Битумные эмульсии

Эмульсиями называют дисперсные системы, в которых одна жидкость (фаза) в виде мельчайших капель размером 0, 1 мкм диспергирована (раздроблена) в другой жидкости (среде), не смешивающейся с ней. Дорожные битумные эмульсии представляют собой жидкость темно-коричневого цвета, получаемую путем диспергирования битума в водном растворе эмульгатора или щелочного вещества.

По структуре эмульсии делят на прямые и обратные. В прямых эмульсиях битум равномерно распределен в воде в виде мельчайших капель, окруженных слоем эмульгатора, в обратных вода равномерно распределена в битуме или дегте в виде мельчайших капель, стабилизированных слоем эмульгатора. Прямые эмульсии имеют разновидности: анионные, катионные, пасты. Анионные эмульсии в качестве эмульгатора содержат мыла высокомолекулярных соединений органических кислот, катионные - органические азотосодержащие соединения.

В качестве анионоактивных эмульгаторов применяют мыла: щелочные соли нафтеновых, сульфонафтеновых, смоляных органических кислот, сульфитно-спиртовая барда и др. Эти соединения содержатся в отходах лесохимической и топливной промышленности.

К катионоактивным эмульгаторам относятся катионовые мыла, являющиеся производными четвертично замещенного аммония и солями аминов.

К твердым эмульгаторам относятся тонкоизмельченные порошки глин, извести, цемента, сажи, угля и т.д. Для повышения устойчивости к твердым эмульгаторам, как правило, добавляют органические эмульгаторы (мыла, сульфитно-спиртовую барду и др.).

В настоящее время широко используются более экономичные эмульгаторы: талловое масло, жировой гудрон, полимеры канифольно-экстракционного производства, стеарин и ка-тионактивные препараты ХД-180, ХД-34, а также карбоксиломин. При диссоциации этих веществ поверхностно-активным является катион, который понижает поверхностное натяжение воды, растекается по битуму и способствует его дисперсированию при перемешивании.

В соответствии с технологическими условиями применения дорожных эмульсий, к ним предъявляются следующие требования [ГОСТ 18659-81]:

Скорость распада - нарушение равновесия дисперсной системы при взаимодействии эмульсии с каменным материалом за счет адсорбции эмульгатора, испарения и поглощения воды. Скорость распада эмульсии определяют при смешении ее с цементом. Время от начала смешения до образования неразмешиваемого комка характеризует скорость распада в минутах.

По скорости распада дорожные битумные эмульсии подразделяют на три класса: БА - быстрораспадающиеся; СА - среднераспадающиеся; МА - медленнораспадающиеся.

Вязкость эмульсии - выбирают в зависимости от условий и способа обработки минеральных материалов. Ее определяют на вискозиметре типа ВУ или на вискозиметре для нефтяных битумов со сточным отверстием 3 мм при температуре 20+2°С. По величине вязкости и содержанию в них битума эмульсии класса БА подразделяют на марки БА-1 и БА-2, класса МА - на марки МА-1 МА-2.

Содержание битума с эмульгатором характеризует концентрацию эмульсии и определяется в процентах как отношение массы битума с эмульгатором к массе эмульсии. Содержание битума с эмульгатором определяется как остаток при выпаривании воды из эмульсии.

Однородность эмульсии определяют процеживанием ее навески через сито с сеткой №14. Однородность устанавливают в процентах как отношение остатка на сите и навеске эмульсии. Она должна быть не более 0, 5 %.

Устойчивость эмульсии определяют по изменению ее однородности при хранении, при выдерживании проб эмульсии в течение недели или месяца.

Устойчивость при транспортировании определяют после двух часов встряхивания навески эмульсии. Если эмульсия не распалась, т.е. не произошло необратимого разделения ее на битум и воду, то она выдержала испытание.

Дорожные битумные эмульсии должны отвечать требованиям согласно табл. 6.5.4 [67].

Таблица 6.5.4

Требования, предъявляемые к битумным эмульсиям

Определение свойств битума, выделенного из эмульсии, производят после испарения воды. Глубина проникновения и растяжимость не должны уменьшаться более чем на 15 % от показателей исходного материала. Битумные эмульсии в дорожном строительстве начали применяться с 30-х годов не только в России, но и в Германии, Франции, Англии.

Для приготовления эмульсий используют нефтяные битумы от БНД 200/300 до БНД 40/60 в зависимости от климатических условий района строительства, конструкции дорожной одежды. В качестве эмульгаторов используют продукты, содержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ), в основном анионные (табл. 6.5.5) высшие органические кислоты или их щелочные соли (мыла). В качестве щелочных веществ применяют едкий натр, жидкое стекло, триполифосфат натрия.

Таблица 6.5.5

Состав раствора эмульгатора для приготовления прямых битумных эмульсий анионного типа

Технология приготовления разных видов эмульсий имеет свои особенности. Дорожные эмульсии приготовляют на базах. Приготовление в основном сводится к диспергированию жидкостей и стабилизации дисперсной системы. Для диспергирования жидкости применяют гомогенизаторы, лопастные или шнеко-лопастные, акустические диспергаторы.