13. Битумная эмульсия.

Битумная эмульсия – это дисперсные системы, в которых одна жидкость (фаза) в виде мельчайших капель размером 0,1 мкм диспергирована (раздроблена в другой жидкости (среде), не смешиваясь с ней. Дорожные битумные эмульсии представляют собой жидкость темно-коричневого цвета. Битумы (дегти ) не растворяются в полярной водной среде, поэтому они могут создавать дисперсную систему – эмульсию. Образование и устойчивость эмульсии достигается путем введения в нее эмульгаторов – ПАВ или тонкодисперсных веществ. Эмульгаторы препятствуют слипанию капелек вяжущего в воде.

Органический эмульгатор (ПАВ) на поверхности битумной частички своей полярной частью ориентируется к водной среде, а радикалом к битуму. Происходит понижение поверхностного натяжения на границе раздела битум – вода. Одноименные заряды на поверхности частичек битума отталкиваются друг от друга, создавая условия препятствия их слипания и устойчивости эмульсии. Минеральный эмульгатор выполняет ту же роль, создавая на поверхности капель битума защитные оболочки.

Для изготовления дорожных эмульсий применяют главным образом органические эмульгаторы или твердые минеральные порошкообразные вещества.

По химической природе ПАВ, применяемого в качестве эмульгатора, битумные и битумно-полимерные эмульсии подразделяют на виды:

анионные – ЭБА, ЭБПА;

катионные – ЭБК, ЭБПК

Анионоактивные эмульсии (щелочные) изготавливаются с применением следующих эмульгаторов:

• щелочные соли нафтеновых кислот;

• смоляных органических кислот;

• ССБ (сульфитно-спиртовая барда) и др.

Эти соединения содержаться в некоторых отходах лесохимической и топливной промышленности.

В качестве эмульгаторов для катионоактивных эмульсии (кислые) используют:

• тонкоизмельченные порошки (глина, цемент, сажа, уголь);

• водорастворимые - катионовые мыла (производные четвертично замещенного аммония, соли аминов).

Содержание водорастворимых эмульгаторов не превышает 3 %, твердых 5-15 %.

В зависимости от свойств и содержания эмульгатора, а также количества битума можно получать эмульсии двух типов:

- прямые, когда капли битума диспергированны в воде;

- обратные, когда вода диспергированна в битуме.

В дорожном строительстве применяют главным образом прямые (катионоактивные) эмульсии.

Производство битумных эмульсий осуществляться на установках непрерывного или периодического действия (рис.1-2.).

Рис.1. Принципиальная схема установки периодического действия

Рис.2. Принципиальная схема установки непрерывного действия

В соответствии с технологическими условиями применения дорожных эмульсий к ним применяются следующие требования в соответствии с ГОСТ Р 52128-2003 «Эмульсии битумные дорожные. Технические условия»:

1.Скорость распада – нарушение равновесия дисперсной системы при взаимодействии эмульсии с каменным материалом за счет адсорбции эмульгатора, испарения и поглощения воды. Скорость распада эмульсии можно регулировать путем введения соответствующих добавок. Скорость распада определяют при смешении ее минеральными материалами

По устойчивости при перемешивании с минеральными материалами эмульсии подразделяют на классы:

1 - быстрораспадающиеся (анионные: ЭБА-1, ЭБПА-1; катионные: ЭБК-1 и ЭБПК-1);

2 - среднераспадающиеся (анионные: ЭБА-2, ЭБПА-2; катионные: ЭБК-2 и ЭБПК-2);

3 - медленнораспадающиеся (анионные: ЭБА-3, ЭБПА-3; катионные: ЭБК-3 и ЭБПК-3).

2. Вязкость эмульсии выбирают в зависимости от условий и способа обработки минеральных материалов. Условную вязкость определяют на вискозиметре типа ВУ со сточным отверстием 3 мм при температуре 202 ^оС. Сущность метода заключается в определении времени истечения 50 мл эмульсии из вискозиметра через сточное отверстие.

3.Содержание битума с эмульгатором характеризует концентрацию эмульсии и определяется в процентах как отношение массы битума с эмульгатором к массе битума. Сущность метода заключается в определении массовой доли вяжущего с эмульгатором после выпаривания из эмульсии воды.

4. Однородность эмульсии определяют процеживанием ее навески через сито № 014. Однородность устанавливают в процентах, как отношение остатка на сите к навеске эмульсии.

5. Устойчивость эмульсии при хранении. Сущность метода заключается в определении остатка на сите с сеткой N 014 после процеживания через него эмульсии, хранившейся при комнатной температуре в течение 7 и 30 сут.

6. Устойчивость при транспортировании. Сущность метода заключается в оценке способности эмульсии не распадаться на воду и вяжущее после испытания ее встряхиванием в специальном приборе в течение 2 ч.

7. Физико-механические свойства остатка битума после испарения воды из эмульгатора.

Требования к эмульсиям представлены в таблицах

Таблица 1 - Требования к анионным эмульсиям

Наименование показателя	Значение для эмульсии класса
	ЭБА-1	ЭБА-2	ЭБА-3	ЭБПА-1	ЭБПА-2	ЭБПА-3
Устойчивость при перемешивании со смесями минеральных материалов:
пористого зернового состава	Не смешивается	Смешивается	Смешивается	Не смешивается	Смешивается	Смеши- вается
плотного зернового состава	То же	Не смешивается	"	То же	Не смешивается	"
Содержание вяжущего с эмульгатором, % по массе	От 40 до 55	От 50 до 55	От 50 до 55	От 50 до 65	От 55 до 60	От 55 до 60
Условная вязкость при 20 °С, с	От 8 до 15	От 10 до 15	От 10 до 15	От 10 до 40	От 15 до 25	От 15 до 25
Сцепление с минеральными материалами, балл, не менее	4	4	3	4	4	3
Остаток на сите с сеткой N 014, % по массе, не более	0,5	0,5	0,5	0,6	0,6	0,6
Устойчивость при хранении (остаток на сите с сеткой N 014), % по массе, не более:
через 7 сут	0,6	0,6	0,6	0,8	0,8	0,8
через 30 сут	1,0	1,0	1,0	1,2	1,2	1,2
Устойчивость при транспортировании	Эмульсии не должны распадаться на воду и вяжущее
Физико-механические свойства остатка после испарения воды из эмульсии:
глубина проникания иглы, 0,1 мм, не менее:
при 25 °С	60	90	90	60	90	90
при 0 °С	20	28	28	32	40	40
температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже	47	43	43	54	51	51
растяжимость, см, не менее:
при 25 °С	55	65	65	25	30	30
при 0 °С	3,5	4	4	11	15	15
эластичность при 25 °С, %, не менее	Не нормируется			40	40	40

Таблица 2 - Требования к катионным эмульсиям

Наименование показателя	Значение для эмульсии класса
	ЭБК-1	ЭБК-2	ЭБК-3	ЭБПК-1	ЭБПК-2	ЭБПК-3
Устойчивость при перемешивании со смесями минеральных материалов:
пористого зернового состава	Не смешивается	Смешивается	Смешивается	Не смешивается	Смешивается	Смеши- вается
плотного зернового состава	То же	Не смешивается	"	То же	Не смешивается	"
Содержание вяжущего с эмульгатором, % по массе	От 50 до 70	От 50 до 60	От 55 до 60	От 55 до 70	От 55 до 65	От 55 до 60
Условная вязкость при 20 °С, с	От 10 до 65	От 10 до 25	От 15 до 25	От 15 до 65	От 15 до 40	От 15 до 25
Сцепление с минеральными материалами, балл, не менее	5	5	4	5	5	4
Остаток на сите N 014, % по массе, не более	0,25	0,25	0,25	0,3	0,3	0,3
Устойчивость при хранении (остаток на сите с сеткой N 014), % по массе, не более:
через 7 сут	0,3	0,3	0,3	0,5	0,5	0,5
через 30 сут	0,5	0,5	0,5	0,8	0,8	0,8
Устойчивость при транспортировании	Эмульсии не должны распадаться на воду и вяжущее
Физико-механические свойства остатка после испарения воды из эмульсии:
глубина проникания иглы, 0,1 мм, не менее:
при 25 °С	60	90	90	60	90	90
при 0 °С	20	28	28	32	40	40
температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже	47	43	43	54	51	51
растяжимость, см, не менее:
при 25 °С	55	65	65	25	30	30
при 0 °С	3,5	4,0	4,0	11	15	15
эластичность при 25 °С, %, не менее	Не нормируется			80	85	85