Битумная эмульсия

Битумная эмульсия это дисперсная система состоящая из двух не смешивающихся между собой жидкостей, из которых одна находится в другой в мелкораздробленном ( диспергированном) состоянии.

Состав статьи:

◊ Битумные эмульсии

◊ Приготовление битумных эмульсий
Эмульсиями называют дисперсные системы, в которых одна жидкость (фаза)в виде мельчайших капель размером 0.1 мкм диспергирована (раздроблена)в другой жидкости(среда), не смешивающейся с ней.

Дорожные битумные эмульсии представляют собой жидкость темно-коричневого цвета, получаемую путем диспергирования битума в водном растворе эмульгатора или щелочного вещества. Битумы и дегти, являющиеся неполярными веществами, не растворяются в полярной жидкости -воде.

Поэтому они могут смешиваться с водой только с образованием колоидной дисперсной системы -эмульсии. Образование и устойчивость эмульсии достигается путем введения в нее специальных эмульгаторов -поверхностно-активныхвеществ (ПАВ) или тонкодисперсных твердых порошков.

Поверхностно-активные вещества, молекулы которых состоят из полярной и неполярной частей, ориентируются на границе раздела битум или деготь-вода таким образом , что неполярной частью они обращены к битуму, а полярной к воде. В следствие такой ориентации поверхностно-активных веществ создается слой, который уравнивает разность полярностей битума (фазы) и воды (среды), снижает поверхностное натяжение на границе их раздела.

Вследствие диссоциации полярной группы поверхностно-активного вещества частица фазы приобретает электрический заряд (при анионоактивном эмульгаторе -отрицательный и катионоактивном-положительный). Одноименно заряженные частицы фазы отталкиваются, что препятствует их слипанию и обуславливает большую устойчивость эмульсии.

Твердые минеральные эмульгаторы выполняют ту же роль, что и органические. Они прилипают к поверхности диспергированных частиц битума или дегтя и образуют на границе раздела их с водой защитные оболочки , препятствующие соединению (рис-1).

Рисунок-1.Структура битумной эмульсии:

а-на органическом эмульгаторе;б-на порошкообразном эмульгаторе ;1-битумная капля(фаза0;2-вода (среда);3-органический эмульгатор;4-порошкообразный эмульгатор;

Эмульсии содержащие битума или дегтя более 60-70%,называют высококонцентрированными. Эмульсионными пастами называют вязкие высококонцентрированные эмульсии с применением твердых эмульгаторов. Эмульсионные пасты перед применением обычно разводят водой до получения требуемой вязкости.

Для изготовления дорожных эмульсий применяют главным образом водорастворимые органические эмульгаторы или твердые минеральные порошковые вещества. К числу водорастворимых эмульгаторов относятся поверхностно-активные анионоактивные и катионоактивные вещества. Эмульсии с анионоактивными эмульгаторами называют щелочными, с катионоактивными-кислыми.содержание водорастворимых эмульгаторов в эмульсии обычно не превышает 3%, твердых эмульгаторов -5-15% и зависит от дисперсности эмульсии.

В качестве анионоактивных эмульгаторов применяются мыла: щелочные соли нафтеновых, сульфонафтеновых , смоляных органических кислот, сульфитно-спиртовая барда и другие. Эти соединения содержатся в некоторых отходах лесохимической и топливной промышленности.

К катионактивным эмульгаторам относят катионовые мыла,являющиеся производными четверично замещенного аммония и солями аминов (выравнители А-9;А-20,катапин А и другие). К твердым эмульгаторам относятся тонкоизмельченные порошки глин.извести,цемента, сажи, угля и так далее.

Для повышения устойчивости к твердым эмульгаторам, как правило добавляют органические эмульгаторы (мыла, сульфитно-спиртовую барду и другие). В последнее время находят применение новые экономичные эмульгаторы: талловое масло, жировой гудрон,полимеры канифольно-экстракциооного производства, стеарин, катионактивные препараты ХД-180, ХД-34, карбоксилин и другие.

При диссоциации этих веществ поверхностно-активным является катион, который понижает поверхностное натяжение воды, растекается по битуму и способствует его диспергированию при перемешивании. В зависимости от свойств и содержания эмульгатора, количества битума или дегтя можно получать эмульсии двух типов : прямые, когда капли битума диспергированы в воде и обратные когда вода диспергирована в битуме.

В дорожном строительстве применяется главным образом прямые эмульсии. В соответствии с технологическими условиями применения дорожных эмульсий к ним предъявляются следующие требования:

1. Скорость распада-нарушение равновесия дисперсной системы при взаимодействии эмульсии с каменным материалом за счет адсорбции эмульгатора, испарения и поглощения воды. Вследствие адсорбции эмульгатора поверхностью каменных материалов концентрация его на защитных оболочках частиц битума уменьшается, при перемешивании они разрываются и происходит слияние и объединение битума с каменными материалами.

В зависимости от эмульгатора ,свойств обрабатываемых каменных материалов,температуры воздуха ,эмульсии распадаются с различной скоростью. Скорость распада эмульсии можно регулировать путем введения соответствующих добавок.Устойчивые эмульсии с анионоактивными эмульгаторами имеют pH=7-11, катионоактивные 3-6. С увеличением рН устойчивость анионоактивных эмульсий увеличивается, а катионоактивных -уменьшается.

Изменение рН достигается путем введения в эмульсию продуктов, содержащих щелочи,соли или кислоты. В качестве добавок, ускоряющих распад эмульсии, применяют сульфатный щелок, соли кальция, магния, сернокислого и хлорного железа, калиево-алюминиевые квасцы.

Количество добавки обычно не превышает 0.5-1%. Предварительная обработка минеральных материалов известью, цементом ,а также солями двух — и трехвалентных металлов улучшает прилипание вяжущего к каменным материалам.

В странах Европы и США имеется ряд патентов, указывающих о применении пиридина или пиридиновых оснований, водных суспензий каменноугольного пека, а также электролитов, разбавленных растворов солей алюминия, железа, кальция, которыми обрабатывают минеральные материалы или водят в состав эмульсии.

Эти добавки способствуют быстрому выделению битума. Интенсивность влияния указанных добавок в большей мере зависит от вида эмульгатора, природы каменных материалов, температуры, а также от производства работ. Скорость распада эмульсии определяют при смещении ее с цементом.

Время от начала смешения до образования неразмешиваемого комка характеризует скорость распада в минутах. По скорости распада битумные дорожные эмульсии подразделяются на три класса : БА-быстрораспадающиеся; СА-среднераспадающиеся; МА-медленнораспадающиеся .

2. Вязкость эмульсии выбирают в зависимости от условий и способа обработки минеральных материалов . Ее определяют на вискозиметре типа ВУ или на вискозиметре для нефтяных битумов со сточным отверстием 3 мм при температуре 20 ± 2⁰С. По величине вязкости и содержанию в них битума эмульсии класса БА подразделяются на марки БА-1 и БА-2, класса МА-на марки МА-1 и МА-2

3.Содержание битума с эмульгатором характеризует концентрацию эмульсии и определяется в процентах как отношение массы битума с эмульгатором к массе эмульсии .Содержание битума с эмульгатором определяется как остаток при выпаривании воды из эмульсии.

4. Однородность эмульсии определяют процеживанием ее навески через сито № 014. Однородность эмульсии устанавливают в процентах как отношение остатка на сите к навеске эмульсии. Она должна быть не более 0.5 %.
5.Устойчивость эмульсии определяют по изменению ее однородности при хранении , при выдерживании проб эмульсии в течение недели и месяца.
6. Устойчивость при транспортировании определяют после 2 часов встряхивания навески эмульсии. Если эмульсия не распалась , то есть не произошло необратимого разделения ее на битум и воду , то считается что она выдержала испытание.
7.Определение свойств битума выделенного из эмульсии производится после испарения воды. Глубина проникания и растяжимость не должны уменьшаться более чем на 15% от показателей исходного битума. Дорожные битумные эмульсии должны отвечать требованиям приведенным в таблицу-1.

Битумные пасты

Битумные пасты приготовляют из битума, воды и эмульгатора. В качестве эмульгатора используют неорганические тонкодисперсные минеральные порошки, содержащие активные колоидные частицы размером менее 0,005 мм, добавляемые в воду при производстве паст. В качестве эмульгатора используют известь, молотый трепел, глины. Наиболее водоустойчивые пасты получают при применении известковых эмульгаторов.

Таблица-2. Составы битумных паст,% по массе

Для гидроизоляционных работ рекомендуется применять составы битумных паст, приведенные в таблицу-1. Битумные пасты применяют для устройства защитного гидроизоляционного покрытия, грунтовки изолируюемой поверхности, уплотнения стыков в кровле а также в качестве вяжущего для изготовления холодных мастик.