628

или экструзия – продавливание вязкой жидкости или пастообразной массы черезотверстия.

Исходя из вышеизложенного, составлена классификация методов гранулирования,приведеннаянарис.2.2.

2.2. Особенности структурообразования при гранулировании горячей асфальтобетонной смеси

Гранулирование асфальтобетонной смеси производится в присутствии жидкой фазы (битум), которая вносится с твердыми компонентами (минеральный заполнитель смеси). Битум является основой вяжущего вещества, необходимого для склеивания зерен минерального остова в единый монолит, способный противостоять воздействию внешних сил.

Процесс гранулирования горячей асфальтобетонной смеси связан с охлаждением ее при непрерывном рыхлении. Образование гранул происходит в процессе стеклования битума на поверхности минерального заполнителя. Согласно исследованиям Б.Г. Печеного [3], стеклование битума начинается при температуре 91 ºС и заканчивается при 30 ºС. Интервал стеклования всегда увеличивается при возрастании в битуме содержания асфальтенов и парафинонафтеновых углеводородов, что закономерно связано с растворимостью асфальтенов в системе. Чем меньше в битуме асфальтенов и парафино-нафтеновых углеводородов, тем лучше растворена дисперсная фаза, гомогеннее система, ниже температура перехода структуры из истинного раствора в дисперсный и выше температура стеклования. Структурный переход в битумоминеральной композиции связан со стеклованием битумного связующего.

Согласно данным Б.Г. Печеного [3], температура стеклования битумоминеральной композиции ниже температуры стеклования битума. Это объясняется тем, что на поверхности минерального наполнителя адсорбируются наиболее полярные компоненты битума

– асфальтены и часть смол, которые мало влияют на температуру стеклования битума. Температура стеклования битумов в составе асфальтобетонов на 3 – 10 ºС ниже температуры стеклования битума в объеме.

Процесс охлаждения асфальтобетонной смеси предусматривает достаточное охлаждение каждой гранулы насыпной массы. В противном случае при складировании и хранении может произойти слеживаемость смеси. Это требование позволяет при аналитическом исследовании процесса охлаждения рассматривать не всю массу асфальтобетонной смеси, а отдельные гранулы.

Для расчета приняли, что асфальтобетонная гранула с диаметром 0,005….0,02 м помещена в воздушную среду с

На образование и рост гранул большое влияние оказывает соотношение между жидкой и твердой фазами. При недостаточном количестве связующего, когда жидкость находится только в зоне контакта частиц, преобладающим является механизм разрушения агломератов с последующим их взаимным наслоением. В этом случае агломерирование происходит под действием капиллярных сил сцепления, действующих на поверхности гранул.

Когда твердые частицы полностью покрываются битумом, преобладающим является механизм агломерации, при котором происходит соединение частиц одного порядка размеров в агломераты.

Щебенка

Асфальтовое вяжущее

Асфальтовое вяжущее

Песчинка Воздушная пора

Гранула асфальтового вяжущего

Рис. 2.4. Схематическое изображение структуры гранулированной асфальтобетонной смеси

Холодная гранулированная асфальтобетонная смесь представляет собой композиционный материал, состоящий из агломератов. Это отдельные минеральные зерна, покрытые остеклованным битумом, растворные гранулы (песок + асфальтовое вяжущее), гранулы из асфальтового вяжущего и щебенки, окруженной растворной частью. На рис. 2.4 схематично показана

структура отдельных гранул. Такое состояние холодной гранулированной смеси позволяет хранить ее длительное время без слеживания. Сохранение рыхлости неограниченное время облегчает погрузку и транспортирование смесей на большие расстояния любым видом транспорта и при любой погоде.

2.3. Физико-химические процессы при разжижении остеклованного битума на поверхности асфальтобетонных гранул

Из холодной гранулированной асфальтобетонной смеси необходимо получить ремонтный материал, способный хорошо уплотняться и интенсивно твердеть. Это можно осуществить путем нагрева гранулированной смеси, что требует значительных затрат. Кроме того, возникают известные трудности при работе с горячими смесями в зимних условиях. Рассмотрим другой способ получения необходимых свойств ремонтной смеси для уплотнения.

Одним из путей направленного регулирования процессов структурообразования дисперсной структуры битумов является пластификация (разжижение) их углеводородными фракциями.

Вработах А.И. Лысихиной, И.М. Руденской, А.С. Колбановской, В.П. Фрязинова, Б.Г. Печеного показана зависимость структуры и свойств битумов от растворяющей способности и содержания углеводородного компонента битумов.

Водном и том же гомологическом ряду разжижителей вязкость битума тем ниже, чем меньше молекулярная масса разжижителя.

Вкачестве главного критерия оценки эффективности разжижителя обычно принимают степень снижения температуры стеклования при введении определенного количества разжижителя. Снижение температуры стеклования необходимо в первую очередь для перевода остеклованного битума в эластичное состояние.

Согласно этому, предпочтительно использовать разжижители, имеющую невысокую молекулярную массу, и низкую температуру стеклования. Очевидно, что такими разжижителями могут служить керосин и бензин.

Чем более резкое снижение вязкости битума вызывает разжижитель, тем меньшее количество его необходимо для условий укладки и уплотнения ремонтной смеси.

Жидкие нефтяные битумы класса СГ приготавливают путем разжижения вязких битумов керосином, бензином, лигроином и др. Медленногустеющие битумы МГ получают, применяя в качестве

разжижителя масляные нефтепродукты, природные смолистые нефти, мазут и т.п. Для оценки эффективности в качестве разжижителей битума были взяты следующие нефтепродукты, примерно удовлетворяющие этим требованиям.

Согласно ГОСТ 11955-82, для получения разжиженных битумов используют вязкие дорожные битумы. Фракционный состав нефтепродуктов, применяемых в качестве разжижителей:

В одном и том же гомологическом ряду разжижителей вязкость битума тем ниже, чем меньше молекулярная масса разжижителя.

Для определения молекулярной массы нефтяных разжижителей используют формулу Воинова:

где tср – средняя температура кипения разжижителя.

В качестве главного критерия оценки эффективности разжижителя обычно принимают степень снижения температуры стеклования при введении определенного количества разжижителя. Снижение температуры стеклования необходимо в первую очередь для перевода остеклованного битума в эластичное состояние. Зависимость Тс от объемной доли пластификатора положена в основу уравнения для расчета температур стеклования компонентов. Такое уравнение для полимеров, предложенное Гордоном и Тейлором, имеет вид:

пластификатора; Тс – температура стеклования; К – криоскопическая константа.

Свойства нефтепродуктов, принятых для исследований в качестве разжижителя битума в гранулированной асфальтобетонной смеси, представлены в табл. 2.2.

При определении объемной доли разжижителя для снижения температуры стеклования битума учитывали, что при температурах применения пластификаторы должны иметь структуру истинного раствора, поэтому принимали разжижители с температурой стеклования не выше минус 10 ºС.

Таблица 2.3

Объемная доля разжижителя для снижения температуры стеклования битума

Рис. 2.5. Влияние температуры стеклования битума на расход разжижителя: 1– дизельное топливо; 2– керосин; 3 – бензин; 4 – мазут

Согласно вышеприведенным теоретическим исследованиям, предпочтительно использовать разжижители, имеющую невысокую молекулярную массу, и низкую температуру стеклования. Очевидно, что такими разжижителями могут служить керосин и бензин.

2.4. Процессы структурообразования в ремонтном материале в процессе эксплуатации дорожного покрытия

Кроме улучшения удобоукладываемости, необходимо сохранить в готовом материале механические характеристики исходного битума. Для этого необходимо при формировании ремонтного материала извлечь разжижитель из битума как можно быстрее.

Структура битума на разных стадиях формирования определяется только структурным типом исходного вязкого битума и