Битумные эмульсии в дорожном строительстве (стр. 2 )

Кроме условий эмульгирования на качество эмульсий влияют следующие факторы.

- Свойства водной фазы, определяемые ее рН и природой эмульгатора.

- Природа и количество вяжущего, т. е. количество битума, которое необходимо заэмульгировать, как было показано выше, изменяет вязкость системы и, следовательно, определяет режим процесса эмульгирования, выбор типа и мощности установки для получения эмульсии. Влиянию природы битума за рубежом обычно не уделяют большого внимания, так как там часто вяжущее получают из ограниченного количества источников (НПЗ). Для России же этот вопрос очень важен из-за большого количества разнообразного нефтяного сырья и процессов получения из него нефтяного битума. Кроме того, часто на НПЗ смешивают битумы, получаемые из разных источников в неизвестных пропорциях, что затрудняет выбор типа эмульгатора и режима его эмульгирования. В то же время за рубежом большое внимание уделяют эмульгированию битумов, содержащих пластификаторы или разжижители, в основном каменноугольные и нефтяные масла, и полимерные добавки.

- Вязкость вяжущего и самой эмульсии. Влияние этого параметра на процесс эмульгирования было показано выше. Большое значение приобретает учет этого параметра вследствие все большего распространения и применения для получения эмульсий модифицированных битумов, имеющих, как правило, более высокую вязкость, чем обычные нефтяные.

- Механизм и скорость распада эмульсии. Механизм распада зависит, прежде всего, от природы, дисперсности и влажности минерального материала, с которыми взаимодействует эмульсия. Оптимальная скорость распада определяется принятой технологией производства работ и зависит от ряда факторов – рН эмульсии, вязкости заэмульгированного битума и т. д. Недавно на рынке появились эмульсии с контролируемым распадом, которые начинают распадаться в заданное время и обеспечивают необходимую для производства скорость распада. При этом уменьшается время формирования материала на основе эмульсий (эмульсионно-минеральных смесей – ЭМС) и улучшаются свойства вяжущего после распада эмульсии. Подробнее механизм распада будет описан в разделе 5.

2.3. Классификация битумных эмульсий

Дорожные эмульсии классифицируются по нескольким признакам.

1. В зависимости от природы жидкости в составе фаз эмульсий:

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

· обратного типа – эмульсии воды в масле (В/М), когда вода (ДФ) диспергирована в битуме (ДС); в иностранной литературе такие эмульсии часто называют «инвертными».

Следует отметить, что в процессе приготовления могут образоваться оба типа эмульсий одновременно, особенно в случае применения эмульгаторов двойного действия. Какого типа получится эмульсия в итоге, будет зависеть от природы битума, рН водной среды и соотношения объема фаз [11, 15].

Если эмульгатор резко гидрофилен или очень олеофилен, т. е. практически растворим только в одной из фаз, образующих эмульсию, 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 [11, 15].

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

В настоящее время в дорожном строительстве используют только первые два типа. Высококонцентрированные эмульсии, применявшиеся короткое время в 60-х годах 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.

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

- анионные;

- катионные;

- с эмульгаторами двойного действия (амфотерные);

- неионогенные;

- эмульсии на твердых эмульгаторах.

В российских стандартах [16, 17] эмульсии подразделяют только на анионные и катионные (обозначены, соответственно, А и К), а в новом ГОСТ Р [16] введено также деление эмульсий в зависимости от применения полимерных материалов, причем независимо от способа введения полимера в битум – непосредственное эмульгирование такого полимербитума или введение его в уже приготовленную эмульсию (обозначено П).

Эмульсии обратного типа в зависимости от природы эмульгатора обычно не подразделялись, но в настоящее время, когда появилась возможность его выбора, автор данного обзора считает целесообразным предложить деление их на:

- 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.

4. В дорожной практике наиболее распространены эмульсии прямого типа, прежде всего анионного и катионного класса. 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);

- среднераспадающиеся (МS);

- медленнораспадающиеся (SS);

- сверхстабильные (QS).

Для удобства пользования классификацией была разработана специальная система символов для обозначения эмульсии, что облегчает задачу пользователям при выборе необходимого типа и марки битумной эмульсии (ASTM Д977, ASTM Д2397, AASHTO М140, AASHTO М208) [13].

Прежде всего тип эмульсии обозначают по скорости распада, например быстрораспадающаяся эмульсия – RS, далее перед типом эмульсии либо ставится буква С, что обозначает катионную эмульсию, либо не ставится ничего, что означает анионную эмульсию:

RS – эмульсия быстрораспадающаяся анионная;

CRS – эмульсия быстрораспадающаяся катионная.

Затем обозначается вязкость получаемой эмульсии в относительной шкале: 1 или 2. Цифра 1 указывает, что эмульсия более вязкая, чем с индексом 2. Для некоторых марок эмульсий в обозначении появляются буквы h или s, показывающие, что для приготовления эмульсии использованы «твердый» (h) или «мягкий» (s) битумы.

Для некоторых марок анионных эмульсий впереди может стоять HF, что обозначает добавление в эмульсию специальных реагентов, придающих ей свойство высокой флотации, т. е. эмульсия создает толстую битумную пленку на минеральном материале.

Так, например, эмульсия, обозначенная как HFMS-2h, будет расшифровываться как анионная среднераспадающаяся эмульсия на основе «твердого» битума с невысокой вязкостью и добавкой специальных флотационных реагентов; а эмульсия CSS-1s – как катионная медленнораспадающаяся эмульсия с высокой вязкостью, приготовленная на основе «мягкого» битума, т. е. битума с разжижителем.

Следует отметить, что эмульсии, классифицируемые как сверхстабильные (QS), в России не используются, хотя смеси типа Сларри Сил, для которых они были специально разработаны, находят применение на территории нашей страны. К сверхстабильным эмульсиям можно отнести эмульсии на твердых эмульгаторах – пасты.

Расширение области использования модифицированных полимером битумов нашло отражение и в обозначении эмульсий, полученных на основе таких битумов, путем добавления в конце обозначения марки эмульсии буквы Р, например HFRS-2sP, расшифровывается как анионная быстрораспадающаяся с высокой флотацией эмульсия невысокой вязкости, приготовленная на основе разжиженного полимербитума.

В России [16, 17] 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);

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 (битумно-полимерная). В этом случае остается сомнение, использовано ли битумно-полимерное вяжущее для эмульгирования или полимер добавлен в готовую эмульсию [16]. Финский стандарт вообще не предполагает классификацию эмульсий, а предъявляет требования к эмульсии, предназначенной для конкретных дорожных работ, например BE-SIP – это эмульсия для поверхностных обработок [18].

2.4. Общие требования к битумным эмульсиям

2.4.1. Прямые концентрированные эмульсии

Как видно из табл. 1, набор требований к свойствам битумных эмульсий в разных странах несколько различается. Так, морозостойкость эмульсий определяют только Германия и Великобритания, а устойчивость при транспортировании – Россия, видимо из-за состояния дорог, по которым приходится доставлять готовую эмульсию от места приготовления до места укладки. Однородность эмульсии по размеру частиц битума не нормируется в Великобритании и Финляндии, а свойства битума, выделенного из эмульсии, – во Франции и Великобритании, очевидно по причине высокого качества применяемого для изготовления эмульсий битумного вяжущего.

Таблица 1

Сравнение набора требований к свойствам битумных эмульсий в различных странах

Примечание. Знак «+» обозначает, что в данной стране существуют требования, знак «-» – не существуют.

В табл. 2 даны основные требования к битумным эмульсиям, предъявляемые в России (ГОСТ ) и в двух, отличающихся своим подходом к оценке качества эмульсий, странах – США и Франции. Остальные страны в той или иной мере используют эти два варианта в своих нормативах.

______________

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10