Бітумна емульсія

Загальні відомості про бітумної емульсії

Бітумна емульсія (емульгований рідкий бітум) - штучний будівельний матеріал отримується шляхом змішування в спеціальних установках водного розчину емульгатора і нафтового бітуму. Являє собою однорідну текучу (з консистенцією молока) рідина коричневого або темно-коричневого кольору.

Емульсія - це дисперсія (т. Е. Рівномірний розподіл) дрібних крапель однієї рідини в іншій. Краплі розсіюється рідини зазвичай мають діаметр від 1 до 100 мкм (0,001-0,01 мм). Особливість полягає в тому, що при звичайних умовах такі рідини один з одним не змішуються (наприклад, масло і вода). Безпосередньо в процесі перемішування ці речовини можуть утворювати емульсію, однак після того, як перемішування припиниться, емульсія швидко втратить стабільність і розділиться (дрібні краплі однієї рідини притягнуться один до одного і з часом утворюють суцільну плівку).
Для того, щоб перешкодити процесу відділення одного речовини від іншого (надати емульсії стабільність), застосовуються емульгатори (речовини уповільнюють поділ бітуму і води).

Відмінність бітумної емульсії від інших видів бітуму

Різні види бітуму широко застосовуються в дорожньо-будівельної галузі в якості в'яжучого матеріалу при виробництві різних типів сумішей використовуваних для асфальтування дорожніх покриттів. ремонту доріг, поверхневої обробки дорожніх підстав і покриттів. У звичайних умовах (при температурі повітря від 20 до 30 ° С) бітум є твердий або сильно в'язкий матеріал непридатний для будь-якого застосування. Для того, щоб його можна було використовувати він повинен бути перетворений у рідкий стан, що може бути досягнуто 3 способами:

Нагріванням до 100-200 ° С, поки бітум не набуде достатньо рідку форму, зручну для перемішування з мінеральними матеріалами (при приготуванні асфальтобетонних сумішей) або для нанесення в чистому вигляді на дорожню поверхню (при підгрунтовці підстав і асфальтіруемих покриттів). Асфальтобетонні суміші приготовані на гарячому бітумі, як правило, зберігаються, транспортуються і застосовуються в гарячому вигляді (винятком є холодні складовані бітумомінеральним суміші, які готують з нагріванням, а зберігають і укладають в холодному вигляді).
Розрідженням за допомогою продуктів нефтеперегонки. В'язкий бітум змішується з нафтовими розчинниками (гасом, нафтою, дизпаливом, лігроїном, бензином і ін.) Набуваючи таким чином рідку форму.
Емульгуванням за допомогою водного розчину емульгатора. В результаті емульгування бітуму виходить бітумна емульсія, яка навіть при звичайній температурі (20-30 ° С) зберігає рідку текучу форму.

Основними перевагами бітумної емульсії перед гарячим і розрідженим бітумом є:

Економічність. При виробництві бітумної емульсії витрачається на 40-50% менше електроенергії, ніж при приготуванні гарячого бітуму вимагає нагрівання. Крім того, бітумна емульсія може зберігатися в рідкій формі тривалий час без підігрівання, що також економить електроенергію.
Технологічність. На відміну від гарячого і розрідженого бітуму, емульгований бітум може використовуватися з холодними і вологими мінеральними матеріалами.
Екологічність. Бітумна емульсія ні при приготуванні, ні при використанні не виділяє в атмосферу такого обсягу шкідливих речовин як гарячий і розріджений бітум, будучи також пожежо- та вибухобезпечної.

При асфальтування доріг із застосуванням гарячих і теплих асфальтобетонних сумішей які приготовлені на гарячому бітумі (щебенево-мастичні суміші, гарячі ущільнювані або литі суміші), дорожнє покриття твердне і набирає міцність у міру охолодження покладеної суміші.

Асфальтоване покриття влаштоване за допомогою асфальтобетонних сумішей приготованих на розрідженому бітумі (холодні органомінеральні суміші), набирає міцність не в процесі охолодження, а за рахунок випаровування легких вуглеводневих фракцій містяться в розчиннику.

Асфальтобетонні та інші дорожньо-будівельні суміші приготовані на емульгованому бітумі (литі емульсійно-мінеральні суміші, сларрі-сіл, Мікросюрфейсінг, холодний асфальт і асфальтогранулобетон) набирають міцність в процесі розпаду емульсії на бітум і воду (реакція розпаду ініціюється за рахунок хімічної взаємодії емульгатора з мінеральним матеріалом).

Призначення і область застосування бітумної емульсії

Призначення бітумної емульсії обумовлено її властивостями. Вона легко наноситься на різні поверхні (в тому числі і вертикальні) проникаючи завдяки невисокій в'язкості в пори матеріалів, також вона добре поєднується з мінеральними матеріалами (щебінь, гравій, пісок, мінеральний порошок) міцно пов'язуючи їх між собою. Таким чином емульгований нафтовий бітум виконує 2 основні функції:

В'язка функція - полягає в використанні емульсії для зв'язування мінеральних матеріалів (щебінь, гравій, пісок, мінеральний порошок) і їх часток між собою, що є необхідною умовою при виробництві Асфальтують сумішей (емульсійно-мінеральних, чернощебеночних, холодних і ін.).
Захисна функція - полягає в захисті матеріалів і поверхонь від впливу агресивних середовищ (води і водно-сольових розчинів).

Існує безліч сфер промисловості в яких може застосовуватися бітумна емульсія, однак основними її споживачами є цивільне будівництво (гідроізоляції фундаментів, стін і підлоги), гідротехнічна (гідроізоляція гідротехнічних і підземних споруд) і дорожньо-будівельна галузь.

Для дорожньо-будівельної галузі використання бітумної емульсії стало невід'ємною частиною, так як вона застосовується в безлічі технологій ямкового ремонту доріг, поверхневої обробки асфальтованих покриттів і створення шарів зносу, мембранних технологій, а також при приготуванні асфальтобетонних сумішей. Основні напрямки в яких застосовується емульгований бітум наступні:

Приготування дорожньо-будівельних сумішей для асфальтування, ремонту та відновлення доріг
- Емульсійно-мінеральні суміші для поверхневої обробки асфальтованих покриттів і створення захисних шарів зносу
- Холодні складовані органомінеральні суміші для ямкового ремонту доріг
- Холодні регенеровані асфальтобетонні суміші для холодного ресайклінгу
Поверхнева обробка дорожніх підстав і дорожніх покриттів
- Підгрунтовки дорожніх підстав і покриттів перед наступним асфальтуванням
- Поверхнева гідроізолююча обробка дорожніх покриттів
- обезпилювання доріг
- Закріплення рухомих пісків
- Зміцнення грунтів верхній частині земляного полотна
- Пристрій захисної мембрани
Ремонт асфальту і профілактичні роботи перешкоджають руйнуванню дороги
- Проливання дрібних тріщин в асфальтобетонне покриття
- Гідроізоляція пористих і застарілих асфальтобетонних покриттів
- Ямковий ремонт асфальту струменево-ін'єкційним методом (пневмонабризком)

Бітумна емульсія може використовуватися не тільки при будівництві асфальтобетонних дорожніх покриттів, але і при створенні цементобетонних доріг. Введення в цементобетонні суміш бітумної емульсії є одним із способів підвищення фізико-механічних властивостей цементобетона (водостійкості, морозо- і тріщиностійкості).

Типовий склад бітумної емульсії і технологія її виробництва

Бітумні емульсії застосовуються в дорожньо-будівельної галузі є, як правило, емульсіями прямого типу ( «масло у воді» - М / В), в яких бітум (від 30 до 70%) у вигляді найдрібніших частинок рівномірно розподілений у воді. У емульсіях зворотного типу ( «вода в маслі» - В / М), вода дисперговані в бітумі (масова частка якого становить від 70 до 80%).

Компонентний склад емульсованого бітуму

Типовий склад бітумної дорожньої емульсії включає 5 основних компонентів:

1. Бітум (масова частка в емульсії від 30 до 70%). У більшості випадків для приготування емульсованого бітуму застосовується в'язкий нафтовий дорожній бітум різних марок (БНД 90/130, БНД 130/200 і ін.). З метою підвищення фізико-механічних властивостей бітумної емульсії замість звичайного нафтового бітуму може використовуватися полімерно-бітумне в'яжуче (ПБЗ), яке має більш високі експлуатаційні та фізико-механічні показники в порівнянні зі звичайним бітумом.

2. Вода (масова частка в емульсії від 15 до 70%).

3. Емульгатор (масова частка в емульсії від 0,15 до 3%). Емульгатори - речовини, які можуть надавати бітумної емульсії стабільність (перешкоджати її розпаду). Як емульгатори використовуються поверхнево-активні речовини (ПАР) розчинні в обох фазах емульсії (воді і бітумі) або в одній з них (тільки в воді або тільки в бітумі). Найчастіше при виготовленні емульсованого бітуму застосовуються саме водорозчинні емульгатори, до яких відносяться так звані аніонактивні і катіонактівних ПАР. Залежно від того, який з цих двох типів ПАР застосовувався при приготуванні бітумної емульсії, вона буде називатися анионной (ЕБА - емульсія бітумна аніонна) або катіонної (Ебк - емульсія бітумна катіонна). У більш рідкісних випадках замість поверхнево-активних речовин можуть застосовуватися тверді високодисперсні мінеральні порошки (глини, окисли, карбонати, сульфати, цемент, сажа та ін.).

4. Стабілізатор (масова частка в емульсії від 0,05 до 0,5%). Як стабілізатор використовується водний розчин хлориду кальцію або інші розчинні солі (застосовується тільки в катіонних емульсіях).

5. Кислота (масова частка в емульсії від 0,5 до 3%). Цей компонент необхідний для підвищення стабільності емульсії. У більшості випадків застосовується соляна кислота (рідше оцтова або ортофосфорна).

В якості додаткових компонентів до складу бітумної емульсії можуть включатися різні розчинники, розріджувачі, полімери, а також добавки.

Модифікована бітумна емульсія - бітумна емульсія приготована на модифікованому бітумі або до складу якої входять добавки (латекс, поліетилен, епоксидна смола, синтетичний каучук, синтетична смола і ін.).
Модифікація бітумної емульсії може здійснюватися двома шляхами:
1. Шляхом введення модифікуючої добавки в водну фазу емульсії або безпосередньо в емульсію в процесі її приготування.
2. Шляхом емульгування модифікованого бітуму.

Технологія виробництва емульгованих бітуму

Виробництво бітумної емульсії як правило, здійснюється на емульсійної установки, хоча існують і інші диспергирующие пристрою. Емульсійні установки можуть бути періодичної (порційного) або безперервної дії. Установка періодичної дії допускає певний контроль і управління процесом виробництва емульсії з боку оператора. В установці безперервної дії всі процеси (нагрівання води, дозування матеріалів ...) здійснюється в напівавтоматичному або автоматичному режимі.

Головним робочим органом емульсійної установки є колоїдна млин. Саме з її допомогою відбувається розпорошення бітуму в воду і подальше змішування всіх компонентів емульсії. Перед диспергированием бітум нагрівається до 100-160 ° С, водна фаза нагрівається до 30-70 ° С (для розчинення емульгатора і для досягнення потрібної температури емульгування після перемішування з бітумом).

Термін зберігання готової емульсії від 1 до 2 місяців (в залежності від типу і марки бітумної емульсії). Зберігається вона в вертикальних циліндричних ємностях при температурі повітря не нижче 5 ° С. Транспортування готових бітумних емульсій може здійснюватися за допомогою автогудронаторів, бітумовозів, залізничних цистерн або автоцистерн, а також в металевих бочках.

Класифікація бітумних емульсій

Після змішування з мінеральним матеріалом (при приготуванні сумішей для асфальтування) або після нанесення бітумної емульсії на будь-яку поверхню (при підгрунтовці покриття і поверхневої обробки), вона повинна перетворитися на суцільну бітумну плівку для того, щоб виконувати свою функцію в якості в'яжучого або в як захисне покриття. Такий процес перетворення називається розпадом.

Розпад бітумної емульсії - відділення бітуму від води з утворенням безперервної бітумної плівки. Може відбувається в результаті випаровування води (у випадку з анионной емульсією) чи за рахунок хімічної взаємодії з мінеральним матеріалом (у випадку з катионной емульсією).

Швидкість розпаду бітумної емульсії - час протягом якого бітум відділяється від води і утворює суцільну плівку. Швидкість розпаду залежить від компонентного складу емульсії, розміру часток бітуму, реакційної здатності емульсії, температури повітря і вологості, а також інших параметрів.

Залежно від швидкості розпаду емульсії бувають:

бистрораспадающіхся
Среднераспадающіеся
Медленнораспадающіеся

Залежно від застосовуваного емульгатора

Аніонні (ЕБА - емульсія бітумна аніонна). Як емульгатора використовується аніоноактивні ПАР (поверхнево-активна речовина). Залежно від швидкості розпаду аніонні емульсії діляться на:
- ЕБА-1 - бистрораспадающіхся аніонна бітумна емульсія.
- ЕБА-2 - среднераспадающаяся.
- ЕБА-3 - медленнораспадающаяся.
Катіонні (Ебк - емульсія бітумна катіонна). Як емульгатора використовується катіонактівних ПАР. Залежно від швидкості розпаду катіонні бітумні емульсії діляться на:
- Ебк-1 - бистрораспадающіхся катионная бітумна емульсія (застосовується для поверхневої обробки та підгрунтовки поверхні шляхом розливу або набризку).
- Ебк-2 - среднераспадающаяся (застосовується для герметизації дорожніх покриттів і підгрунтовки перед асфальтуванням, використовується для приготування холодних складованих асфальтобетонних сумішей і холодної регенерованої асфальтобетонної суміші).
- Ебк-3 - медленнораспадающаяся (застосовується для герметизації дорожніх покриттів і підгрунтовки перед укладанням асфальту, а також для приготування литих емульсійно-мінеральних сумішей).

Для підвищення експлуатаційних показників бітумної емульсії її приготування може здійснюватися не на звичайних нафтових бітумах, а на полімерно-бітумному в'язкому (ПБЗ). У цьому випадку отримана емульсія має таке маркування:

ЕБПА - емульсія бітумна полімерна аніонна. Залежно від швидкості розпаду:
- ЕБПА-1 - бистрораспадающіхся бітумна полімерна аніонна емульсія.
- ЕБПА-2 - среднераспадающаяся.
- ЕБПА-3 - медленнораспадающаяся.
ЕБПК - емульсія бітумна полімерна катионная. Залежно від швидкості розпаду:
- ЕБПК-1 - бистрораспадающіхся бітумна полімерна катионная емульсія.
- ЕБПК-2 - среднераспадающаяся.
- ЕБПК-3 - медленнораспадающаяся.

Аніонні бітумні емульсії розпадаються в процесі випаровування води і цей процес значною мірою залежить від погодних умов (температури і вологості повітря), що ускладнює його застосуванням в дорожньому будівництві. В силу цих причин, в переважній більшості випадків у дорожньо-будівельної галузі перевага віддається саме катіонних бітумних емульсій (Ебк) процес розпаду яких визначається характеристиками мінерального матеріалу (щебеню, гравію, піску, мінерального порошку) з якими дана емульсія взаємодіє. Катіонна емульсія дозволяє більш точно прогнозувати швидкість розпаду, що є важливим фактором при виконанні робіт.