симости от типа омыляющего раствора позволял получить анионную или катионную эмульсию. Но он разлагался уже при температуре около 90 С, а рабочая температура вязкого битума значительно выше. Поэтому остается наиболее привлекательный вариант водорастворимых ПАВ, в которых намного меньше расход дорогостоящего эмульгатора и которые проще в применении.

Необходимо отметить, что в случае производства обратных эмульсий способ введения ПАВ в битум может быть более предпочтителен, особенно если в качестве эмульгатора применяются продукты нефтяного происхождения типа сланцевого масла, имеющие хорошее сродство с битумом.

Что касается твердых эмульгаторов, то они очень широко при-

менялись в дорожном хозяйстве России и республик СССР из-за де-

ния смесей на основе паст (до 5–6 ч) привелоИк исчезновению этого материала из российских дорожных организаций.

фицита качественных жидких эмульгаторов и доступности минераль-

ных порошков, но отсутствие необходимого оборудования для приго-

ется главной причиной отказа российскихДдорожников от этого материала, так как тонкие слои износа (например сларри сил) также фор-

товления и укладки, а также слишком длительный срок формирова-

мируются от 3 до 6 ч в зависимостиАот погодных условий и в последние годы они находят всё олее широкое применение на наших дорогах.

Однако длительный срок формирования битумных паст не явля-

бавки и методы, способствующие значительному ускорению срока формирования эмульсий. Они вполне пригодны и для применения с порошкообразными эмульгаторами. Также стал и более доступен парк специальных машин и оборудования для приготовления и укладки смесей, в том числе и мобильных, который уже давно применяется за рубежом. Это оборудование можно использовать для приготовления паст и смесей на их основе и укладки их на дорогах.

4.4.2. Принцип действия эмульгаторов

Для получения и стабилизации битумных эмульсий кроме воды и битума необходим еще один важный компонент – эмульгатор, который способствует диспергированию битума в водной среде и сообща-

95

ет битумным каплям устойчивость, т.е. стабилизирует эмульсию [6, 7, 22].

Так как процессы эмульгирования и стабилизации эмульсий обусловлены, прежде всего, изменением межфазного поверхностного натяжения, то, следовательно, эмульгаторами должны быть выбраны ПАВ, снижающие поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

Устойчивость частицы битума в эмульсии будет зависеть также и от сил смачивания, т.е. от сил, препятствующих отрыву частиц эмульгатора в обе жидкие фазы от поверхности раздела. Поэтому стабилизация межфазной границы может быть увеличена также за счет высокодисперсных твердых веществ, которые называют активными наполнителями [6, 8].

Эмульгирующее действие ПАВ будет тем эффективнее, чем лучше сбалансированы полярные и неполярныеИчасти молекулы эмульгатора между обеими фазами эмульсии.

свойства, в том числе и способность эмульгировать и стабилизировать эмульсии, является гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ), т.е. соотношение гидрофильной «головы» и гидрофобного «хвоста» молекулы. Однако определение этой важной характеристики ПАВ чрез-

Важной характеристикой молекулДПАВ, определяющей их

вычайно сложно. бА При полной сбалансированности обеих частей молекулы могут

быть получены множественныеи эмульсии (рис. 4.5) [22]. Распределение эмульгатораСмежду двумя жидкими фазами способствует образованию таких эмульсий. Множественные эмульсии могут быть получены и в случае применения двойных эмульгаторов, один из которых стабилизирует эмульсии типа М/В, а другой – В/М.

Множественная эмульсия может быть получена также при увеличении концентрации ДФ выше критической, так как в этом случае концентрация

эмульгатора возрастает из-за уменьшения объема ДС, это сопровож-

96

дается переходом излишка эмульгатора в другую фазу, особенно если он может в ней растворяться в силу своих химических особенностей или изменения внешних условий – температуры и давления.

Шарики множественной эмульсии намного больше, чем капельки воды в обратных эмульсиях (типа В/М).

При обращении фаз множественные эмульсии образуются не только в результате наличия излишка эмульгатора, но и в том случае, когда зависимость вязкости от объемной доли ДФ резко отличается от такой же зависимости для обычной эмульсии до процесса обращения, т.е. при наличии гистерезиса.

4.5. Приготовление дорожных эмульсий

следующих операций: 1) разогрева вяжущего материала; 2) приготов-

ления эмульгаторов; 3) диспергирования вяжущего и смешения его с водным раствором эмульгатора. Битум или деготь в зависимости от

или дегтем и отдельно готовится водный раствор щелочи. 2.Эмульгатор (кислоты или продукты, их содержащие) омыля-

ется в водной среде щелочью.

Приготовленные компоненты эмульсии (эмульгатор или водный раствор щелочи, вяжущий материал) содержатся в специальных резервуарах, из которых и подаются в эмульсионную установку. В установке при помощи вращающихся дисков (лопастей) происходит диспергирование (раздробление) битума или дегтя в водной среде. Эмульгатор адсорбируется на поверхности частиц вяжущего материала и придает устойчивость получаемой эмульсии.

Качество эмульсии и механическая энергия, затрачиваемая на ее производство, зависят от того, насколько полно будет использована

97

энергия химического и физико-химического взаимодействия компонентов эмульсии: эмульгатора, битума или дегтя и воды.

Такими условиями приготовления эмульсии являются предварительное смешивание битума или дегтя с эмульгатором (кислотосодержащими продуктами) и постепенная подача его в водной раствор щелочи или постепенная подача нагретого битума в водный раствор эмульгатора. Эти условия за счет физико-химического взаимодействия компонентов эмульсии способствуют самопроизвольному диспергированию битума или дегтя при меньшей затрате механической энергии. Все это необходимо учитывать при выборе технологии и оборудования для приготовления эмульсий [3].

В установках периодического действия раствор битума и эмуль-

ности повысить качество битумной эмульсии другими способами в

битум добавляется растворитель (керосин или дизтопливо) в количестве до 3%.

Рис. 4.6. Принципиальная схема установки периодического действия:

1– битумонагреватель; 2 – дозатор битума; 3 – насосы; 4 – дозатор эмульгатора; 5 – диспергатор; 6 – хранилище эмульсии

98

Дозировка компонентов для приготовления эмульсии в установке периодического действия осуществляется с помощью насосовдозаторов объемного дозирования.

В установке непрерывного действия не используются объемные дозаторы, и непосредственно в мельницу осуществляется подача битума. Установки непрерывного действия с полностью автоматизированным технологическим процессом, как правило, встраиваются в стандартный контейнер, что упрощает ее монтаж и перебазирование.

Основными преимуществами установок непрерывного действия по сравнению с аналогичными заводами периодического действия являются:

Для приготовления дорожных эмульсий используют разнообразные машины и установки, отличающиеся друг от друга принципом действия, конструкцией и техническими параметрами (производительностью, способом дозирования компонентов, скоростью вращения рабочих органов и др.) [3, 22]. Классификация эмульсионных машин приведена на рис. 4.7.

Диспергаторы относятся к оборудованию непрерывного действия. В них происходит измельчение одной жидкости в другой за счет приложения большой удельной механической энергии к жидкостям, находящимся в узком зазоре (0,2 – 0,4 мм) между ротором и статором.

99

Области применения эмульсий, приготовленных на коллоидных мельницах первой группы: литые эмульсионно-минеральные смеси, в том числе полимермодифицированные, поверхностная обработка (чип сил), в том числе с использованием полимеров, ресайклинг, укрепление грунтов, подгрунтовка, пропитка и т.д.; второй группы: простые литые эмульсионно-минеральные смеси, поверхностная обработка, ресайклинг, укрепление грунтов, подгрунтовка, пропитка; третьей группы: поверхностная обработка в неответственных случаях, подгрунтовка, пропитка.

а– конические; б – цилиндрические; в – параболические; г – зубчатые;

д– извилистые; е – кулачковые; ж – турбинные; 1 – статор; 2 – ротор; 3 – вал; 4 – загрузочные или разгрузочные отверстия; 5 – кулачковые

била; 6 – турбинные лопатки

Первая в СССР эмульсионная установка полустационарного типа бьгла изготовлена потехническомузаданию СоюздорНИИ Харьковским и Дарницким заводами Главдорстроя СССР [3]. Она состояла из двух би-

101

тумных котлов емкостью 3000 л каждый, которые служили для приготовления и подогрева раствора эмульгатора, резервуаров для воды, лопастной мешалки, диспергатора для приготовления эмульсии и резервуара готовой продукции. Лопастная мешалка представляла собой цилиндрический бак диаметром 690 мм, высотой 1200 мм, внутри которого располагался вертикальный вал с тремя рядами лопастей. На внутренней поверхности бака были закреплены неподвижные лопасти, расположенные в пространстве между вращающимися лопастями. Для вращения вала мешалкиустанавливалсяэлектродвигатель мощностью 2,8 кВт [3].

Диспергатор (рис. 4.9) представлял собой корпус, с двух сторон закрытый крышками, в котором на подшипниках вращался горизонтальный вал с двумя дисками [3]. Рабочая поверхность ротора и внутренняя

поверхность корпуса выполнены коническими с образованием регулируемого рабочего зазора. В верхней части диспергатора установлена воронка, в которую по трубам подавались водный раствор эмульгатора и горячийбитум.

Рис. 4.9. Внутреннее устройство диспергатора:

1 – корпус; 2 – крышки; 3 – шариковые подшипники; 4 – вал; 5 и 6 – диски ротора; 7 – рабочий зазор; 8 – паровая рубашка; 9 – паровпускные и выпускные пробки; 10 – шкив; 11 – вводный канал; 12 – внутренняя полость ротора; 13– выпускные каналы

При изготовлении суспензий на твердых эмульгаторах применяют лопастные мешалки.

102

Мешалки являются оборудованием порционного действия. Известны три основных типа перемешивающих устройств (рис. 4.10): лопастные (частота вращения лопастей от 20–30 до 800–1000 об/мин), винтовые (частота вращения винта 300 – 1000 об/мин) и турбинные (частота вращения турбин 100 – 320 об/мин).

По расходу энергии на производство 1 т эмульсии наиболее экономичными являются лопастные мешалки с малым числом оборотов, наименее экономичными – турбинные. Лопастные мешалки по конструкции значительно проще диспергаторов. Их широко используют для приготовления обратных эмульсий с применением жидких вяжущих материалов – каменноугольного дегтя, сланцевого битума или с нефтяным вязким битумом [22].

Рис. 4.10. Типы перемешивающих органов в мешалках для приготовления эмульсий:

а– лопастные; б – винтовые (пропеллерные);

в– турбинные закрытого типа; г – турбинные открытого типа;

д– шнековые

103

шалками из нержавеющей стали вертикального типа, и дозирующего блока из полипропилена с контрольным экраном из акрилового стекла. Блок оснащен электрическими насосами для дозировки водного раствора кислотой и эмульгатором, визуальными и электронными уровнемерами, датчиками температуры и кранами для отбора проб, сигнальными устройствами при превышении и при достижении нижнего уровня водного раствор.

Актуальной проблемой является организация промышленного производства и комплексная поставка дорожным организациям оборудования и высокопроизводительной аппаратуры для приготовления эмульсий различных составов. Для производства дорожных эмульсий применяются различные способы эмульгирования: механический,

акустический, химический, кавитационный, барботажный. Универ-

рукции, так и по принципу действия. ТакиеИвиды оборудования, как лопастные мешалки и установки для барботирования, обладают огра-

сальным способом эмульгирования является механический, при кото-

ром возможно в оптимальном режиме эмульгировать разные битумы

на различных по активности эмульгаторах [3]. Действующее в на-

стоящее время эмульсионное оборудование отличается как по конст-

вило, не отвечает предъявляемым требованиям, исключая поставки установок по производствуС эмульсий западными фирмами [4].

Главной задачей совершенствования технологии устройства поверхностной обработки является повышение точности дозирования битума, которое невозможно обеспечить обычно применяемыми автогудронаторами.

Строительство их по способу поверхностной обработки может выполняться с применением различных вяжущих: битумов, дегтей, битумных эмульсий, полимеров, полимерно-битумных композиций и др. Наиболее распространенным органическим вяжущим остается битум. Однако технологические процессы выполнения поверхностной обработки с использованием вязких битумов имеют ряд существенных недостатков:

среднесуточная температура окружающего воздуха при производстве работ не может быть ниже 15 °С;

на современном оборудовании практически невозможно до-

105

биться равномерного распределения вязкого битума в виде тонкой пленки;

необходимость поддержания высокой температуры битума во время производства работ;

необходимость использования обезвоженного минерального материала.

При неравномерном распределении битум на отдельных участках выступает на поверхности покрытия, придавая ей дополнительную скользкость.

Поверхностные обработки на жидких битумах также имеют ряд существенных недостатков:

замедленное формирование слоя;

диффузия значительной части разжижителяИв атмосферу, что оказывает негативное влияние на состояние окружающей среды;

необходимость строгого соблюдения температурного режима для обеспечения безопасности работ;Д

необходимость хранения разжиженных битумов в герметично закрытых емкостях в целях избежанияАиспарения разжижителя.

Перечисленные недостатки исключаются при использовании технологии устройства поверхностнойб обработки с применением битумных эмульсий в качестве вяжущих.

Основное достоинствои эмульсий, особенно прямых, заключается в том, что они о ладают весьма малой вязкостью по сравнению с битумомСли дегтем. Это позволяет производить межсезонные работы «холодным способом», исключающим подогрев каменного материала, эмульсии и смесей, что ускоряет строительство и ремонт дорог и упрощает их технологию.

Таким образом, строительные работы можно начинать ранней весной, не прерывать их в ненастные и дождливые дни летом и заканчивать поздней осенью при температуре до –5 °С.

106