Минеральные порошки с избыточным содержанием ПАВ в составе активирующей смеси

УДК 625.72

МИНЕРАЛЬНЫЕ ПОРОШКИ С ИЗБЫТОЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ПАВ В СОСТАВЕ АКТИВИРУЮЩЕЙ

СМЕСИ

А.В. Космин, профессор, к.т.н., ХНАДУ

Аннотация. Показано влияние содержания ПАВ в составе активирующей смеси активированного минерального порошка на степень его гидрофобно-сти, которое состоит в том, что с увеличением содержания ПАВ степень гидрофобности активированного минерального порошка возрастает до некоторого максимального значения, с последующим уменьшением величины показателя. В асфальтобетоне избыточное содержание ПАВ из состава активирующей смеси минерального порошка перераспределяется на поверхность зерен заполнителей, что приводит к повышению водостойкости асфальтобетона.

Ключевые слова: битум, минеральный порошок, ПАВ, асфальтобетон, степень гидрофобности, физико-механические свойства.

Введение

Свойства асфальтобетона и его долговечность зависят от его состава и структуры. Важная роль в структуре асфальтобетона принадлежит минеральному порошку. Для повышения качества минеральных порошков и асфальтобетонов с их применением минеральные порошки подвергают активации.

Особенностью активированных минеральных порошков является их способность плавать на поверхности воды, вследствие несмачивания водой гидрофобной пленки активирующего материала на поверхности частиц порошка. На этом основана возможность оценки адгезионных свойств битумов, используемых для активации минеральных порошков, с добавками и без добавок ПАВ, по продолжительности плавания пробы активированного минерального порошка на поверхности кипящей дистиллированной воды.

Анализ публикаций

С целью улучшения сцепления принятых для исследования битумов с поверхностью кварцевого минерального порошка в работе была принята катионоактивная добавка УДОМ-1.

Содержание активирующей смеси из битума с добавкой ПАВ составляло 2 % от массы минерального порошка. Влияние содержания ПАВ в составе активированного кварцевого минерального порошка проявляется в увеличении этого показателя до некоторого содержания ПАВ (в случае как активного, так и неактивного битума марки БНД 60/90 это около 2 % ПАВ от массы битума), после чего наблюдается снижение степени гидрофобно-сти активированных минеральных порошков.

Эти результаты возможно объяснить созданием молекулами ПАВ на поверхности минеральных частиц непрерывного мономолекулярного слоя. После превышения некоторого количества ПАВ на границе раздела фаз начинается формирование полимолекулярного слоя молекул ПАВ, что сопровождается снижением степени гидрофобности активированного минерального порошка.

Установленное оптимальное содержание ка-тионоактивного ПАВ в составе битума по степени гидрофобности активированного им кварцевого минерального порошка согласовывается с установленными ранее оптимальными количествами ПАВ в битуме в работах И.А. Рыбьева (0,3-3 % от массы битума),

А.С. Колбановской и В.В. Михайлова (0,251,5 %) [1, 2]. Эти количества ПАВ намного меньше рекомендуемого в стандарте на минеральные порошки содержания ПАВ в составе активирующей смеси - 1:1 по массе относительно содержания битума, т.е. содержание ПАВ составляет 50 % от массы активирующей смеси или 100 % относительного массы битума.

Влияние содержания ПАВ в составе активатора на гидрофобность минеральных порошков

Поскольку активированный минеральный порошок используют для приготовления асфальтобетонных смесей, в состав которых входят также песок и щебень (гравий), избыточное количество ПАВ из состава активирующей смеси может перераспределяться на поверхность зерен заполнителей, либо на поверхность зерен дополнительно смешиваемого с активированным неактивированного минерального порошка - в составе комбинированного минерального порошка.

Для проверки влияния перераспределения избыточного количества ПАВ из состава активатора активированного кварцевого минерального порошка отдельные фракции активированного минерального порошка нагревали до температуры 130 °С и перемешивали с более крупной фракцией неактивированного кварцевого песка 0,63 - 1,25 мм в количественном соотношении 1:1 по массе, нагретой до той же температуры. После этого из смеси отсеивали указанную фракцию кварцевого песка. Результаты определения степени гидрофобности узких фракций активированного кварцевого минерального порошка после отсеивания крупной фракции приведены

в табл.1.

Результаты испытаний (табл. 1) показывают, что после отсеивания крупной фракции кварцевого песка наблюдается увеличение степени гидрофобности узких фракций активированного минерального порошка с повышенным содержанием ПАВ в составе активатора. Это может свидетельствовать о перераспределении избыточного количества ПАВ из состава активирующей смеси активированных минеральных порошков на поверхность зерен крупной фракции кварцового песка.

Для приготовления асфальтобетонных смесей применяли активированные кварцевые минеральные порошки с 2 % активирующей смеси по массе. Активирующая смесь состояла из вязкого битума марки БНД 40/60 и ка-тионоактивного ПАВ УДОМ-1 в количестве 0,7 %; 1,5 %; 3 %; 4 % от массы активирующей смеси. Исследования физико-механических свойств асфальтобетонов с активированными минеральными порошками показали, что применение активированных минеральных порошков в составе асфальтобетона сопровождается последовательным улучшением показателей физико-механических свойств асфальтобетона с увеличением содержания ПАВ в составе активирующей смеси активированного минерального порошка. Согласно результатам испытаний (табл. 2), с увеличением содержания ПАВ в составе активирующей смеси активированного минерального порошка наблюдается увеличение прочности асфальтобетона при температурах 20 °С и 50 °С в сухом состоянии, после во-донасыщения под вакуумом и после длительного водонасыщения. Прочность асфальтобетона при 0 °С в сухом состоянии по мере увеличения содержания ПАВ в составе активатора последовательно уменьшается.

Таблица 1 Степень гидрофобности узких фракций активированных кварцевых минеральных порошков до и после отсеивания крупной фракции кварцевого минерального порошка

Количество ПАВ, % Степень гидрофобности узких фракций порошка, с

до перемешивания с песком после отсеивания песка

0,315 - 0,63 0,16 - 0,315 0,315 - 0,63 0,16 - 0,315

0 277 315 253 301

0,7 312 408 289 384

1,1 736 966 720 911

2 1604 1913 1732 2127

3 1320 1520 1864 2265

4 212 348 1665 1819

6 152 215 953 1297

Таблица 2 Влияние количества катионоактивной добавки УД ОМ-1 в составе активатора на физико-меха-

нические свойства асфальтобетона

Количество ПАВ в составе активатора, % Прочность на сжатие, МПа при температуре, °С Коэффициент водостойкости

0 °С в сухом состоянии, Ro 20 °С в сухом состоянии, R20 50 °С в сухом состоянии, R50 0 °С в во-донасыщ. состоянии, Rвод 20 °С в водона-сыщ. состоянии после 15 сут. выдерж. в воде, Rвод15 50 °С в водона-сыщ. состоянии после 30 сут. выдерж. в воде, Rвод30 после во-донасы-щения, после 15 сут. в воде, ^од15 0 после 30 сут. в воде, ^од30

0,0 9,40 5,42 2,59 5,26 3,85 3,09 0,97 0,71 0,57

0,7 9,37 5,66 2,74 5,49 4,02 3,23 0,97 0,71 0,57

1,5 9,21 5,73 2,75 5,69 4,21 3,35 0,99 0,73 0,58

3,0 9,13 5,80 2,80 5,81 4,35 3,43 1,00 0,75 0,59

4,0 8,79 5,88 2,94 5,87 4,59 3,52 1,00 0,78 0,60

Величина коэффициентов водостойкости асфальтобетонов по результатам водонасыще-ния под вакуумом и после длительного водо-насыщения также последовательно определения степени гидрофобности узких фракций активированных кварцевых минеральных порошков до перемешивания с песком, однако согласуются с результатами определения степени гидрофобности тех же фракций после перемешивания с кварцевым песком и отсеивания песка.

Это возможно объяснить перераспределением избыточного количества ПАВ из состава активирующей смеси активированного минерального порошка на поверхность зерен заполнителей и в состав битума асфальтобетонной смеси. Образование в результате этого насыщенного мономолекулярного слоя из молекул ПАВ на поверхности частиц активированного минерального порошка сопровождается увеличением сцепления битума с поверхностью частиц минерального порошка и ростом водостойкости асфальтобетона. Этому же результату может способствовать появление на поверхности зерен заполнителей в результате перераспределения некоторого количества молекул ПАВ.

Выводы

С увеличением содержания ПАВ в составе активирующей смеси активированного минерального порошка степень гидрофобности

минерального порошка возрастает до некоторого значения, после чего уменьшается.

Перемешивание активированных минеральных порошков с избыточным содержанием ПАВ с более крупной фракцией кварцевого песка с последующим отсеиванием указанной фракции увеличивает степень гидрофоб-ности минеральных порошков.

Применение в асфальтобетонах активированных минеральных порошков с избыточным содержанием ПАВ может привести, вследствие перераспределения части ПАВ на поверхность заполнителей и в состав битума, к созданию насыщенного мономолекулярного слоя ПАВ на поверхности частиц минерального порошка и повышению водостойкости асфальтобетона.

Литература

1. Рыбьев И.А. Асфальтовые бетоны. - М.:

Высшая школа, 1969. - 396 с.

2. Колбановская А.С., Михайлов В.В. Дорож-

ные бетоны. - М.: Транспорт, 1973. -259 с.

Рецензент: В.А. Золотарев, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 15 декабря 2007 г.