Введение минерального порошка в смеситель

Введение минерального порошка в смеситель одновременно со щебнем и песком ухудшает смачивание зерен щебня и песка битумом из-за прилипания к их поверхности частиц минерального порошка. Битум, введенный в эту смесь, структурируется в первую очередь минеральным порошком, не прилипшим к зернам песка и щебня. Только после длительного перемешивания во взаимодействие с битумом вовлекаются новые дозы минерального порошка, оторванные от поверхности крупных зерен.

При непродолжительном перемешивании полного отрыва слоя прилипших частиц порошка не произойдет, а капиллярные силы всосут битум в зазоры между частицами, связанными аутогезионно, и частицами, контактирующими с поверхностью зерен щебня и песка. Образовавшаяся тонкая битумная пленка усиливает взаимодействие между порошком и минеральным материалом за счет большего наложения адсорбционных полей.

Смачивание минерального материала битумом можно улучшить введением порошка после битума. При этом щебень и песок покрываются тонким слоем битума, а порошок структурирует лишь свободный битум, находящийся вне зоны действия поверхностных сил зерен щебня и песка. При таком порядке введения материалов достигается более совершенное распределение вяжущего, что повышает прочность системы.

Смачивание битумом минерального материала может быть улучшено предварительной обработкой в смесителе щебня и песка углеводородной жидкостью, которая снижает вредное влияние гистерезиса смачивания и повышает однородность асфальтобетонной смеси.

Перспективна схема приготовления асфальтобетонной смеси смешивание минеральной части с асфальтовяжущим веществом. При этом полностью объединяются битум с порошком, что повышает теплоустойчивость асфальтобетона, способствует образованию ориентированных слоев битума на поверхностях щебня и песка, облегчает объединение составляющих и ускоряет формирование структуры асфальтобетона.

Смачивание в какой-то степени является первым актом избирательной адсорбции и хемосорбции отдельных компонентов битума поверхностью минеральных материалов. Смачивание вызывает на поверхности твердого тела ряд других процессов, в первую очередь, увеличение концентрации наиболее полярных, молекул жидкости.

Переход жидкого битума в твердое состояние стабилизирует адсорбированные и ориентированные молекулы, которые создают пограничный слой, играющий в пленках битума на поверхности минерального материала исключительно важную роль. Адсорбированные молекулы пограничного слоя, являясь промежуточным звеном между поверхностью твердого тела и всей массой твердой пленки, связаны с молекулами последней силами межмолекулярного сцепления. Таким образом, смачивание теснейшим образом связано с адгезией твердой пленки того же битума.

В соответствии с термодинамическим уравнением Гиббса, согласно которому адсорбция единицы поверхности твердого адсорбента пропорциональна поверхностной активности, в первую очередь адсорбируются содержащиеся в битуме поверхностно-активные вещества (ПАВ). Основываясь на правиле уравнения полярностей, можно заранее сказать, что ПАВ должны адсорбироваться на поверхности раздела твердого тела - жидкость тем больше, чем большая между ними разность полярностей (т.е. между твердым телом и жидкостью), иначе говоря, чем больше будет оказываемое обеими фазами ориентирующее влияние на адсорбируемые молекулы.

На величину адсорбции оказывает большое влияние компонентный состав битума. Согласно правилу Траубе, по которому адсорбция органических веществ из раствора тем больше, чем больше размер молекул растворенного вещества, адсорбция асфальтенов значительно выше, чем других компонентов битума.

Интенсивность и характер адсорбции битума на поверхности минерального материала зависит от структуры и химико-минералогического состава последнего, а также условий, при которых происходит адсорбция - температуры и кинетики взаимодействия. Наибольшей адсорбционной активностью обладали минеральные материалы из основных горных пород, в состав которых входят карбонаты кальция и магния, а также окислы железа. Адсорбция битумов на поверхности материалов кислых пород с преобладанием в составе кремнезема проводит в меньшей степени. Структура минерального материала в общем представляет атомную решетку, в которой каждый атом связан с другими координационными связями, имеющими электрическую природу. Расколотый камень имеет на своей вновь образованной поверхности атомы, лишенные соседей и, следовательно, некоторые из их связей уничтожены. Эти атомы взамен старых, уничтоженных, стараются сформировать новые связи.