ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ПОРОШКОВ

Ключевую роль в структурообразовании асфальтобетонов играет минеральный порошок. При взаимодействии с битумом происходит образование так называемого асфальтового вяжущего вещества (АВВ), которое играет роль вяжущего в асфальтобетоне. Одним из путей улучшения структурообразования АВВ является предварительная активация поверхности минерального порошка поверхностно-активными веществами (ПАВ) [1, 6].

Сущность активации минеральных порошков поверхностно-активными веществами заключается в следующем: в процессе размола горной породы в тонкодисперсное состояние в помольное оборудование вводится ПАВ. В результате между активатором и свежеобразованной минеральной поверхностью возникают прочные хемосорбционные связи. Таким образом, после окончания процесса помола каждая частица минерального порошка оказывается покрыта слоем активатора. В результате этого, вся масса минерального порошка приобретает новые свойства: поверхность минерального порошка из гидрофильной превращается в гидрофобную, увеличивается сила взаимодействия минерального порошка с битумом [3]. Помимо этого, активация поверхности минеральных порошков позволит добиться снижения расхода битума в асфальтобетонах, улучшить распределение частиц минерального порошка в структуре асфальтобетона.

В работах, опубликованных ранее, указывается, что в качестве активатора поверхности зерен минеральных порошков перспективно применение нефтяных шламов и гудронов [4, 5].

При смешивании битума с частицами минерального порошка, под действием сил межмолекулярного взаимодействия происходит расслоение битума на асфальтеновую и мальтеновую части. Масла и смолы (мальтеновая часть битума), ввиду меньшего размера молекул проникают вглубь зерен минерального порошка, а асфальтены адсорбируются на их поверхности. Благодаря этому, происходит переход битума из объемного состояния в состояние тонких пленок (структурированное состояние) [2].

Похожий механизм предполагается и при взаимодействии поверхностно-активных веществ с частицами минерального порошка. Благодаря заполнению внутренних пор зерен минерального порошка маслами и смолами, при приготовлении асфальтобетонных смесей возможно уменьшение количества используемого битума.

Исходя  из  этого,  для  определения  возможной  активирующей  способности  предлагаемых поверхностно-активных веществ по отношению к минеральному порошку, важно знать групповой состав активатора, т.е. содержание в нем асфальтенов, масел и смол (таблица 1).

Таблица 1 

Групповой состав поверхностно-активных веществ

Малое содержание асфальтенов и большое количество смол и масел не позволяет использовать гудрон или нефтешлам как самостоятельное вяжущее, однако, вещество с подобным групповым составом может быть использовано в качестве ПАВ. Исходя из теории структруообразования в асфальтобетоне, о которой сказано ранее, при реагировании битума с минеральным порошком происходит следующее: в зависимости от своей пористости, периферийный слой зерна минерального порошка впитывает в себя масла, т.е. самую легкую и маловязкую фракцию битума, а асфальтены, являясь более тяжелой фракцией битума, адсорбируются на поверхности минерального зерна. Таким образом, наличие большого количества масел в поверхностно-активном веществе позволит заполнить маслами внутренние поры зерен минерального порошка, что в конечном итоге позволит сократить количество необходимого для приготовления асфальтобетонной смеси битума.

Одной из целей, преследуемой физико-механической активацией минеральных порошков, является создание на поверхности их частиц тончайших пленок ПАВ, которые будут способствовать повышению гидрофобности минеральных порошков. На рисунке 1 представлен результат испытания гидрофобности минеральных порошков.

Частицы исходного минерального порошка обладают гидрофильной поверхностью. Сразу после ссыпания порошка со шпателя на поверхность воды, порошок утонул (рисунок 1, а). Навеска минерального порошка, активированного гудроном показала более хороший результат – большая часть частиц осталась на поверхности воды, что говорит о том, что минеральный порошок частично обладает гидрофобностью (рисунок 1, б). Частицы минерального порошка, активированного нефтешламом после проведения испытания полностью остались на поверхности воды, что свидетельствует о том, что порошок является гидрофобным (рисунок 1, в). Таким образом, активация минеральных порошков поверхностно-активными веществами способствует повышению гидрофобности поверхности частиц минеральных порошков. Такой порошок не будет слеживаться в процессе хранения, а также будет обладать хорошей водостойкостью.

Таким образом, показано, что гудроны и нефтяные шламы благодаря своему групповому составу могут быть использованы в качестве активаторов поверхности минеральных порошков. После активации, минеральные порошки приобретают гидрофобные свойства, что упрощает хранение такого порошка. Помимо  этого,  частицы  минерального  порошка  обработанные  ПАВ  должны  обладать  бо́льшим реакционным потенциалом по отношению к битуму нежели неактивированные порошки. В дальнейших исследованиях активированные минеральные порошки будут подвергнуты структурным исследованиям, а также будут изучены их физико-механические свойства.

Список литературы

1.                 Богуславский, А.М. Асфальтобетонные покрытия. Учебн. пособие / А.М. Богуславский, Л.Г. Ефремов – М.: МАДИ, 1981. – 142 с.

2.                 Гезенцвей, Л.Б. Дорожный асфальтобетон / Л.Б. Гезенцвей, Н.В. Горелышев, А.М. Богуславский, И.В. Королев. Под. ред. Л.Б. Гезенцвея – 2- е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1985. - 350 с.

3.                 Емельянычева Е.А. Способы улучшения адгезионных свойств дорожных битумов к минеральным  материалам  /  Е.А.  Емельянычева  ,  А.И.  Абдуллин  //  Вестник  Казанского технологического университета. – 2013. – т.16. - №3. – с. 198-204

4.                 Копылов В.Е. Активаторы поверхности минеральных порошков, используемых в асфальтовых бетонах / В.Е. Копылов, Е.А. Павлова // Технические науки: современный взгляд на изучение актуальных проблем: сборник научных трудов по итогам международной научно- практической конференции. – Астрахань – 2017. – с. 34-36

5.                 Копылов В.Е. Активация минеральных порошков, как способ улучшения физико- механических характеристик асфальтовых бетонов / В.Е. Копылов, О.Н. Буренина, Е.А. Павлова // Интернет-журнал                «НАУКОВЕДЕНИЕ».   –№5.  2017.   –  Режим   доступа: https://naukovedenie.ru/PDF/48TVN517.pdf

6.                 Котлярский, Э.В. Строительно-технические свойства дорожного асфальтового бетона: учеб. пособие / Э.В. Котлярский. - М.: МАДИ (ГТУ), 2004.-192 с.