Дослідження структурувальної здатності мінерального порошку різного походження

Опубліковано:
Номер: Випуск 26(2022)
Розділ: Будівництво та цивільна інженерія
Cторінковий інтервал статті: 36–47
Ключові слова: асфальтов’яжуче, бітум, вапняк, динамічна в’язкість, доменний шлак, зола-винесення, зола з гідровідвалу, мінеральний порошок, температура крихкості, структурувальна здатність
Як цитувати статтю: Каськів В. І., Копинець І. В., Соколов О. В. Дослідження структурувальної здатності мінерального порошку різного походження. Дороги і мости. Київ, 2022. Вип. 26. С. 36–47.
Як цитувати статтю (references): Volodymyr Kaskiv, Ivan Kopynets, Oleksii Sokolov. Study of structurizing capacity of mineral filler of different origin. Dorogi і mosti [Roads and bridges]. Kyiv, 2022. Iss. 26. P. 36–47 [in Ukrainian].

Автори

Державне підприємство «Національний інститут розвитку інфраструктури» (ДП «НІРІ»), м. Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0002-8074-6798
Державне підприємство «Національний інститут розвитку інфраструктури» (ДП «НІРІ»), м. Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0002-0908-4795
Державне підприємство «Національний інститут розвитку інфраструктури» (ДП «НІРІ»), м. Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0002-4694-9647

Анотація

Вступ. Мінеральний порошок є важливим складником асфальтобетонної суміші, що виконує велику роль в забезпеченні якості асфальтобетонних сумішей. Питома поверхня мінерального порошку становить близько 90 % питомої поверхні мінеральних матеріалів у складі асфальтобетонної суміші. У складі асфальтобетонної суміші мінеральний порошок виконує дві ролі – заповнює пори між дрібним та крупним заповнювачем і структурує бітум. Останнім часом значна кількість робіт присвячується дослідженню відходів промисловості як сировини для виробництва мінерального порошку. Насамперед ці дослідження пов’язані з оцінюванням безпосереднього впливу мінерального порошку переважно на об’ємні властивості асфальтобетону або ж на його міцнісні властивості. Оскільки одним із призначень мінерального порошку є структурування бітуму, то значну увагу під час дослідження альтернативної сировини доцільно приділяти структурувальній здатності отримуваного мінерального порошку, оскільки недостатня структурувальна здатність мінерального порошку може стати причиною утворення пластичних деформацій, а надто велика структурувальна здатність — причиною зростання жорсткості асфальтобетону та зниження його низькотемпературної тріщиностійкості.

Проблематика. З метою оцінювання структурувальної здатності мінерального порошку переважно використовують «метод кільця і кулі», за якого структурувальну здатність оцінюють приріст температури розм’якшеності бітуму після змішування з мінеральним порошком. Однак, даний метод характеризує виключно вплив мінерального порошку на властивості бітуму за високих температур експлуатації, і не враховує можливу зміну властивостей бітуму за низької температури експлуатації та за технологічних температур.

Мета. Дане дослідження було присвячено оцінюванню впливу мінерального порошку різного походження на структурування бітуму за низької та високої температури експлуатації, а також за технологічних температур виробництва асфальтобетонних сумішей.

Матеріали і методи. Для проведення досліджень було прийнято мінеральний порошок з вапняку, граніту, кварциту, золи-винесення, механоактивованої золи-винесення, золи з гідровідвалу, доменного шлаку та цементу.

Результати. Результати досліджень засвідчили про значний вплив походження мінерального порошку на його структурувальну здатність. Структурувальна здатність мінерального порошку зростає із підвищенням температури, тобто за низької температури експлуатації мінеральний порошок практично не впливає на властивості бітуму, а з підвищенням температури до високої температури експлуатації та до технологічних температур виробництва асфальтобетонних сумішей, вплив мінерального порошку на властивості бітуму стає в рази суттєвішим.

Висновки. Дослідження структурувальної здатності мінерального порошку за зміною температури розм’якшеності різного походження засвідчили можливість використання для виробництва мінерального порошку сировини різного походження, а саме: сировини з гірських порід (осадових, вивержених та метаморфічних), сировини з вторинних продуктів промисловості (золи-винесення, золи з гідровідвалу та металургійних шлаків), а також фактично готовий будівельний продукт (цемент).

Для оцінювання ефективності мінерального порошку можна досліджувати його структурувальну здатність за зміною температури крихкості, оскільки під час визначення даного показника можна оцінити ефект від структурування, що полягає у збереженні однорідності асфальтов’яжучого під час підготування пластин.

Посилання

  1. Ya. I. Pyryh, S. V. Kudryavtseva-Valdes, A. V. Halkin, A. V Kosmin, V. A. Zolotarev, S. V. Kyshchynskyy, T. M. Protopopova. Vlyyanye pryrody mineralnoho poroshku na yoho strukturnu zdatnist, hidrofobnist i vodostoykost asfaltovyazhushcheho [Influence of the nature of the mineral powder on its structuring ability, hydrophobicity and water resistance of the asphalt binder]. Innovatsiyni materialy, tekhnolohiyi ta obladnannya dlya budivnytstva suchasnykh transportnykh sporud: Materialy mizhnarodnoyi nauk.-prakt. konferentsiyi. Belhorod; BHTY, 2013. Tom 1. P. 225–235 [in Russian].
  2. Pyryh Ya.I. O strukturuyuchoyi zdatnosti mineralnykh poroshkiv [On the structuring ability of mineral powders]. Vestnyk KHNADU. Iss. 67, 2014 [in Russian].
  3. Yu Chen, Shibing Xu, Gabriele Tebaldi & Elena Romeo (2022) Role of mineral filler in asphalt mixture, Road Materials and Pavement Design, 23:2, P. 247–286. DOI: 10.1080/14680629.2020.1826351 [in English].
  4. Faheem, A. F., Wen, H., Stephenson, L., & Bahia, H. U. (2008). Effect of mineral filler on damage resistance characteristics of asphalt binders. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 77. P. 885–907 [in English].
  5. Wang, H., Al-Qadi, I. L., Faheem, A. F., Bahia, H. U., Yang, S. H., & Reinke, G. H. (2011). Effect of mineral filler characteristics on asphalt mastic and mixture rutting potential. Transportation Research Record, 2208(1), 33–39. DOI: https://doi.org/10.3141/2208-05 [in English].
  6. M. Guo and Y. Tan. Interaction between asphalt and mineral fillers and its correlation to mastics’ viscoelasticity. International Journal of Pavement Engineering, vol. 22, no. 1. 2021. P. 1–10 [in English].
  7. Eman Abdul Al-Hasan Mohammed et al 2020 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. [in English].
  8. Standard Specification for Mineral Filler for Bituminous Paving Mixtures. ASTM D 242-04. 2004 (Information and documantation) [in English].
  9. ДСТУ Б В.2.7-121:2014 Poroshok mineralnyy dlya asfaltobetonnykh sumishey. Tekhnichni umovy [Mineral filler for asphalt concrete mixtures. Specifications]. Kyyiv, 2015. 42 p. (Information and documantation) [in Ukrainian].
  10. EN 13043:2002/АС:2004 Aggregates for bituminous mixtures and  surface treatments for roads, airfields and other trafficked areas (Information and documantation) [in English].
  11. Volodymyr Kaskiv, Ivan Kopynets, Oleksii Sokolov Study of properties of dusty wastes from power generating plants of Ukraine. Dorogi і mosti [Roads and bridges]. 2021. Iss. 23. P. 94–101 [in Ukrainian].
  12. Volodymyr Kaskiv, Ivan Kopynets, Oleksii Sokolov. Study of fly ash from power generating enterprises to use it as an alternative to lime mineral filler for the production of asphalt mixtures. Dorogi і mosti [Roads and bridges]. 2021. Iss. 24. P. 40–47 [in Ukrainian].
  13. Volodymyr Kaskiv, Ivan Kopynets, Oleksii Sokolov. Use of industrial by-products as mineral powders in road construction. Dorogi і mosti [Roads and bridges]. 2021. Iss. 24. P. 183–192 [in Ukrainian].
  14. Shuaibu A. A., Mohammed A. I., Hassan U., Amartey B. H. S., Wada S. A., Mohammed A., & Rimi A. M. (2021). An Experimental Study on the Performance of Bituminous Concrete Mixtures with Silica Sand as Filler Replacement. ARID ZONE JOURNAL OF ENGINEERING, TECHNOLOGY AND ENVIRONMENT17(4). P. 453–468 [in English].
  15. Adanikin A., Oyedepo O. J., Ajayi J. A., & Agbetanmije K. (2019). Laboratory study of the use of alternative materials as fillers in asphaltic concretes. International journal of scientific research engineering and technology (IJSRET), 8(6), P. 249–261 [in English].
  16. Mehari, Zemichael Berhe (2007) Effect of Different Types of Filler Materials on Characteristics of Hot-Mix-Asphalt Concrete. Masters thesis, Addis Ababa University [in English].
  17. Aliyu Yaro, Nura Shehu & Sutanto, Muslich & Usman, Aliyu & Jagaba, A. H. & Sakadadi, M. (2022). The Influence of Waste Rice Straw Ash as Surrogate Filler for Asphalt Concrete Mixtures. 2. P. 118–125. DOI: 10.15282/cons.v2i1.7624 [in English].
  18. Androjić, Ivica & Kaluder, Gordana. (2017). Influence of recycled filler on asphalt mix properties. Gradjevinar. 69. P. 207–214. DOI: 10.14256/JCE.1601.2016 [in English].
  19. Zenggang, Zhao & Wu, Shaopeng & Liu, Quantao & Xie, Jun & Yang, Chao & Wan, Pei & Guo, Shuaicheng & Ma, Wenbo. (2021). Characteristics of calcareous sand filler and its influence on physical and rheological properties of asphalt mastic. Construction and Building Materials. 301. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124112 [in English].
  20. Oba, Kenneth & Longjohn, Tamunoemi & Ijeje, Kaniyeh. (2022). Suitability of Saw Dust Ash and Quarry Dust as Mineral fillers in Asphalt Concrete. International Journal of Engineering and Management Research. 12. P. 24–29. DOI: 10.31033/ijemr.12.2.4 [in English].
  21. Tarbay, Eman & Azam, Abdelhalim & El-Badawy, Sherif. (2019). Waste materials and by-products as mineral fillers in asphalt mixtures. Innovative Infrastructure Solutions. 4. DOI: 10.1007/s41062-018-0190-z [in English].
  22. NCHRP 09-45. Test Methods and Specification Criteria for Mineral Filler Used in HMA. University of Wisconsin-Madison. 2011 [in English].
  23. Ivan Kopynets, Oksana Sokolova, Iryna Gudyma, Alina Yunak Laboratory studies to reduce the technological aging of bitumen. Dorogi і mosti [Roads and bridges]. Kyiv, 2018. 18. P. 107–118 [in English].
  24. Fan Zhenyang & Wang Xuancang & Zhang Zhuo & Zhang Yi. (2019). Effects of Cement–Mineral Filler on Asphalt Mixture Performance under Different Aging Procedures. Applied Sciences. 9. 3785. DOI: 10.3390/app9183785 [in English].
  25. Moraes Raquel & Bahia Hussain. (2013). Investigation of Effect of Mineral Fillers on the Oxidative Aging of Asphalt Binders [in English].
  26. Moraes, Raquel & Bahia, Hussein. (2015). Effect of Mineral Fillers on the Oxidative Aging of Asphalt Binders - Laboratory Study with Mastics. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2506. 19-31. DOI: 10.3141/2506-03 [in English].
  27. Moraes Raquel & Bahia Hussain. (2014). Effect of Mineral Filler on Changes in Aging Indexes & Molecular Size of Asphalts during Aging [in English].
  28. Mastoras Filippos & Varveri Aikaterini & Tooren Maaike & Erkens Sandra. (2021). Effect of mineral fillers on ageing of bituminous mastics. Construction and Building Materials. 276. 122215. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.122215 [in English].
  29. Alfaqawi Rami & Airey Gordon & Grenfell James. (2017). Effects of mineral fillers and bitumen on ageing of asphalt mastics properties. DOI: 10.1201/9781315100333-41 [in English].