Минеральный порошок для асфальтобетонных смесей: производство, свойства, виды, применение

Минпорошок для АБС: производство, свойства, виды, применение

• Производство минерального порошка
• Свойства минерального порошка
• Виды минеральных порошков
• Применение минерального порошка

Минеральный порошок, применяемый в качестве одного из компонентов при производстве асфальтобетонных смесей, оказывает огромное влияние на качество будущих слоев дорожного полотна: способствует созданию плотного минерального каркаса, структурирует вяжущее, обеспечивает адгезионные связи.

Минеральный порошок — это мелкодисперсный материал, полученный в результате помола горных пород или отходов тепловой, металлургической и других видов промышленности.     

При создании минерального порошка из горных пород используют карбонатные или некарбонатные материалы. К первым относят осадочные породы, более чем на 50% состоящие из карбонатных минералов, основными представителями которых являются известняк, доломит, а также различные их переходные формы.

К некарбонатным относят осадочные или изверженные породы, более чем на 50% состоящие из минералов кремнезема. Представители этой группы — опоки, туфы, трепелы, песчаники, граниты и другие.

В качестве минерального порошка, полученного из отходов промышленного производства, в дорожно-строительной сфере применяют золу-уноса и золошлаковые смеси тепловых электростанций, пыль уноса цементных заводов, металлургические шлаки, и другие материалы.

Минеральный порошок может быть активированным или неактивированным. Активированным считают материал, при производстве которого использовали добавку в виде смеси поверхностно-активных веществ (ПАВ) или продуктов, содержащих ПАВ, с битумом. Такой подход позволяет улучшить физико-химические свойства минерального порошка и увеличить качество будущего асфальтобетона.

К примеру, в соответствии с национальными стандартами, активированный минеральный порошок обязан быть гидрофобным — эта характеристика препятствует проникновению капель воды между пленкой вяжущего и частицами заполнителя, а значит — помогает снизить вероятность разрушения слоя дорожной одежды в периоды перехода температуры окружающей среды через 0 градусов.

Производство минерального порошка

Производство минерального порошка состоит из нескольких этапов:

• измельчение крупных кусков материала до необходимого размера фракций, позволяющего обеспечить дальнейший помол в мельнице
• сушка, необходимая при высокой влажности материала
• помол
• подача готовой продукции в силос

Минеральный порошок производят в мельничном комплексе, который, в зависимости от уровня предприятия, может представлять собой как высокотехнологичную установку, оснащенную современным оборудованием, так и самодельный вариант — сочетание агрегатов разных производителей. Например, старого сушильного барабана от асфальтобетонного завода и новой шаровой мельницы.   

Самым популярным минеральным порошком, используемым в производстве асфальта, является порошок, полученный из известняка. В этом случае крупные куски породы — на производственной площадке или еще на карьере — измельчают в щековой или роторной дробилке, после чего материал нагревают в сушильном барабане и отправляют на помол. В настоящее время на этом технологическом этапе основными агрегатами служат шаровые, молотковые и вертикальные мельницы.

Размер фракций материала, подаваемого на помол, в зависимости от используемого агрегата, может достигать 50 мм, а на выходе — в соответствии со стандартами. К примеру, в требованиях к зерновому составу в ГОСТ 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия» указано, что процентное содержание зерен мельче 1,25 мм должно составлять 95‒100%.  

Второй стандарт на минеральный порошок — ГОСТ 32761-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Порошок минеральный. Технические требования» — требует от производителей продукции процентного содержания зерен мельче 2 мм, равного 100%.

Для создания активированного минерального порошка, применяют три основных способа:

— добавляют смесь ПАВ с битумом в материал через форсунки еще до этапа помола

— добавляют смесь ПАВ с битумом в материал во время помола

— один из самых популярных в нашей стране способов — смешивают битум и жировой компонент с материалом в отдельном агрегате, и только после этого подают полученную смесь на помол

Свойства минерального порошка

Влияние минерального порошка на качество дорожного полотна определило важность выполнения предварительных испытаний этого компонента асфальта. Для расчета показателей минерального порошка учитывают различные свойства:

• Влажность, %. Характеризует количество влаги, содержащейся в материале
• Плотность, г/см³. При определении показателей этого свойства рассчитывают истинную, среднюю и максимальную плотности. Первая показывает плотность материала без учета имеющихся в нем пор и пустот, вторая — плотность минерального порошка, уплотненного в специальной форме объемом 100 см³ под нагрузкой 40 МПа, а третья — максимальная — учитывает плотность материала после полного удаления из него воздуха методами умеренного кипячения (основной) или снижения давления в колбе с мерной пробой (альтернативный)
• Пористость, %. Характеризует количество пор, содержащихся в минеральном порошке. Показатель пористости определяют на основании предварительно рассчитанных истинной и средней плотностей
• Водостойкость. Характеризует степень падения прочности при сжатии образцов из смеси минерального порошка и битума после насыщения их водой в условиях вакуума, и последующего выдерживания в воде с температурой 60 °C

Стоит отметить, что в основных стандартах на минеральный порошок — ГОСТ 52129-2003 и ГОСТ 32761-2014 — требования к водостойкости указывают только для материала, созданного из некарбонатных горных пород, а также твердых и порошковых отходов промышленного производства.

• Битумоемкость, г. Характеризует способность минерального порошка адсорбировать вяжущее. Метод испытания материала на битумоемкость основан на определении такой консистенции смеси, при которой индустриальное масло и добавляемый минеральный порошок будут иметь определенную вязкость, при которой пестик прибора Вика погрузится в состав на глубину 8 мм

ГОСТ 52129-2003 указывает требования к показателю битумоемкости только для минеральных порошков из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства. ГОСТ 32761-2014 в свою очередь указывает требования к показателям битумоемкости для всех минеральных порошков.

• Набухание, %. Характеризует увеличение объема образцов из минерального порошка и битума после поглощения ими жидкости или пара из окружающей среды
• Гидрофобность. Под этим свойством понимают способность материала не смачиваться водой. Проверку минерального порошка на гидрофобность осуществляют просто: в стакан с дистиллированной водой постепенно насыпают малое количество минерального порошка и по истечении 24 часов проверяют, опустился ли материал на дно. Если весь минеральный порошок остался на поверхности, то он считается гидрофобным

Испытания на гидрофобность проводят только в отношении активированного минерального порошка, который по стандартам ГОСТ 52129-2003 и ГОСТ 32761-2014 обязательно должен быть гидрофобным.

• Содержание водорастворимых соединений, %. Два основных стандарта на минеральные порошки определили требования к показателю этого свойства одинаково — не более 6%. С одной лишь разницей: в стандарте 2003 года это требование предъявляют только к мелкодисперсным материалам, созданным из твердых или порошковых отходов производства, а в стандарте 2014 года — еще и к неактивированному порошку из некарбонатных горных пород
• Активность, МПа. Характеризует способность неактивированного минерального порошка, произведенного из отходов промышленного производства, набирать прочность при определенных условиях. За активность минерального порошка принимают предел прочности при сжатии образцов в водонасыщенном состоянии в возрасте 28 суток
• Содержание активирующих веществ, %. Сущность метода заключается в определении потери массы активированного минерального порошка после выжигания активирующих веществ в муфельной печи при температуре 500 °C
• Содержание полуторных окислов (Аl2O3 + Fe2O3), %. Для измерения количества оксидов железа и алюминия в готовом материале применяют химический анализ
• Эффективная удельная активность естественных радионуклидов, Бк/кг. Характеризует радиационную опасность материалов для человека, окружающей среды, в том числе растений и животных. Показатель этого свойства принимают по максимальной величине эффективной удельной активности естественных радионуклидов, содержащихся в применяемых для производства минерального порошка компонентах

В стандарте на щебеночно-мастичную асфальтобетонную смесь и асфальтобетон, спроектированные методом объемно-функционального проектирования («Superpave»), указано, что минеральный порошок должен соответствовать значению по показателю «Количество пустот Ригдена». То есть к свойствам минерального порошка можно отнести еще одно:

• Количество пустот Ригдена, %. Показатель этого свойства определяет общее количество пустот в образце из минерального порошка после его уплотнения на аппарате Ригдена

Виды минеральных порошков

Виды минеральных порошков или марки, как их описывают два отечественных стандарта, включают в себя:

• МП-1 и МП-2 — по ГОСТ 52129-2003
• МП-1, МП-2 и МП-3 — по ГОСТ 32761-2014

В соответствии со стандартом 2003 года, к МП-1 относят активированные и неактивированные минеральные порошки, произведенные из карбонатных горных пород, а также порошки из битуминозных пород. К МП-2 — неактивированные минеральные порошки, созданные из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства.

По стандарту 2014 года к МП-1 и МП-2 относят минеральный порошок, произведенный из карбонатных горных пород, только в первом случае мелкодисперсный материал будет активированным, а во-втором, неактивированным. Маркой МП-3 обозначают неактивированный порошок, созданный из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства.

Очевидно, что марка МП-1 указывает на высокое качество минерального порошка, а значит — его применение для производства асфальта, в том числе используемого в качестве верхнего слоя покрытия.

Применение минерального порошка

В дорожно-строительной сфере минеральный порошок применяют для производства:

• бетона
• органоминеральных смесей, используемых при укреплении грунтов
• асфальтобетонных смесей

Область применения минерального порошка для асфальтобетонных смесей описана в двух основных стандартах — ГОСТ 52129-2003 и ГОСТ 32761-2014. Разницу между ними упрощенно можно сформулировать так: ГОСТ 2003 года регламентирует требования к порошку для производства «классического» асфальта, соответствующего ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия» и ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия».

ГОСТ 2014 года, в свою очередь, указывает требования к порошку для производства относительно новых «Superpave» и «Евроасфальт». При этом многие современные виды асфальтобетонных смесей и асфальтобетона также ссылаются на стандарт 2014 года.

Например, литой асфальт, требования к которому указаны в ГОСТ Р 54401-2020 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси литые асфальтобетонные дорожные горячие и асфальтобетон литой дорожный. Технические условия»; теплый асфальт, соответствующий требованиям ГОСТ Р 70396-2022 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси теплые асфальтобетонные и асфальтобетон. Общие технические условия» или ГОСТ Р 70397-2022 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси теплые щебеночно-мастичные асфальтобетонные и асфальтобетон. Общие технические условия» и другие.

ГОСТ 52129-2003 рекомендует использовать минеральный порошок марки МП-1 для создания любой асфальтобетонной смеси по ГОСТ 9128-2013, а также ЩМА по ГОСТ 31015-2002. А вот для работы с маркой МП-2 уже регламентированы ограничения: мелкодисперсный материал, приготовленный из некарбонатных горных пород и твердых отходов производства. Стандарт рекомендует применять для создания асфальта только II и III марки; из порошковых отходов — для производства асфальта III марки.

ГОСТ 32761-2014, классифицирующий минеральный порошок на три марки, рекомендует использовать мелкодисперсный материал МП-1 и МП-2 для производства любых асфальтобетонных смесей, а вот с МП-3, также как и в случае со стандартом 2003 года, есть свои ограничения в зависимости от исходного сырья. Так, порошок, созданный из некарбонатных горных пород и твердых отходов производства, может применяться для приготовления любых смесей, за исключением асфальта I марки и ЩМА; созданный из порошковых отходов — любых смесей, за исключением асфальта I и II марки, а также ЩМА.       

Стоит отметить, что потребность в учете рекомендаций ГОСТ 52129-2003 совсем скоро может отпасть. Уже 1 июня 2023 года национальные стандарты на «классические» асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны — ГОСТ 9128-2013 и ГОСТ 31015-2002 — будут отменены, а значит дорожно-строительные предприятия начнут проектировать смеси в соответствии с ГОСТами на «Superpave» и «Евроасфальт», что повлечет за собой выполнение требований, при производстве минерального порошка, только стандарта 2014 года.

Несмотря на то, что размеры частиц минерального порошка не превышают 2 мм, этот мелкодисперсный материал играет значительную роль в создании асфальтобетонной смеси высокого качества. Судите сами, он влияет на эксплуатационные и объемные свойства асфальта, прочность в широком диапазоне температур, коррозийную стойкость при изменении влажности и температуры окружающей среды, устойчивость к колееобразованию, и другие характеристики асфальтобетона.

Современный комплекс с ролико-кольцевой мельницей, блоком рукавных фильтров, специально разработанным сушильным барабаном, системой форсунок для подачи ПАВ, — может обеспечить дорожно-строительное предприятие однородным минеральным порошком со стабильным зерновым составом в соответствии с требованиями действующих ГОСТов. Это, в свою очередь, увеличит качество будущей асфальтобетонной смеси, а значит — повысит долговечность объектов транспортной инфраструктуры в нашей стране.

Получить подробную консультацию специалистов компании NFLG по вопросам использования минерального порошка в строительных смесях, а также узнать про оборудование для производства минерального порошка Вы можете по телефону 8 800 555 73 40 или по e-mail: sale@nflg.ru