Минералогия и химические свойства

Как обсуждалось ранее, пригодность для использования в АГС определяют, главным образом, физические свойства заполнителей (в меньшей степени, химические свойства). Основные физические/механические свойства (плотность, пористость и прочность) а химические/физико-химические свойства (смачивание, адгезия, и расслоение) являются функцией состава и структуры минералов в заполнителе. Понимание минералогии и идентификация минералов может дать необходимую информацию о потенциальных физических и химических свойствах заполнителей для данного применения, и может помочь избежать использования заполнителей с вредными минеральными составляющими. Технические требование должны устанавливаться так, чтобы заполнители, содержащие нежелательные минеральные компоненты не использовались.

Минералогия заполнителей

Общие минералы, входящие в состав заполнителей. Большинство природных заполнителей состоят из комбинации минералов. Среди наиболее важных минералов, входящих в состав заполнителей содержатся: кремнеземистые минералы (кварц); полевые шпаты (ортоклаз, плагиоклаз); ферромагнитные минералы (мусковит, вермикулит); карбонатные минералы (кальцит, доломит); и глинистые минералы (иллит, каолинит, монтмориллонит). Эти минералы и связанные с ними породы описаны в ASTM C294 (Таблица 3-1). В Таблице 3-2 приведен средний минеральный состав, который обычно находят в заполнителях (J)

Влияние минералогии на характеристики. Так как минералы определяют химический состав и, обычно, характерную кристаллическую структуру, можно ожидать, что физические и химические свойства заполнителей будут связаны с их минералогией. Таблица 3—3 дает типичные технические свойства общих типов заполнителей, а в Таблице 3-4 суммированы желательные свойства пород для заполнителей АГС.

Таблица 3—1. Породы и минеральный состав заполнителей (2)

Минералы

кремнезем

Вулканические породы Метаморфические породы Гранит Мрамор Кварц Сиенит Метакварцит Опал Диорит Аспидный сланец Хальцедон Габбро Филлит Тридимит Перидотит Аспидный сланец Кристобаллит Пегматит Амфиболит Силикаты Вулканическое стекло Роговик Полевые шпаты Обсидиан Гнейс Ферромагнитные Пемза Серпентит Роговая обманка Туф   Авгит Вулканический шлак   Глины Перлит   Иллит Обсидиан   Каолин Фельзит   Хлориты Базальт   Монтмориллонит     Слюда Осадочные породы   Цеолит     Карбонаты Конгломераты   Кальцит Песчаник   Доломит Кварцит   Сульфаты Граувакка   Гипс Гаувакка, обманка   Ангидрит Аркоз   Сульфиды железа Аргиллит, алеврит   Пирит аргиллит, и глинистый сланец   Марказит Карбонаты   Пирротит Известняк   Оксиды железа Доломит   Магнетит Мергель   Гематит Мел   Гетит Сланец   Ильменит     Лимонит    

Краткое описание смотри в "Стандартная описательная номенклатура сотава природных минеральных заполнителей" (ASTM C294).

Таблица 3-2 Средний минеральный состав пород (3)

Порода	Кварц	Ортоклаз	Плагиоклаз	Авгит	Роговая обманка	Биотит	Мусковит	Эпидот	Стекла

Вулканические породы

Гранит 30 41 8 _ _ 3 3 1 - Диорит 8 7 30 3 27 4 0.1 5 - Габбро 0.5 - 44 28 9 2 - 1 . Диабаз - - 44 46 - - . - 2 Риолит Трахит Андезит 32 3 0.6 45 42 3 1 48 2 14 0.7 6 3 3 0.5 2 2 8 3 0.4 0 Базальт - - 36 35 - - - - 21.

Метаморфические породы

Кварцит 84 3 . . 1 2 2 2 . Полевой шпат  в кварците Роговая обманка 46 27 1 - - 2 5 1 - Гнейс гранит 10 16 15 3 45 3 1 2 - Гнейс 37 32 3 - - 7 11 2 - Биотит -Кристалли-ческий сланец 34 13 3 - 1 38 3 2 - Слюда -кристалли-ческий сланец 37 16 1 - - 13 26 2 - Шиферный сланец 29 4 - - - - 55 2 - Мрамор 3 0.2 0.2 - - - Кальцит - 96   - Амфиболит 3 1 8 - 70 1 0.2 12  

Осадочные породы

Песчаник 79 5 03 _ . 0.2 1 . _ Полевой шпат в песчанике 35 26 2 . . 0.6 2 1  

Известковый

песчаник

46

                3 ■ 2 - - - Кальцит = 42 - - роговик 93 - - - - - Кальцит = 1 - - Известняк 6 _ . . Доломит e = 8 Кальцит = 83 , . Доломит 5 ■   " Доломитe e = 82 Кальцит = 11 " "

Таблица 3-3. Сводка технических характеристик пород (4)

Тип породы	Механическая Прочность	Срок службы	Химическая стойкость	Поверхностные характеристики	Присутствие нежелательных примесей

Вулканические:

Гранит, сиенит. хорошая Хороший Хорошая Хорошие Возможно диорит           Фельзит Хорошая Хороший Не ясна Удовлетвори-тельные Возможно Базальт, диабаз, Габбро Хорошая Хороший Хорошая Хорошие Редко Перидотит Хорошая Удовлетво-рительный Не ясна Хорошие Возможно

Осадочные:

Известняк, доломит Хорошая Удовлетво-рительный Хорошая Хорошие Возможно Песчаник Удовлетвори-тельная Удовлетво-рительный Хорошая Хорошие Редко Кремнистый сланец Хорошая Плохой Плохая Удовлетвори-тельные Вероятно Конгломераты Удовлетвори-тельная Удовлетво-рительный Хорошая Хорошие Редко Брекчия           Глинистый сланец Плохой Плохой Плохая Хорошие Возможно

Метаморфические:

Гнейс, Кристаллический сланец Хорошая Хороший Хорошая Хорошие Редко Кварцит Хорошая Хороший Хорошая Хорошие Редко Мрамор Удовлетвори-тельная Хорошая Хорошая Хорошие Возможно Серпентит Удовлетвори-тельная Удовлетво-рительный Хорошая От удовлетвори-тельных до плохих Возможно Амфиболит Хорошая Хороший Хорошая Хорошие Редко Аспидный сланец Хорошая Хороший Хорошая Плохие Редко

Большинство заполнителей состоят из нескольких минералов, зачастую с переменным составом. Даже заполнители однородные с точки зрения минералогии могут изменять свои свойства при окислении, гидратации, выщелачивания, выветривания и инородных покрытий. Поэтому одна минералогия не может обеспечить основу для предсказания поведения заполнителя в работе. Полезны петрографические испытания, кроме того, полезно при оценке заполнителя знать о прошлых характеристиках подобных заполнителей в подобных условиях окружающей среды и подобных нагрузках.

В добавление к свойствам, перечисленным в таблицах 3-3 и 3-4, минеральный состав крупных заполнителей влияет также на сопротивление проскальзыванию АГС. Кварц и полевой шпат более твердые и более устойчивые к полировке минералы, встречающиеся обычно в вулканических породах, таких как базальт или габбро. С другой стороны, кальцит и доломит, которые встречаются в известняках, являются примером мягких минералов. Известняки, имеющие высокое содержание мягких материалов имеют большую тенденцию к истиранию в сравнении с большинством других типов заполнителей. Определение остатка не растворимого в кислотах (ASTM D3042) используют для измерения количества более твердых материалов, присутствующих в карбонатных заполнителях. Многие дорожные предприятия добавляют минимум 10 % нерастворимых в кислотах компонентов, чтобы обеспечить желательные фрикционные свойства. Другие используют испытания на истирание (ASTM D3319 или E660 и E303) или петрографические испытания (ASTM C295), чтобы оценить потенциальную склонность заполнителя к истиранию.

Другой фактор, влияющий на применимость заполнителей в АГС, иногда связанный с минералогией, присутствие поверхностных покрытий или других вредных веществ (4). Эти вредные вещества могут включать глины, сланец, ил, окислы железа, гипс, водорастворимые соли, и другие мягкие частицы, которые влияют на скрепление заполнителя с асфальтом. Нежелательные материалы могут также увеличивать чувствительность асфальтобетонной смеси к влаге. Заполнители с вредными веществами нежелательны в АГС и не могут использоваться, пока количество инородного вещества не будет уменьшено промывкой или другим способом. В технических условиях на заполнители обычно перечислены вредные материалы (например, куски глины, сланцы, мягкие частицы) и ограничено их количество (например, от 3 до 6 %). Другие предприятия устанавливают минимальное количество песка эквивалентное требованиям (ASTM D2419) или максимальный показатель пластичности (ASTM D4318), который будет обсужден позднее. AASHTO M283 предлагает, чтобы покрытия на заполнителях после сухого просеивания не должно превышать 0,5 % при испытаниях по AASHTO T1l (ASTM C 117).

Одним из наиболее важных эффектов влияния минералогии на свойства АГС является ее влияние на адгезию и потерю влаги. Битумное вяжущее лучше связывает заполнители определенного минерального типа. Например, битумное вяжущее лучше прилипает к карбонатным заполнителям (известняк) чем к кремнистым (гравий).

Таблица 3-4. Желательные для АГС свойства пород (J)

Тип породы	Твердость, Сопротивление хрупкому излому	Стойкость к отслоению	Текстура поверхности	Форма скола

Вулканические

Гранит Удовлетворит. Удовлетворит. Удовлетворит. Удовлетворит. Сиенит Хорошая Удовлетворит. Удовлетворит. Удовлетворит. Диорит Хорошая Удовлетворит. Удовлетворит. Хорошая Базальт (захваченная порода) Хорошая Хорошая Хорошая Хорошая Диабаз (захваченная порода) Хорошая Хорошая Хорошая Хорошая Габбро (захваченная порода) Хорошая Хорошая Хорошая Хорошая

Осадочные

Известняк, доломит Плохая Хорошая Хорошая Fair Хорошая Песчаник Удовлетворит. Хорошая Хорошая     Роговик Хорошая Удовлетворит. Плохая Хорошая Глинистый сланец Плохая Плохая Удовлетворит. Удовлетворит.

Метаморфические

Гнейс Удовлетворит. Удовлетворит. Хорошая Хорошая Кристаллический сланец Удовлетворит. Удовлетворит. Хорошая Удовлетворит. Шиферный сланец Хорошая Удовлетворит. Удовлетворит. Удовлетворит. Кварцит Хорошая Удовлетворит. Хорошая Хорошая Мрамор Плохая Хорошая Удовлетворит. Удовлетворит. Серпентин Хорошая Удовлетворит. Удовлетворит. Удовлетворит.

Гидрофильные заполнители имеют большую тенденцию к стриппингу, так как вода легче заменяет пленку битума. Свежесколотые заполнители с большим количеством разорванных ионных связей также имеют большую склонность к стриппингу.

Петрографические исследования. Петрографические исследования состоят в визуальном изучении отдельных частиц заполнителя с помощью оптического микроскопа, иногда дополнительно проводят рентгено-дифракционный анализ, дифференциально-термический анализ, электронную микроскопию или химический анализ. Петрографический анализ может использоваться для измерения относительной распространенности пород и типов минералов, физические и химические свойства (такие как форма частиц, текстура поверхности, твердость, характеристики пор и химическая активность), а также присутствие вредных составляющих. ASTM C295 описывает подробности методики петрографического исследования заполнителей. Это испытание многие годы используется для оценки заполнителей при их использовании в бетоне, но для заполнителей в АГС используется не так широко. Минералогия заполнителя оказывает большее влияние на свойства бетонных смесей, чем это имеет место для асфальтовых смесей.