В асфальтобетоне минеральный порошок совместно с битумом образует структурированную дисперсную систему, выполняющую роль вяжущего, и является важнейшим компонентом органо-минерального композита, во многом определяющим его физико-механические характеристики. 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. При недостаточном количестве минерального порошка возникает необходимость увеличения количества битума для заполнения пор в дорожном органоминеральном композите, а также возрастает вероятность получения некачественного материала [1].
В случаях, когда отсутствуют карбонатные породы, для производства минерального порошка могут использоваться кремнеземосодержащие породы (например, перлит, кварцит). Использование таких наполнителей способствует повышению тепло-, трещиностойкости и сдвигоустойчивости асфальтобетона, а также снижению стоимости приготовления асфальтобетонной смеси [2, 3]. При этом достигается и положительный экологический эффект.
Перлит — горная порода вулканического происхождения. На кромке потока лавы, в местах первичного соприкосновения магматических расплавов и земной поверхности, в результате быстрого охлаждении лавы формируется вулканическое стекло — обсидиан. В дальнейшем подземные воды проникают сквозь обсидиан, происходит его гидратация и образование гидроксида обсидиана — перлита.
Для перлита характерна мелкая концентрически-скорлуповатая отдельность (перлитовая структура), по которой он распадается на округлые ядра (перлы), напоминающие жемчужины с характерным блеском.
Перлит может иметь черную, зеленую, красно-бурую, коричневую, белую окраску различных тонов. Разновидности перлита: обсидиановый (с примесями обсидиана), сферолитовый (с примесями полевого шпата), смолянокаменный (однородный по составу), стекловатый и другие.
В строительстве перлит применяется самостоятельно (в качестве замены песка, щебня, теплозвукоизоляционной засыпки для полов, стен, кровли) или в смесях с другими строительными материалами (как компонент при изготовлении теплоизоляционных изделий, теплых штукатурок, легких строительных растворов, наполнителей для линолеума, красок, сухих строительных смесей). В последние годы выполнены ряд работ по применению перлита в качестве минерального порошка в асфальтобетонных смесях [2–5].
Специальными исследованиями установлены особенности структурообразования органо-минерального композита при использовании перлитового минерального порошка, связанные с его высокой адсорбционной активностью и структурирующей способностью по отношению к органическому вяжущему, что обусловлено высокоразвитой системой пор и морфологией поверхности. Обосновано повышение теплоустойчивости и трещиностойкости асфальтобетона при введении дисперсного порошка из перлита в минеральную часть, связанное с низкой теплопроводностью исследуемого наполнителя, что способствует повышению долговечности асфальтобетона.
Минеральные порошки на основе активированного перлита обладают высокой адсорбционной активностью и структурирующей способностью асфальтового вяжущего, а также способны при взаимодействии с органическим связующим «модифицировать» битумные пленки, снижая их температурную чувствительность. Применение их в асфальтобетонных композициях позволяет получить асфальтовое вяжущее и асфальтобетон с высокими физико-механическими и эксплуатационными показателями. Асфальтобетоны, содержащие минеральные порошки на основе активированного перлита, отличаются повышенной коррозионной устойчивостью, т. е. характеризуются высокими показателями длительной водо- и морозостойкости, что, в свою очередь, предопределяет долговечность дорожного покрытия [3].
Асфальтобетон на основе минерального порошка из перлита обладает более высокой релаксационной способностью при перепадах температур по сравнению с композитом на известняковом или доломитовом наполнителе, что позволяет снизить вероятность накопления остаточных деформаций и увеличить срок службы покрытий автомобильных дорог [2].
Как строительный материал перлит обладает и определенными недостатками, например, в сухом состоянии он сильно пылит, что может принести вред здоровью работников. Поэтому следует с ним работать в респираторе или маске, что на практике довольно неудобно. Его не везде можно приобрести, а транспортировка на большие расстояния приводит к существенному удорожанию. Как и для любого другого строительного материала, требуется проверка эффективности в конкретных условиях применения.
В ООО «Кузбасский центр дорожных исследований» были выполнены исследования свойств минерального порошка из перлита Хасынского месторождения (поставщик ООО «Мамонт Групп», г. Магадан) для оценки возможности использования его в асфальтобетонных смесях. Испытания проводились с применением поверенных средств измерений и аттестованного в установленном порядке испытательного оборудования, по стандартизованным методикам.
В соответствии с ГОСТ Р 52129–2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия» испытанный материал следует относить к порошкам марки МП-2 (табл. 1) — порошки из некарбонатных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства (разд. 4 ГОСТ). Для сравнения в табл. 1 также приведены требования для порошка марки МП-1.
Таблица 1
|
№ п/п |
Наименование показателя |
Результаты испытаний |
Требования ГОСТ Р 52129–2003 |
||
|
МП-1 |
МП-2 |
||||
|
неакивированный порошок |
активированный порошок |
||||
|
1 |
Зерновой состав, % мельче 1,25 мм мельче 0,315 мм мельче 0,071 мм |
99,28 97,98 51,79 |
≥100 ≥90 70÷80 |
≥100 ≥90 ≥80 |
≥95 80÷95 ≥60 |
|
2 |
Истинная плотность зерен песка, г/см3 |
2,20 |
Не нормируется |
||
|
3 |
Средняя плотность, г/см3 |
1,53 |
Не нормируется |
||
|
4 |
Пористость, % |
30 |
≤35 |
≤30 |
≤40 |
|
5 |
Набухание образцов из смеси порошка с битумом, % |
1,7 |
≤2,5 |
≤1,8 |
≤3,0 |
|
6 |
Водостойкость образцов из смеси порошка с битумом, % |
0,9 |
Не нормируется |
≥0,7 |
|
|
7 |
Показатель битумоемкости, г |
62 |
Не нормируется |
≤80 |
|
|
8 |
Влажность, % |
0,5 |
≤1,0 |
Не нормируется |
≤2,5 |
В результате испытаний установлено, что материал представленной пробы содержит частиц мельче 0,071 мм несколько ниже нормы, что несложно устранить технологическими приемами.
Отметим, что для применения минерального порошка дополнительно необходимо выполнить оценку его радиационной безопасности (требования по п. 5.1.3 ГОСТ Р 52129–2003).
ОАО «Западно-Сибирский испытательный центр» подтвердил отсутствие в составе порошка полуторных окислов (Al2O3+Fe2O3), т. е. его химический состав соответствует требованиям п. 5.2.1 ГОСТ Р 52129–2003.
Для оценки влияния минерального порошка из перлита были выполнены испытания 4-х видов асфальтобетонных смесей. Результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2
|
№ п/п |
Наименование показателя |
Результаты испытаний |
Требования ГОСТ 9128–2009 (типа Б, II марки) |
|||
|
без МП |
МП из известняка |
МП из перлита (исходный зерновой состав) |
МП из перлита (после отделения фракций выше 0,071 мм) |
|||
|
1 |
Водонасыщение образцов по объему, % |
3,5 |
3,3 |
2,3 |
2,5 |
От 1,5 до 4,0 |
|
2 |
Предел прочности на сжатие, МПа, при температуре: 200С |
2,7 |
3,0 |
2,7 |
3,6 |
Не менее 2,2 |
|
500С |
0,7 |
1,2 |
0,9 |
1,0 |
Не менее 1,0 |
|
|
3 |
Водостойкость |
0,89 |
0,97 |
0,93 |
0,86 |
Не менее 0,85 |
|
4 |
Средняя плотность образцов, г/см3 |
2,29 |
2,33 |
2,30 |
2,32 |
Не норм. |
Из таблицы видно, что минеральный порошок существенно повышает качество асфальтобетонной смеси. Несоответствие показателя «Предел прочности на сжатие при температуре 500С» для смеси с минеральным порошком из перлита объясняется некоторым несоответствием его гранулометрического состава, так как при использовании минерального порошка после отделения фракций крупнее 0,071 мм данный показатель соответствует требованиям норм. Несоответствие исходного минерального порошка по гранулометрическому составу может быть исправлено технологическими приемами.
Таким образом, минеральный порошок из перлита Хасынского месторождения может использоваться в качестве минерального порошка в асфальтобетонных смесях, при условиях соблюдения гранулометрического состава, соответствия радиационных показателей.
Рекомендуемая область применения минерального порошка МП-2 по ГОСТ Р 52129–2003 (прил. А): смеси асфальтобетонные по ГОСТ 9128–2009 марок II и III; смеси органоминеральные по ГОСТ 30491–2012.
Литература:
1. Гезенцвей Л. Б. Дорожный асфальтобетон / Л. Б. Гезенцвей, Н. В. Горелышев, А. М. Богуславский, И. В. Королев. — М.: Транспорт, 1985. — 350 с.
2. Коротаев, А. П. Повышение качества асфальтобетона за счет использования пористого минерального порошка: Автореф. дис. … канд. техн. наук. — Белгород, 2009. — 22 с.
3. Босхолов, К. А. Асфальтобетон с применением активированных кремнеземсодержащих минеральных порошков: Автореф. дис. … канд. техн. наук. — Улан-Удэ, 2007. — 22 с.
4. Гридчин, А. М. Дорожные композиты на основе дисперсного вспученного перлита / А. М. Гридчин, А. П. Коротаев, В. В. Ядыкина, Д. А. Кузнецов, М. А. Высоцкая // Строительные материалы. — 2009. — № 5. — С. 42–44.
5. Битуев, А. В. Кремнеземосодержащие минеральные порошки для авсфальтобетона / А. В. Битуев, К. А. Босхолов // Вестник ТГАСУ. — 2007. — № 3. — С. 210–212.
