Дорожные эмульсии и их свойства

Дорожная эмульсия представляет собой дисперсную систему, которая состоит из двух почти нерастворимых друг в друге жидких фаз (слой битума и слой воды).

 

Эмульсии получают двумя разными способами: конденсацией и диспергированием. Наиболее широко используется диспергирование – процесс механического дробления одной жидкости в другую. Для этого применяют различные установки: ультразвуковые приборы, диспергаторы и т.д.

 

При конденсационном методе дорожную эмульсию получают путем перенасыщения раствора двух жидкостей и добавления к этому раствору третьей жидкости. А также при переходе жидкости в двухфазную температурную область при охлаждении её до температуры ниже критической.

 

Для придания дорожным эмульсиям устойчивости применяют специальные вещества – эмульгаторы. То есть эмульгаторы являются стабилизаторами.

Сосредотачиваясь на поверхности раздела двух жидких фаз, которые образуют эмульсию, эмульгаторы препятствуют тем самым обратному слиянию капель, который возникает при диспергировании одной жидкости в другой.

Для приготовления эмульсий используются 2 группы эмульгаторов:

1) поверхностно-активные вещества, растворимые в одной или обеих фазах эмульсий. В качестве ПАВ эмульгаторов (согласно ГОСТу 18659-76) рекомендуется использовать продукты, которые содержат анионные поверхностно-активные вещества – высшие органические кислоты (смоляные, жирные, нафтеновые и т.д.) или же их щелочные вещества.

В качестве же щелочных веществ часто применяют жидкое стекло, едкий натр и др.

Щелочное вещество и эмульгатор выбирают в зависимости от требуемого класса эмульсии. Эмульгатор вводят в битум или в воду, а щелочное вещество непосредственно в воду.

2) твердые высокодисперсные минеральные порошки. В качестве твердых эмульгаторов могут применятся окислы, глины, карбонаты и сульфаты (CaCO3, SiO2, Al2O3, BaSO4 и т.д.), сажа, цемент и др.

 

Твердые эмульгаторы используют, как правило, при приготовления битумных паст и реже при приготовлении дорожных эмульсий. Эмульсии на твердых эмульгаторах содержат в своем составе 50%-60% битума или дегтя, 30%-45% воды и 6%-12% твердого эмульгатора. Пасты перед использованием разбавляют водой до требуемой вязкости.

Для приготовления дорожных эмульсий, как правило, применяют водорастворимые эмульгаторы, то есть поверхностно-активные вещества, к которым относятся анионные и катионные поверхностно-активные вещества.

 

Катионные эмульсии получают с использованием в качестве эмульгаторов катионных поверхностно-активных веществ, таких, как аминов, диаминов и др.

По скорости своего распада при обработке минеральных материалов катионные эмульсии делятся на 3 класса:

БК – быстрораспадающиеся (до 5 мин.)

СК – среднераспадающиеся (от 5 до 10 мин.)

МК – медленнораспадающиеся (более 10 мин.)

 

Катионные битумные эмульсии, в качестве вяжущего материала, имеют прочное прилипание к каменным материалам кислых пород: кварцевому песку, граниту и т.д. Это объясняется природой поверхностно-активных веществ и химико-минералогическим составом самих каменных материалов.

В зависимости от содержания вяжущего вещества, содержания эмульгатора и требуемых свойств получают 2 разновидности битумных и дегтевых дорожных эмульсий – прямого и обратного типа.

 

Эмульсия обратного типа – это дисперсная система, в которой дисперсной фазой являются мельчайшие капельки воды, а дисперсной среды – битум или же деготь. Содержание битума или дегтя чаще значится в пределах 70-80%. В качестве эмульгаторов, как правило, применяют жидкие продукты каменноугольных смол или каменноугольные технические фенолы. Эмульсии обратного типа используют для получения пористых щебеночных смесей или черного щебня.

 

Эмульсии прямого типа представляют из себя дисперсные системы, в которых дисперсной фазой является битум или деготь, а дисперсной средой является вода. Содержание битума или дегтя в эмульсиях прямого типа где-то в пределах 40-60%. Эмульсии, которые содержат в своем составе более 60-70% битума или дегтя, называют высококонцентрированными. Эмульсии прямого типа используются чаще в дорожном строительстве.

 

Для приготовления дорожных эмульсий применяют механический, химический и гидродинамический способы диспергирования. Выбор технологии приготовления дорожной эмульсии определяется видом эмульгатора и типом самой эмульсии.

 

Чаще применяются механические способы приготовления дорожных эмульсий. Для этого часто используются разного типа диспергаторы.

Если смешивать эмульсии с каменными материалами, то происходит её распад и объединение каменного материала с частицами битума.

Эмульсия распадается за счет испарения воды и поглощения части ее материалом, и за счет поглощения - адсорбции эмульгатора.

Скорость распада можно контролировать введением соответствующих добавок. К примеру, ускоряют распад эмульсии соли магния, кальция, хлорного и сернокислого железа и т.д.

 

Дегтевые и битумные эмульсии для дорожных работ должны обладать определенным рядом свойств, основными из которых являются:

вязкость должна быть 5-20 сек, величина которой выбирается в зависимости от вида получаемой продукции и способа обработки каменного материала;

при транспортировке и хранении дорожная эмульсия должна обладать заданной стойкостью против распада, а стойкость в свою очередь определяется однородностью структуры и составом.

скорость распада эмульсии не должна превышать значения, которая определена в ГОСТах и ТУ;

склонность к реэмульгированию - повторному образованию эмульсии из выделившегося битума в присутствии эмульгатора и воды под воздействием колес транспорта, должна быть минимальной. Этим свойством чаще обладают те эмульсии, у которых количество эмульгатора превышает установленные пропорции, то есть у которых есть избыток эмульгатора.

 

По показателям перечисленных выше свойств судят о качестве дегтевых и битумных эмульсий.

Дорожные эмульсии применяют:

Для получения черного щебня; пористых, плотных щебеночных и гравийно-песчаных материалов, которые используются при устройстве конструктивных слоев дорожных одежд;

Для устройства защитных слоев с шероховатой поверхностью;

Для ухода за свежеуложенным цементобетоном и цементогрунтом;

Для закрепления откосов земляного полотна и подвижных песков;

Для подгрунтовки под асфальтобетонные слои, при ремонтных работах и как добавку при комплексном укреплении грунтов (например, цементом, известью и др.).

 

Быстрораспадающиеся катионные и анионные эмульсии применяются для подгрунтовки, поверхностной обработки и при уходе за свежеуложенным цементогрунтом или бетоном.

 

Среднераспадающиеся эмульсии используют для обработки щебня, гравия способом пропитки.

 

Медленнораспадающиеся чаще применяют для обработки минеральных материалов способом смешивания на месте.

 

Эмульсии битумные дорожные транспортируют в цистернах, битумовозах, автогудронаторах и металлических бочках.

 

Эмульсию необходимо хранить в цистернах или иных цилиндрических и металлических емкостях. Емкости должны быть чистыми, без остатков битума, эмульсии, ГСМ и прочих материалов кислого и щелочного характера.

 

Нельзя также сливать в одну емкость эмульсии, которые имеют разный состав. Для недопущения загрязнения битумной эмульсии и испарения из нее воды, емкости для хранения должны быть плотно закрыты.

 

Температура битумной эмульсии при хранении должна быть не ниже 5 °С.

 

Хранилища для битумных эмульсий емкостью более 1 м³ необходимо оснащать специальным приспособлением для перемешивания.