Определение сцепления дорожного битума с минеральным заполнителем

Сцепление дорожного битума с минеральными материалами является основной характеристикой, определяющей прочностные свойства и долговечность дорожного покрытия. Поэтому оценка силы сцепления является важной задачей при разработке методов улучшения качества асфальта.

В основе адгезии битума к минеральному заполнителю лежат сложные процессы транспорта углеводородных молекул к границе раздела фаз и процессы образования связей между органическим вяжущим и каменным материалом [1].

Из литературных источников известно, что к наилучшему взаимодействию с органическим вяжущим способны о́сновные горные породы, которые характеризуются низким содержанием кремнезёма и имеют тенденцию к накоплению на поверхности заряда положительного знака. К таким заполнителям относятся, например, карбонаты (известняк, мрамор). Наихудшим сцеплением обладают кислые горные породы, например граниты, которые имеют тенденцию к накоплению на поверхности отрицательного заряда, так как битум, применяемый в дорожном строительстве в зависимости от марки и технологии получения также приобретает тенденцию к накоплению незначительного отрицательного заряда [4].

Оценку адгезии или другими словами силу сцепления производят различными способами. Испытание по стандартной методике ГОСТ 11508-74 [2] заключается в погружении образцов битумоминеральных смесей в кипящую воду и визуальной оценке результатов испытания путем сравнения с фотографиями эталонных образцов. Однако, авторы [3] считают, что визуальная оценка является недостаточно информативной, и предлагают рассчитывать коэффициент сцепления по количеству битума, оставшегося на материале после испытания.

По стандартной методике (ГОСТ 11508-74) битум разогревается для обезвоживания и процеживается через сито №7 для удаления частиц кокса. Затем битум с минеральным материалом термостатируется в течение 20 минут при температуре 130-140○С. После чего минеральный материал и битум перемешиваются до полного покрытия материала вяжущим, и перекладываются в металлические сетки. Смеси в сетках погружаются в стаканы с кипящей дистиллированной водой на 30 минут. При этом кипение должно быть бурным, чтобы свести к минимуму собирание битума в капли на поверхности материала.

По количеству оставшегося битума на минеральном материале рассчитывают показатель сцепления [3].

Целью настоящего исследования является оценка сцепления дорожного битума БНД-60/90 к трём минеральным заполнителям: мрамору, габбро-диабазу и граниту.

Битум БНД-60/90 имеет температуру размягчения по кольцу и шару 50 ○С, растяжимость при 25 ○С 130 см и при 0 ○С 3,7 см; пенетрацию, 0,1 мм при 25 ○С – 61 и при 0 ○С – 24.

Сцепление оценивалось для белого мрамора Коел-гинского месторождения, который состоит на, % масс.: 99,2 из углекислого кальция; 0,12 из окиси магния; 0,11 из двуокиси кремния; 0,004 из элементарной серы; 0,009 из фосфора и 0,1 из полуторных окислов. Имеет крупнокристаллическую структуру, размер зёрен – около 1 мм.

Габбро-диабаз сложен плагиоклазами – около 50%, клинопироксеном (30%), биотитом – 5% и рудными минералами (15%). Структура – крупнокристаллическая, плотная, средний размер зерен более 1 миллиметра. Нет трещин и пор.

Гранит состоит в основном из полевого шпата – 40% и плагиоклазов (20%), а также кварца – 20%. В соответствии с этим гранит относится к разновидности плагиогранитов. Развиты фемические минералы (20%) типа мусковита и биотита. Причем на слюдах видны вторичные изменения, например, некоторые биотиты уже полностью замещены хлоритом. Поры и трещины редко распространены.

Интенсивность кипения влияет на результаты, поэтому было зафиксировано количество воды, которое испаряется в течение испытания при данном тепловом потоке от нагревательного прибора. Для пяти параллельных испытаний было получено среднее значение 102±25 г. Необходимый уровень воды в стаканах поддерживался в течение всего времени испытания.

По результатам испытания для трёх минеральных заполнителей были получены разные значения показателя сцепления. При сравнении смесей с фотографиями эталонных образцов из ГОСТ 11508-74 сцепление битума можно отнести: с мрамором – 2-3 эталону, с гранитом и габбро-диабазом к 3 эталону. По авторской методике сцепление битума составляет в % масс.: с мрамором – 66, габбро-диабазом – 12 и гранитом – 7.