Технология производства битумных эмульсий

Основные технологические ноу-хау в производстве

Битум –высоковяжущая жидкость, используется в строительстве дорожных покрытий. При обычной температуре обрабатывать его неудобно. Чтобы упростить работу с ним используют:

• Нагревание. Подходит для крупномасштабных дорожных работ, когда есть возможность поставить приспособления для нагрева, транспортировки и хранения битума.

• Смешивание с растворителями. Применяется в мелкомасштабных работах, но является более затратным. Нефтяные растворители дорогостоящие, к тому же, пожароопасные. Важно соблюдать технику безопасности.

• Эмульгирование. Когда битум эмульгирует с водой, создается эмульсия. С ней удобно работать: она не требует нагревания, можно использовать с любым каменным щебнем (холодным, влажным).

Битумная эмульсия

Представляет собой дисперсию битумных капель в водной среде. Величина одной капли очень мала – до 0,02 мм. Количество битума варьируется в промежутке 40 – 70%.

Если количество битума превышает 70%, получается эмульсия обращенного типа. Мелкие капли деформируются и соединяются между собой, а вода защемляется между ними. Эмульсия становится похожей на высоковяжущий битум.

Для лучшей стабильности добавляют эмульгатор катионного или анионного типа. Получается катионная или анионная эмульсия. Анионную эмульсию начали применять в начале ХХ века. Катионную – только в 40-х годах ХХ века.

Эти два типа подразделяют на такие классы: медленно, средне, быстро распадающиеся. Класс зависит от устойчивости вещества при соприкосновении с покрытием и каменным материалом. Быстро распадающаяся совсем не соединяется с камнем. Средне распадающаяся – только с крупным. Медленно распадающаяся применяется при смешивании с мелким щебнем.

Состав эмульсии

Битум

Битум имеет разную пенетрацию – от 50 до 200. От климата зависит какую пенетрацию использовать. Это влияет и на саму эмульсию. Поэтому, при добавлении нового вида битума, рекомендуется проводить лабораторный анализ перед использованием. Так, некоторые виды битума образуют крупные капли. Этого можно избежать, добавив ПВА (поверхностно-активные вещества).

Растворитель

Он помогает эмульсии лучше обволакивать материал из камня. Временно размягчает битум. Поэтому, растворитель должен полностью совмещаться с ним. Тогда, при смешивании смесь не расслаивается. Самыми применяемыми являются такие растворители: керосин, уайт-спирит. Они достаточно летучие и не образуют остаток.

Добавки

Поверхностно-активных вещества придают материалу лучшую устойчивость, сохранение свойств без распада.

Эмульгатор

Его нужно тщательно выбирать под каждый тип битума, чтобы получить нужные свойства. Кроме сохранения свойств, эмульгатор должен быть удобным в применении, безопасным, оптимальным по стоимости. Хоть и существует большое количество эмульгаторов, только некоторые широко применяются. Они используются по-отдельности или комбинируются между собой.

Эмульгатор имеет вид углеводородной цепи. Окончание цепи – это анионная либо катионная группа. Она плотно связывается с битумной каплей и располагается на ее поверхности. В зависимости от катионной или анионной группы, капля будет положительно или отрицательно заряженной. Это отражается на устойчивости, вяжущих свойствах.

Катионные эмульгаторы

Основа такого эмульгатора – азотное соединение с углеводородной цепью. Его называют алкил амином. Эмульгатор сильно влияет на натяжение поверхности. Его можно модифицировать под различные требования.

В установку периодического действия медленно добавляют воду с катионным эмульгатором. Их постоянно помешивают. После добавления и растворения всего эмульгатора, добавляют кислоту. Она регулирует рН на уровне ниже 7.

Анионные эмульгаторы

Для изготовления используют жирные кислоты с длинной углеводородной цепью и карбоксильной группой. Раствор получается в результате реакции омыления. Такая реакция получается во время взаимодействии эмульгатора и гидроокиси натрия. При этом происходит избыток гидроокиси натрия и рН выше 7.

Кислота

Нужна для снижения уровня рН, получения солей. В катионных эмульгаторах используют соляную кислоту, а анионных – гидроокись натрия.

Стабилизирующие вещества

Добавляются к катионным и анионным эмульгаторам. Для увеличения устойчивости и стабильности битумных капель в катионную эмульсию добавляют хлорид кальция. Для анионной эмульсии используют полифосфат тринатрия.

Каменные материалы

Их подразделяют на щелочные и кислые. Разница между ними в диапазоне уровня рН. Кислые материалы обладают большим диапазоном рН. Щелочные – имеют узкий диапазон.

Материал обычно состоит из нескольких минералов. Поэтому, содержит кислую и щелочную составляющую. Чистый минерал тоже может содержать обе составляющие. Кроме этого, материалы могут содержать частички глины. Она ускоряет распад.

 

Эмульсии и их свойства

Распад

Качественная эмульсия – это стабильность при перевозке и хранении, быстрый распад во время использования. В этом плане, катионные эмульсии удобнее. Катионный эмульгатор имеет положительный заряд. У большинства каменных материалов заряд отрицательный. Когда они притягиваются, происходит химический распад. На скорость такого распада влияет битум, температура, влажность щебня.

Анионная эмульсия начинает распад только при испарении воды. Это медленно и не так эффективно.

Вязкость

На вязкость влияет температура, количество битума, эмульгатор. Разные виды битумов обладают различной вязкостью. Ее можно отрегулировать с помощью добавления хлорида кальция.

Особенно важна вязкость в катионных эмульсиях. Когда вязкость низкая, эмульсия недостаточно густая. Если вязкость высокая – будут поверхностные линии.

Флоккуляция

Процесс, когда частицы битума соединяются между собой. Обычно, есть центральная большая капля и вокруг нее поменьше. Это исправляется перемешиванием или уменьшением количества битума.

Осаждение

У битума вязкость выше, чем у воды. Поэтому, он будет стремиться выпасть в осадок. При добавлении растворителя вязкость снижается, и он стремиться к поверхности.

Уменьшить осаждение можно:

• добавлением растворителя;
• постоянным перемешиванием контейнера с эмульсией;
• изменением типа или концентрации стабилизатора и эмульгатора;
• изменением уровень рН;
• повышением температуры хранения контейнера.

 

Коалесценция

Это следующий этап после флоккуляции. Если капли битума постоянно слипаются, становятся более крупными частицами, то рано или поздно эмульсия разрушится. На это влияет:

• неподходящий эмульгатор или его малое количество в эмульсии;
• вид битума;
• механическое воздействие;
• нарушение температурного режима хранения, перевозки.