Состав асфальтобетона
Подготовительный период рассмотрен в предыдущей главе. Период формирования микроструктурных связей, в который входит дозирование компонентов, их перемешивание и транспортирование асфальтобетонной смеси, рассмотрим с точки зрения уменьшения расхода битума в технологическом процессе. В этот период основная задача технологии заключается в разрушении первоначальных конденсационных контактов, обволакивании минеральных зерен битумной пленкой заданной толщины и формировании коагуляционных контактов на всех минеральных зернах.
В состав асфальтобетона входят минеральные частицы, размеры которых отличаются между собой в 3-5000 раз и изменяются от микрометров до сантиметров, поэтому разрушить при перемешивании сухой смеси первоначальные конденсационные контакты не просто. Энергия связи у мелких частиц чрезвычайно велика.
Инициатором поверхностных явлений в этих системах являются окружающие каждую частицу некомпенсированные поля сил химического взаимодействия, межмолекулярных сил электростатического притяжения или отталкивания. Частицы подвержены также действию капиллярных и гравитационных сил.
Действие на частицы указанных сил в зависимости от относительной величины и направления последних приводит к образованию или распаду структурных элементов системы.
Значительный теоретический и практический интерес представляет установление критических размеров частиц, способных агрегироваться или прилипать к крупным зернам. Были выполнены расчеты по формуле Н.Б.Урьева. Эти расчеты показали, что в порошке агрегаты формируются из частиц размером мельче 50 мкм. Частицы размером мельче 80-100 мкм прилипают к более крупным минеральным зернам и прочно удерживаются на их поверхности. В асфальтосмеси гелях, выпускаемых в нашей стране, перемешивание ведется в ламинарном режиме, при этом скорость движения частиц постоянна и равна скорости вращения лопастей мешалки.
Кинетическая энергия пропорциональна кубу характерного размера частиц. Т.А.Ларина подсчитала, что зерна песка и щебня обладают кинетической энергией, превышающей энергию частиц минерального порошка в 6-12 раз. При столкновении частиц вероятность образования атомных контактов пропорциональна кинетической энергии.
Из этого следует, что совместное перемешивание щебня, песка и порошка приводит к образованию на поверхности крупных зерен слоя пыли.
Однако крупные зерна при сухом перемешивании могут рассматриваться и как «мелющие» тела, разрушающие агрегаты из порошка.
Но при этом следует учитывать вероятность образования более прочных контактов между крупными зернами и мелкими частицами при столкновении.
Если минеральный порошок хранится в помещении, воздух в котором имеет влажность более 60%, то на поверхности частиц (вследствие адсорбции) появятся сначала отдельные молекулы жидкости, затем водные пленки. При дальнейшем увлажнении, по мере увеличения толщины адсорбционной пленки жидкости, энергия притяжения к частице наружных молекул в этих пленках уменьшается, пока не наступит равенство энергии притяжения молекул к твердой частице и энергии взаимодействия неадсорбированных молекул.
Дальнейшее накопление влаги между частицами приведет к образованию «манжет», ограниченных менисками двоякой кривизны. Появление менисков в зазорах между частицами порождает в дисперсной системе в дополнение к перечисленным силам взаимодействия частиц еще одну систему сил, вызванных капиллярными явлениями и поверхностным натяжением жидкости.
Минеральный порошок, в котором пустоты заполненья жидкостью и воздухом. В этом случае в каждом контакте между частицами образуются мениски и появляются силы капиллярного сцепления, стягивающие частицы. Эти частицы способны образовывать агрегаты из частиц размером до 1000 мкм. Если частицы находятся на поверхности крупного зерна и все пустоты между ними заполнены водой, мениски находятся только на граничной поверхности агрегата. Создаваемое этими менисками отрицательное давление приводит к всестороннему сжатию агрегата. На крупных частицах силы капиллярного сцепления способны удерживать частицы размером до 1,5 мм.
Агрегаты холодного влажного минерального порошка, попадая в мешалку, упрочняются за счет испарения с их поверхности влаги, что приводит к росту сил капиллярного сцепления. Так как в мешалку асфальтосмесительной установки подача битума производится практически одновременно с минеральными материалами, то влажный порошок не успевает просохнуть. Битум обволакивает агрегаты и упрочняет их.
Микроструктура асфальтобетона
Микроструктура асфальтобетона на агрегированном порошке крайне неоднородна. Минеральный порошок не выполняет своего основного назначения. На покрытии очень быстро появляются оспины.
Последующее перемешивание минеральных компонентов с битумом должно обеспечить равномерное распределение вяжущего в смеси и покрыть минеральные частицы битумной плена кой заданной толщины. Это достигается применением битума с вязкостью до 0,5 Па. При нагреве битума до более высокой температуры можно достичь и меньшей вязкости, что в общем для равномерного распределения битума на минеральных зернах лучше, но при этом в нем будут происходить не желательные необратимые процессы.
| << ПРЕДЫДУЩАЯ ГЛАВА Закономерности направленного структурообразования асфальтобетона | СЛЕДУЮЩАЯ ГЛАВА >> Введение битума в минеральную смесь | |
| << Содержание >> | ||