СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ И СОСТАВ АКТИВИРОВАННОГО АРМИРОВАННОГО МИНЕРАЛЬНОГО ПОРОШКА
METHOD OF OBTAINING AND COMPOSITION OF ACTIVATED REINFORCED MINERAL POWDER

Группа изобретений относится к способу получения и составу активированного армированного минерального порошка и может быть использована при приготовлении асфальтобетонной смеси для дорожного строительства. Увеличение срока службы автомобильных дорог при сохранении требуемого качества дорожного полотна может быть достигнуто путем применения асфальтобетонных смесей с улучшенными физико-механическими свойствами. Значительное влияние на свойства конечного продукта оказывает минеральный порошок. Минеральный порошок представляет собой мелкодисперсный материал, основное назначение которого как наполнителя битума состоит в том, чтобы переводить объемный битум в пленочное состояние. Вместе с битумом минеральный порошок образует структурированную дисперсную систему, которая выполняет роль вяжущего материала в асфальтобетоне. Как правило, в качестве минерального порошка используется продукт тонкого измельчения известняков, доломитов и других карбонатных пород.
Известен способ армирования асфальтобетонной смеси (патент №2262491, заявка 2003103141/03 от 03.02.2003) путем введения в ее состав древесных волокон, полученных из древесной крошки путем сушки ее в восходящем потоке воздуха с температурой 120°C и последующей распушки в мельнице с ситообразными лопастями. В смеситель сначала подают минеральный порошок, битум и поверхностно-активное вещество, а затем в процессе перемешивания подают древесные волокна, что соответствует процессу армирования минерального порошка, а на последней стадии добавляют щебень и песок. Описанный способ применим исключительно к органическим целлюлозным материалам и предусматривает использование дополнительной сушильной установки, что, в совокупности, сужает диапазон параметров конечного продукта и увеличивает его стоимость на 30%.
Известен способ получения асфальтобетонной смеси (патент №2156227, заявка 99100889/03 от 18.01.1999) путем смешения нагретых минеральных материалов, включающих каменные материалы и минеральный порошок, с битумом и армирующим заполнителем, в котором в качестве армирующего заполнителя вводят базальтовые волокна длиной 2-40 мм, диаметром 150-200 мкм, в количестве 0,8-1,1% от массы минеральных материалов, которые равномерно добавляют в минеральный порошок посредством емкости-дозатора и вводят в смеситель до начала процесса основного перемешивания.
Известна армирующая стабилизирующая добавка и способ ее производства: Fiber reinforced material products made therefrom, and method for making the same (патент WO 2005016644, заявка PCT/US2003/040385 от 18.12.2003), применяемая при дисперсном армировании асфальтобетона. Стабилизирующая добавка представляет собой гранулированный материал, содержащий в своей основе смесь синтетических волокон и воскообразную смесь, служащую оболочкой гранулы.
Известен способ производства асфальтобетонной смеси (патент №2351561, заявка 2006147363/03 от 29.12.2006), при изготовлении которой используются асбестовые волокна, предварительно смешанные с отдельно приготовленным неактивированным минеральным порошком при массовом соотношении асбестовые волокна:минеральный порошок, равном 0,024-0,363. Таким образом, получают армированную минеральную смесь, способ производства которой принят в данной заявке за ближайший аналог. Затем добавляют к полученной смеси фракции хризотил-асбеста с размером 0-5 мм, щебень (фракции хризотил-асбеста) с размером щебенок 5-20 мм, битум и присадку «Амдор-9» и получают готовую асфальтобетонную смесь.
Все поименованные патенты содержат положительные решения с точки зрения качества готовой продукции. И в то же время к недостаткам всех вышеперечисленных способов можно отнести следующее:
- используется неактивированный минеральный порошок, что увеличивает расход битума при изготовлении асфальтобетонной смеси;
- неравномерное распределение армирующей добавки в объеме минерального порошка при перемешивании на оборудовании асфальтобетонного завода;
- используется технологическая операция предварительного смешивания готового минерального порошка и древесных, базальтовых, асбестовых волокон на асфальтобетонном заводе, что приводит к увеличению временных затрат на изготовления асфальтобетонной смеси;
- способы предполагают наличие дополнительной технологической линии для получения древесных волокон, фракций хризотил-асбеста и т.п.;
- предполагается наличие специализированного оборудования, в частности дозатора волокон.
Известен состав активированного минерального порошка для асфальтобетонной смеси (патент на изобретение №2515277, заявка 2012145911/03 от 26.10.2012), содержащий в качестве минерального компонента измельченную карбонатную породу, в качестве поверхностно-активного вещества продукт переработки соапстока кислотно-катализируемым гидролизом с кислотным числом от 100 до 140 единиц и тяжелый вакуумный гудрон в качестве гидрофобизатора, которой принят в данной заявке за ближайший аналог для состава минерального порошка.
Одним из недостатков указанного активированного минерального порошка является необходимость использования стабилизирующих добавок при производстве асфальтобетона.
Задачей технического решения является создание способа получения и состава активированного армированного минерального порошка, позволяющего улучшить его качество, а при использовании данного минерального порошка в производстве асфальтобетонной смеси упростить технологию, улучшить эксплуатационные характеристики асфальтобетона, повысить экологическую безопасность, снизить стоимость готовой продукции.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения активированного армированного минерального порошка согласно изобретению минеральный компонент в виде карбонатных пород, гидрофобизатор, армирующую добавку в виде волокон одновременно дозируют, подают в измельчающее устройство и совместно измельчают.
Целесообразно в качестве измельчающего устройства использовать центробежную мельницу.
Процесс измельчения компонентов осуществляют при температуре 60-90°C.
2
В заявленном способе минеральный компонент в виде карбонатных пород, гидрофобизатор и армирующую добавку в виде волокон одновременно точно дозируют, затем все компоненты подают в измельчающее устройство и совместно измельчают. Одновременно с процессом измельчения происходит перемешивание всех составляющих. В качестве минерального компонента, в основном, используется карбонатный щебень с прочностью в пределах 1000÷1100 кг/см, который в процессе производства измельчается до нужной фракции. Армирующая добавка в виде волокна измельчается и распушается. В процессе совместного измельчения всех составляющих достигается равномерное распределение армирующей добавки по всему объему минерального порошка. Оптимальный результат достигается при применении армирующей добавки в виде волокон, не превышающих по длине 40 мм. В процессе измельчения всех компонентов с их одновременным перемешиванием достигается полная гидрофобность армированного минерального порошка за счет равномерного распределения гидрофобизатора по поверхности минерального компонента и армирующей добавки. В результате активированный армированный минеральный порошок приобретает однородный состав с изотропией свойств.
Для производства активированного армированного минерального порошка в качестве гидрофобизатора возможно применение жирной кислоты с подходящей температурой плавления 55÷85°C. Использование кислот с большей температурой плавления не позволит достичь полной гидрофобности. Использование кислот с меньшей температурой плавления приведет к их увеличенному расходу и, возможно, также к потере гидрофобности. Протекание процесса приготовления минерального порошка в температурном диапазоне 60÷90°C позволяет достичь оптимальной работы гидрофобизатора.
Использование в процессе помола центробежной мельницы позволяет получить полностью кубовидную форму зерна активированного армированного минерального порошка. Такой минеральный порошок с добавлением волокон, при его использовании в асфальтобетоне, способствует его армированию, улучшает эксплуатационные характеристики, в частности предел прочности при сжатии и трещиностойкость.
Производство активированного армированного минерального порошка не требует дополнительных временных затрат, т.к. операция введения волокон совмещена с основным технологическим процессом.
Заявленный способ получения активированного армированного минерального порошка позволяет создать продукт с новыми свойствами. Применение изобретения способствует, помимо прочего, упрощению технологии производства асфальтобетонной смеси, исключая по меньшей мере одну технологическую операцию введения армирующих добавок на асфальтобетонном заводе, поскольку волокна уже присутствуют в составе минерального порошка, либо исключить применение стабилизирующих добавок отечественного и импортного производства. Кроме этого, использование активированного армированного минерального порошка в технологии производства асфальтобетонной смеси повышает экологическую безопасность процесса из-за исключения попадания армирующих волокон в воздух. При применении данного активированного армированного минерального порошка не требуется дополнительной модернизации оборудования асфальтобетонного завода.
Указанный технический результат достигается также тем, что активированный армированный минеральный порошок согласно изобретению содержит измельченный минеральный компонент, гидрофобизатор, армирующую добавку в виде измельченных волокон при следующем соотношении, мас.%:
гидрофобизатор 0,1-5,0;
армирующая добавка 0,5-15,0;
минеральный компонент остальное до 100.
В качестве минерального компонента активированный армированный минеральный порошок может содержать измельченный щебень карбонатных пород.
В качестве армирующей добавки активированный армированный минеральный порошок может содержать волокна целлюлозы, асбеста, базальта.
В качестве армирующей добавки активированный активированный армированный минеральный порошок может содержать смесь минеральных и/или растительных волокон.
В качестве гидрофобизатора активированный армированный минеральный порошок может содержать порошкообразные жирные кислоты.
В качестве гидрофобизатора активированный армированный минеральный порошок может содержать жидкие жирные кислоты.
Отличительными признаками заявленного состава от ближайшего аналога являются признаки:
- активированный армированный минеральный порошок согласно изобретению содержит армирующую добавку в виде измельченных волокон;
- компоненты имеют следующее соотношение, мас.%: гидрофобизатор 0,1-5,0; армирующая добавка 0,5-15,0; минеральный компонент - остальное до 100;
- в качестве армирующей добавки активированный армированный минеральный порошок может содержать волокна целлюлозы, асбеста, базальта;
- в качестве армирующей добавки активированный армированный минеральный порошок может содержать смесь минеральных и/или растительных волокон;
- в качестве гидрофобизатора активированный армированный минеральный порошок может содержать порошкообразные жирные кислоты;
- в качестве гидрофобизатора активированный армированный минеральный порошок может содержать жидкие жирные кислоты.
Активированный армированный минеральный порошок содержит минимальное количество ингредиентов. Активированный армированный минеральный порошок, изготовленный предлагаемым способом, однороден по своему составу, свойствам, приобретает новое свойство - возможность армирования асфальтобетона. В качестве основного ингредиента содержит минеральный компонент, преимущественно измельченный до кубовидной формы зерен щебень карбонатных пород.
Использование в составе активированного армированного минерального порошка порошкообразных или жидких гидрофобизаторов, в частности жирных кислот, в пределах от 0,1 до 5,0 мас.% придает ему полную гидрофобность, что, в свою очередь, при использовании активированного армированного минерального порошка при изготовлении асфальтобетона приводит к снижению расхода битума. Кроме того, при использовании жирных кислот активированный армированный минеральный порошок не слеживается при длительном хранении. При уменьшении содержания гидрофобизатора менее 0,1 мас.% теряется гидрофобность, а при увеличении расхода гидрофобизатора более 5,0 мас.% происходит необоснованное удорожание продукта.
В качестве армирующей добавки может быть использовано сырье как минерального, так и растительного происхождения в пределах от 0,5 до 15,0 мас.%. В частности, измельченные волокна целлюлозы, асбеста, базальта и другие минеральные или растительные волокна или их смесь. При уменьшении содержания армирующих волокон в минеральном порошке менее 0,5 мас.%, при его использовании в асфальтобетоне, не проявляется эффект армирования, а при увеличении содержания более 15,0 мас.% происходит необоснованное удорожание активированного армированного минерального порошка и соответственно асфальтобетона. При изготовлении заявленным способом армирующая добавка в виде волокон равномерно распределяется в объеме минерального порошка, что, при использовании данного минерального порошка в производстве асфальтобетонной смеси, улучшает эксплуатационные характеристики асфальтобетона, в частности увеличивает предел прочности при сжатии и трещиностойкость.
На чертеже предложена принципиальная схема работы технологической линии, позволяющей реализовать заявленный способ и получить активированный армированный минеральный порошок.
2
Установка содержит одну технологическую линию, необходимую для производства активированного армированного минерального порошка. Компоненты, а именно щебень карбонатных пород с прочностью 1000-1100 кг/см, волокна в виде частиц до 40 мм, гидрофобизатор в виде жидкой или порошкообразной жирной кислоты, загружают в соответствующие приемные бункеры (1-3) механическим способом. После чего происходит дозирование компонентов смеси через дозаторы (4) в соответствии с приведенным в описании массовым соотношением. Компоненты доставляют при помощи транспортирующего устройства (5) в измельчительную установку (6), где происходит их совместное измельчение на центробежной мельнице при температуре 60-90°C. Готовая продукция помещается в контейнеры (7) для хранения.
Процесс производства, за исключением загрузки компонентов в приемный бункер, проходит в автоматическом режиме, что позволяет снизить фактор экологической опасности для обслуживающего персонала.
При применении активированного армированного минерального порошка в производстве щебеночно-мастичного асфальтобетона достигается полное соответствие качества получаемого асфальтобетона требованиям ГОСТ 31015-2002 по всем показателям без применения дополнительных стабилизирующих добавок. Результаты испытаний щебеночно-мастичного асфальта с использованием активированного армированного минерального порошка приведены в таблице 1.