4. БИТУМНЫЕ ЭМУЛЬСИИ

Эмульсиями называют дисперсные системы, состоящие из взаимно нерастворимых жидкостей.

Битумные эмульсии – это дисперсные системы, где вода является средой, а диспергированный битум – фазой. В дорожных эмульсиях битум и деготь диспергированы до частиц размером примерно

1 мк.

4.1. Необходимость применения эмульсий

Нефтяной дорожный битум широко применяется при строитель-

смеси в единое целое, чтобы обеспечить технологические и эксплуа-

тационные характеристики дорожной одежды при воздействии на нее движения и климатических факторов [7].

но распределить битум по о раАатываемой поверхности, а с другой – связывать (склеивать)ио ра отанные им материалы в единое целое;

Битумные вяжущие должны удовлетворять основным требова-

ваться на их сухой ли увлажненной поверхности, т.е. хорошо прилипать к ней;

обладать достаточной стабильностью свойств при воздействии различных климатических, технологических и эксплуатационных факторов.

хорошо смач вать м неральные частицы и прочно удержи- С

Весь технологический процесс приготовления смесей на основе битумов и устройства (укладки, уплотнения) слоев дорожной одежды из них определяется вязкостью битума. В этом случае чем менее вязким будет вяжущее, тем равномернее оно будет распределено по обрабатываемой поверхности, тем легче будет проникать в поры и мелкие трещины.

В то же время долговечность, прочность и водостойкость покрытия, которые обеспечиваются адгезионно-когезионными свойствами вяжущего, увеличиваются с повышением вязкости битумного вяжущего.

85

Чтобы удовлетворить этим противоречивым требованиям, обычно выбирают битумное вяжущее, исходя из условий эксплуатации покрытия (нагрузки, атмосферных воздействий и т.п.), т.е. с высокими вязкоупругими свойствами, а для обеспечения технологических свойств его переводят в жидкое состояние одним из трех основных способов [24]:

нагреванием до высоких температур (применяется для получения горячей асфальтобетонной смеси);

разжижением органическими разжижителями (используется для получения некоторых типов холодных и теплых органоминеральных смесей);

превращением битума в одну из дисперсных систем – эмуль-

сию, пасту или пену.

Все эти способы направлены на достижениеИудобной для обработки поверхности консистенции битума. Однако после выполнения этой задачи битум должен вновь обрестиДсвои первоначальные вязкоупругопластические характеристики.

В случае же использованияАэмульсии задача заключается в том, чтобы битум как можно скорее и в полном объеме восстановил свои свойства после применениябтехнологического приема, именуемого эмульгированием, который реализуется в три этапа, включая способность: и

достаточно легко пр водить битум в эмульгированное состояние;

легко создаватьСравномерную битумную пленку необходимой толщины на обрабатываемой поверхности;

быстро и в полной мере возвращать битумному вяжущему первоначальные свойства или даже улучшать его. Этот процесс обычно называется формированием. Следует заметить, что в характеристику эмульсии, называемую временем формирования, часто включают время формирования и самого битума, выделившегося из эмульсии.

Битумная эмульсия должна, будучи жидкой для возможности доставки вязкого битума в поры и мелкие трещины, обеспечивать создание пленки вяжущего заданной толщины.

Эмульсия как материал работает в полной мере только на втором этапе. В этом случае она должна обладать следующими основными качествами:

быть устойчивой и не распадаться (не расслаиваться на битум

86

и воду) в течение времени, необходимого для принятой технологии работ;

иметь заданные вязкость и дисперсность;

обеспечивать возможность осаждения на обрабатываемую поверхность и сцепления с ней пленки битумного вяжущего;

как можно быстрее прекратить свое существование по окончании заданного технологического цикла, т.е. распадаться с выделением воды, оставляя битум на предназначенном ему месте в виде равномерной пленки. Этот процесс характеризуется обычно скоростью распада.

На третьем этапе, кроме скорости распада эмульсии, который частично начинается уже на втором этапе, происходит удаление воды

собработанной поверхности и затем формирование битумной пленки, т.е. удаление пластификаторов или разжижителейИи «затвердевание» битума. Процессы, происходящие на этом этапе, за исключением удаления воды, зависят только от свойствДбитума и возможности и скорости удаления из него технологических добавок (пластификаторов или разжижителей). А

Битумные и дегтевые эмульсии широко применяются в дорожном строительстве забрубежом.и

С4.2. Классификация эмульсий

По характеру взаимодействия с минеральными материалами битумные дорожные эмульсии делятся на быстро-, средне- и медленнораспадающиеся.

Согласно ГОСТ 18659–81 скорость распада битумных эмульсий характеризуется возможностью смешивания их с минеральными материалами различного гранулометрического состава.

Область применения битумных эмульсий различных классов приведена в табл. 4.1.

В России эмульсии классифицируются не по скорости распада, а по устойчивости при перемешивании с минеральными материалами, но увязывается это со скоростью распада:

ЭБА(К)-1 и ЭБПА(К)-1 (быстрораспадающиеся);

87

ЭБА(К)-2 и ЭБПА(К)-2 (среднераспадающиеся); ЭБА(К)-3 и ЭБПА(К)-3 (медленнораспадающиеся).

Обозначение марки эмульсии, например ЭБПК-1, расшифровывается как катионная, распадающаяся при смешении со смесями минеральных материалов как плотного, так и пористого состава (быстрораспадающаяся), приготовленная с добавками полимера (битумнополимерная). В этом случае остается сомнение, использовано ли би- тумно-полимерное вяжущее для эмульгирования или полимер добавлен в готовую эмульсию.

Таблица 4.1

Применение битумных эмульсий

Классификация битумных эмульсий в зависимости от области их применения в строительстве автодорог [22]:

дорожные, обычно содержащие эмульгированные дорожные вязкие нефтяные и сланцевые битумы, каменноугольные или другие дегти, предназначенные для дорожных работ;

гидроизоляционные, обычно содержащие эмульгированные высоковязкие строительные и кровельные нефтяные битумы и предназначенные для гидроизоляционных работ, в том числе гидротехнических и кровельных;

отделочные, чаще всего содержащие эмульгированные природные и синтетические каучуки (латексы) или поливинилацетат (ПВА) и используемые вместе с наполнителями, стабилизаторами и пигментами как компоненты водно-эмульсионных красок;

специального назначения, например, для смазки форм при из-

88

готовлении сборных бетонных и железобетонных изделий или для охлаждения резца при механической обработке и изготовлении металлоизделий.

Водорастворимые эмульгаторы могут проявлять свои эмульгирующие свойства в водном растворе с диссоциацией на ионы (ионогенные) или без диссоциации (неионогенные).

Взависимости от вида иона (анион или катион), образуемого активной гидрофильной группой молекулы, ионогенные эмульгаторы подразделяют на анионоили катионоактивные, а соответствующие эмульсии – на анионные с щелочной средой или катионные с кислой средой.

Взависимости от природы жидкости в составе фаз эмульсии различаются на:

прямого типа – эмульсии масла в водеИ(М/В), когда капли битума (ДФ) диспергированы в воде (ДС);

обратного типа – эмульсии водыДв масле (В/М), когда вода (ДФ) диспергирована в битуме (ДС); в иностранной литературе такие эмульсии часто называютАинвертными.

Следует отметить, что в процессе приготовления могут образо--б

Если эмульгаторирезко гидрофилен или очень олеофилен, т.е. практически растворСм только в одной из фаз, образующих эмуль-

сию, то при любых соотношениях объема фаз эмульсия получится только одного типа.

Для некоторых эмульгаторов возможно получение как прямых, так и обратных эмульсий при одинаковом соотношении фаз и без перемены рН среды. Необходимо лишь изменить объем эмульгатора в системе. Так, при небольших количествах эмульгатора, например ЛСТ, образуется обратная эмульсия типа В/М, с его увеличением достигается предельное состояние, которое нарушается при дальнейшем повышении количества эмульгатора и возникает грубая прямая эмульсия типа М/В. При дальнейшем увеличении доли эмульгатора дисперсность эмульсии растет, достигая своего предела при определенном соотношении, после чего вновь может образоваться обратная эмульсия [22].

89

Битумные эмульсии могут подразделяться на низкоконцентрированные (с концентрацией ДФ до 40%), концентрированные (до 74%) и высококонцентрированные (более 74% битума).

Внастоящее время в дорожном строительстве используют только первые два типа. Высококонцентрированные эмульсии, применявшиеся короткое время в 60-х гг. прошлого века в России, в настоящее время не производят. Однако они достаточно перспективны для производства, прежде всего там, где необходимо транспортирование эмульсий на дальние расстояния.

Эмульсии прямого типа обычно подразделяются в зависимости от природы эмульгатора на классы:

анионные;

катионные;

с эмульгаторами двойного действия (амфотерныеИ);

неионогенные;

эмульсии на твердых эмульгаторахД.

Вроссийских стандартах эмульсии подразделяют только на анионные и катионные (обозначеныАсоответственно А и К), а в новом ГОСТ Р 52128–2003 введено также деление эмульсий в зависимости от применения полимерныхбматериалов, причем независимо от способа введения полимера в итум – непосредственное эмульгирование такого полимербитумаиили введение его в уже приготовленную эмульсию (обозначено П).

Эмульсии обратного т па в зависимости от природы эмульгатора делятся на следующСе:

эмульсии на основе ПАВ;

эмульсии на твердых эмульгаторах;

эмульсии на эмульгаторах неионогенного типа. Этот вид обратных эмульсий находится еще в стадии разработки, но имеет перспективы, особенно в случае применения эмульгатора, чувствительного к изменению температуры в процессе приготовления или применения эмульсии.

Вдорожной практике наиболее распространены эмульсии прямого типа, прежде всего анионного и катионного классов. Поэтому в основу классификации этих эмульсий в США положена такая важная характеристика их свойств, как скорость формирования смеси на основе этих эмульсий, т.е. как скоро битум, выделившийся из эмульсии, достигнет своих первоначальных свойств:

- быстрораспадающиеся (RS);

90