Минеральный порошок для асфальтобетонной смеси (варианты)
MINERAL POWDER FOR ASPHALT-CONCRETE MIXTURE (VERSIONS)

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к составу активированного минерального порошка, и может быть использовано при приготовлении щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси.
Одним из путей увеличения сроков службы покрытий автодорог является применение асфальтобетонных смесей с новыми физико-механическими свойствами. Причем именно на физико-механические свойств асфальтобетонов значительное влияние оказывает минеральная часть, особенно минеральный порошок. Минеральный порошок, представляющий собой полидисперсный материал, является важнейшим структурообразующим компонентом асфальтобетона. На его долю приходится до 90-95% суммарной поверхности минеральных зерен, входящих в состав асфальтобетона.
Основное назначение минерального порошка как наполнителя битума состоит в том, чтобы переводить объемный битум в пленочное состояние. В таком состоянии повышается вязкость и прочность битума. Вместе с битумом минеральный порошок образует структурированную дисперсную систему, которая выполняет роль вяжущего материала в асфальтобетоне.
Другое назначение минерального порошка - заполнение мелких пор между более крупными частицами. Таким образом, присутствие необходимого количества минерального порошка способствует повышению плотности минерального состава, а следовательно, и повышению плотности асфальтобетона. Минеральный порошок добавляет асфальтобетону необходимую эластичность, повышая его прочность и износостойкость, увеличивает способность к различным деформациям (упругим и пластическим), что служит существенному улучшению качества дорожного покрытия, продлевает срок его службы и дает значительную экономию при эксплуатации.
Минеральный порошок представляет собой продукт тонкого помола (70% частиц - меньше 71 мкм) известняков, доломитов и некоторых других материалов. Требования к качеству минеральных порошков для асфальтобетона регламентируются ГОСТом Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей» и ГОСТ 32761-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Порошок минеральный. Технические требования (с Поправкой)».
Одним из способов улучшения свойств минеральных порошка является его физико-химическая активация, путем обработки порошка небольшим количеством активирующей смеси. Сущность активации заключается в том, что процесс измельчения исходного сырья сопровождается его обработкой активирующими веществами, в роли которых могут выступать ПАВ, битум, порошкообразные или жидкие жирные кислоты и другие вещества, с образованием на поверхности порошка прочной пленки активатора. В результате минеральная гидрофильная поверхность превращается в гидрофобную, а адгезия ее к битуму улучшается. Примером активации порошка может служить гидрофобизация, в результате которой минеральный порошок перестает впитывать влагу, что облегчает его хранение, транспортировку и придает ряд полезных технологических и эксплуатационных свойств.
Известен состав активированного армированного минерального порошка и способ его получения (патент RU 2568620, С04В 26/26, 2014). Данный порошок содержит однородную смесь из измельченных минерального компонента в виде карбонатной породы, преимущественно кубовидной формы, армирующей добавки и гидрофобизатора (0,1-5,0%) в виде жирной кислоты с температурой плавления не более 85°С, равномерно распределенного по поверхности минерального компонента и армирующей добавки.
Способ получения данного порошка, характеризуется тем, что карбонатную породу (щебень), гидрофобизатор (жидкий или порошкообразный) и армирующую добавку совместно измельчают в центробежной мельнице при температуре 60-90°С и одновременно перемешивают до равномерного распределения по поверхности минерального компонента гидрофобизатора.
Использование порошкообразных или жидких жирных кислот (0,1-5,0,) мас. %) придает порошку полную гидрофобность и он не слеживается при длительном хранении, а при использовании порошка при изготовлении асфальтобетона приводит к снижению расхода битума. Использование жирных кислот приводит к подверженности процессам окислительного старения, что сказывается на снижении его долговечности при эксплуатации.
У большей части производителей гидрофобные свойства минерального порошка исчезают уже через несколько недель. Причиной этого является естественный процесс окисления поверхности минерального порошка кислородом воздуха, что приводит к образованию новых классов органических соединений, таких как: кетоны, альдегиды, эпоксиды, гликоли. Наличие данных соединений приводит к потере гидрофобных свойств минерального порошка.
Известен активированный минеральный порошок для асфальтобетонной смеси (патент RU 2671227, С04В 26/26, 2018), содержащий однородную смесь из измельченного минерального компонента в виде карбонатной породы, гидрофобизатор в виде жирной кислоты с температурой плавления не более 85°С, равномерно распределенной по поверхности минерального компонента, причем гидрофобизатор содержится в количестве 0,5-0,7% от указанного минерального компонента и включает смесь жирных кислот соапстоков светлых растительных масел и саломасов с кислотным числом не менее 180 мг КОН/г и антиокислитель жирных кислот «Агидол-1 технический» при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Агидол-1 технический
- 0,01
указанные жирные кислоты
- остальное
Активированный минеральный порошок получают путем совместного измельчения минерального компонента в виде карбонатной породы и гидрофобизатора, и одновременного перемешивания до равномерного распределения по поверхности минерального компонента гидрофобизатора, причем предварительно приготовляют гидрофобизатор путем добавления Агидол-1 в смесь жирных кислот соапстоков светлых растительных масел и саломасов при температуре 70-80°С при постоянном перемешивании из расчета 0,01% от массы жирных кислот. Используют центробежно-ударный способ сухого измельчения.
Как известно, характеристики асфальтобетонов определяются в огромной степени (помимо, естественно, уровня технологического оборудования самих асфальтобетонных заводов) качеством наполнителя, присадок и битума. Зачастую именно этими нюансами отличается некачественное асфальтовое покрытие, начинающее разрушаться уже через год после изготовления и укладки, от качественного, стабильно выдерживающего все возрастающие транспортные нагрузки в течение нескольких лет. Сегодня уже большинство предприятий применяют в дорожном строительстве ряд передовых технологий.
Так при приготовлении некоторых дорожных смесей (например, эмуссионно-минеральных смеси или щебеночно-мастичных асфальтобетонные смеси) производители стали использовать в качестве дополнительного вяжущего цемент (патент РФ: 2243949, 2003; 2240333, 2003; 612681, 2015). Компоненты смеси - минеральный материал (например, щебень, минеральный порошок), цемент, взятые в нужном соотношении, равномерно перемешивают, после добавляют битумную эмульсию и все тщательно перемешивают. Это позволяет улучшить консистенцию смеси, показатели прочности и водостойкость, контролируемый резкий распад эмульсии.
Изготовление качественного дорожного покрытия невозможно, если не удалось равномерно, эффективно и без потерь качества распределить в достаточно большом объеме готовящейся асфальтовой массы (1-1,5 тонн) несколько килограммов полезных веществ, существенно улучшающих качество произведенного асфальтобетона. Как правило, производители стремятся улучшить качество битумного вяжущего, добавив туда необходимые ингредиенты. Но это энергозатратный технологический процесс, требующий дополнительного оборудования.
На очереди - освоение технологической культуры эффективного переноса и равномерного распределения специализированных добавок по всему объему асфальтобетонной смеси.
Наиболее близким (прототипом) является минеральный порошок, состав которого изложены в патенте РФ 2671227.
Недостатком данного порошка является то, что используемые сырьевые ресурсы (минеральные материалы) имеют ограничения по своим показателям. Например, качество используемого минерального компонента по ГОСТу нормируется содержанием глинистых оксидов (1,7), а поступающий, например, из карьера Стагдок содержит глинистых оксидов 2,4. Из этого происходит набухание образцов, который тоже нормируется ГОСТом. По этому приходится искать возможность использовать некондиционные материалы для получения порошков не нарушающих существующие требования ГОСТов.
Задачей данного изобретения является расширение номенклатуры существующих минеральных порошков и улучшение качества асфальтобетонных смесей.
Технический результат заключается в улучшении показателей по набуханию, пористости и показателю битуемкости минерального порошка, расширении используемых сырьевых ресурсов для его изготовления, улучшении физико-механических свойств щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси.
Технический результат достигается тем, что активированный минеральный порошок для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, содержащий однородную смесь из измельченных минерального компонента и гидрофобизатора, в виде жировой композиции, согласно изобретению, дополнительно содержит цемент при следующем соотношении компонентов, мас. %: отсев дробления известняковых пород - 95,83-95; гидрофобизатор -0,37-0,5; цемент ПЦ 500-ДО -3,8-4,5.
В другом варианте неактивированный минеральный порошок для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, содержащий однородную смесь из измельченных минерального компонента и гидрофобизатора, в виде жировой композиции, согласно изобретению, дополнительно содержит цемент при следующем соотношении компонентов, мас. %: отсев дробления известняковых пород - 96,08-95,3; гидрофобизатор - 0,12-0,2; цемент ПЦ 500-ДО - 3,8-4,5.
В качестве гидрофобизатора (жировая композиция) может быть использованы, например: смесь гудронов, полученных при дистилляции жирных кислот, выделенных после расщепления саломаса растительных масел, смешанных с жирными кислотами низкими КОН 120-135 и отходы стеариновой кислоты в пропорции 50/50.
агидол-1 технический, производства ОАО «Стерлитамакский Нефтехимический завод»
Жирные кислоты КОН 185-190 ООО Стерх; КОН 120-135 ООО Синтез-ойл.
Жировая композиция ООО Нэфис Косметике - отходы стеариновой кислоты.
В качестве минерального компонента используются отсевы дробления карбоновой породы (фракция 0-12 мм).
Технологический процесс производства минерального порошка заключается в следующем.
Исходный материал погрузчиком загружается в приемный бункер с колосниковой решеткой. Из бункеров известняк поступает на конвейер, посредством которого транспортируется на грохот. После грохота материал поступает на конвейер, оборудованный магнитным сепаратором и весами и далее - в сушильный барабан. В барабане производится сушка материала до влажности не менее 0,4%. После прохождения сушильного барабана материал выгружается в шнек. Теплоноситель, проходя через барабан, уносит мелкие частицы (менее 160 мкм). Для очистки пылевоздушной смеси после барабана предусмотрен циклон-осадитель. Пыль после циклона поступает в шнек. Очищенный воздух после циклона выбрасывается в атмосферу, коэффициент очистки 99,8%). Материал после объединяющего пыль циклона и материал барабана шнека поступает на транспортирующий шнек. Далее материал направляется в элеватор и распределительный бункер куда подается цемент, где он перемешивается с сухим сырьем в заданной пропорции. Из бункера ленточным питателем материал дозируется в измельчительный комплекс, а так же весовыми дозаторами дозируется минеральные добавки (активатор) в определенном кол-ве заданные оператором для определенного минерального порошка в саму мельницу, состоящей из центробежной мельницы, циклонов, рукавного фильтра, вентилятора. Тонкость помола готового продукта оперативно регулируется классификатором, углом наклона лопаток классификатора и скоростью движения воздушного потока. Материал после мельницы осаждается в циклонах. Готовый продукт (минеральный порошок) выгружается из бункера, находящегося под циклонами, в пневмокамерный насос, и далее по трубопроводу транспортируется в силосный склад готовой продукции емкостью 1200 тонн. Склад готовой продукции в мешках МКР предусматривает размещение 10000 тонн.
Пример получения активированного минерального порошка с использованием цемента.
Лабораторные испытания проводились на 6-х видах минерального порошка, произведенного на оборудовании ООО «ВЗМП» - порошок минеральный активированный МП-1 и неактивированный марки МП-2 по ГОСТ 32761-2014.
Состав минеральных порошков, подвергнутых испытаниям.
Активированный минеральный порошок МП-1 по ГОСТ 32761-2014
1 Отсев дробления известняковых пород - 95,83; гидрофобизатор - 0,37; Цемент ПЦ 500-ДО - 3,8
2 Отсев дробления известняковых пород - 95; гидрофобизатор - 0,5; цемент ПЦ 500-ДО - 4,5
3 Отсев дробления известняковых пород - 95,7; гидрофобизатор - 0,43; цемент ПЦ 500-ДО - 4,3
Неактивированный минеральный порошок МП-2 по ГОСТ 32761-2014.
1 Отсев дробления известняковых пород - 96,08; гидрофобизатор - 0,12; цемент ПЦ 500-ДО - 3,8.
2 Отсев дробления известняковых пород - 95,3; гидрофобизатор - 0,2; цемент ПЦ 500-ДО - 4,5.
3 Отсев дробления известняковых пород - 95,55; гидрофобизатор - 0,15; цемент ПЦ 500-ДО -4,3.
При получении порошка используется цемент марки ПЦ 500-ДО (ТСК цемент-юг.
Гидрофобизатор - жировая композиция ООО Нэфис Косметике (отходы стеариновой кислоты).
Минеральный компонент - отсев дроблений карбонатной породы с карьера СтагДок.
Были проведены испытания щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМА-20, содержащей в своем составе предложенный минеральный порошок (образцы №3, что у МП-1 и МП-2).
Результаты проведенных испытаний представлены в таблицах.
На фиг. 1 представлены сравнительные характеристики проведенных испытаний образцов МП-1 (Таблица 1): на фиг. 2 представлены сравнительные характеристики проведенных испытаний образцов МП-2 (Таблица 2); на фиг. 3 - 4- представлены физико-механические показатели ЩМА-20, приготовленного с использованием предложенного порошка (Таблица 3 - МП-1, Таблица 4 - МП-2).
Мы видим, что с добавлением цемента улучшаются показатели минерального порошка по набуханию, пористости и показателю битумоемкости, а так же уменьшение содержания битума, и находятся в пределах, указанных в ГОСТе.
По таблицам 3, 4 можно сказать, что минеральный порошок МП-1 и МП-2 с цементом улучшает физико-механические свойства ЩМА-20, а также сокращает расход битума.
Цемент ПЦ 500-ДО добавляется в минеральный порошок как связующий материал для улучшения гидрофобизации и увеличение прочности тонкой пленки, а также улучшения физико-механических свойств минерального порошка и свойств минерального порошка в ЩМА.