о возможности применения цемента в качестве минерального порошка в асфальтобетонных смесях
Статьи с интернет-конференций БГТУ им. В. Г. Шухова | |||
|
Гридчин А.М., д-р техн. наук, проф., Шухов В.И. канд. техн. наук, доц., Кайдалов О.А., аспирант Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова Плотные и высокоплотные асфальтобетонные смеси, применяемые в верхних слоях покрытий автомобильных дорог и городских улиц, содержат в своем составе минеральный порошок. Минеральный порошок-материал, получаемый при помоле горных пород или твердых отходов промышленности. Минеральный порошок может быть активированный и неактивированный. Активированный минеральный порошок-материал, получаемый при помоле горных пород или твердых отходов промышленного производства с добавлением активирующих веществ, при помоле битуминозных пород, в том числе и горючих сланцев. Активирующие вещества - это смесь поверхностно активных веществ (ПАВ) или продуктов, содержащих ПАВ, с битумом, рационально подобранная применительно к химической природе сырья для производства минерального порошка. В соответствие с ГОСТ Р 52129-2003 {1} порошки минеральные в зависимости от показателей свойств и применяемых исходных материалов подразделяют на марки МП-1(порошки неактивированные и активированные из карбонатных осадочных горных пород и порошки из битуминозных пород) и МП-2 (порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства ). Карбонатная порода - осадочная порода состоящая более чем на 50% из одного или нескольких карбонатных минералов, например из известняков (СаСО3), доломитов (СаСО3, MgCO3 с примесями глинистого, железистого, кремнистого и др. веществ) и переходных между ними разновидностями. Некарбонатная порода - это осадочная или изверженная порода, состоящая более чем на 50% из минералов кремнезема (SiO2), например опок, трепелов, туфов, песчаника, гранитов. Порошковые отходы промышленного производства - это отходы промышленного производства не требующее измельчения, например золы - уноса и золо - шлаковые смеси тепловых электростанций, пыль уноса цементных заводов, металлургические шлаки и др. ГОСТ 52129-2003 ограничивает содержание полуторных окислов (Al2O3+Fe2O3) в горных породах и промышленных отходах производства используемых при приготовлении порошков, и в порошковых отходах промышленного производства, используемых в качестве порошка до 7% - для активированных порошков и до 1,7% - для неактивированных порошков. В твердых промышленных отходах производства, используемых для приготовления порошков, и в порошковых промышленных отходах производства, используемых в качестве порошков, ограничивается так же содержание активных CaO+MgO до 3%, водорастворимых соединений до 6%. Эти ограничения, на наш взгляд подлежат уточнению. Так, например, исследованиями Ядыкиной В.В., Высоцкой М.А., доказано, что за счет активного взаимодействия минеральных порошков, содержащих 20-40% оксида кальция с битумом замедляется интенсивность его старения в асфальтобетоне, что способствует повышению долговечности. В работе Высоцкого А.В. установлено, что содержание оксидов железа в минеральном порошке в количестве 50-80% приводит к повышению коррозионной устойчивости асфальтобетона и к снижению интенсивности старения битума за счет более активного взаимодействия поверхности минерального материала с его компонентами. Технология приготовления минеральных порошков аналогична технологии помола сухих горных пород и технических каменных материалов, которые широко применяют в цементной, керамической и огнеупорной промышленностях - Во многих случаях приготовление минеральных порошков производят вдали от мест их применения в битумоминеральных и асфальтобетонных смесях, что вызывает необходимость их упаковки в крафт-мешки во избежании значительных потерь от распыла при транспортировании навалом в автомобилях и вагонах. Технология приготовления порошков заимствована из давно известных технологий размола материалов на любых видах мельниц, обеспечивающих заданную техническими условиями тонкость помола и наименьшую стоимость порошка. Технологические пределы получения минеральных порошков следующие: разработка камня крупных размеров в карьере (взрывом); транспортирование камня к дробильной установке; плинтовка негабаритного камня; грохочение; первичное дробление камня до габаритных размеров; грохочение; вторичное дробление до крупности 15-20 мм; подсушка габаритного камня 15-20 мм до влажности менее 0,5%; помол камня без сепарации или с сепарацией, также без сепарации с обработкой активирующей смесью; хранение минерального порошка и упаковка; транспортирование минерального порошка к месту применения. В данное время порошки приготовляют на шаровых мельницах производительностью 3-10 т/ч, которые широко используются при размоле клинкера портландцемента и др. материалов. Технология производства минерального порошка довольно энергоемка и трудоемка, поэтому его производство в условиях асфальтобетонных заводах не эффективно. В Центрально-Черноземном районе (ЦЧР) действуют два мощных цементных завода: ЗАО "Белгородский цемент" и ЗАО "Осколцемент", мощности которых недозагружены из-за недостаточного спроса. Из-за отсутствия карбонатного сырья, сложности технологии производства минерального порошка дорожные организации Белгородской, Курской, Воронежской и других областей ЦЧР и других регионов Росси намерены применять в асфальтобетонных смесях цемент в качестве минерального порошка, что должно обеспечить высокое качество асфальтобетона в верхних слоях покрытий автомобильных дорог и городских улиц, а так же снижение стоимости устройства таких покрытий (за счет снижения транспортных расходов). При планово-распределительной экономике цемент являлся строго фондируемым материалом (минеральным вяжущим) для приготовления строительных растворов, цементных бетонов, а так же для производства сборных цементобетонных, железобетонных деталей и конструкций. Применение цемента на других работах запрещалось, по этому не велись научно-исследовательские работы по его применению не по назначению. В рыночной экономике применение цемента на любых видах работ, в том числе и в качестве минерального порошка в асфальтобетонных смесях, диктуется получением максимально возможного дохода-прибыли. Однако, применение цемента в качестве минерального порошка в асфальтобетонных смесях сдерживается из-за отсутствия нормативных документов. Действующие нормативные документы, регламентирующие качество минерального порошка ГОСТ Р 52129-2003 {1}, качество асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов ГОСТ 9128-97 {4} не содержат сведений о возможности применении цемента в качестве минерального порошка. Портландцемент и шлакопортландцемент общестроительного назначения изготовляют на основе портландцементного клинкера в соответствии с требованиями ГОСТ 101178-85{4}. По вещественному составу цемент подразделяют на портландцемент (без минеральных добавок), портландцемент с минеральными добавками ( с активными минеральными добавками не более 20%), шлакопртландцемнт ( с добавками гранулированного шлака более 20 %). По прочности при сжатии в 28 суточном возрасте цемент подразделяют на марки: портландцемент 400, 500, 550 и 600; шлакопортландцемент 300, 400 и 600. Для приготовления асфальтобетонных смесей могут быть использованы в качестве минерального порошка цементы с наименьшей активностью, (портландцемент марки не выше 400, шлакортландцемнт марок 300, 400). Особенности применения цемента в качестве минерального порошка заключается в его минеральном составе, значительно отличающегося от минерального состава порошков из карбонатных горных пород. Минеральный порошок марки МП-1состоит в основном из минералов СаСО3, не вступающих в реакции гидролиза и гидротации . Образование цементного клинкера происходит в зоне спекания вращающихся печей в интервале температур 1100-1500 градусов. В результате взаимодействия СаО свободных окислов и получение соединений силикатов алюминатов, ферритов кальция с образованием жидкой фазы до 15-30% и главнейших соединений в такой последовательности: 2СаОSiO2 (двухкальциевый силикат С2S), 3СаОAl2O3 (трехкальциевый алюминат С3А), 4СаОAl2OFe2O3 (четырехкальциевый алюмоферрит C4AF) и 3CaOSiO2 (трехкальцевый силикат С3S). В конечном продукте может содержаться небольшое количество (до 1,5%) избыточной свободной CaO или MgO. В портландцементе содержание клинкерных минералов бывает: трехкальциевого силиката (C3S) 37-60%, двухкальциевого силиката (C2S) 15-37%, трехкальциевого алюмината (C3A) 7-15% и четырехкальциевого алюмоферрита (C4AF) 10-18%. Для замедления реакции схватывания цементного теста в результате образования гидросульфоалюмината кальция в цементный клинкер при помоле вводят до 3 % гипса (CaSO4 2H2O). При взаимодействии цемента с водой возникают процессы гидратации (реакция, протекающая с присоединении воды) и гидролиза ( реакции без распада вещества или с распадом его и образованием новых соединений). Эти сложные процессы в общих чертах могут быть отнесены к следующим реакциям главнейших минералов. В процессе взаимодействия с водой трехкальциевого силиката происходит гидролитическая диссоциация по реакции: 3CaOSiO2+nH2O --2CaOSiO2 nH2O+Ca(OH)2. Двухкальцевый силикат при взаимодействии с ограниченным количеством воды гидратируется по следующиму уравнению: 2СaOSiO2+nH2O - 2CaO SiO2 nH2O. Трехкальциевый алюминат весьма быстро присоединяет воду по уравнению: 3CaOAl2O3+H2O - 3 CaOAl2O3 6H2O. Поскольку в цементной смеси имеется гипс последний вступает в реакцию с гидротрехкальцеевым алюминатом, образуя труднорастворимое новообразование - гидросульфоалюминат кальция по следующему уравнению: 3CaOAl2O3 6H2O+3(CaSO4 2H2O)+19H2O - 3CaOAl2O3 3CaSO4 31H2O. Четырехкальциевый алюмоферрит при взаимодействии с водой образует: 4CaOAl2O3Fe2O3+nH2O - 3CaOAl2O3 6H2O+CaOFe2O3 nH2O. Таким образом, в асфальтобетоне с применением цемента в качестве минерального порошка, несмотря на наличие на их поверхностях структурированных пленок битума, при увлажнении могут происходить в какой-то мере реакции гидролиза и гидротации клинкерных минералов с образованием указанных новообразований. Исследование возможности протекания реакций гидролиза и гидротации клинкерных минералов в водонасыщенном асфальтобетоне, химического взаимодействия компонентов битума с цементом не проводились. Для выяснения вопроса о возможности применения цемента в качестве минерального порошка в асфальтобетонных смесях необходимо провести комплексное исследование по решению следующих задач: -изучение процессов взаимодействия портландцемента и шлакопортландцемента с компонентами битума и свойств асфальтовяжущего на их основе; -обоснование оптимальной добавки цемента в минеральном порошке при его частичной замене; -разработка рациональных составов асфальтобетонных смесей с применением цемента в качестве минерального порошка и с использованием минерального порошка с оптимальной добавкой цемента для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог; -исследование физико-механических характеристик, долговечности и коррозионной стойкости полученного асфальтобетона; -подготовка нормативно-технической документации для внедрения в производство результатов работы; -апробация результатов теоретических и лабораторных исследований в промышленных условиях. Литература 1. ГОСТ Р 52129-2003. "Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия". - М., 2003. - 12с. 2. Высоцкая М.А. Асфальтобетон с применением известьсодержащих минеральных порошков. Автореферат на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. - Белгород, 2004. - 22с. 3. Высоцкий А.В. Эффективный асфальтобетон на минеральных материалах из железосодержащего техногенного сырья КМА. Автореферат на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. - Белгород, 2004. - 23с. 4. ГОСТ 9128-97. "Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия". - М., 1997. - 13с. http://conf.bstu.ru/conf/docs/0029/0580.doc |
|
Дополнительно:
Copyright © 2007-2023, Интернет-журнал о цементе РуЦЕМ. РУ (RuCEM. RU) Свидетельство о регистрации Эл № ФС77-34787 зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций от 25 декабря 2008 года, Отраслевой портал ЦЕМЕНТ. РУ (CEMENT. RU) Свидетельство о регистрации Эл № ФС77-34786 зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций 25 декабря 2008 года. Учредители: Очкин Ю.И., Ерокин Ю.А. Главный редактор: Ерокин Ю.А. Адрес электронной почты Редакции: yerokin@yandex.ru Телефон Редакции: +7 (8453) 68-33-82 Администрация портала не несет ответственности за содержание информации и рекламы оставленной третьими лицами. При использовании информации, активная ссылка на RuCEM.RU обязательна 16+
|