Введение. За последние полвека мировая автопромышленность претерпела огромные изменения. Автомобильный трафик постоянно растёт, а автомобили с каждым днём становятся быстрее, «умнее» и технически сложнее, что определяет необходимость соответствия инфраструктуры, которая их поддерживает, вызовам современности.Автомобильные дороги перестают быть банальной комфортной средой для перемещения из пункта «А» в пункт «Б», а постепенно превращаются в многозадачные центры, непрерывное взаимодействие с которыми является неотъемлемой частью нашей жизни и во многом её формируют. Уже сейчас наша планета буквально покрыта глобальной сетью дорог, которая постоянно растёт и по предварительным прогнозам через 25–30 лет увеличится вдвое [1]. Что касается непосредственно строительства, то здесь дорожная отрасль всегда ставила для себя большие задачи по совершенствованию автомобильных дорог с точки зрения их безопасности, комфортности и долговечности. В настоящее время, строительство автомобильных дорог по умолчанию подразумевает использование актуальных научных достижений и передовых технологий, направленных на увеличение периода их эксплуатации [2–10]. Таким образом, для дорожной отрасли открываются два пути дальнейшего ее развития: копирование зарубежных подходов или разработка собственных. На сегодняшний день, в условиях дефицита временных ресурсов, в нашей стране начали активно использоваться оба варианта.Наибольшую популярность набирает комплексная система объемно-функционального проектирования, учитывающая климатические факторы и грузонапряженность для каждого отдельного участка строительства автомобильной дороги, а также индивидуальный подход к взаимосвязи структур подготавливаемых асфальтобетонных смесей.Основная часть. Свойства всех строительных материалов, в том числе и асфальтобетона, определяются тремя главными критериями: составом, состоянием и структурой. В широком смысле, состав – это качественная и количественная характеристика веществ, слагающих сырьевые материалы или готовое изделие. Принято выделять несколько видов составов [11]:а) элементный состав – совокупность химических элементов;б) химический состав – совокупность компонентов, из которых состоит вещество; в) минералогический состав – совокупность природных или искусственных химических соединений (минералов);г) фазовый состав – совокупность гомогенных частей системы, однородных по свойствам и физическому строению;д) зерновой или гранулометрический состав – состав сыпучей смеси, отражающий содержание в ней зерен, либо гранул различных размеров и формы;е) фракционный состав – состав сыпучей смеси, в котором зерна, близкие по размерам, образуют фракции.Физические свойства материала характеризуют какую-либо особенность его физического состояния или способность сопротивляться внешнему воздействию окружающей среды. Физическое состояние строительных материалов достаточно полно характеризуется средней и истинной плотностью и пористостью.Огромное значение для асфальтобетона, как одного из самых сложных строительных конгломератов, играет его структура, которую в первую очередь определяет качество и соотношение минеральных компонентов системы и их взаимное расположение, к ключевым факторам также относится и характер связей между ними.Классическая отраслевая отечественная наука [12–18] всегда уделяла повышенное внимание исследованиям взаимодействия минеральных материалов с битумным вяжущим. Согласно теории искусственных конгломератов, разработанной И.А. Рыбьевым [13–14], было выделено три структуры в асфальтобетоне: микро-, мезо- и макроструктура, каждая из которых представляет собой двухкомпонентную систему, состоящую из среды и фазы. Микроструктура - это дисперсная составляющая или асфальтовое вяжущее вещество (АВВ), формируемое следующими компонентами системы «битумное вяжущее: минеральный порошок». Именно присутствие специально подготовленной дисперсной части со стандартными свойствами выделяет асфальтобетон из семейства других битумоминеральных композиций. Минеральный порошок в структуре асфальтобетона выполняет две основные роли: является заполнителем пор в каркасе, сложенном более крупными минеральными материалами, а также переводит битумное вяжущее из объемного в качественно иное состояние - плёночное. Прочность микроструктуры определяется, прежде всего, качеством и концентрацией минерального порошка, а также физико-химическим характером взаимодействия среды и фазы. Поскольку на долю минерального порошка приходится основная суммарная удельная поверхность из объёма всех минеральных зерен, слагающих асфальтобетон, для грамотного управления процессами структурообразования отдельное внимание стоит уделять количеству вводимого порошка, которое в свою очередь зависит от тонкости помола и активности его зерен [12–18].Песчаная составляющая упрочняет микроструктуру, в результате чего, в асфальтовом вяжущем формируется мезоструктура, представленная асфальтовым раствором – «асфальтовое вяжущее : песок». Для данного типа структуры характерна своя реология, однако при недостаточной концентрации песка свойства мезоструктуры будут определяться свойствами микроструктуры.Крупная минеральная составляющая завершает формирование прочной структуры асфальтобетона, образуя его макроструктуру – «асфальтовый раствор : щебень». При предельном насыщении растворной части щебнем в реологической модели меняется соотношение между вязкими и упругими свойствами.Однако, ряд исследователей установили [19–21], что именно взаимодействие вяжущего c минеральным порошком и, как следствие, качество формируемого АВВ оказывает наибольшее влияние на процессы структурообразования асфальтобетона, так процесс взаимодействия макро- и мезоструктур в композите осуществляется посредством его микроструктуры, а не битумного вяжущего. Таким образом, важность АВВ в структуре асфальтобетона безусловна. Более того, в отрасли принято говорить о качестве битумных вяжущих в составе дорожных композитов и их влиянии на прочностные и эксплуатационные показатели качества асфальтобетона в покрытии, однако, при объединении компонентов смеси в смесители АБЗ, понятие битумное вяжущее становится не правомерным. Появляется мастичная часть или микроструктура – АВВ асфальтобетона, посредством которой осуществляется объединение и фиксация минеральных зерен в каркас и именно она и ее качество определяют характер когезионных и адгезионных связей в композите. В общем виде, минеральный порошок для асфальтобетонных смесей (МП) – это материал, полученный путем помола горных пород, либо твердых отходов промышленного производства. Выпускается минеральный порошок двух видов: активированный (гидрофобный) и неактивированный (гидрофильный). Простая и надежная технология получения минерального порошка заключается в нагреве и сушке горной породы с последующим ее размолом в шаровой мельнице. По причине высокой производительности, в последние годы для получения минеральных порошков используется размольное оборудование из цементной промышленности. Для качественного производства минерального порошка могут быть использованы:1) карбонатные породы – осадочные породы, состоящие более чем на 50 % из одного или нескольких карбонатных минералов (известняк, доломит и переходные между ними разновидности);2) некарбонатные породы – осадочные или изверженные породы, состоящие более чем на 50 % из минералов кремнезема (туф, трепел, опока, песчаник, гранит);3) твердые и порошковые отходы промышленного производства, не требующие измельчения (золы-уноса и золошлаковые смеси тепловых электростанций, пыль уноса цементных заводов и металлургические шлаки). В качестве активирующих веществ используются рационально подобранные смеси поверхностно-активных веществ (ПАВ) или продуктов, содержащих поверхностно-активные вещества с битумом, применительно к химической природе сырья для производства минерального порошка.Переход дорожно-строительной отрасли на объёмно-функциональное проектирование асфальтобетонных смесей (методологии евроасфальта и superpave) послужил отправной точкой для разработки множества нормативных документов, в частности на минеральный порошок в настоящее время действует два ГОСТ.Таким образом, минеральный порошок в зависимости от показателей свойств, применяемых исходных материалов и нормативного документа подразделяют на следующие марки:По ГОСТ 32761-2014:МП-1 – минеральный порошок активированный из карбонатных горных пород;МП-2 – минеральный порошок неактивированный из карбонатных горных пород;МП-3 – минеральный порошок неактивированный из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства.По ГОСТ 52129-2003:МП-1 – порошки неактивированные и активированные из осадочных (карбонатных) горных пород и порошки из битуминозных пород.МП-2 – порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства.Наращивание темпа и объемов строительства дорог как федерального, так и местного значения, приводит к масштабному потреблению дорожной отраслью качественных наполнителей, что, в свою очередь, активно стимулирует вовлечение в производственную деятельность, нацеленную на выпуск асфальтобетонных смесей, самых разнообразных отходов производств [22–26]. Такой подход способствует не только расширению минерально-сырьевой базы регионов, но и решению ряда задач экологического и экономического характера. Большое распространение получили минеральные порошки из углеродсодержащих материалов [27–32]. Обобщая итоги этих работ, можно сделать вывод о том, что при грамотном подходе углеродсодержащие материалы, взамен традиционных известняковых, характеризуются большей адгезионной активностью, придают асфальтобетону повышенную водостойкость, коррозионную устойчивость, способствуют повышению его прочностных и сдвиговых характеристик.Установлена возможность [33–34] применения в качестве минерального порошка боя асбестоцементных изделий и вторичных продуктов производства талька (талькомагнезита). Результаты исследований указывают, что полученные минеральные порошки не только соответствуют требованиям государственного стандарта, но и благодаря тонкодисперсному армированию структуры асфальтобетона увеличивает его прочностные характеристики.Отдельно рассматривается применение минеральных порошков природного происхождения [35] и их производство из альтернативного природного сырья [36–40].Активное внедрение в дорожную отрасль полимерной продукции стимулирует исследования в этом направлении. Известны труды [41–44], описывающие способ активации поверхности минерального порошка блоксополимером ДСТ-30-01, в результате которого наблюдается явно выраженный экстремум предела прочности асфальтобетона при сжатии при 50 °С.Динамичность развития дорожно-строительной отрасли характеризуется не только числом публикаций, в которых изложены современные научные разработки и передовой отраслевой опыт, нацеленные на решение актуальных производственных задач, но и современными подходами к проектированию асфальтобетонных и щебеночно-мастичных смесей. Актуальность рассматриваемой тематики отражена в нормативной базе, которую можно условно разделить на три группы:1) Классическая система проектирования, базирующаяся на расчете оптимального соотношения компонентов для заданного вида и соответствующей марки асфальтобетона, в результате которого показатели основных характеристик композита будут отвечать техническим нормам и требованиям:– ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия»;– ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия»;2) Метод проектирования асфальтобетонных смесей по Маршаллу, главный принцип которого заключается в предварительно установленном соответствии исходных минеральных материалов и их объёмных свойств, а также битума требованиям технических условий:– ГОСТ Р 58406.1-2020 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-мастичные асфальтобетонные и асфальтобетон. Технические условия»;– ГОСТ Р 58406.2-2020 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси горячие асфальтобетонные и асфальтобетон. Технические условия»;3) Система объемно-функционального проектирования («Superpave»), представляющая собой технические условия и метод проектирования составов асфальтобетонных смесей с учетом процессов нелинейного деформирования и разрушения. В данной системе используется совершенно иной принцип уплотнения смеси, что дает возможность в лаборатории моделировать эксплуатационные характеристики дорожного покрытия:– ГОСТ Р 58401.2-2019 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Система объемно-функционального проекти-рования. Технические требования»;– ГОСТ Р 58401.1-2019 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Система объемно-функционального проектирования. Технические требования».Несмотря на наличие трех отдельных групп нормативных документов по проектированию асфальтобетонных и щебеночно-мастичных смесей, отбор проб, методы испытаний и требования к минеральным порошкам в России регулируются, как отмечалось выше, двумя ГОСТ.Также, в рамках методологии по объемно-функциональному проектированию разработан перечень нормативных документов по испытаниям минеральных материалов для приготовления асфальтобетонных смесей, которые позволяют получить дополнительную информацию о минеральном порошке:а) пустоты Ригдена – это общее количество пустот в образце из минерального порошка после его уплотнения в аппарате Ригдена, выраженное в процентах от объема (ГОСТ Р 58402.7-2019);б) максимальная плотность минерального порошка – масса единицы объема материала без учета пор и воздушных пустот (ГОСТ Р 58402.8-2019).Необходимо отметить, важную особенность, в соответствии с переходом отрасли на проектирование асфальтобетонных смесей по Маршаллу и методологии объемно-функционального проектирования, в технических условиях на асфальтобетоны в части требований к минеральному порошку появилась информация о допустимости использования материала из системы пылеулавливания полностью взамен минерального порошка или частично, чего ранее не допускалось.Как известно, одним из важных этапов, предшествующих проведению испытаний, является отбор пробы материала. Точность и достоверность результата испытаний, во многом зависят не только от современного оборудования и опыта специалистов, но и от соблюдения требований к методологии отбора проб. Основные действующие требования по отбору проб минерального порошка представлены в таблице 1.Для сравнения в американской и европейской нормативной базе (AASHTO, ASTM и EN) также прописывается необходимость получения объединенной усредненной пробы материала, но дополнительно приводятся различные методики отбора проб, зависящие, главным образом, от места, где происходит отбор:а) движущаяся конвейерная лента;б) неподвижная конвейерная лента;в) штабель;г) автомобильный и железнодорожный транспорт;д) мешки и другие мелкие контейнеры (только в EN 932-1).Согласно стандартам AASHTO T 2 и ASTM D 75 объединенная проба формируется путем объединения не менее 3-х точечных проб приблизительно одинаковой массы, отобранных случайным образом в соответствии с ASTM D 3665. Изучая список требований к любому минеральному порошку, входящему в состав строительного композита, можно сделать вывод о важности его роли в процессах формирования структуры и свойств конечной продукции.Анализ таблицы 1 демонстрирует, что число пунктов отбора проб минерального порошка для испытания на соответствие требованиям ГОСТ относительно иностранных аналогов крайне ограничено, несмотря на важность компонента в формировании структуры асфальтобетона. В данном случае наибольшую важность будет иметь влажность компонента и его гранулометрический состав, который может измениться ввиду комкования дисперсной составляющей асфальтобетонной смеси. Таким образом, для получения стабильных характеристик АВВ в структуре асфальтобетонов необходимо увеличение числа пунктов отбора проб, включенных непосредственно в технологический процесс приготовления смеси. Таблица 1 Отбор проб минерального порошка в соответствии с ГОСТ 32761-2014 и ГОСТ Р 52129-2003Наименование критерияКонтроль качества МП осуществляет:предприятие-изготовительпотребительВид пробы:объединенная пробаМасса пробы:для приемочного контроля ≥ 1 кгдля периодического контроля ≥ 3 кг.≥ 7 кгСостав пробы:не менее 4 точечных проб:– масса каждой ≥ 500 г при интервале отбора в 1 ч;– масса каждой ≥ 1000 г при интервале отбора в 2 ч;– масса каждой ≥ 1500 г при интервале отбора в 3 ч;точечные пробы:– по 1-ой точечной пробе при разгрузке каждого автомобиля;– 5-ть точечных проб при разгрузке каждого вагона Место отбора пробы:расходный (накопительный) бункер или технологическая линияавтомобильный транспортжелезнодорожный транспортЧастота отбора проб:через 30 мин после начала выпуска порошка и далее через каждый час в течение смены(интервал отбора может быть увеличен)при разгрузке каждого автомобиля;через равные интервалы времени 5-ть точечных проб при разгрузке каждого вагона (выбор вагона осуществляют методом случайного отбора)Подготовка пробы:точечные пробы тщательно перемешивают и сокращают методом последовательного квартования в два раза, в четыре раза и т.д. до получения объединенная проба необходимой массыПодготовка пробы для испытаний:На каждую пробу составляют акт отбора, содержащий наименование и обозначение материала, место и дату отбора пробы и подписи лиц, ответственных за отбор проб.Отобранные пробы упаковывают таким образом, чтобы масса и свойства порошка не изменились до проведения испытания.Каждую пробу снабжают двумя этикетками с обозначением пробы: одну этикетку помещают внутрь упаковки, другую закрепляют на видном месте упаковки.При транспортировании пробы следует обеспечить сохранность упаковки и этикеток.Срок хранения пробы:≥ 3 месяцев В рамках данного вопроса целесообразно провести анализ требований, предъявляемых сегодня к минеральным порошкам отечественной отраслевой наукой, таблица 2.Наиболее важной из характеристик минеральных порошков является их гранулометрический состав. Как видно, ГОСТ 32761 более требователен к гранулометрическому составу, по сравнению с ГОСТ Р 52129, т.е. минеральный порошок стал более дисперсным, что свидетельствует в пользу необходимости более тщательно контролировать его качество в технологической цепочке приготовления смеси. Кроме того, в ГОСТ 32761-2014 введены и расширены требования по показателям битумоемкости, влажности, содержания водорастворимых соединений и полуторных окислов для минеральных порошков всех марок. Остальные требования, предъявляемые к минеральным порошкам идентичны.Важной отличительной чертой асфальтобетонов, проектируемых по системе объёмно-функционального проектирования, является наличие нового отраслевого термина, ранее не используемого и неопределяемого - «отношение пыль/вяжущее». Это коэффициент Н, определяемый отношением содержания дисперсной части смеси, прошедшей через сито №0,063 мм к эффективному количеству битумного вяжущего в составе проектируемого композита. В соответствии с нормативной документацией, величина Н должна находиться в интервале 0,8–1,6. Таким образом, привычное понятие АВВ, показатели свойств которого оценивались по водостойкости и набуханию, табл. 2, несколько трансформируется. Таблица 2 Требования НД, предъявляемые к минеральным порошкамНаименование показателяГОСТ 9128; 31015ГОСТ Р 58401.1; 58401.2, 58406.1; 58406.2ГОСТ Р 52129-2003*ГОСТ 32761-2014**МП-1 актив.МП-1 неактив.МП-2МП-1МП-2МП-3 Зерновой состав, [% по массе]< 2,000 мм———100100100основные требования< 1,250 мм100100≥ 95———< 0,315 мм≥ 90≥ 9080-95———< 0,125 мм———≥ 85≥ 85≥ 75< 0,071 мм≥ 8070-80≥ 60———< 0,063 мм———≥ 70≥ 70≥ 60Пористость, [%]≤ 30≤ 35≤ 40≤ 30≤ 35≤ 40Битумоемкость, [г]не норм.не норм.≤ 80≤ 50≤ 65≤ 80Влажность, [% по массе]не норм.≤ 1,0≤ 2,5≤ 0,5≤ 1,0≤ 2,5дополнительные требованияВодостойкость образцов из смеси минерального порошка с битумом, [%]не норм.не норм.≥ 0,7не норм.не норм.≥ 0,7Набухание образцов из смеси минерального порошка с битумом, [%]≤ 1,8≤ 2,5≤ 3,0≤ 1,8≤ 2,5≤ 3,0Содержание водорастворимых соединений, [% по массе]———не норм.не норм.≤ 6,0Содержание полуторных окислов, [% по массе]———≤ 7,0≤ 1,7≤ 1,7Примечания:* – В минеральном порошке, получаемом из горной породы, прочность на сжатие которой выше 40 МПа, содержание зерен мельче 0,071 мм допускается на 5 % меньше указанного в таблице.** – В минеральном порошке, получаемом из горной породы, прочность на сжатие которой выше 40 МПа, содержание зерен мельче 0,063 мм допускается на 5 % меньше указанного в таблице.  При этом, в соответствии с накопленным мировым опытом [45–49], было установлено, что величина показателя Н оказывает существенный вклад в формирование набора эксплуатационных параметров асфальтобетонов типа SP, таких как водостойкость, глубина колеи, число текучести и, в общем, на усталостные свойства композита. Вывод. Подводя итог выполненному анализу роли минерального порошка в современной системе проектирования асфальтобетонных смесей необходимо отметить, что несмотря на увеличение внимания к характеристикам минеральных порошков, оценка качества асфальтового вяжущего вещества, являющегося наиболее значимой составляющей асфальтобетона, в настоящее время, не нашла должного отражения в нормативной документации. В связи с этим, интерес представляет разработка качественной и количественной оценки влияния различных по природе минеральных порошков на структурирование битумных вяжущих и, как следствие, изменение их реологических свойств.