообразных отходов промышленности.

Минеральный порошок в асфальтобетоне заполняет пустоты песчано-щебеночного каркаса и повышает плотность минерального остова, а также превращает нефтяной битум в прочное асфальтовое вяжущее вещество.

Для успешного выполнения этих функций минеральный порошок должен обладать следующими свойствами:
– при смешивании с битумом не должен комковаться и образовывать агрегаты;
– сцепление битума с поверхностью зерен минерального порошка должно быть настолько прочным, чтобы вода не отслаивала битум в течение всего нормативного срока службы асфальтобетона в покрытии;
– физико-химическое взаимодействие между поверхностью зерен минерального порошка и битумом должно быть достаточно сильным для ориентации молекул в тонком слое битума, однако при этом порошок не должен ускорять процесс старения битума;
– содержание минерального порошка в смеси должно быть предельно минимальным, необходимым для достижения асфальтобетоном нормативной плотности и прочности.

Основным способом улучшения свойств минеральных порошков является их физико-химическая активация, при которой процесс измельчения материалов сопровождается обработкой битума с поверхностно-активными веществами (ПАВ) в соотношении 1:1–1:3.
В результате активации минеральных порошков они приобретают целый комплекс полезных свойств:
– гидрофильная поверхность порошка становится гидрофобной, что облегчает его транспортирование и хранение;
– активированные порошки не комкуются, предоставляя возможность снижения тонкости помола при их производстве;
– наличие на поверхности порошка прочной пленки битума существенно улучшает условия последующего взаимодействия с битумом при получении асфальтобетона;
– высокое качество минеральных порошков обеспечивает возможность приготовления асфальтобетонов с повышенной плотностью, прочностью, водо- и морозостойкостью, а в некоторых случаях – с повышенной сдвигоустойчивостью и трещиностойкостью. Такие асфальтобетоны имеют наибольшее количество замкнутых пор, что обусловливает более низкое водонасыщение при заданной остаточной пористости и водопроницаемости покрытия;
– холодные асфальтобетонные смеси на активированном минеральном порошке не слеживаются при хранении; покрытия из таких смесей формируются быстрее, испытывая давление при движении автомобилей;
– расход битума для приготовления асфальтобетонных смесей на 10 - 20% меньше, чем смесей на неактивированном порошке;
– приготовление, укладку и уплотнение асфальтобетонных смесей на активированном минеральном порошке осуществляют при сниженной по сравнению с обычным минеральным порошком, на 20oС температуре;
– при укладке и уплотнении асфальтобетона улучшается обрабатываемость смеси.

В связи с вышеизложенным, многие дорожно-строительные организации перешли на широкое применение активированного минерального порошка.