2.4 Активация щебня из известняка для приготовления минерального порошка

Одним из способов улучшения свойств минеральных материалов, входящих в состав асфальтобетонной смеси (минеральный порошок, щебень, песок и другие материалы), является их физико-химическая активация с использованием активирующих смесей.

На ООО « ЕАБЗ » для приготовления активирующей смеси используется битумный котел, оборудованный маслообогревом. Активирующая смесь готовится путем смешения вязкого битума БНД 90/130 и поверхностно-активной добавки ТЖК. Весовое соотношение ТЖК и битума составляет 1:1.

При помощи насоса котла производится перемешивание отдозированных компонентов циркуляцией емкости по схеме – «сама на себя».

Производство активированного щебня из известняка включает следующие процессы:

1. Известняковый щебень со склада каменных материалов бульдозером

подается в бункера.

2. По транспортерной ленте щебень поступает в сушильный барабан.

3. Горячим элеватором щебень поступает на грохот, рассеивается по фракциям.

4. После разгрохотки щебень поступает в весовой бункер, где происходит

дозирование просушенного щебня фракции 5 – 20 мм.

5. Активирующая смесь , подогретая до температуры 110^о С, по

битумопроводу поступает в битумный дозатор.

6. Нагретые до рабочей температуры и взвешенные щебень и активирующая

смесь подаются в смеситель и там перемешиваются в течение 60 секунд.

7. Из смесителя активированный щебень из известняка выгружается в автосамосвал и поступает на склад, который находится в крытом ангаре.

Такое предварительное перемешивание (активация известнякового щебня) дает возможность получать требуемые соотношения количеств активирующей смеси и минерального материала и облегчает процесс размола.

2.5 Производство минерального порошка из известнякового щебня.

Минеральный порошок является важнейшим структурообразующим компонентом асфальтобетона. Основное назначение минерального порошка как наполнителя битума состоит в том, чтобы переводить объемный битум в пленочное состояние. В таком состоянии повышается вязкость и прочность битума. Вместе с битумом минеральный порошок образует структурированную дисперсную систему, которая и выполняет роль вяжущего материала в асфальтобетоне. Другое назначение минерального порошка – заполнение мелких пор между более крупными частицами. Таким образом, присутствие необходимого количества минерального порошка способствует повышению плотности минерального остова, а, следовательно, и повышению плотности асфальтобетона.

Для производства активированного минерального порошка используется центробежно-ударная мельница «Титан – М-125», выпускаемая ЗАО «Новые технологии»

Таблица 2.9

Технические характеристики центробежно – ударной мельницы «Титан – М-125»

Наименование показателей	Ед. измер.	Значения(номинальные)
Производительность	т/ч	3 - 15
Крупность питания	мм	До 40
Крупность измельченного продукта (может регулироваться)	мм	0,05-0,5
Установленная мощность	кВт	305
Габаритные размеры: Длина х ширина х высота	м	7,6 х 4,2 х 15,3
Масса	т	22

Технология изготовления активированного минерального порошка состоит из следующих технологических стадий, проходящих одновременно и параллельно друг с другом:

- подвозка известнякового щебня, обработанного активирующей смесью;

- подача щебня погрузчиком в бункер установки по производству минерального порошка;

- подача щебня при помощи ленточного транспортера в барабан мельницы;

Загрузка мельницы материалом осуществляется через бункер (1) в центр ускорителя 2. Вылетающий из ускорителя материал измельчается об отбойные плиты 3. Мельница просасывается вентилятором. Материал крупнее граничной крупности выгружается через патрубок (5) и возвращается на доизмельчение элеватором ( на схеме не показано). Материал крупностью меньшей граничной в виде аэросмеси поступает в секцию классификации (4), где происходит дополнительное разделение. Недоизмельченный материал (6) возвращается в ускоритель, а готовый продукт (8) осаждается в циклонах.

- Готовый активированный минеральный порошок из мельницы поступает в шнековый транспортер;

- шнековым транспортером минеральный порошок подается в ковшовый элеватор;

- из элеватора минеральный порошок поступает в силоса, где может храниться длительное время;

- из силоса при помощи лопастного питателя мин. порошок попадает по шнековому транспортеру на ковшовый элеватор; (лопастной питатель дозирует равномерную подачу мин.порошка на шнековый транспортер);

- с помощью ковшового элеватора мин.порошок подается в накопительный бункер;

- при помощи лопастного питателя мин.порошок поступает в весовой дозатор;

- по шнековому транспортеру мин.порошок подается в смеситель, где смешивается с другими компонентами асфальтобетонной смеси.

В процессе приготовления асфальтобетонной смеси могут несколько изменяться условия взаимодействия битума с минеральным материалом.

При изучении условий взаимодействия любого минерального материала с битумом основным вопросом является анализ природы сил, обеспечивающих адгезионные связи. Связь между битумом и минеральным материалом осуществляется благодаря химическим реакциям.

Характер взаимодействия битума с активированным минеральным порошком обуславливает прочность структурных связей в системе асфальтобетонов и в конечном счете предопределяет долговечность асфальтобетонных покрытий.

Процесс объединения минерального порошка с битумом в составе асфальтобетонной смеси следует рассматривать в два этапа:

Первый этап – смачиваемость. Характеристикой смачиваемости минерального порошка является угол смачивания, чем больше он стремится к 0 градусам, тем более смачиваемой является поверхность. Идеальное смачивание – угол смачивания равен 0 градусам. Наихудшее смачивание – угол смачивания более 90 градусов.

При использовании битума БНД 90/130 с температурой 130^оС и температурой подложки из минерального материала 40^оС угол смачивания будет иметь следующую картину:

Таблица 2.10

Материал подложки	Угол смачиваемости
Известняк	38о
Гранит	47о

Второй этап – хемоадсорбция. Характеристикой хемоадсобции является способность образовывать стойкие химические связи на границе раздела фаз ( в нашем случае – на границе между минеральным материалом и битумом ), а также в верхнем слое минерального материала, прилегающем к границе раздела фаз.

Хемоадсорбционные процессы имеют место при объединении определенных минеральных материалов ( карбонатных и основных горных пород ) с активными битумами, содержащими достаточное количество поверхностно – активных веществ кислого характера ( асфальтогеновые кислоты), способных образовывать в зоне контакта битума с минеральными материалами новые химические соединения. Так как эти соединения нерастворимы в воде, битумные слои, образованные на поверхности минеральных частиц, устойчивы к воде.

При объединении битума с кислыми горными породами ( к кислым относят породы, содержащие более 65% SiO₂) не образуется хемоадсорбционных соединений. Прочность сцепления битумных слоев с поверхностью минеральных частиц пониженная, особенно в присутствии воды.

Рассмотрим эти процессы на примере известняка и гранита

.

Известняк, максимально содержащий в своем составе карбонат кальция СаСО₃, будет образовывать с асфальтогеновыми кислотами, входящими в состав битума, водостойкие химические соединения – кальциевые масла, а также побочный продукт реакции – угольную кислоту, которая уже при комнатной температуре будет целиком распадаться на углекислый газ и воду.

СаСО₃ + 2R-COOH = Ca ( R-COO )₂ + H₂CO₃ >>> H₂O >>> CO₂

Гранит Новосмолинского гранитного карьера имеет следующий химический состав:

Таблица 2.11

Формула соединения / содержание в процентах
SiO2	TiO2	Al2O3	Fe2O3	FeO	MnO	MgO	CaO	Na2O	K2O	P2O5	ППП
56,76	1,32	14,26	4,11	4,23	0,13	5,82	5,11	2,40	3,11	0,504	1,48

Двуокись кремния , являющаяся основным породообразующим компонентом, входящим в состав гранита, с асфальтогеновыми кислотами, входящими в состав битума, хемоадсорбционных связей не образует, прочность сцепления битумной пленки с поверхностью минеральных частиц пониженная, особенно в присутствии воды, так как обусловлена лишь физической адсорбцией, поэтому процесс объединения битума с минеральными материалами про приготовлении асфальтобетонной смеси в отсутствии минерального порошка можно рассматривать как банальное окрашивание.

Минеральный порошок, полученный в процессе размола карбонатной горной породы – известняка, имеет большую удельную поверхность и играет роль структурирующей добавки, значительно повышающей теплоустойчивость и вяжущую способность битума. 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.

Сравним долю поверхности, создаваемой минеральными материалами (известняк и гранит ), входящими в состав асфальтобетонной смеси.

Таблица 2.12

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 из известняка приходится большая доля поверхности, образуемой минеральными материалами, входящими в состав асфальтобетонной смеси, поэтому процесс объединения минеральных материалов с битумом нужно рассматривать как объединение битума с минеральным порошком.