Битумная эмульсия что такое. катионная битумная эмульсия

Катионная битумная эмульсия для дорожного строительства

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано при устройстве тонкослойных поверхностных обработок дорожных одежд, для приготовления холодных смесей, при строительстве и ремонте дорожных покрытий и т.п. Катионная битумная эмульсия для дорожного строительства содержит битум нефтяной дорожный БНД 60/90, соляную кислоту, хлорид кальция, неонол АФ 9-8, каучуковую добавку СВБ-М, являющуюся раствором в индустриальном масле полибутадиенового каучука с вязкостью по Муни не менее 25, катионный эмульгатор КАДЭМ-ВТ, изготовленный из кислот растительного или животного происхождения фракции C ₁₆-C₂₀ и полиэтиленполиамина, имеющего аминное число, мг HCl/г не менее 150 и кислотное число, мг КОН/г 0-6 и воду, при следующем содержании компонентов, мас.%: битум БНД 60/90 45,00-65,00, каучуковая добавка СВБ-М 1,1-1,7, катионный эмульгатор КАДЭМ-ВТ 2,50-3,50, хлорид кальция 0,08-0,12, соляная кислота 0,40-0,60, неонол (моноалкилфенол) 0,50-0,70, вода – остальное. Достигается повышение сцепления пленки вяжущего с минеральными материалами как кислых, так и основных пород, увеличение времени распада эмульсий, необходимого для приготовления и укладки различных эмульсионно-минеральных смесей: плотных, пористых, для поверхностных обработок, повышение свойств битумного вяжущего: эластичности, улучшение интервала пластичности и температуры хрупкости. 4 табл.

В этих целях в мировой практике широкое применение получили битумные эмульсии катионного типа, позволяющие равномерно распределять вяжущее более тонкими слоями, упрощать технологию производства работ ввиду возможности применения эмульсий в холодном состоянии, проводить работы в сырую прохладную погоду и т.п.

Одним из компонентов битумных дорожных эмульсий являются вязкие дорожные битумы, выпускаемые в нашей стране по ГОСТ 22245-90, которые зачастую не соответствуют этому ГОСТу, в частности, по таким показателям как устойчивость при низких и повышенных температурах (температуры хрупкости и размягчения), отличаются низкими адгезионными свойствами, отсутствием эластичности, что безусловно сказывается на качественных показателях эмульсий. Кроме того, используемые для приготовления эмульсий отечественные эмульгаторы, как правило, не позволяют получать эмульсии класса ЭБК-3, необходимый класс для получения различных эмульсионно-минеральных смесей (ЭМС): плотных, пористых, литых и др. для устройства слоев покрытий дорожных одежд.

В связи с этим для повышения качественных показателей дорожных битумных эмульсий целесообразно использовать различные полимерные и поверхностно-активные вещества, способные модифицировать как дисперсную фазу эмульсий (битумы), так и дисперсионную среду (вода + эмульгатор + стабилизирующие добавки).

Основным недостатком известных катионных битумных эмульсий являются сравнительно низкие показатели стабильности, однородности и сцепления пленки вяжущего с минеральными материалами, сложность регулирования скорости распада.

Известен состав битумной катионной эмульсии для дорожного строительства, включающий битум, соляную или уксусную кислоту, аминный эмульгатор и воду (а.с. СССР 1359281, кл. С 08 L 95/00, С 04 В 26/26). Эмульсия обладает стабильностью при хранении.

Однако недостатком данной эмульсии является то, что она, обладая высокой степенью обволакивания, имеет низкий показатель адгезии (не более 50% площади).

Известен состав катионоактивной эмульсии для дорожного строительства, включающей соляную или уксусную кислоту, аминный эмульгатор и воду (патент RU 2184753 С1, С 08 L 95/00, С 04 В 26/26). Эмульсия обладает улучшенным показателем сцепления пленки вяжущего с минеральным материалом при сохранении повышенной стабильности при хранении.

Однако недостатком этой эмульсии является низкие значения рН растворов эмульсии в пределах в основном 1,1-1,7 (в основной массе 1,1-1,5). Согласно “Пособию по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий” к СНиП 3.06.03-85, п.3.29 готовый раствор должен иметь водородный показатель рН в пределах 1,8-2,2. Значения рН меньше 1,8 свидетельствуют об избытке кислоты, что отрицательно влияет на адгезию эмульгированного битума. Особенно к минеральным материалам кислых пород (к сожалению, в патенте не указан характер используемого минерального материала). Кроме того, все используемые в этой работе ПАВ в качестве эмульгаторов синтезированы авторами в лабораторных условиях и промышленного производства не имеют.

Наиболее близким аналогом предлагаемому изобретению является битумная дорожная эмульсия [Эмульсии битумные дорожные. Технические условия. ГОСТ 18659-81. Опубликовано: Государственным комитетом СССР по делам строительства. Москва. 14 стр.], содержащая битум, катионный эмульгатор, кислоту и воду. В качестве катионоактивного эмульгатора используют ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных солей аммония, массовая доля битума с эмульгатором составляет 45-55%.

Недостатком такой эмульсии является сложность регулирования скорости ее распада и вязкости, недостаточная стабильность, сцепляемость с минеральными материалами, и недостаточно низкая температура хрупкости битума, невысокий интервал пластичности вяжущих и отсутствие в нем свойств эластичности [ГОСТ 22245-90].

Задачей изобретения является улучшение сцепления пленки вяжущего с минеральными материалами как кислых, так и основных пород, увеличение времени распада эмульсии, необходимого для приготовления и укладки различных эмульсионно-минеральных смесей (плотных, пористых, для поверхностных обработок), повышение свойств битумного вяжущего: эластичности, улучшение интервала пластичности, температуры хрупкости и др.

Сущность изобретения заключается в том, что катионная битумная эмульсия для дорожного строительства, содержащая битум нефтяной дорожный, катионный эмульгатор, соляную кислоту, хлорид кальция и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит неонол АФ 9-8 и каучуковую добавку СВБ-М, являющуюся раствором в индустриальном масле полибутадиенового каучука с вязкостью по Муни не менее 25, в качестве катионного эмульгатора – катионный эмульгатор КАДЭМ-ВТ, изготовленный из кислот растительного или животного происхождения фракции C₁₆-C₂₀ и полиэтиленполиамина, имеющего аминное число, мг HCl/г не менее 150 и кислотное число, мг КОН/г 0-6, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Битум БНД 60/90 45,00-65,00

Катионный эмульгатор КАДЭМ-ВТ 2,50-3,50

Каучуковая добавка СВБ-М 1,1-1,7

Хлорид кальция 0,08-0,12

Соляная кислота 0,40-0,60

Неонол АФ 9-8 (моноалкилфенол) 0,50-0,70

Использование раствора СВБ-М (см. таблицу 1) позволяет улучшить физико-механические свойства вяжущего (СВБ-М – синтетический высокомолекулярный полибутадиеновый каучук – модифицированный):

– растяжимость при 25°С увеличивается в 1,3 раза, при 0°С – более чем 20 раз;

– интервал пластичности повышается в 1,2 раза;

– понижается температура хрупкости в 2 раза.

Каучук, содержащийся в добавке в активном состоянии, химически взаимодействуя с активными центрами асфальтенов битума, образует с последними сопряженную асфальтено-полимерную структуру. В результате создается новая система химически связанных друг с другом макромолекул, которые теряют способность растворяться, вяжущее приобретает улучшенные физико-механические показатели (температура хрупкости, растяжимость, эластичность и т.п.).

Использование в качестве эмульгатора поверхностно-активной добавки “Катионного реагента КАДЭМ-ВТ (катионный адгезив – эмульгатор – высокотемпературный)” позволило получать устойчивые эмульсии и почти в два раза сократить расход эмульгатора по сравнению с дорогостоящими эмульгаторами зарубежного и отечественного производства. Стоимость КАДЭМ-ВТ на 10-15% ниже отечественных и в 2-3 раза зарубежных.

В качестве стабилизаторов эмульсии использовался наиболее часто употребляемый в этих целях хлорид кальция и дополнительно вводимый водорастворимый полимер неонол АФ 9-8 (моноалкилфенол).

Использование неонола совместно с синтетическим высокомолекулярным каучуком (СВБ-М) и ПАВ – эмульгатором КАДЭМ-ВТ позволяет направлено регулировать в широких пределах некоторые эксплуатационные свойства катионных битумных эмульсий: скорость распада, вязкость, сцепляемость с минеральными материалами, снижение температуры хрупкости и создание эластичных свойств вяжущего, что в комплексе позволяет получать необходимый класс эмульсий, в данном случае класс ЭВК-3, для эмульсионно-минеральных смесей, повышая их трещиностойкость, водо- и коррозионную устойчивость.

Анализ известных технических решений показал, что применение в составе катионных битумных эмульсий каучуковых и стабилизирующих добавок в сочетании с поверхностно-активными реагентами известны. Однако их применение не обеспечивает битумным эмульсиям такие свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно получение эмульсии с регулируемыми сроком распада и вязкостью, со значительным увеличением сцепления вяжущего с минеральными материалами, как основного, так и кислотного характера, улучшенной температурой хрупкости и эластичности битумного вяжущего, что в целом повышает коэффициент водостойкости, прочностные характеристики смесей на их основе и долговечность дорожного покрытия. Таким образом, данный состав компонентов придает катионной битумной эмульсии иные свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию “существенные отличия”.

ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Использовался битум нефтяной дорожный БНД 60/90. В таблице 2 представлены его физико-механические свойства. По показателям свойств исходный битум удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90.

2. Катионный реагент КАДЭМ-ВТ.

Использовался катионный реагент КАДЭМ-ВТ производства ОАО НИИПАВ, г. Волгодонск. Реагент КАДЭМ-ВТ изготавливается из кислот растительного или животного происхождения фракции C ₁₆-С₂₀ и поли-этиленполиамина.

По органолептическим и физико-химическим показателям реагент КАДЭМ-ВТ удовлетворяет требованиям и нормам, указанным в таблице 3.

Синтетический высокомолекулярный полибутадиеновый каучук, модифицированный СВБ-М.

Синтетический высокомолекулярный полибутадиеновый каучук СВБ-М представляет собой полибутадиен с преимущественным содержанием винильных звеньев. Продукт получается путем полимеризации бутадиена в растворе под действием катализаторов смешанного типа с последующим выделением каучука из раствора и его модернизации различными маслами (индустриальным, минеральным и др.).

В работе использовался масляный раствор в индустриальном масле полибутадиенового каучука, содержащего 45,8% винильных звеньев с вязкостью по Муни не менее 25 у.е. с концентрацией каучука 19,7 мас.%.

4. Неонол (водорастворимый моноалкилфенол).

Неонол (оксиэтилированный моноалкилфенол) получен на основе тримеров пропилена (изонила). Использовался в работе неонол АФ 9-8, где 9 – число атомов углерода в алкильном радикале, 8 – усредненное число молей окиси этилена в алкильном радикале. Выпускается неонол АФ 9-8 ОАО НижнеКамскнефтехим и относится к водорастворимым неионогенным поверхностно-активным веществам (НПАВ), имеет температуру застывания от -2 до +2°С, плотность при 20°С – 1062±3 кг/м 3 . Внешний вид неонола АФ 9-8 – прозрачная маслянистая жидкость от бесцветного до желтоватого цвета с рН=7±1. Массовая доля присоединенной окиси этилена 61,5±1,5%.

Вода для приготовления эмульсий использовалась с жесткостью 6 мг-экв/л.

6. Соляная кислота.

Соляная кислота соответствует требованиям ГОСТ 857-88, марка Б.

7. Хлорид кальция.

Хлорид кальция соответствует ГОСТ 450-77.

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены 5 вариантов составов катионных битумных эмульсий.

Приготовление катионной битумной эмульсии производили в следующем порядке. Добавка СВБ-М вводилась в разогретый до 120-130°С битум и перемешивалась в течение 5 минут в лабораторной установке для модифицирования битумов. На основе подготовленного таким образом вяжущего (битума с добавкой СВБ-М) приготавливалась катионная битумная эмульсия путем смешения модифицированного битума с эмульсионно-водным раствором (вода + эмульгатор КАДЭМ-ВТ + соляная кислота + неонол АФ 9-8 + хлористый кальций) и совместного диспергирования при температуре 90-95°С.

Образцы приготовленных эмульсий испытывались в соответствии с ГОСТ 18659-81, показатели свойств модифицированного СВБ-М битума – по ГОСТ 22245-90. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 4.

Из данных таблицы 4 следует, что катионная битумная эмульсия предлагаемого состава обеспечивает повышение сцепления вяжущего с минеральными материалами кислых и основных пород, увеличивает время распада эмульсий, что необходимо при работе с ЭМС, повышает вязкость эмульсий, понижает температуру хрупкости, увеличивает интервал пластичности и создает эластичные свойства битумного вяжущего.

Катионная битумная эмульсия для дорожного строительства, содержащая битум нефтяной дорожный, катионный эмульгатор, соляную кислоту, хлорид кальция и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит неонол АФ 9-8 и каучуковую добавку СВБ-М, являющуюся раствором в индустриальном масле полибутадиенового каучука с вязкостью по Муни не менее 25, в качестве катионного эмульгатора – катионный эмульгатор КАДЭМ-ВТ, изготовленный из кислот растительного или животного происхождения фракции С₁₆-С₂₀ и полиэтиленполиамина, имеющего аминное число, мг HCl/г не менее 150 и кислотное число, мг КОН/г 0-6, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Эмульсия ЭБК-1 БРИТ

ОПИСАНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОТЗЫВЫ
ФАЙЛЫ
АКСЕССУАРЫ
СТАТЬИ

ЭБК-1 — битумная эмульсия, полученная путем диспергирования битума в эмульгаторах, растворенных в воде. Представляет собой однородный состав с малой вязкостью, который применяют при строительстве дорог. Ее использование позволяет улучшить качество покрытия, сделать его надежнее и долговечнее. ЭБК относят к классу быстро распадающихся.

Применение

ЭБК-1 предназначена для создания слоев дорожных покрытий, а также использования в качестве подгрунтовки. Использование:

пропитка основания — необходима для улучшения адгезии между подгрунтовкой и асфальтобетоном;
для поверхностной обработки;
при выполнении локального ремонта поврежденных участков дороги;
для повышения прочности основы дорог.

В отличие от ЭБА ЭБК подходит для кислых и щелочных пород камня, обеспечивая одинаково хорошую сцепляемость. Эмульсия должна соответствовать ГОСТ 52128-2003.

Состав

ЭБК представляет собой жидкость темно-коричневого цвета. Основа эмульсии — дорожный нефтяной битум. помимо этого в нее входят:

бутанол NS198;
катионные латексы;
хлористый кальций;
катионный эмульгатор;
соляная кислота «А» и «Б»;
вода.

Компоненты эмульсии ЭБК-1 подбираются с учетом госстандартов. Смешивание осуществляется в специальной установке, его выполняют в несколько этапов.

Производство

ЭБК-1 получают путем разделения битума на мелкие частицы в водном растворе эмульгатора. Сырье загружают в резервуар коллоидной роторной мельницы, где происходит его дробление и соединение с разведенным эмульгатором. Битум применяют в чистом виде или в модифицированном, то есть, дополненном термоэластопластами. За счет этого удается улучшить его свойства.

Функция эмульгаторов заключается в стабилизации ЭБК-1. Благодаря им исключено разделение взвеси на отдельные компоненты. Происходит это за счет образующейся вокруг каждой капли защитной пленки. Чаще всего для стабилизации используют соединения аммония и имидазолины. Именно от их концентрации в эмульсии зависит период ее распада. В ЭБК-1 она составляет 5 минут, процесс завершается соединением вяжущих веществ с щебнем.

Характеристики и преимущества

Битумная эмульсия ЭБК-1 рассчитана на холодную технологию — без подогрева щебня или гравия. Материал не склонен к возгоранию и не содержит токсичных веществ. Другие достоинства:

отлично пристает к граниту и кварцу;
сохраняет свойства при транспортировке;
имеет нейтральный уровень кислотности 2,0–4,0 pH — благодаря этому эмульсия стабильнее, с ней проще работать;
не способствует размягчению поверхности;
препятствует проникновению щебня в дорожное покрытие;
использование ЭБК-1 повышает водоустойчивость асфальтобетона.

Благодаря замене битума на ЭБК-1 удается повысить эксплуатационные характеристики дорожного полотна. Оно способно выдерживать большую нагрузку и дольше прослужить без капитального ремонта. Преимущества эмульсии очевидны:

экономия времени и трудоресурсов — до 30–40%, смесь сразу готова к применению, ее не надо подогревать;
сочетается с влажными материалами — работы можно проводить не только летом, но и в межсезонье;
малый расход — это обусловлено низкой вязкостью ЭБК-1;
исключены ожоги, меньше концентрация токсичных веществ.

Применение: обработка основания (30% эмульсии), посыпка щебнем с последующей обработкой остатками ЭБК-1. Простое применение, доступная цена и низкий расход — главные причины, по которым целесообразно использовать эмульсию.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИТУМНОЙ ЭМУЛЬСИИ «БРИТ»

Наименование показателей

Требования по ГОСТ Р 52128-2003

ЭБК-1

ЭБК-2

ЭБК-3

ЭБПК-1

ЭБПК-2

Устойчивость при перемешивании со смесями минеральных материалов:

Эмульсия битумная катионная

Битумная эмульсия катионная (ЭБК) для дорожных работ – это однородная мелкодисперсная жидкость темно-коричнего цвета, основные компоненты которой вода, битум и катионный эмульгатор, которые не смешиваются между собой. Дополнительно, в зависимости от класса ЭБК в состав вводят специальные компоненты – полимеры, ПАВ, разжижители и другие.

Битумная эмульсия катионная обладает более привлекательными эксплуатационными качествами, чем анионного типа, вследствие высокого сцепления с обрабатываемыми поверхностями и универсальности – взаимодействует с материалами и щелочной, и кислой природы. Мы не будем вдаваться в физико-химические тонкости процесса соединения, но в результате обработки покрытия получается тонкая, но очень прочная пленка на его поверхности, служащая отличным гидроизоляционным средством.

Стоимость услуг

Виды работ и материалы	Стоимость работ, руб/м 2 включая НДС 20%	Расход эмульсии
Обработка поверхности из асфальтовых оснований Эмульсией битумной катионной (ЭБК-2)	11-00	500гр/м 2
Обработка поверхности бетонных и щебеночных оснований Эмульсией битумной катионной (ЭБК-2)	15-50, 19-00	500гр/м 2
Эмульсия битумная катионная (ЭБК-2).Самовывоз с производственной базы Домодедовский р-он.	17500-00	1 тонна
ЭБК-2 с поставкой на объект заказчика до 30 км. от МКАД	21500-00	1 тонна

Битумная эмульсия катионная показывает очень высокие адгезионные свойства, а ее низкая вязкость позволяет легко и быстро обрабатывать бетона и камня без их предварительного нагревания и сушки. Отличительное качество эмульсий этого типа – экономичность (отсутствие расходов на нагрев состава) и безопасность при выполнении работы (смесь полностью негорючая). А еще, битумная эмульсия катионная экологически более безопасная, чем горячий битум и расход ее на 30% ниже.

Классы битумных катионных эмульсий

Катионные битумные эмульсии разделяются на три класса – по скорости распада компонентов (смешиваемости с минеральными материалами), которая зависит от типа эмульгатора. Его количества, уровня рН и способа эмульгирования.

Быстрораспадающиеся катионные эмульсии ЭБК-1 и ЭБПК-1 плохо смешиваются с пористыми или очень плотными минералами и распад эмульсии происходит через 15-39 минут после нанесения. Этот класс эмульсий применяется на разливных технологиях нанесения: при ямочном ремонте, для подгрунтовки и поверхностной обработки.
Битумная эмульсия катионная со средней скоростью распада совершенно не смешиваются с плотными зернистыми материалами и хорошо смешиваются с пористыми смесями. Период распада составляет время от получаса до часа с момента контакта. Сфера применения: поверхностная обработка покрытий из литого микроасфальта, приготовление эмульсионно-минеральных смесей для ямочного ремонта, пористых щебеночных смесей и черного щебня. А также, для устройства покрытий и оснований способом холодного рисайклинга.
Медленнораспадающиеся эмульсии катионного типа смешиваются со всеми типами материалов (пористыми и плотными), а также, взаимодействую с малоактивными минералами. Распад происходит дольше часа – до суток вследствие естественного испарения воды. Применяются для укрепления грунтов и приготовления земляных смесей, для приготовления холодного и регенерированного асфальтобетона, плотных эмульсионно-минеральных смесей для устройства покрытий и слоев износа, литых холодных асфальтобетонов.

Все классы ЭБК благодаря наличию в их составе воды совмещаются с влажными твердыми материалами. Это позволяет применять их на влажных дорожных покрытиях и работать с минеральными материалами естественной влажности

Компания «Елизар» производит битумные катионные эмульсии с помощью диспергирующих устройств (коллоидных мельниц) в любых объемах и осуществляет доставку в Москве и по регионам. Наша цена на битумные эмульсии – самая выгодная – от производителя. Купить ЭБК любого класса можно на сайте или заказать по телефону.

Всё об асфальтировании / Справочник / Битумная эмульсия

Общие сведения о битумной эмульсии

Битумная эмульсия (эмульгированный жидкий битум) — искусственный строительный материал получаемый путём смешения в специальных установках водного раствора эмульгатора и нефтяного битума. Представляет собой однородную текучую (с консистенцией молока) жидкость коричневого или тёмно-коричневого цвета.

Эмульсия — это дисперсия (т. е. равномерное распределение) мелких капель одной жидкости в другой. Капли рассеиваемой жидкости обычно имеют диаметр от 1 до 100 мкм (0,001–0,01 мм). Особенность заключается в том, что при обычных условиях такие жидкости друг с другом не смешиваются (например, масло и вода). Непосредственно в процессе перемешивания эти вещества могут образовывать эмульсию, однако после того, как перемешивание прекратится, эмульсия быстро потеряет стабильность и разделится (мелкие капли одной жидкости притянутся друг к другу и со временем образуют сплошную пленку).
Для того, чтобы воспрепятствовать процессу отделения одного вещества от другого (придать эмульсии стабильность), применяются эмульгаторы (вещества замедляющие разделение битума и воды).

С 01.04.2014 года в Украине на битумные эмульсии начал действовать новый стандарт ДСТУ Б В.2.7-129:2013 «Эмульсии битумные дорожные. Технические условия». Действующий до этого стандарт ДСТУ Б В.2.7-129:2006 «Строительные материалы. Эмульсии битумные дорожные. Технические условия» утратил свою актуальность. Стандарт распространяется на битумные дорожные эмульсии используемые в качестве вяжущего материала при строительстве дорог, ремонте дорожных покрытий и асфальтировании.

Отличие битумной эмульсии от других видов битума

Различные виды битума широко применяются в дорожно-строительной отрасли в качестве вяжущего материала при производстве различных типов смесей используемых для асфальтирования дорожных покрытий, ремонта дорог, поверхностной обработки дорожных оснований и покрытий. В обычных условиях (при температуре воздуха от 20 до 30 °С) битум представляет собой твердый или сильно вязкий материал непригодный для какого-либо применения. Для того, чтобы его можно было использовать он должен быть переведен в жидкое состояние, что может быть достигнуто 3 способами:

Нагреванием до 100–200 °С, пока битум не приобретет достаточно жидкую форму, удобную для перемешивания с минеральными материалами (при приготовлении асфальтобетонных смесей) или для нанесения в чистом виде на дорожную поверхность (при подгрунтовке оснований и асфальтируемых покрытий). Асфальтобетонные смеси приготовленные на горячем битуме, как правило, хранятся, транспортируются и применяются в горячем виде (исключением являются холодные складируемые битумоминеральные смеси, которые готовят с нагреванием, а хранят и укладывают в холодном виде).
Разжижением с помощью продуктов нефтеперегонки. Вязкий битум смешивается с нефтяными растворителями (керосином, нафтой, дизтопливом, лигроином, бензином и др.) приобретая таким образом жидкую форму.
Эмульгированием с помощью водного раствора эмульгатора. В результате эмульгирования битума получается битумная эмульсия, которая даже при обычной температуре (20–30 °С) сохраняет жидкую текучую форму.

Основными преимуществами битумной эмульсии перед горячим и разжиженным битумом являются:

Экономичность. При производстве битумной эмульсии затрачивается на 40–50 % меньше электроэнергии, чем при приготовлении горячего битума требующего нагревания. Кроме того, битумная эмульсия может сохраняться в жидкой форме длительное время без подогревания, что также экономит электроэнергию.
Технологичность. В отличие от горячего и разжиженного битума, эмульгированный битум может использоваться с холодными и влажными минеральными материалами.
Экологичность. Битумная эмульсия ни при приготовлении, ни при использовании не выделяет в атмосферу такого объёма вредных веществ как горячий и разжиженный битум, являясь также пожаро- и взрывобезопасной.

При асфальтировании дорог с применением горячих и теплых асфальтобетонных смесей которые приготовлены на горячем битуме (щебеночно-мастичные смеси, горячие уплотняемые или литые смеси), дорожное покрытие затвердевает и набирает прочность по мере остывания уложенной смеси.

Асфальтированное покрытие устроенное с помощью асфальтобетонных смесей приготовленных на разжиженном битуме (холодные органоминеральные смеси), набирает прочность не в процессе остывания, а за счет испарения легких углеводородных фракций содержащихся в растворителе.

Асфальтобетонные и другие дорожно-строительные смеси приготовленные на эмульгированном битуме (литые эмульсионно-минеральные смеси, Сларри-Сил, Микросюрфейсинг, холодный асфальт и асфальтогранулобетон) набирают прочность в процессе распада эмульсии на битум и воду (реакция распада инициируется за счет химического взаимодействия эмульгатора с минеральным материалом).

Назначение и область применения битумной эмульсии

Назначение битумной эмульсии обусловлено ее свойствами. Она легко наносится на различные поверхности (в том числе и вертикальные) проникая благодаря невысокой вязкости в поры материалов, также она хорошо смешивается с минеральными материалами (щебень, гравий, песок, минеральный порошок) прочно связывая их между собой. Таким образом эмульгированный нефтяной битум выполняет 2 основные функции:

Вяжущая функция — заключается в использовании эмульсии для связывания минеральных материалов (щебень, гравий, песок, минеральный порошок) и их частиц между собой, что является необходимым условием при производстве асфальтирующих смесей (эмульсионно-минеральных, чернощебеночных, холодных и др.).
Защитная функция — заключается в защите материалов и поверхностей от воздействия агрессивных сред (воды и водно-солевых растворов).

Существует множество сфер промышленности в которых может применяться битумная эмульсия, однако основными ее потребителями являются гражданское строительство (гидроизоляции фундаментов, стен и полов), гидротехническая (гидроизоляция гидротехнических и подземных сооружений) и дорожно-строительная отрасль.

Для дорожно-строительной отрасли использование битумной эмульсии стало неотъемлемой частью, так как она применяется во множестве технологий ямочного ремонта дорог, поверхностной обработки асфальтированных покрытий и создания слоев износа, мембранных технологий, а также при приготовлении асфальтобетонных смесей. Основные направления в которых применяется эмульгированный битум следующие:

Приготовление дорожно-строительных смесей для асфальтирования, ремонта и восстановления дорог
- Эмульсионно-минеральные смеси для поверхностной обработки асфальтированных покрытий и создания защитных слоев износа
- Холодные складируемые органоминеральные смеси для ямочного ремонта дорог
- Холодные регенерированные асфальтобетонные смеси для холодного ресайклинга
Поверхностная обработка дорожных оснований и дорожных покрытий
- Подгрунтовка дорожных оснований и покрытий перед последующим асфальтированием
- Поверхностная гидроизолирующая обработка дорожных покрытий
- Обеспыливание дорог
- Закрепление подвижных песков
- Укрепление грунтов верхней части земляного полотна
- Устройство защитной мембраны
Ремонт асфальта и профилактические работы препятствующие разрушению дороги
- Проливка мелких трещин в асфальтобетонном покрытии
- Гидроизоляция пористых и устаревших асфальтобетонных покрытий
- Ямочный ремонт асфальта струйно-инъекционным методом (пневмонабрызг)

Битумная эмульсия может использоваться не только при строительстве асфальтобетонных дорожных покрытий, но и при создании цементобетонных дорог. Введение в цементобетонную смесь битумной эмульсии является одним из способов повышения физико-механических свойств цементобетона (водостойкости, морозо- и трещиностойкости).

Типовой состав битумной эмульсии и технология ее производства

Битумные эмульсии применяемые в дорожно-строительной отрасли являются, как правило, эмульсиями прямого типа («масло в воде» — М/В), в которых битум (от 30 до 70 %) в виде мельчайших частиц равномерно распределен в воде. В эмульсиях обратного типа («вода в масле» — В/М), вода диспергирована в битуме (массовая доля которого составляет от 70 до 80 %).

Компонентный состав эмульгированного битума

Типовой состав битумной дорожной эмульсии включает 5 основных компонентов:

1. Битум (массовая доля в эмульсии от 30 до 70 %). В большинстве случаев для приготовления эмульгированного битума применяется вязкий нефтяной дорожный битум различных марок (БНД 90/130, БНД 130/200 и др.). С целью повышения физико-механических свойств битумной эмульсии вместо обычного нефтяного битума может использоваться полимерно-битумное вяжущее (ПБВ), которое имеет более высокие эксплуатационные и физико-механические показатели по сравнению с обычным битумом.

2. Вода (массовая доля в эмульсии от 15 до 70 %).

3. Эмульгатор (массовая доля в эмульсии от 0,15 до 3 %). Эмульгаторы — вещества, обладающие способностью придавать битумной эмульсии стабильность (препятствовать ее распаду). В качестве эмульгаторов используются поверхностно-активные вещества (ПАВ) растворимые в обеих фазах эмульсии (воде и битуме) или в одной из них (только в воде или только в битуме). Чаще всего при изготовлении эмульгированного битума применяются именно водорастворимые эмульгаторы, к которым относятся так называемые анионактивные и катионактивные ПАВ. В зависимости от того, какой из этих двух типов ПАВ применялся при приготовлении битумной эмульсии, она будет называться анионной (ЭБА — эмульсия битумная анионная) или катионной (ЭБК — эмульсия битумная катионная). В более редких случаях вместо поверхностно-активных веществ могут применяться твердые высокодисперсные минеральные порошки (глины, окислы, карбонаты, сульфаты, цемент, сажа и др.).

4. Стабилизатор (массовая доля в эмульсии от 0,05 до 0,5 %). В качестве стабилизатора используется водный раствор хлорида кальция или другие растворимые соли (применяется только в катионных эмульсиях).

5. Кислота (массовая доля в эмульсии от 0,5 до 3 %). Этот компонент необходим для повышения стабильности эмульсии. В большинстве случаев применяется соляная кислота (реже уксусная или ортофосфорная).

В качестве дополнительных компонентов в состав битумной эмульсии могут включаться различные растворители, разжижители, полимеры, а также модифицирующие добавки.

Модифицированная битумная эмульсия — битумная эмульсия приготовленная на модифицированном битуме или в состав которой входят модифицирующие добавки (латекс, полиэтилен, эпоксидная смола, синтетический каучук, синтетическая смола и др.).
Модификация битумной эмульсии может осуществляться двумя путями:
1. Путем введения модифицирующей добавки в водную фазу эмульсии или непосредственно в эмульсию в процессе ее приготовления.
2. Путем эмульгирования модифицированного битума.

Технология производства эмульгированного битума

Производство битумной эмульсии как правило, осуществляется на эмульсионной установке, хотя существуют и другие диспергирующие устройства. Эмульсионные установки могут быть периодического (порционного) или непрерывного действия. Установка периодического действия допускает определенный контроль и управление процессом производства эмульсии со стороны оператора. В установке непрерывного действия все процессы (нагревание воды, дозировка материалов…) осуществляется в полуавтоматическом или автоматическом режиме.

Главным рабочим органом эмульсионной установки является коллоидная мельница. Именно с ее помощью происходит диспергирование битума в воду и последующее смешивание всех компонентов эмульсии. Перед диспергированием битум нагревается до 100–160 °С, водная фаза нагревается до 30–70 °С (для растворения эмульгатора и для достижения нужной температуры эмульгирования после перемешивания с битумом).

Срок хранения готовой эмульсии от 1 до 2 месяцев (в зависимости от типа и марки битумной эмульсии). Хранится она в вертикальных цилиндрических емкостях при температуре воздуха не ниже 5 °С. Транспортировка готовых битумных эмульсий может осуществляться с помощью автогудронаторов, битумовозов, железнодорожных цистерн или автоцистерн, а также в металлических бочках.

Классификация битумных эмульсий

После смешивания с минеральным материалом (при приготовлении смесей для асфальтирования) или после нанесения битумной эмульсии на какую-либо поверхность (при подгрунтовке покрытия и поверхностной обработке), она должна превратиться в сплошную битумную пленку для того, чтобы выполнять свою функцию в качестве вяжущего или в качестве защитного покрытия. Такой процесс преобразования называется распадом.

Распад битумной эмульсии — отделение битума от воды с образованием непрерывной битумной пленки. Может происходит в результате испарения воды (в случае с анионной эмульсией) или за счет химического взаимодействия с минеральным материалом (в случае с катионной эмульсией).

Скорость распада битумной эмульсии — время в течении которого битум отделяется от воды и образует сплошную пленку. Скорость распада зависит от компонентного состава эмульсии, размера частиц битума, реакционной способности эмульсии, температуры воздуха и влажности, а также других параметров.

В зависимости от скорости распада эмульсии бывают:

Быстрораспадающиеся
Среднераспадающиеся
Медленнораспадающиеся

В зависимости от применяемого эмульгатора

Анионные (ЭБА — эмульсия битумная анионная). В качестве эмульгатора используется анионактивный ПАВ (поверхностно-активное вещество). В зависимости от скорости распада анионные эмульсии делятся на:
- ЭБА-1 — быстрораспадающаяся анионная битумная эмульсия.
- ЭБА-2 — среднераспадающаяся.
- ЭБА-3 — медленнораспадающаяся.
Катионные (ЭБК — эмульсия битумная катионная). В качестве эмульгатора используется катионактивный ПАВ. В зависимости от скорости распада катионные битумные эмульсии делятся на:
- ЭБК-1 — быстрораспадающаяся катионная битумная эмульсия (применяется для поверхностной обработки и подгрунтовки поверхности путем розлива или набрызга).
- ЭБК-2 — среднераспадающаяся (применяется для герметизации дорожных покрытий и подгрунтовки перед асфальтированием, используется для приготовления холодных складируемых асфальтобетонных смесей и холодной регенерированной асфальтобетонной смеси).
- ЭБК-3 — медленнораспадающаяся (применяется для герметизации дорожных покрытий и подгрунтовки перед укладкой асфальта, а также для приготовления литых эмульсионно-минеральных смесей).

Для повышения эксплуатационных показателей битумной эмульсии ее приготовление может осуществляться не на обычных нефтяных битумах, а на полимерно-битумном вяжущем (ПБВ). В этом случае полученная эмульсия имеет следующую маркировку:

ЭБПА — эмульсия битумная полимерная анионная. В зависимости от скорости распада:
- ЭБПА-1 — быстрораспадающаяся битумная полимерная анионная эмульсия.
- ЭБПА-2 — среднераспадающаяся.
- ЭБПА-3 — медленнораспадающаяся.
ЭБПК — эмульсия битумная полимерная катионная. В зависимости от скорости распада:
- ЭБПК-1 — быстрораспадающаяся битумная полимерная катионная эмульсия.
- ЭБПК-2 — среднераспадающаяся.
- ЭБПК-3 — медленнораспадающаяся.

Анионные битумные эмульсии распадаются в процессе испарения воды и этот процесс в значительной мере зависит от погодных условий (температуры и влажности воздуха), что усложняет его применением в дорожном строительстве. В силу этих причин, в подавляющем большинстве случаев в дорожно-строительной отрасли предпочтение отдается именно катионным битумным эмульсиям (ЭБК) процесс распада которых определяется характеристиками минерального материала (щебня, гравия, песка, минерального порошка) с которыми данная эмульсия взаимодействует. Катионная эмульсия позволяет более точно прогнозировать скорость распада, что является важным фактором при производстве работ.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Катионная битумная эмульсия

Катионные битумные эмульсии стабильны в кислой среде, анионные – в щелочной. Преимущество катион-ных эмульсий состоит в том, что они обладают хорошей сцепляемостью с сильно – увлажненными каменными материалами любого типа. [1]

Катионные битумные эмульсии стабильны в кислой среде, анионные – в щелочной. Преимущество катионных эмульсий состоит в том, что они обладают хорошей сцепляемостью с сильно увлажненными каменными материалами любого типа. [2]

Применение катионных битумных эмульсий для строительства слоев износа с шероховатой поверхностью. [3]

Поскольку у большинства заполнителей, используемых в дорожном строительстве, преобладающая часть отрицательных зарядов находится на поверхности, катионные битумные эмульсии являются обычно более подходящими для применения, чем анионные. Положительные заряды на каплях катионной эмульсии притягиваются к отрицательным зарядам на поверхности заполнителя, в то время как имеется лишь очень ограниченное количество положительных зарядов, которые могут притянуть к себе отрицательно заряженные битумные капли анионной эмульсии. [4]

Существует несколько способов устройства поверхностной обработки, из которых наиболее прогрессивным и популярным является строительство шероховатого слоя износа с использованием катионных битумных эмульсий и фракционированного щебня. [5]

Поэтому образующаяся в результате взаимодействия с кислыми минеральными материалами пленка вяжущего, устойчивая к отслаивающему действию воды, значительно тоньше и не обеспечивает когезионной связи поверхности зерен с массой битума. Катионные битумные эмульсии снимают эту проблему, т.к. в них элементы дисперсной фазы – капельки битума – заряжены положительно и притягиваются к отрицательным центрам на поверхности минерала. Кроме того, присутствующие в дисперсионной среде таких эмульсий свободных ионов эмульгатора приводит к гидрофобизации обрабатываемой поверхности. [6]

Применение битумных эмульсий значительно упрощает технологию ремонта и позволяет проводить работы как ранней весной, так и поздней осенью при температуре воздуха не ниже 5 С. При использовании эмульсий появляется возможность использования влажных материалов, т.к. и в этом случае катионные битумные эмульсии обеспечивают быстрое формирование пленки вяжущего, высокую адгезию пленки к поверхности большинства заполнителей и, в целом, хорошее качество ремонтных работ. [7]

Сцепление битума с минералами кислой природы ( гранитный щебень, песок речной и морской) неудовлетворительное137, так как поверхность материала удерживает количество битума, недостаточное для обеспечения надежного сцепления зерен минерала между собой, т.е. битум в этом случае не выполняет функцию связующего материала. Это требует разработки специальных способов корректировки адгезионных свойств нефтяных битумов, к которым можно отнести, прежде всего, введение адгезионных присадок в битумы и использование в качестве вяжущего катионных битумных эмульсий . [8]

Эмульсии битума и дегтя являются подобно латексам водными дисперсиями. Как и следовало ожидать, эти две эмульсии могут легко смешиваться в одну при правильном выборе системы ее стабилизации. В противном случае получают исключительно плохие результаты, например, если к катионной битумной эмульсии добавляют обычный анионный латекс. Трудно также получить стойкий продукт, если смешивать латексы с битумными эмульсиями, стабилизованными каолином. [9]

Приготовленная эмульсия распыляется на поверхность каменного материала через стандартный маточник с форсунками, установленный на отечественных автогудронаторах. В этом маточнике необходимо предусмотреть отдельный подвод подщелоченного до рН 8 – 10 водного состава. Концентрация щелочи в воде устанавливается в зависимости от требуемой скорости распада и составляет 0.1 – 1.0 % масс. Процесс заключается в одновременном нанесении катионной битумной эмульсии и водного состава, при контакте с которым эмульсия разрушается на обрабатываемой поверхности с установленной скоростью. Подбор состава эмульсии и подщелоченной воды каждый раз осуществляется в лабораторных условиях на модельных смесях материалов для каждого конкретного случая. В этом методе также важно не допускать резкого распада эмульсии, т.к. во многих случаях это исключает возможность некоторого проникновения эмульсии вглубь обрабатываемой поверхности для образования когезионно прочной связи вяжущего с заполнителем. В случае классических катионных эмульсий требуется несколько большее время для полного выделения воды, а при использовании безводных распыляемых вяжущих и, особенно, разжиженных нефтяными фракциями битумов, требуются недели для формирования слоя и испарения разжижителей и пластификаторов. [10]

Приведенный здесь обзор ни в коей мере не претендует на полноту охвата широкого спектра новейших разработок в области разработки компонентного состава битумных эмульсий. С сожалением можно констатировать, что разработке катионоактивных эмульгаторов в нашей стране вплоть до последнего времени внимания практически не уделялось. Это привело к тому, что в настоящее время практически все ( более 95 %) катионные битумные эмульсии , производимые в России, имеют в своем составе импортные, а не отечественные поверхностно-активные продукты. [11]

Битумная эмульсия: виды, характеристики, применение

Битумная эмульсия – это эмульгированный жидкий битум, получаемый путем смешивания битума и водного раствора эмульгатора. Смесь однородная, с консистенцией молока, обладает хорошими клеящими свойствами. Базовый цвет – коричневый, оттенки – от светлых до темных. Низкая вязкость эмульсий позволяет осуществлять обработку каменных материалов без прогрева. Кроме того, уровень выбросов вредных веществ в атмосферу значительно ниже, по сравнению с применением горячих битумов. Характеристики эмульгированных битумов регламентирует ГОСТ Р 52128-2003.

Состав эмульсионного материала

В строительстве используются битумные эмульсии, в состав которых входят:

Битум – 30-70% от общей массы. Наиболее популярны смеси, содержащие 50-55% битума. Для приготовления эмульсий обычно используется нефтяной дорожный битум марок БНД 90/130, БНД 130/200. Для получения высококачественной смеси применяют полимерно-битумное вяжущее, которое обладает лучшими эксплуатационными свойствами, по сравнению с традиционным битумом.
Вода. Ее массовая доля составляет 15-70%.
Эмульгатор (0,15-3%). Его функции выполняют поверхностно-активные вещества, которые растворяются в обеих фазах (воде и вяжущем) или только в одной из них. Они могут быть анионактивными или катионактивными. Редко вместо ПАВ используются мелкодисперсные минеральные порошки – цемент, глины, сажа, карбонаты, оксиды.
Стабилизатор. Массовая доля – 0,05%-0,5%. Востребован только в эмульсиях с катионактивными ПАВ. Для этой цели применяются: водный раствор хлорида кальция или других водорастворимых солей, кислоты (ортофосфорная, соляная, уксусная).
Дополнительные компоненты. Это могут быть растворители, полимеры, разжижители, модифицирующие добавки. Модифицированная битумная эмульсия готовится на модифицированном или обычном битуме. В продукт на обычном битуме вводят латекс, эпоксидную смолу, полиэтилен, синтетическую смолу или каучук.

Размер частиц, входящих в состав смеси, обычно не более 1,5 мкм.

Характеристики битумной эмульсии

Для правильного расчета требуемого количества материала необходимо знать его плотность и примерный расход в разных эксплуатационных условиях. Удельный вес (плотность) битумной эмульсии составляет в среднем 1,05 г/см 3 (1050 кг/м 3 ), это означает, что в 1 л содержится 1,05 кг материала.

Примерный расход битумной эмульсии на 1 м 2 покрытия из асфальта:

При устройстве основания на пропитку 1 см толщины понадобится примерно 1 л/м 2 материала.
Для финишного асфальтного покрытия – 0,3-0,4 л/м 2 .
Для цементобетонного основания – 0,3-0,4 л/м 2 .
Для щебневого основания – 0,5-0,9 л/м 2 .

Свойства битумной эмульсии, обеспечивающие ее преимущество, по сравнению с обычным битумом:

Низкая вязкость, благодаря которой материал проникает даже в мельчайшие поры базового слоя.
Высокая адгезия к основанию.
Возможность проведения дорожно-строительных работ при высокой относительной влажности воздуха и низких температурах.
Высокая точность дозирования и распределение материала тонким слоем по основанию
Экономия энергоносителей, необходимых для разогрева материала перед его использованием.
Соответствие экологическим стандартам и безвредность для здоровья человека, благодаря минимальному количеству вредных выбросов в атмосферу. Эмульсия относится к малоопасным веществам и по уровню воздействия на организм она соответствует 4 классу опасности по ГОСТу 12.1.007.
Высокая пожаробезопасность.

Виды битумных эмульсий

По типу основы эти материалы разделяются на следующие группы:

Прямые. Основа – вода. В ней растворяются битумы, гудроны, масла. Такие составы хорошо разбавляются мягкой водой. Имеют высокую электропроводность.
Обратные. Основа – органические вещества, вода используется в капельном виде. Электрический ток проводят плохо.

Классификация битумных эмульсий по индексу заряда:

Быстрораспадающаяся. Материал распадается сразу после соприкосновения с каменной поверхностью.
Среднераспадающаяся. Смесь распадается после смешивания с каменными фракциями.
Медленнораспадающаяся. Эти сверхстабильные смеси разлагаются только после соприкосновения с каменными материалами большой площади.

Материалы по составу эмульгатора – анионные, катионные, неионные. Анионные составы содержат отрицательно заряженные частицы. Такие смеси использовать сложно, поскольку наполнители также имеют отрицательно заряженные ионы. Наиболее эффективными являются катионные битумные гидроизоляционные материалы, хорошо совместимые с большинством наполнителей.

Применение битумных эмульсий в дорожных и гидроизоляционных работах

Эти материалы применяются для следующего:

поверхностная проливка покрытий автодорог;
подгрунтовка – необходима для улучшения адгезии слоев;
обработка каменных сыпучих веществ различных фракций;
заливка тонких защитных слоев при использовании литого асфальтобетона;
производство холодных асфальтобетонных смесей;
ямочный ремонт различными технологиями – пропиткой, струйно-инъекционным методом;
изготовление холодных смесей для ямочного ремонта дорог;
профилактические мероприятия по продлению эксплуатационного срока автодорог – проливка мелких трещин, гидроизоляция пористых слоев;
гидроизоляция поверхностей зданий и сооружений;
сооружение и ремонт мягких кровель.

Битумная эмульсия востребована при сооружении не только асфальтобетонных, но и цементобетонных дорог. Добавка эмульгированного битума в цементобетон повышает его влагостойкость, морозостойкость и устойчивость к появлению трещин.

Рейтинг

( Пока оценок нет )

Добавить комментарий