Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ применения отходов коксохимической, металлургической промышленности и различных минеральных порошков в дорожном строительстве лесного комплек а 10
1.1 Образование отходов в коксохимической и металлургической промышленности и их свойства 10
1.2 Область применения сланцевых фусов в дорожном строительстве лесного комплекса 14
1.3 Компоненты, применяемые для приготовления активных и активированных минеральных порошков 18
1.4 Физико-химические свойства активных и активированных минеральных порошков 23
1.5 Влияние различных видов минеральных порошков на свойства асфальтобетонных смесей 32
1.6. Цель и задачи исследований 39
2 Теоретическое обоснование целесообразности применения отходов коксохимического производства и активных минеральных порошков на их основе 41
2.1 Физико-химические процессы формирования асфальтобетонов на основе отходов коксохимического производства и минерального порошка из шламов доменного и конверторного производства 41
2.2 Разработка физико-математической модели реологии асфальтобетона с применением фусов 47
2.3 Модель заполнения межзернового и межпорового пространства в период роста кристаллогидратов при
использовании активных отходов 52
2.4 Определение оптимального количества вяжущего за счет структурирования битума к поверхности минерального порошка из активных отходов с добавкой фусов 59
2.5 Выводы 65
3 Исследования свойств асфальтобетонных смесей, приготовленных на активных минеральных порошках из отходов промышленности 67
3.1 Исследование процессов взаимодействия активных минеральных порошков из отходов промышленности с битумом 67
3.2 Влияние отходов коксохимического производства на процессы старения битума в асфальтобетоне 72
3.3 Определение физико-механических свойств асфальтобетонов и смесей на активных минеральных порошках из отходов промышленности 76
3.4 Принципиальная схема технологического процесса приготовления асфальтобетонных смесей на минеральных порошках, активированных фусами и на битуме, модифицированном фусами 95
3.5 Результаты исследований свойств производственных асфальтобетонных смесей на минеральных порошках и битуме, активированных отходами коксохимического производства...99
3.6 Выводы 107
4 Разработка технологии приготовления активных и активированных минеральных порошков и устройства асфальтобетонных покрытий на их основе 109
4.1 Общие рекомендации и требования к материалам 109
4.2 Технологические процессы приготовления минерального порошка, активированного фусами ПО
4.3 Условия транспортировки фусов и минеральных порошков, их хранения и обеспечения техники безопасности 115
4.4 Разработка технологии приготовления, укладки и уплотнения асфальтобетонных смесей с применением фусов и активных минеральных порошков из отходов промышленности 117
4.5 Определение технико-экономической эффективности
применения фусов и активных минеральных порошков из отходов 126
Основные выв оды 130
Список использованных источников
- Область применения сланцевых фусов в дорожном строительстве лесного комплекса
- Разработка физико-математической модели реологии асфальтобетона с применением фусов
- Влияние отходов коксохимического производства на процессы старения битума в асфальтобетоне
- Технологические процессы приготовления минерального порошка, активированного фусами
Введение к работе
Актуальность темы. По запасам лесных ресурсов Россия занимает ведущее место среди развитых лесопромышленных стран. Покрытая лесами площадь территории России составляет 64.6 % и равна 774.3 млн.га. Общий запас древесины дос-тигает 81.9 млрд. м ., что в 4 раза больше, чем в США (20.3 млрд. м .), в 40 раз больше, чем в Швеции (2.1 млрд. м3), почти в 16 раз больше, чем В Финляндии (5.1 млрд. м ). Запасы спелых и перестойных насаждений составляют 44 млрд. м .
Освоенные лесные массивы России представляют надежную лесосырьевую базу для развития лесной промышленности. Наличие лесосырьевых ресурсов в России позволяет полностью обеспечить древесным сырьем деревообрабатывающую и целлюлозно-бумажную промышленность для удовлетворения внутренних потребностей страны в лесобумажной продукции и поставки ее в значительных объемах на экспорт. В лесном фонде преобладают хвойные породы, которые имеют более высокую товарность и пользуются повышенным спросом на внутреннем и внешнем рынках. На сегодняшний день факторами, сдерживающими развитие лесопромышленного комплекса, наряду с такими, присущими всем отраслям промышленности, как низкий технический уровень производства, высокий уровень износа основных про-мышленно-производственных фондов, являются: сезонность лесозаготовительного производства, обусловленная географическими и природными условиями, и недостаточным количеством лесных дорог круглогодового действия, что требует концентрации значительных материальных и финансовых ресурсов.
В: лесозаготовительной промышленности, учитывая;разнообразие природно-производственных условий страны, предполагается: внедрение систем машин нового поколения как для хлыстовой, так и для сортиментной технологии лесозаготовок, использование большегрузных лесовозных автопоездов; внедрение на нижнескладских работах оборудования модульного типа, а также технологии заготовки и переработки дровяной древесины для использования ее в энергетических целях. Уровень применения машинных технологий в лесозаготовительной промышленности возрастет в 2002...2005 годах с 20...25 % до 35...40 %, в 2006...2010 годах до 50...60 %, к
2015 году до 70...75 % и достигнет существующего в развитых лесопромышленных странах.
Лесовозный автомобильный транспорт является важной составной частью технологии лесозаготовительного производства, на долю которого приходиться более 87 % объема вывозимых лесоматериалов.. Эффективность его работы определяется в значительной степени наличием и качественным состоянием лесовозных дорог круглогодового действия, ритмичностью работы и высокими скоростями движения лесовозных автопоездов.
Несмотря на существенное уменьшение объема лесозаготовок по Российской Федерации до 70 млн. м , необходимость вывозки лесоматериалов со складов лесозаготовительных предприятий представляется актуальной и трудно решаемой задачей. Причины такой фактически сложившейся обстановки с вывозкой лесоматериалов заключается в том, что многие лесозаготовительные предприятия и частные фирмы не занимаются или ничего не могут предпринять по строительству автомобильных дорог с твердым покрытием.
Наряду с этим необходимо решать вопросы повышения качества дорог в связи с применением на вывозке лесоматериалов тяжелых лесовозных автопоездов на базе автомобилей-тягачей типа КамАЗ, Урал и др., увеличения расстояний перевозки лесоматериалов и необходимостью снижения себестоимости лесопродукции.
В сложившихся условиях проблему дорожного строительства в лесу и особенно в тех районах РФ, где отсутствуют или имеются незначительные запасы качественных каменных материалов, можно решить за счет применения отходов металлургической промышленности в устройстве асфальтобетонных покрытий.
Асфальтобетон из-за особенностей своей структуры и большой зависимости от разнообразных факторов является одним из сложных дорожно-строительных материалов. При положительных температурах он обладает свойствами вязко-пластичного материала, а при отрицательных-упругого. Температурные перепады в широких пределах влияют на деформационные свойства асфальтобетона, которые в основном и определяют его работоспособность и долговечность в покрытиях автодорог. Старение битума повышает его жесткость, при этом его свойства изменяются
в зависимости от вида минеральных материалов в составе асфальтобетона вследствие непрерывно протекающих физико-химических процессов на поверхности раздела между битумом и минеральными частицами.
В связи с тем, что в настоящее время дорожные организации лесного комплекса испытывают дефицит в нефтяных битумах и минеральном порошке важное значение приобретают вопросы расширения ресурсной базы отрасли за счет использования; отходов промышленного производства в виде металлургических шлаков, шламов, фу сов. Применение активных и активированных фусами минеральных порошков из отходов промышленности позволяет улучшить реологические свойства асфальтобетонов в покрытиях автодорог.
Фусы являются отходами коксохимического производства и содержат в своем составе до 30 % высокоактивных смол в виде фенолов и карбонатных кислот, а также тонко дисперсные минеральные примеси. Шламы доменного и конверторного производства имеют пористую структуру и являются гидравлически активным веществом. Анализ состава фусов и шламов свидетельствует о целесообразности их использования для приготовления асфальтобетонных смесей с целью замены минерального порошка и снижения расхода битума. Накопление и присутствие влаги в асфальтобетонном покрытии на основе активных и активированных фусами минеральных порошков не ухудшает свойства материала, т.к. во внутрипоровом пространстве возникают кристаллогидраты, которые армируют поры и обеспечивают дополнительную прочность зернам минералов.
Решение поставленной проблемы заключается в разработке технологии производства активных и активированных минеральных порошков на основе фусов и применения их при устройстве асфальтобетонных покрытий лесовозных автомобильных дорог.
Цель работы. Разработка технологии приготовления минеральных порошков, активированных фусами, и применения их в асфальтобетонных смесях для повышения эксплуатационных свойств дорожных покрытий.
Объектами исследований являлись процессы реологии асфальтобетона с применением фусов, их влияние на повышение адгезии битумов к поверхности час-
тиц минерального порошка из отходов промышленности; процессы роста кристаллогидратов во времени в межзерновом и внутрипоровом пространстве, при использовании активных отходов промышленности; технология приготовления минеральных порошков, активированных фусами и применения их в асфальтобетонных смесях для повышения эксплуатационных свойств покрытий.
Новизна полученных результатов. Научной новизной обладают: разработанная физико-математическая модель реологии асфальтобетона с использованием фусов; методика прогнозирования процесса роста кристаллогидратов в асфальтобетоне на основе минерального порошка из шламов доменного и конверторного производства; оценка влияния отходов коксохимического производства (фусов) на процессы старения: битума в асфальтобетонных покрытиях; зависимости физико-химической активности традиционного минерального порошка от добавки фусов.
Практическая ценность работы заключается: в разработке рекомендаций по приготовлению минерального порошка, активированного фусами; технологии приготовления, укладки и уплотнения асфальтобетонных смесей на основе активных и активированных минеральных порошков из отходов промышленности; в расширении ресурсной базы дорожного строительства за счет использования активных отходов промышленности и коксохимического производства в асфальтобетонных смесях; в экономической эффективности применения отходов коксохимического, доменного и конверторного производства в процессах приготовления асфальтобетонных смесей.
Научные положения, выносимые на защиту:
Физико-математическая модель реологии асфальтобетонов с применением фусов;
Методика прогнозирования роста кристаллогидратов во времени в межзерновом и внутрипоровом пространстве асфальтобетона на активных отходах промышленности;
Способ повышения адгезии битума к минеральным материалам путем физико-химической активации минерального порошка фусами и влияние их на процессы старения битума в асфальтобетонных покрытиях;
Технология приготовления минеральных порошков, активированных фуса-ми;
Технология приготовления, укладки и уплотнения асфальтобетонных смесей на основе активных и активированных минеральных порошков из отходов промышленности.
Достоверность полученных результатов подтверждается лабораторными и опытно-производственными исследованиями, которые выполнены с применением современных приборов, оборудования, в том числе инфракрасного спектрометра, растрового электронного микроскопа, на основе современных физико-химических методов исследования, математического аппарата планирования и не противоречат выводам известных положений.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований, обсуждались и были одобрены на ежегодных научно-технических конференциях ВГЛТА (2001.. .2004гг).
Реализация работы. Разработанные технологические модели приготовления асфальтобетонов на основе минерального порошка активированного фусами использованы в Кантемировской лесхозе отделением Воронеждорстрой (р.п.Кантемировка).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы 120 наименований, 10 приложений. В работе содержится 160 страниц машинописного текста.
Область применения сланцевых фусов в дорожном строительстве лесного комплекса
В практике строительства дорожных асфальтобетонных покрытий построены тысячи километров дорог с использованием различных видов поверхностно-активных добавок и активаторов, улучшающих сцепление битума с поверхностью минеральных материалов.
Добавки поверхностно-активных веществ, выполняя свое основное назначение, то есть, повышая прочность минерального материала, оказывают известное влияние и на другие свойства битума и битумно-минеральных смесей.
Поверхностно-активные добавки оказывают влияние на устойчивость коллоидной системы битума, на его структуру и тем самым существенно изменяют вязкость и когезионную прочность.
В качестве поверхностно-активных добавок, как показали исследования ученых Санкт-Петербурга целесообразно использовать сланцевые фусы, представляющие собой высокотоннажный отход сланцеперерабавающей промышленности, состоящей из сланцевых смол тяжелых фракций, тонкодисперсных фракций, тонкодисперсных минеральных примесей и воды.
Имеющиеся в составе фусов высокоактивные сланцевые смолы могут являться модификаторами поверхности каменных материалов.
Использование сланцевых фусов в процессе приготовления асфальтобетонных смесей [70,71] позволяет корректировать в сторону улучшения свойства нефтяного битума в асфальтобетонном слое, что способствует замедлению процессов старения асфальтобетонов и снижению расхода дефицитных нефтяных битумов.
Впервые использовать сланцевые фусы в качестве вяжущего материала для дорожного строительства предложил инженер М. Новиков [76] в 1947 году. Для повышения вязкости фусов им рекомендовалось обрабатывать их хлорной известью при температуре 100... 140 С. Компаундированное вяжущее предлагалось готовить следующим образом: в емкость подавались фусы, при постепенном перемешивании вводили хлорную известь, в результате чего происходила экзотермическая реакция,
и температура смеси поднималась до 140 С. Данную температуру необходимо было поддерживать в течении 3-х часов. В результате протекающих процессов окисления формировалось вяжущее, способное заменить нефтяные битумы при устройстве усовершенствованных покрытий автомобильных дорог.
Начиная с 1974 года сланцевые фусы исследовались учеными ЛИСИ первоначально с целью применения их для обеспыливания и закрепления грунтовых, песча-но-гравийных и щебеночных покрытий методами поверхностных обработок или пропиток [3].
В ходе опытно-производственных работ было установлено, что хорошей проникающей способностью обладают фусы, содержание минеральных частиц в которых не превышает 50 процентов по массе. При большем содержании минеральных примесей фусы практически не пропитывают материал покрытия и могут быть использованы лишь после их разжижения. В качестве разжижителя было предложено использовать керосин. При снижении плотности фусов наблюдалось существенное улучшение проникающей способности. Однако наилучший эффект был получен при использовании фусов, разбавленных фурфуролом до 80 процентной концентрации (по масляной фазе). Авторы исследований: объясняли тем, что фурфурол хорошо разжижает фусы, легко объединяется со сланцевой смолой, содержащейся в их составе, вызывая со временем значительное увеличение ее вязкости.
Возможность использования фусов для укрепления откосов песчаных насыпей проводилась на дороге 1У технической категории в Ленинградской области. Были использованы фусы 20-процентной зольности, нагретые до температуры 60 С.
Опытно-производственные работы показали практическую возможность использования сланцевых фусов при строительстве и содержании автомобильных дорог лесного комплекса. Однако они же позволили установить, что минеральные материалы, обработанные фусами, имеют сравнительно низкий предел прочности при сжатии и неудовлетворительную водостойкость, что обусловлено низкой вязкостью сланцевой смолы, содержащейся в фусах. Вместе с тем было отмечено, что сланцевая смола, содержащаяся в фусах, обладает способностью к активному взаимодействию с различными минеральными материалами и обеспечивает хорошее сцепление их частиц. В 1977 году проводились опытно-производственные работы по укреплению грунтов фусополимерными композиционными вяжущими [5].
В 1977 году в районе г. Кингисепп, а в 1978 г. в районе г. Сланцы на дороге III технической категории при устройстве дорожных покрытий были применены асфальтобетонные смеси, приготовленные с использованием комплексных вяжущих, полученных путем смешения фусов и карбомидной смолы по способу, разработанному на кафедре строительства автомобильных дорог ЛИСИ. Приготовление смесей производилось в асфальтосмесителе, оборудованном системой подачи компаундированного вяжущего [3].
В 1978 г. сотрудниками кафедры автомобильных дорог ЛИСИ, совместно с работниками управления Псковавтодор были проведены поисковые исследования по окислению сланцевых фусов [4].
Было отмечено, что наряду с большими энергетическими затратами, обусловленными необходимостью выпаривания воды в процессе окисления фусов происходит интенсивное осаждение минеральных примесей, что значительно снижает производительность окислительных установок и вызывает необходимость их частой очистки.
Исследованиями В.В. Вебера [19] доказана возможность получения комплексных вяжущих на основе сланцевых фусов, извести и кислого гудрона. Результаты исследований автора свидетельствуют о том, что комплексное вяжущее образуется в результате активного химического взаимодействия фенолов и карбоновых кислот, содержащихся в сланцевой смоле фусов, с продуктами гидратации извести. Повышение вязкости органической части композиции происходит вследствие конденсации кетонов.
Разработка физико-математической модели реологии асфальтобетона с применением фусов
Состав асфальтовяжущего вещества в асфальтовом бетоне с применением шламов в качестве минерального порошка и фусов в качестве модификатора битума. Поэтому при последующей обработке композиционным битумом минеральной части, контакт битума будет происходить через посредство структурированного слоя фусов, уже связанных с минеральной частицей прочной адгезионной связью. При этом связь битума и структурированного слоя фусов становится гораздо проч ней, чем связь между битумом и неактивированной поверхностью минерального материала. В результате этого достигается повышение водо- и морозостойкости асфальтобетона.
Наряду с избирательной адсорбцией под влиянием капиллярных сил происходит избирательная диффузия компонентов битума в поры минерального материала.
Ряд исследователей [110,111,35,40] считают, что избирательная диффузия компонентов битума при его взаимодействии с минеральными материалами является нежелательным процессом.
При использовании фусов в качестве поверхностно-активного вещества, поры минерального порошка заполняются компонентами фусов - смолами, а микропоры, обладающие более высоким адсорбционным потенциалом, заполнены маслами. Таким образом, фусы препятствуют избирательной диффузии компонентов битума в поры минерального порошка, в результате чего структурированный слой битума не будет обедняться низкомолекулярными компонентами, что снизит интенсивное старение асфальтобетона.
Битум в асфальтовом бетоне находится в различных качественных формах, зависящих не только от природы битума, но и от свойств минеральных материалов.
В работах [65,64] показано, что наряду с физической адсорбцией имеется и химическое взаимодействие, обеспечивающее более высокое сцепление битума с минеральными материалами. Энергия химического взаимодействия; во много раз превышает энергию молекулярных (Ван-дер-ваальсовых) сил, проявляемых во взаимном притяжении молекул битума, а также молекул битума и минерального материала
Химическое взаимодействие битумах минеральным материалом приводит к образованию на границе раздела фаз новых химических соединений. Химические процессы главным образом возникают при объединении ряда минеральных материалов с битумами, содержащими поверхностно-активные вещества, а так же при объединении активных минеральным порошкам относятся и шламы доменного и конверторного молекул битума, а также молекул битума и минерального материала.
Одной из первых работ, рассматривающих структурирующее действие актив ной минеральной подложки на свойства битумов, является работа Н.В. Михайлова и П.А. Ребиндера [119], в которой исследовано образование диффузной структурированной оболочки битума на поверхности заполнителя с наибольшей вязкостью в граничном слое. Изменение значений вязкости объясняется адсорбцией наполнителя высокомолекулярных составляющих битума на активные поверхности и адгезией коллоидообразующих компонентов органического вещества.
Дальнейшее развитие вопросов теории структурообразования асфальтобетонных смесей с применением гидравлически активных компонентов получило в работах [92,68,85,86].
К гидравлически активным компонентам в асфальтобетоне относятся шлаки минеральных материалов с битумами. К активным черной металлургической промышленности, которые могут применяться в качестве щебня, песка и минерального порошка. Особая роль в процессе структурообразования асфальтобетонов принадлежит минеральному порошку.
В асфальтобетонах на естественных каменных материалах удельная поверхность зерен минерального порошка остается практически неизменной на всех стадиях формирования структуры. При применении шлакового минерального порошка в ходе процессов структурообразования растет его удельная поверхность за счет формирования высокодисперсных кристаллогидратов. Это приводит к структурированию пленки битума и росту общей прочности рассматриваемой дисперсной системы.
По мнению СИ. Самодурова при анализе причин возрастания прочности шлакового асфальтовяжущего материала следует говорить не об отношении массы жидкой среды к массе твердой фазы, а об отношении жидкой среды к поверхности твердой фазы.
Активация, приводящая к упрочнению структуры определяется ориентированной адсорбцией мономолекулярного слоя фусов, при которой полярные группы химически связаны с поверхностью частиц наполнителя, а углеводородные цепи, направленные в окружающую среду, лиофилизуют эту поверхность, интенсивно взаимодействуя с граничащим слоем битума.
Влияние отходов коксохимического производства на процессы старения битума в асфальтобетоне
Дорожные покрытия лесного комплекса в период эксплуатации находятся под воздействием механических нагрузок под действием движущегося транспорта, а также погодно-климатических факторов. Асфальтобетон под их влиянием стареет, что проявляется в ухудшении его прочностных, деформативных свойств, водо- и морозоустойчивости.
При старении битума происходит процесс испарения наиболее легких углеводородов, присоединения кислорода и укрупнения структурных элементов битума за счет протекания реакции полимеризации.
Поверхностно-активные вещества, введенные в битум, а также при активации минерального порошка могут оказать влияние на старение битума, т.е. на степень разрушения жесткой пространственной структуры из асфальтенов.
Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что активация порошка из природных минеральных мате риалов отходами коксохимического производства - фусами оказывает существенное влияние на замедление процессов старения битума и снижение его расхода.
В работах Л.Б. Гезенцвея приводятся данные о том, что для получения наибольшего эффекта необходимо использовать для модификации поверхности зерен вещества, позволяющие сблизить молекулярные свойства адсорбционного слоя среды, которую должен наполнить порошок. В асфальтобетоне функции такого вещества выполняет битум.
Возможности применения фусов для активации минеральных пороков определяется наличием в их составе высокоактивных смол и тонкодисперсных минеральных примесей. Наличие высокоактивных компонентов, находящихся в фусах, таких как, фенол, карбоновые кислоты, обладающих повышенной адгезией к минеральным материалам, позволяет сформировать тонкий слой высокоструктурированного битума. Присутствие фусов существенно улучшает условия обволакивания поверхности частиц минерального порошка битумом и способствует образованию хе-моадсорбционных связей на границе раздела фаз. Равномерное распределение небольших количеств вязкого битума на большой поверхности дисперсных минеральных частиц не всегда выполнимо без применения поверхностно-активных веществ.
Высокоактивные смолы, находящиеся в фусах, заполняют микропоры, находящиеся на поверхности минеральных частиц, а капилляры, обладающие более высоким адсорбционным потенциалом, заполняются маслами. Таким образом, фусы играют роль барьера, препятствующего избирательной диффузии компонентов битума в поровое пространство и капилляры минеральных частиц, поэтому структурированный слой битума не обедняется низкомолекулярными компонентами, что снижает интенсивность процессов старения асфальтобетона.
Ускоренное термостарение является наиболее жестким испытанием по сравнению с длительным воздействием воды или совместного воздействия воды и низких температур. Этот вид испытания был взят за основу для изучения влияния фусов на старение асфальтовяжущего вещества, состоящего из известнякового порошка и битума.
Исследование процессов, происходящих на границе раздела известнякового порошка и фусов, известнякового порошка, фусов и битума с целью изучения процесса старения асфальтовяжущего проводились методом ИК - спектроскопии. Перед снятием ИК - спектров пробы асфальтовяжущего вещества, в которых в одном случае применялся неактивированный известняковый минеральный порошок, а в другом - активированный фусами минеральный порошок, выдерживались в термошкафу при температуре 140 С.
На рисунке 3.3 (а) видно, что в ИК- спектре фусов присутствует полоса поглощения в интервале 3700-3300 см"1, свидетельствует о колебании свободных групп ОН; и; подтверждающая наличие фенольных соединений [54,112]. В ИК-спектре известняка (б) наблюдается широкая полоса в интервале 1700 - 900 см 1 и несколько полос поглощения в области 880 - 700 см 1. Известно, что в этих областях поглощает карбонат - ион (СОз). У известняка появляется полоса связной группы ОН в области 3300 см"1, что говорит о наличии координационосвязанной воды в молекулах. Широкая полоса в интервале 1700-900 см"1 указывает на межмолекулярные взаимодействие СОз ионов карбонатов типа [Са Mg (СОз)2] п [ 76,20,112].
В ИК - спектре смеси известняка с фусами наблюдается исчезновение полосы поглощения в интервале 3700 - 3300 см", характерной для фусов, что свидетельствует об активном взаимодействии фенольных соединений фусов с окислами. Сужение полосы в области 1450 - 1400 см"1 говорит о том, что в результате взаимодействия фусов и известняка происходит процесс нейтрализации известняка кислотными группами фусов: [CaMg{COi Ц + пН - пН2СОъ + п(Са++ \Mg++ ) На этот процесс указывают полосы поглощения С02, которые появляются при 2450 - 2285 см"1 в спектре смеси известняка с фусами.
Об активном взаимодействии карбоновых кислот с известняковым порошком свидетельствует исчезновение полосы поглощения в области 1100 -1050 см"1, характерной для группы С-ОН, в ИК - спектре смеси известняка и фусов, которая присутствует в ИК - спектре фусов.
Технологические процессы приготовления минерального порошка, активированного фусами
Приготовление асфальтобетонных смесей с использованием фусов может осуществляться в серийно выпускаемых установках периодического и непрерывного действия с принудительным перемешиванием. Для приготовления смеси асфальтобетонный завод дополнительно оборудуется обогреваемой емкостью для хранения фусов, а также механизмами для их подачи в смесительную установку и дозирования.
Активизация минерального порошка наиболее эффективный способ введения поверхностно-активных добавок в асфальтобетонную смесь. При применении активированного минерального порошка отпадает необходимость подачи его в смеситель через сушильный барабан. В таких смесителях должны быть приспособления (мешалки, шнеки), позволяющие вводить порошок непосредственно в смесительные отделения барабана.
Технологическая схема приготовления асфальтобетонных смесей; с использованием активированного фусами минерального порошка приведена на рисунке 3.9.
При использовании активированных минеральных порошков, снижаются потери порошка, происходит лучшее перемешивание всей минеральной части асфальтобетонной смеси, снижаются энергозатраты на перемешивание и в конечном счете увеличивается производительность смесительной установки.
По данным АС. Колбановской и В.В. Михайлова [54] улучшение сцепления битума с минеральным материалом обеспечивается введением в битум поверхностно-активных добавок при одновременной активации минеральных материалов, например, гидратной известью. Этот способ применения соответствующих поверхно стно-активных веществ, способствует лучшему сцеплению битума с поверхностью материалов - как кислых, так и карбонатных пород. Однако выбор добавок должен производится с учетом природы минерального материала.
Изменение природы поверхности каменного материала с целью облегчения протекания на ней процессов хемосорбционного взаимодействия с битумом должно сказаться на структуре тонких слоев битума, граничащих с поверхностью каменного материала. На инактивной поверхности каменного материала значение вязкости и когезии битума с уменьшением толщины слоя понижается. Поэтому получение прочного и устойчивого сцепления можно достигнуть адсорбционной активацией инактивной поверхности материала поверхностно-активными веществами.
При применении активного минерального материала, к которому относятся доменные и конверторные шламы, за счет хемосорбционных процессов происходит ориентированное упрочнение пограничных слоев битума, что выражается в повышении его когезии и вязкости с уменьшением толщины слоя.
Активный минеральный материал благодаря своим гидравлическим свойствам для перевода битума в структурированное состояние, не требует модификации поверхностно-активными веществами.
Но асфальтобетонные смеси с применением активных минеральных порошков требуют несколько большего количества битума, чем с применением инактивных порошков. В этом случае с целью улучшения свойств битума и уменьшения его расхода целесообразно вводить модификаторы непосредственно в битум.
Технологическая схема приготовления асфальтобетонных смесей с использованием фусов в качестве модификатора битума, улучшающей свойства и уменьшающей расход нефтяного битума и активных минеральных порошков из шламов приведена на рисунке 3.9.
Для определения физико-механических свойств, в производственных условиях, на АБЗ Воронежавтодора готовилась песчаная асфальтобетонная смесь, являющаяся наиболее однородным материалом, в котором более отчетливо проявляются особенности взаимодействия битума с минеральным порошком.
Для приготовления асфальтобетонных смесей был использован песок Канте-мировского карьера (Воронеж, обл.) с модулем крупности 1,76, битум марки БНД 60/90, который характеризовался следующими свойствами: глубина проникновения иглы при 25 С - 88, глубина проникновения иглы при 0 С - 24, температура размягчения - 46 С, растяжимость при 25 С -90 см. Асфальтобетонные смеси готовились с не активированным и активированным фусами известняковым минеральным порошком. Активированный минеральный порошок применялся выдержанный на складе 3 месяца..
Из отобранной асфальтобетонной смеси на выходе из смесителя формовались образцы, по которым были определены физико-механические свойства. В таблице 3.6 приводятся показатели физико-механических свойств асфальтобетонных смесей.
Из приведенных данных видно, что применение активированного фусами порошка обеспечивает существенное повышение прочности асфальтового бетона и уменьшение расхода битума.
Образцы из асфальтобетонной смеси с применением активированного минерального порошка подверглись 25 циклам попеременных замораживаний-оттаиваний. Данные свидетельствуют о том, что образцы после указанных циклов замораживаний-оттаиваний имеют достаточно высокие прочностные показатели.
Изменяя процессы, происходящие на поверхности битум - минеральный материал, добавки фусов способствуют повышению строительных свойств асфальтобетонных смесей и прежде всего их водоустойчивости.
