2.2 Роль минерального порошка в процессе структурообразования асфальтобетонов.

Минеральный порошок, представляющий собой полидисперсный материал,

является важнейшим структурообразующим компонентом асфальтобетона.

Длительное время многие исследователи полагали, что назначение мине-

рального порошка в асфальтобетоне сводится лишь к заполнению межзер-

новых пустот , т.е. к обеспечению надлежащей плотности. П. В. Сахаров впер-

вые определил назначение минерального порошка как структурной составляю-щей, образующей совместно с битумом асфальтовяжущее вещество, объединя-

ющее минеральные зерна в монолитную структуру.

По мнению И.А. Рыбьева, в общей минеральной смеси щебня, песка и мине-

рального порошка доминирующее значение адсорбента с высокоразвитой и энергетически активной поверхностью сохраняет порошкообразный компонент

Минеральный порошок переводит наибольшую часть битума в пластичное

состояние. Кроме того, порошок увеличивает поверхность контактирования

между зернами, повышает теплостойкость битума и асфальтобетона, уменьшает тепловое расширение вяжущего вещества, скольжение при торможении транспорта, увеличивает адгезионные и механические свойства битума. Исследованиями установлено , что при определенном соотношении

битум – минеральный порошок достигается максимальная прочность структурированной дисперсной системы, образуемой этими материалами.

Значительная ( по сравнению с песком , щебнем ) удельная поверхность

минеральных порошков ( тонкость их помола , относительно небольшой размер зерен ) создает условия для адсорбции на их поверхности значительной части битума, входящего в состав бетона. Установлено, что карбонатные и основные горные породы адсорбируют на еденицу своей поверхности больше битума, чем кислые.

Суммарная поверхность минерального порошка в составе минеральной части асфальтобетона достигает до 95%.

Если взять асфальтобетонную смесь следующего состава:

Щебень - 45%;

Песок - 45%;

Минеральный порошок – 10% ,

то получится следующая картина по удельной площади поверхности, образуемой минеральными материалами, входящими в состав асфальтобетонной смеси :

Таблица 2.3

Размер частиц, мм	Удельная площадь поверхности, м2 / кг			Процентное содержание материала в составе АБС
	Известняк		Гранит
Менее 0,071	470	290		10% МП
0,071…0,14	116,1	67,0		45% Песок
0,14…0,315	22,1	28,0
0,315…0,63	10,3	14,0
0,63…1,25	5,5	6,5
1,25…2,5	3,6	3,7
2,5…5,0	1,45	1,7
5,0…10,0	0,73	0,74		45% Щебень
10,0…15,0	0,44	0,44

- данные таблицы приведены для зерен правильной геометрической формы-куб.

Если взять 100 кг асфальтобетонной смеси, то средняя площадь поверхности, образуемой минеральными материалами, входящими в состав асфальтобетонной смеси будет иметь следующую картину:

Таблица 2.4

Минеральный материал	Средняя площадь поверхности
	Известняк	Гранит
Щебень	(0,44+0,73) м2 /кг : 2 х 45 кг = =26,325 м2	(0,44+0,74) м2/ кг : 2 х 45 кг = = 26,55 м2
Песок	(1,45+3,6+5,5+10,3+22,1+ 116,1) м2/кг : 6 х 45 кг = =1192,8749 м2	(1,7+3,7+6,5+14,0+28,0+ 67,0) м2/кг :6 х 45 кг = = 906,75 м2
МП	470 м2/кг : 1 х 10 кг = 4700 м2	290 м2/кг :1 х 10 кг = =2900 м2

Общая площадь поверхности, создаваемой минеральными материалами в составе асфальтобетонной смеси будет иметь следующую картину:

Таблица 2.5

Минеральный материал	Общая площадь поверхности
Известняк	26,325 м2 +1192,8749 м2 + 4700 м2 = 5919,1999 м2
Гранит	26,55 м2 + 906,75 м2 +2900 м2 = 3833,3 м2

Доля поверхности, создаваемой минеральными материалами, входящими в состав асфальтобетонной смеси, будет иметь следующую картину:

Таблица 2.6

Минеральный материал	Доля поверхности
	Известняк	Гранит
Щебень	26,325 м2 : 5919,1999 м2 х 100 % = 0,4447 %	26,55 м2 : 3833,3 м2 х 100 % = 0,6926 %
Песок	1192,8749 м2 : 5919,1999 м2 х 100 % = 20,15%	906,75,м2 : 3833,3 м2 х 100 % = 23,65%
МП	4700 м2 : 5919,1999 м2 х 100 % = 79,4 %	2900 м2 : 3833,3 м2 х 100 % = 75,65 %

Из вышеприведенного следует, что на долю минерального порошка приходится львиная доля поверхности, образуемой минеральными материалами, входящими в состав асфальтобетонной смеси, поэтому процесс объединения минеральных материалов с битумом в первую очередь нужно рассматривать как объединение битума с минеральным порошком.

Минеральный порошок благодаря большой площади поверхности увеличивает количество контактов между минеральной частью и битумом,в связи с чем увеличивается сила сцепления, а отсюда – прочность асфальтобетона.

Минеральный порошок с его огромной удельной поверхностью играет роль структурирующей добавки, значительно повышающей теплоустойчивость и вяжущую способность битума. В результате вяжущим веществом в асфальтобетоне является не битум как таковой, а асфальтовяжущее вещество, состоящее из битума и минерального порошка. Вместе с тем минеральный порошок служит мелким заполнителем тех пор, которые еще остаются в минеральном остове после добавки в основной каркас песка.

Структура асфальтовяжущего вещества может быть представлена как система, в которой частицы минерального порошка являются узлами, адсорбирующими активные асфальтосмолистые составляющие битума и обеспечивающими взаимное сцепление компонентов, а масла выполняют роль смазки, находясь между узлами. Тонкие слои сорбированных оболочек, обогащенные асфальтосмолистыми веществами, наиболее стабильны в отношении возможных изменений температуры и обеспечивают прочные структурные связи.

Если поверхность частиц минерального порошка является битумофильной, то контакт частиц происходит по слою оболочки, обогащенному асфальтосмолистыми веществами. Это может наблюдаться и при менее активной поверхности, но при микропористой и микротрещиноватой структуре частиц вследствие капиллярной инфильтрации масел в глубь их.

На плотных частицах с битумофобной поверхностью сорбированные пленки состоят из почти неизмененного битума. Поэтому структурные связи таких частиц более чувствительны к изменениям температуры.

Исходные материалы для приготовления минерального порошка должны быть достаточно активны по отношению к битуму, оказывать на него стабилизирующее действие.

Таким образом, роль минерального порошка в асфальтобетоне состоит: в формировании прочной структуры асфальтовяжущего вещества; в увеличении поверхности и прочности сцепления минеральной части и битума; в обеспечении оптимальной тонкости битумной пленки; в повышении плотности, водоустойчивости и теплоустойчивости асфальтобетона; в стабилизации свойств битума и асфальтовяжущего вещества и в образовании мелкопористой структуры.