Подбор природных наполнителей для асфальтобетона Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 691

ПОДБОР ПРИРОДНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОНА

1 2 1 1 В.М. Аббасов , С.А. Мамедов , А.Д. Гулиев , Т.А. Исмаилов ,

Э.К. Гасанов1, И.Т. Исмаилов1, Ю.А. Юсибов3,

М.И. Абдуллаев1, М.Э. Гусейнова1

1 Институт нефтехимических процессов им. Ю.Г.Мамедалиева

Национальной АН Азербайджана AZ1025Баку, пр.Ходжалы, 30; e-mail: ismayil999@gmail.com 2Государственное агентство автомобильных дорог Азербайджана, г.Баку 3Гянджинский Государственный Университет, г.Гянджа, пр. ШахИсмаилХатаи, 187; e-mail:info@qsu.az

Поступила в редакцию 14.05.2018

С целью увеличения ресурсов наполнителей к асфальтобетону были исследованы различные природные минералы. Физико-химическими методами анализа установлена идентичность образцов с карьеров «Сангаргая» и «Шахгая» с ранее изученной «Крошке от камнедобычи», которая по всем параметрам подходила в качестве наполнителя, однако ресурсы которой недостаточны для растущих объемов производства асфальтобетона. Указанные образцы содержат наибольшее количества карбонатов кальция среди исследованных минералов, а содержание кварца не превышает 4.0-4.5% мас. В составе образцов, как и в «Крошке от камнедобычи», имеются незначительные количества альбита, волластанита, мусковита и ортоклаза.

Ключевые слова: наполнитель, асфальтобетон, природные минералы, карбонат кальция, кварц, фазовый состав, каменная крошка

ВВЕДЕНИЕ

Стремительно развивающая сеть автодорог требует соответственного увеличения производства материалов, используемых в их строительстве. Сказанное, в первую очередь, относится к широко применяемому в дорожном строительстве асфальтобетону, важным компонентом в составе которого являются высококачественные наполнители. Ранее [1] нами в качестве такового была предложена «Крошка от камнедобычи»

(порошок с каменоломни), технология подготовки которой была всесторонне изучена и удовлетворяет необходимым требованиям [2-7]. Однако ресурсы этого материала оказались недостаточными для растущих объемов производства асфальтобетонов и с целью поиска дополнительных количеств качественных наполнителей были изучены минеральные породы различных месторождений.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Были исследованы вулканический пепел месторождения «Умбакы», известняк «Карвансарай», вулканический пепел «Балаханы» и известняки с карьеров «Сангачал», «Сангаргая» и «Шахгая». Фазовый состав образцов был исследован

на приборе "PANanalytical EMPYREAN". Перед изучением фазового состава на атомном анализаторе "OXFORD instruments" с точностью до 0.01% мас. был определен элементный состав образцов. Использование атомного анализатора

совместно со сканирующим электронным микроскопом "Hitachi S-3400N" позволило получить более объективную картину по составу анализируемого минерала как относительно больших участков анализируемой пробы, так и в отдельных точках различных включений, видимых под микроскопом. Помимо атомного состава анализируемого вещества под микроскопом рассматривалась морфология составля-

ющих минерала, что способствовало более объективному общему анализу.

На рис. 1 показаны микрофотография и спектр атомного анализатора образца «Шахгая», а в табл. 1 приведены рассчитанные значения содержания различных элементов, имеющихся в среднем образце с этого карьера.

а) I

Рис. 1. Микрофотография - а) и атомный спектр - Ь) образца «Шахгая» Табл. 1. Содержание различных элементов в образце «Шахгая»*

Элемент Весовой % Атомный%

Mg 0.44 0.49

Al 1.12 1.12

Si 3.77 3.61

S 0.34 0.29

K 0.35 0.24

Ca 61.52 41.29

Fe 1.33 0.64

O 31.11 52.31

*В табл. 1 не приведены данные по содержанию углерода, определение которого использованным методом анализа считается не вполне корректным, поскольку изучаемый образец фиксируется на липкой углеродной пленке. При учете содержания углерода значения найденных элементов несколько снизятся и в рентгенофазовом анализе содержание кристаллических компонентов образца будут откорректированы.

Идентичные анализы были проведены для всех шести исследованных образцов. Результаты анализов атомного состава приведены в табл. 2. В табл. 2 также показаны значения содержания основных

элементов для ранее изученного образца «Крошка от камнедобычи». По содержанию кальция наиболее близкими к этому образцу являются образцы с карьеров «Шахгая» и «Сангергая», что является

предпочтительным при использовании материала в качестве наполнителя к асфальтобетону [8]. В других образцах содержание кальция также значительно меньше, чем в «Крошке от камнедобычи». Образцы вулканического пепла содержат в составе большое количество кремния и незначительные количества кальция.

Представлялось важным определение фазового состава образцов. Использование для этой цели рентгенфазового анализатора "PANanalytical EMPYREAN" позволило выявить основные кристаллические компоненты всех исследованных образцов, а также показать ориентировочное содержание составляющих образцы фаз. На рис. 2 приведена дифрактограмма образца «Шахгая», которая была получена при

указанных ниже условиях съемки: Goniometer = Theta/Theta; Minimum step size 2Theta:0.0001; Minimum step size 0mega:0.0001; Sample stage = Reflection-transmission spinner; Minimum step size Phi:0.1; Diffractometer system = EMPYREAN

Start Position [°20]: 5.0117

End Position [°20]: 69.9857

Step Size [°20]: 0.0130

Measurement Temperature [°C]: 25.00 Anode Materi al : Cu

K-Alpha1 [Â]: 1

K-Alpha2 [â]: 1.54443

K-Beta [Â]: 1.39225

K-A2 / K-A1 Ratio: 0.50000

Generator Settings: 40 mA, 40 kV

Intensity (counts 2 Э hO Э Ol э о э о , 1

1 I I

Щщ 4w Мчм JL 1 J jJ M* riSt^ wi ■w IL ¿¿y WinHÎ J К J к

0 1 5 2 0 2 5 ¡0 35 4 0 4 5 50 5 5 6 0 6 5 The ta (°)

Рис. 2. Дифрактограмма образца известняка «Шахгая»

Детальный анализ приведенной дифрактограммы и штрихдиаграмм, показанных на рис. 3 и 4, указал на наличие

в составе образца в качестве основного компонента карбоната кальция.

РсеИЗОГ ["29] ((Ьээгг ¡рч$

Рис. 3. Дифрактограмма фазового анализа и диаграмма составляющих образец «Шахгая» кристаллических фаз

Я

»-¿10-0190 1 1 1 ] 1 ....

00-033-1161 I . . ... 1 . .■

96-901 -ЗК-1 .1 1 ||| 1 1 III. ..........

М-КЯ-96Ы

96-9СОА1 52 ,1 ., . 1 .1 .1 ,. .1.1 1 .

............. . пШ..................................к..............................................

ю

20

зо

40

50 60 70

№а1юп ['Э] [Соооег (Ои^

Ш

90

100

Рис. 4. Штрихдиаграммы образца «Шахгая» и кристаллических фаз, определенных в его составе

Известно, что карбонаты кальция карбонатного наполнителя в каучуке СКС

являются ценными добавками в 30АРК заметно увеличивает его

асфальтобетоны [8, 9]. В работе [8] термостойкость и связь полимера с мелом в

установлено, что увеличение количества композиции. Анализ физико-механических

и эксплуатационных характеристик асфальтобетона с использованием изготовленного минерально-полимерного модификатора показал значительное увеличение предела прочности при сжатии, увеличение водостойкости, сдвигоустойчивости по сцеплению при сдвиге, повышение теплоустойчивости.

Штрихдиаграммы образца «Шахгая»

и определенных в его составе кристаллических фаз изображены в приведенной ниже последовательности: штрихдиаграм-ма анализируемого образца - верхняя; - далее, в порядке сверху - вниз следуют штрихдиаграммы обнаруженных соединений в последовательности, показанной в Pattern List

Pattern List

Ref.Code

Chem. Formula

Cryst. Syst. Compound Name

96-210-0190 00-033-1161 96-901-3802 96-900-9664 96-900-8152 96-101-1050

Ca6.00 C6.00 018.00 Si 02

Ca4.00 C4.00 012.00 Na1.96Ca0.04Si5.96Al2.04016.00 Ca12.00Si12.00036.00

Hexagonal Hexagonal 0rthorhombic Anorthic

Monoclinic

2100189 Silicon 0xide Aragonite Albite

Wollastonite-2M

Si12.00Al12.00K4.00048.00H0.00 Monoclinic Muscovite 2M1

Таким образом, установленный состав образца наиболее близок к составу ранее изученного образца «Крошка от камнедобычи» и более чем на 80 %мас. состоит из карбонатов кальция. Образец известняка «Сангаргая» также в значительной степени состоит из карбонатов кальция и также может быть

использован в качестве наполнителя к асфальтобетонам. В составе других образцов имеются значительные количества прочих компонентов, что может быть препятствием к использованию их в предлагаемом направлении. Ниже приводится фазовый состав всех изученных образцов.

Вулканический пепел «Умбакы»

Ref.Code Chem. Formula_

Cryst. Syst. Compound Name

96-900-9667 Si3.00 06.00 96-901-3566 Ca18.00C18.00054.00 96-101-1046 Al8.00Si8.00036.00H0.00 96-900-8152 Ca12.00Si12.00036.00 96-900-1631 Al2.00Si6.00Na2.00016.00

Quartz Vaterite

Hexagonal Hexagonal Monoclinic Kaolinite 2M Monoclinic Wollastonite-2M Anorthic Albite

96-110-0012 K4 00Si12 00Al12 00048 00H0 00 Monoclinic Muscovite 2M1

Известняк «Карвансарай»

Ref.Code Chem. Formula_Cryst. Syst. Compound Name

96-702-0140 Ca6.00 C6.00 018.00 Hexagonal 7020139

00-046-1045 Si 02 Hexagonal Silicon Oxide

96-407-1292 Fe4.00 P16.00 016... Tetragonal 4071291

96-410-4277 Sn28.00 La84.00 C4.. Cubic 4104276

Вулканический пепел «Балаханы»

Ref.Code Chem. Formula_Cryst. Syst. Compound Name

96-710-3015 Si3.00 06.00 Hexagonal 7103014

96-900-1633 Na2.00Al2.00Si6.00O16.00 Anorthic Albite

96-901-1453 Ca12 00Si12 00036 00 Monoclinic Wollastonite-2M

KÍMYA PROBLEML9RÍ 2G1S № 3 (16)

96-1G1-1G5G Sil2GGAll2GGK4GGO4BGGHG GG Monoclinic Muscovite 2M1

Известняк «Сангачал»

Ref.Code Chem. Formula

Cryst. Syst. Compound Name

96-9GG-G966 Ca6.GG C6.GG O1B.GG GG-G46-1G45 Si O2

96-9GG-9664 Nal.96CaG.G4Si5.96Al2.G4Ol6.GG 96-9G1-1914 Ca12.GGSil2.GGO36.GG 96-llG-GG12 K4.GGSil2.GGAll2.GGO4B.GGHG.GG

Hexagonal Calcite

Hexagonal Silicon Oxide

Anorthic Albite

Monoclinic Wollastonite-2M

Monoclinic Muscovite 2M1

Известняк «Сангаргая»

Ref.Code Chem. Formula_Cryst. Syst. Compound Name

96-702-0140 Ca6.00 C6.00 O18.00 Hexagonal 7020139

96-710-3015 Si3.00 06.00 Hexagonal 7103014

96-900-8152 Ca12.00Si12.00O36.00 Monoclinic Wollastonite-2M

96-900-0227 Ca4.00 C4.00 012.00 Orthorhombic Aragonite

96-110-1030 K4 00Si12 00Al12 00048 00H0 00 Monoclinic Muscovite 2M1 96-900-0305 Sin92Al4 08K400O3200 Monoclinic Orthoclase 96-900-1632 Na2.00Al2.00Si6.00O16.00 Anorthic Albite

Образец «Крошка от камнедобычи» [1]

Ref.Code Chem. Formula_Cryst. Syst. Compound Name

96-21G-G19G 96-9GG-9667 96-9G1-3BGG 96-9G1-2B91 96-9GG-G362

Ca6.GG C6.GG O1B.GG Si3.GG O6.GG Ca4.GG C4.GG O12.GG Ca6.GG Si6.GG O1B.GG CaB.GG Sil6.GG All.

Hexagonal 21GG1B9 Hexagonal Quartz Orthorhombic Aragonite Anorthic Wollastonite-1A Anorthic Anorthite

Как указывалось ранее, основу всех изученных образцов составляют

практически одни и те же, или же близкие кристаллические фазы. Во всех образцах в обязательном порядке присутствуют карбонаты кальция и оксиды кварца. В большинстве имеются альбит, волластанит, мусковит и др., но в различных пропорциях, что хорошо видно из рис. 5, где показана сводная комбинированная дифрактограмма всех изученных образцов. Однако, только два из них, а именно

известняки «Шахгая» и «Сангаргая» наиболее близки как по элементному, так и по фазовому составу ранее исследованному образцу «Крошке от камнедобычи», следовательно, также могут быть рекомендованы в качестве наполнителя к асфальтобетонам. Этому способствует также близкий гранулометрический состав рекомендуемых образцов. На рис. 6 показаны микрофотографии порошков образцов «Шахгая», «Сангаргая» и «Крошка от камнедобычи».

Рис. 5. Комбинированная дифрактограмма изученных образцов

а)

Ь)

Рис. 6. Микрофотографии порошков образцов «Шахгая» - а), «Сангергая» - Ь) и «Крошка от камнедобычи» - с)

На рис. 6 хорошо видно сходство этих образцов, как по форме, так и по гранулометрическому составу. Основу образцов составляют частицы размерами 2-10 мкм, однако хорошо видны агрегированные частицы размером 10-100 мкм.

Из всего приведенного материала

можно сделать вывод о том, что известняки из карьеров «Шахгая» и «Сангаргая» могут быть с успехом применены в качестве наполнителей к асфальтобетонам и соответствует требованиям, предъявляемым наполнителям к асфальтобетонам, как и ранее исследованная «Крошка от камнедобычи».

ЛИТЕРАТУРА

1. Аббасов В.М., Исмаилов Т.А., Мамедов С.М. и др. Синтез реагента для придания гидрофобности наполнителю асфальтобетона. // Процессы нефтехимии и

нефтепереработки. 2015, том.16, №4(64), с. 366-373.

2. Сборник нормативных требований к качеству выполнения строительных работ в

соответствии с классификатором СНиП п.3 "Организация, производство и приемка работ". Часть УП. Требования СНиП 3.06.03-85. "Автомобильные дороги". Средства измерения величин предельных отклонений. Виды, стадии и объемы контроля качества. М., 1995, Мосстройлицензия. АОЗТ ПНИИОМТП, МАДИ (ТУ)

3. ГОСТ 1015-2002 «Смеси асфальто бетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия».

4. ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия».

5. ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний».

6. ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия».

7. ГОСТ 16557-78 «Порошок минеральный для асфальтобетонных смесей. Технические условия».

8. Нифталиев С.И., Перегудов Ю.С., Хорин Н.Ю., Нечесова Ю.М. Модифицирование асфальтобетона минерально-полимерной добавкой на основе бутадиен-стирольного каучука и химически осажденного карбоната кальция. // Вестник ВГУИТ, 2016, № 4, с. 215-221.

9. Нечесова Ю.М. Получение эластомерных композиций, наполненных модифицированным карбонатом кальция на стадии латекса: диссертация кандидата технических наук. Воронежский государственный университет инженерных технологий. Воронеж, 2015, 135 с.

REFERENCES

1. Abbasov V.M., Ismailov T.A., Mamedov S.M. i dr. Synthesis of reagent to add hydrophobic nature to asphalt concrete filler. Processes of Petrochemistry and Oil Refining. 2015, vol. 16, no. 4(64), pp. 366-373 (In Azerbaijan).

8. Niftaliev S. I., Peregudov Ju. S., Horin N. Ju., Nechesova Ju. M. amedov S.M., i dr. Modifying of asphalt concrete by mineral-polymer additive on the basis of butadiene-styrene rubber and chemically precipitated calcium carbonate. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tehnologij - Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2016, no. 4, pp. 215-221.(In Russian).

9. Nechesova Ju. M. Preparation of elastomer compositions filled with modified calcium carbonate at the latex stage. Voronej, 2015, 135 p. (In Russian).

SELECTION OF NATURAL FILLERS FOR ASPHALT CONCRETE

1 2 11 V.M. Abbasov , S.A. Mamedov , A.D. Guliyev , T.A. Ismailov ,

113

E.K. Hasanov , I. T. Ismaylov , Y.A. Yusibov , M.I. Abdullayev1, M.E. Huseynova1

1Acad. Y.Mamedaliyev Institute of Petrochemical Processes National Academy of Sciences of Azerbaijan 30, Hojaly Ave., Baku AZ1025; e-mail: ismayil999@gmail.com 2State Motorroad Government Agency of Azerbaijan, Baku 3Gyandja State University, 187, Shah Ismail Hatai Ave., Gyandja, Azerbaijan; e-mail:info@qsu.az

With a view of increasing asphalt concrete filling resources, various natural minerals have been analysed. Physical-chemical analysis made it possible to establish that samples of "Sangargaya" and "Shakhgaya" quarries are identical with "Crumbs from stone manufacture" which has earlier been examined and found suitable as fillings; however, it proved to be insufficient due to

increased capacity of asphalt concrete production. Note that specified samples contain huge quantities of calcium carbonates among analysed minerals, so the content of quartz exceeds no 4.0-4.5% mass. In common with "Crumbs from stone manufacture", there are insignificant quantities of Albite, Wollastanite, Muscovite and Orthoclase in examined samples. The current research allows to significantly increase resources of asphalt concrete fillings. Keywords: filler, asphalt concrete, natural minerals, calcium carbonate, quartz, phase composition, volcanic ash, stone crumbs

ASFALT-BETON UQUN TdBU QATQILARINSEQiLMdSi

1 2 1*1 V.M. Abbasov , S.A. Mdmmddov , A.D. Quliyev , T.A. ismayilov ,

1 * * 1 3

E.K. Hzsznov , i. T. ismayilov , Yu.A. Yusibov , M.i. Abdullayev1, M.E. Huseynova1

1AMEA Y. Mammadaliyev adina Neft-Kimya Proseslari institutu Az 1025 Baki, Xocali prospekti, 30; e-mail: ismayil999@gmail. com 2Azarbaycan avtomobil yollari dovlat agentliyi 3Ganca Dovlat Universiteti Ganca §., §ah ismayilXataipr.,187; e-mail:info@qsu.az

Asfalt-betona qatqi ehtiyatlarinin artirilmasi maqsadi ila farqli tabii minerallar tadqiq olunmu^dur. Fiziki-kimyavi analizlar ila "Sangarqaya" va "§ahqaya" karxanalarinin numunalarinin daha avval oyranilmi§, butun keyfiyyatlarina gora qatqi kimi uygun olan, ancaq ehtiyatlari asfalt-beton istehsalinin artan hacmi ugun yetarli olmayan "Da§ istehsali qirintilari" ila eyniliyi muayyan olunmu^dur. Tadqiq olunan minerallar arasinda qeyd olunan numunalarda kalsium karbonatin miqdari an gox olub, kvarsin miqdari isa 4.0-4.5% kut. artiq deyil. Eyni zamanda numunalarin tarkibinda "Da§ istehsali qirintilari" -nda oldugu kimi gox az miqdarda albit, vollastonit, muskovit va ortoklaz vardir. Agar sozhr: qatqi, asfalt-beton, tabii minerallar, kalsium karbonat, kvars, faza tarkibi, da§ qirintilari