PL102244B1 - A method of producing mineral flour for mineral-bituminous masses - Google Patents

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób otrzymywania maczki mineralnej polegajacy na wspólnym przemiale trzech litologicznie róznych rodzajów skal osadowych pochodzacych z okresu permskiego: piaskowca, dolomitów i wapieni oraz lupka dolomitycznoilastego.

Sklad litologiczny surowca do wyrobu maczki mineralnej stanowiacej przedmiot wynalazku stanowi: od 18 do 70% wagowych piaskowca, od 19 do 63% wagowych dolomitów i wapieni oraz do 13% wagowych lupków.

Piaskowiec sklada sie glównie z kwarcu, z niewielkich ilosci skaleni, okruchów kwarcytów i skal krzemionkowych scementowanych spoiwem weglanowym, weglanowo-ilastym i ilastym, zawierajacym mineraly ilaste, kalcyt a podrzednie dolomit i gips Czesc krzemionki jest zwiazana z tlenkami AL203, CaO, K20 iNa20 w postaci glinokrzemianów alkalicznych (skaleni) takich jak ortoklaz i plagioklazy. Pozostala czesc jest zwiazana w mineralach ilastych wystepujacych w spoiwie piaskowca Spoiwo weglanowe wiaze przede wszystkim CaO i MgO z C02. Mineraly ilaste wiaza Al203 w spoiwie i czesciowo w skaleniach. W spoiwie zwiazany jest takze wegiel organiczny, decydujacy o wysokiej aktywnosci uzyskiwanej po zmieleniu skal maczki mineralnej. Nadmiar CaO, wykazywany w analizie chemicznej przypisac nalezy obecnosci gipsu i anhydrytu wystepujacych w spoiwie.

Skladniki weglanowe zawieraja glównie dolomit i kalcyt, podrzednie zas mineraly ilaste, polit kwarcowy, substancje bitumiczne (wegiel organiczny), luseczki lyszczyków, oraz skupienia gipsu i anhydrytu.

Charakterystyczna jest drobnoziarnistosc i wtracenia gipsu. Zawartosc wegla organicznego zmienia sie w zaleznosci od zawartosci bituminów. CaO wystepuje glównie w kalcycie.

Lupki skladaja sie z lupka smolacego i lupka dolomitycznego. Pierwszy z nich jest lupkiem politycznym, czarnym, ilasto-bitumicznym obudowie drobnokrystalicznej z domieszka ziarn dolomitu. Drugi—jest ciemnoszary zawiera glównie dolomit i substancje ilasto-bitumiczne, podrzednie kalcyt i detrytyczny pelit kwarcowy. Chemicznie lupki skladaja sie zSi02, CaO, Al203 i NgO. Najwieksze ilosci Si02, wystepuja pod postacia drobnych ziarn kwarcu. Sposród opisanych tu skal, lupki zawieraja najwiecej wegla organicznego.

Ramowy sklad chemiczny poszczególnych typów litologicznych skal stanowiacych surowiec do produkcji maczki mineralnej uzyskiwanej sposobem wedlug wynalazku podano w tablicy 1.

Tablica 1 Wymagany sklad chemiczny poszczególnych typów litologicznych skal Typ litologiczny ¦.; Si02 AI203 CaO MgO C02 Corg skaly Skala piaskowca 74#17 4,52 6,2^ 1,43 2,65 0,38 Skala dolomitowo- wapienna 17,59 6,54 23,59 10,96 31,10 0,86 Skala lupkowa 24,38 10,00 10,35 7,38 16,66 4,01 Sklad litologiczny surowca do produkcji maczki mineralnej przedstawiono w tablicy 2.

Ta b I ica 2 Wymagany sklad litologiczny surowca do produkcji wypelniacza do mas bitumicznych Skala Skala piaskowcowa dolomitowo-wapienna Skala lupkowa Srednio, %wag. 52 36 11 Nie mniej niz %wag. 18 20 4 Nie wiecej niz %wag. 77 69 12102 244 3 Podstawowa zaleta takiego skladu surowca Jest duze zróznicowanie wielkosci i trwalosci ziarn. W procesie wspólnego przemialu pozwala ono uzyskac ciaglosc skladu ziarnowego. Zróznicowana twardosc poszczególnych skladników wsadu ulatwia i przyspiesza jego przemial do uziemienia wymaganego w drogownictwie (minimum 80% wag. ziarn ponizej 0,075 mm) grubsze ziarna kwarcu (twardosc wg Mohsa -7,0) i dolomitów (twardosc 3,5-4,0) przyczyniaja sie do poprawy szorstkosci zaprawy w masie mineralno-bitumicznej, natomiast drobniejsze ziarna skladajace sie glównie z mineralów o niskiej twardosci jak np. kalcyt (3,0), kaolint (2,0-2,5), gips (1,5-2,0) itp. stabilizuja zaprawe w masie mineralno-bitumicznej, zapewniajac jej doskonale wlasnosci termomechniczne.

Inna zaleta tego surowca jest genetycznie uwarunkowana obecnosc substancji bitumicznych we wszystkich skladnikach petrograficznych wsadu. Dzieki temu, mimo stosunkowo wysokiej zawartosci krzemionki i nizszej w rezultacie zawartosci weglanów, uzyskuje sie maczke o wyzszej aktywnosci w stosunku do lepiszcza bitumicznego, niz mozna bylo osiagnac w przypadku stosowanej dotychczas maczki wapiennej Szczególnie korzystny sklad wyzej opisanej maczki polega na: -wysokiej adhezji do lepiszcza bitumicznego - na szczególnie korzystnych skladzie ziarnowym - zróznicowanej twardosci poszczególnych ziarn. Zalety te uzyskiwane sa dzieki procesowi wspólnego przemialu trzech litologicznie zróznicowanych skal.

Bez wspólnego przemialu poszczególnych skladników maczki a jedynie przy ich zmieszaniu, uzyskanoby * mieszanke nie nadajaca sie calkowicie do zastosowania w drogownictwie z uwagi na zbyt mala zawartosc CaC03 (dopuszczalna ewentualnie do wypelniaczy zastepczych) i zbyt wysoka zawartosc niepozadanych skladników, AI2O3 + Fe203, przekraczajaca 5% wag. Równiez aktywizacja takiej mieszanej maczki majaca na celu zwiekszenie jej adhezji do lepiszcza nastreczalaby powazne trudnosci gdyz komplikacje modyfikacji powierzchni wypelniaczy mineralnych zachodza wtedy gdy sa one wieloskladnikowe pod wzgledem petrograficznym i rózne pod wzgledem chemicznym (kwasne i zasadowe). Proces wspólnego przemialu poszczególnych skladników maczki, zawiera w sobie elementy znanego procesu aktywizacji piasków, gdyz okruchy skaly piaskowcowej aktywizowane sa zarówno skladnikami zasadowymi pochodzacymi ze skaly dolomitycznej jak i skladnikami bitumicznymi zawartymi glównie w skale lupkowej Szczególnie korzystny sklad maczki, polega równiez na zróznicowanym skladzie ziarnowym i zróznicowanej twardosci poszczególnych skladników petrograficznych. Sklad ten zapewnia prawidlowa szorstka teksture nawierzchni. Zadna ze stosowanych dotychczas maczek ani podstawowych ani zastepczych, nie posiadala tak korzystnego zakresu twardosci ziarn od 1,5 w skali Mohsa (gips) do 7,0 (kwarc), co zbliza ja do idealu poszukiwanego przez drogownictwo Zastosowanie maczki mineralnej stanowiacej przedmiot wynalazku, jako skladnika masy mineralno-bitumicznej umozliwia: — uzyskanie masy o wysokiej stabilnosci i sztywnosci w warunkach wysokich temperatur osiaganych przez nawierzchnie w lecie, oraz — poprawe Teologicznych wlasnosci mas mineralno bitumicznych.

Przykladami, których celem jest ilustracja podanego rozwiazania sa wyniki badan maczek mineralnych otrzymanych przez wspólny przemial opisanego wyzej surowca oraz wyniki badan mas mineralno-bitumicznych otrzymanych przy uzyciu tych maczek Sklad chemiczny maczek mineralnych stanowiacych przyklady-rezultaty realizacji wynalazku podano w tablicy 3.

Tablica 3 Sklad chemiczny trzech rodzajów maczki mineralnej otrzymywanej zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku Maczki mineralne Skladniki Si02 % wag.

Al20 %wag.

MgO % wag.

CaO %wag.

NaO %wag.

K20 %wag.

C02 %wag. 3 %wag.

Corg %wag.

A" ,90 4,82 ,94 22,75 0,17 3,09 27,08 1,80 0,40 „B" 60,40 9,40 . 4,66 ,63 0,19 2,71 13,31 0,59 0,29 „c 21,82 4,77 ,75 22,39 0,14 2,88 28,18 0,22 0,374 102 244 Wlasnosci fizykochemiczne maczek „A", „B", „C" podano wtabl 4, a wlasnosci usztywniajace (stabilizujace) maczki „C" w porównaniu z tradycyjna maczka wapienna oraz wyniki badan przyczepnosci asfaltu do obu rodzajów maczek podano w tab., 5.

TabI i ca 4 Fizyko-chemiczne wlasnosci maczek „A", „B" i „C" oraz tradycyjnej maczki wapiennej Wlasnosci A" M acz k „B" ,C" Porównawcza maczka wap.

Sklad ziarnowy - 0,84 mm - 0,42 mm - 0,30 mm -0,18 mm - 0,15 mm - 0,075 mm Gestosc g/cm3 Koncentracja objetosciowa % Aktywnosc Nasiakliwosc % Próba otaczania lepiszczem asfaltowym Gestosc usypowa g/cm3 Zawartosc czesci rozpuszczalnych w HCI % Powierzchnia wlasciwa wg Blainacm2/g 100% 100% 100% 99,9% 99,7% 95,6% 2,850 49,5 2,83 39,0 100% 99,8% 99,1% 99,2% 85,2% 61,8% 2,809 45,0 3,76 49,0 100% 92,2% 75,5% 74,7% 74,6% 74,5% 2,820 47,5 3,15 41,0 100% 100% 99,6% 97,8% 95,8% 79,9% 2,700 53,2 1,65 31,0 1,08 69,9 6440 1,03 96,9 6620 Tablica 5 Usztywniajace wlasnosci maczki ,,C" i maczki wapiennej Zawartosc maczki w masie Temperatura mieknienia masy °C %wag maczka „C" maczka wapienna 0 40 50 60 70 75 Adhezja asfaltu wg. Riedla-Webera 46,5 47,5 49,5 54,0 58,5 62,0 84,5 111,0 46,5 47,0 48,5 51,5 54,0 59,0 77,5 105,5 7-^8 Przykladowe wyniki badan stabilnosci próbek mas mineralno-bitumicznych wg Hubbard-Fielda, wyprodukowanych przy uzyciu maczki „C" i tradycyjnej maczki wapiennej charakteryzujacych sie porównywalna zawartoscia wolnych przestrzeni przedstawiaja sie nastepujaco:102 244 5 od 885 do 1125 kG w temp 45°C- próbki z maczka „C" od 685 do 1035 kG w temp. 45°C - próbki z maczka wapienna W badaniach dotyczacych wplywu maczek mineralnych na nasiakliwosc, pecznienie i zamrazanie mas mineralno-bitumicznych uzyskano wyniki dla maczki „C" analogicznie jak dla maczki wapiennej.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób otrzymywania maczki mineralnej stosowanej jako wypelniacz wolnych przestrzeni miedzy ziarnami kruszywa i tworzacy z lepiszczem zaprawy bitumicznej zwiezly konglomerat otrzymywany w produkcji mas mineralno-bitumicznych, uzywanych zwlaszcza do produkcji nawierzchni drogowych i lotniskowych, znamienny t y m, ze trzy litologiczne rózne skaly osadowe z okresu permskiego, to jest skale piaskowcowa, weglanowa i lupkowa, miele sie wspólnie, utrzymujac sklad ilosciowy tych skal w granicach 18—75% wagowych piaskowca, 19—63% wagowych dolomitów i wapieni oraz do 13% wagowych lupków ilastych, do uzyskania skladu ziarnowego wymaganego w drogownictwie