Содержание
Методы работы с битумной смесью
Битумные дорожные эмульсии представляют собой искусственный стройматериал, изготовленный методом смешивания раствора эмульгатора на водной основе с битумом нефтяного происхождения. Состав называют еще эмульгированным жидким битумом. Внешне смесь выглядит как однородную жидкость коричневого либо темно-коричневого цвета, по консистенции напоминающая молоко.
Состав материала
Любой эмульсионный раствор предполагает равномерность распределения частиц одной жидкостной составляющей в структуре второй, причем речь идет о жидкостях, не смешивающихся между собой в стандартных условиях. При существовании определенных факторов перемешивания такие вещества образуют эмульсию. Но как только процесс перемешивания прекращается, происходит потеря стабильности материала и его разделение. Благодаря притяжению, капельки одной из жидкостей объединяются, в итоге происходит формирование пленки.
Чтобы предотвратить такое явление в битумной дорожной эмульсии, используются специальные элементы – эмульгаторы. Они замедляют процесс разделения состава на битум и воду, придавая смеси стабильность.
Качественные параметры материала и его эксплуатационные критерии определяются компонентами эмульсии. 30-80% массы приходится на битум. В основном применяются вязкие дорожные вещества, но существуют битумы, модифицированные при помощи полимеров. Вещество может смешиваться с гудроном.
Битумная дорожная эмульсия состоит из:
- Воды в объеме 15-70% массы;
- Эмульгатора – 0,15-3%;
- Стабилизирующего компонента – 0,05-0,5%;
- Кислот;
- Растворителей – 0,5-3%;
- Разжижителей – 5-30%.
Для эмульсии берут воду определенной жесткости без механических примесей. Эмульгаторами служат активные вещества анионо- или катионактивного типа. Стабилизатором служит хлорид кальция в форме 30-35%-ного раствора воды.
Кислота оказывает нейтрализующее воздействие на эмульгатор и помогает поверхностно-активным веществам перейти в солевую форму. При возрастании кислотности увеличивается стабильность материала, однако необходимо соблюдать правильное соотношение. При переизбытке кислот адгезия снижается. Для битумных эмульсий чаще всего используется соляная кислота.
Растворитель добавляются в сам битум либо в водную составляющую, он повышает клейкость пленки, формирующейся в процессе распада. Разжижители позволяют довести пенетрацию до нужного уровня, в этом качестве выступают газойли и фракции масла. Количество вводимых компонентов может варьироваться в довольно больших пределах, поскольку для конкретных условий использовании в дорожных и строительных работах требуются определенные свойства. Возможно, например, введение добавок латексов, реагентов для адгезии, СБС.
Производственный процесс
Эмульсии производятся на особом оборудовании, оснащенном мельницей коллоидного типа. Установки бывают непрерывного действия или циклического. В первом случае процесс выглядит следующим образом:
- Воду нагревают до установленного температурного уровня;
- Все компоненты вводятся в мельницу при помощи дозирующих насосов;
- Подача водной составляющей обеспечивает химическую реакцию, в результате которой образуется солевой формат эмульгатора;
- Полученная соль растворяется до мельницы;
- Внутри устройства вода взаимодействует с подогретым битумом;
- Процессом управляет автоматизированная система;
- Подачу кислоты регулирует рН-метр.
Установки циклического действия поочередно готовят водную фазу в резервуарах. Компоненты подаются насосами по аналогии с предыдущим вариантом.
Коллоидная мельница обеспечивает распад битума на мельчайшие капельки, а водный раствор препятствует их слипанию. Размер каждой такой капельки зависит от конструкции мельницы и вязкости битума. Полученная эмульсия хранится до 2-3 месяцев, для хранения используются вертикальные резервуары цилиндрической формы. Транспортируют составы в битумовозах, автогудронаторах, автомобильных или ж/д цистернах, бочках из металла.
В коллоидной мельнице должно поддерживаться постоянное движение. Особого внимания заслуживает концентрация битума в эмульсии. В случае превышения нормы материал получится слишком вязким. Добавки для стабилизации и эмульгаторы добавляют в водную составляющую до перемешивания. Все применяемые компоненты необходимо хранить отдельно.
Исходный битум нельзя доводить до кипения, поскольку это вызовет разрушение его структуры. Оптимальная степень вязкости достигается при температурном показателе до 90оС. Температуру водяной фазы рассчитывают, исходя из показателя самого битума. В производстве некоторых типов эмульсий используются теплообменники.
В производстве дорожной битумной эмульсии важную роль играют такие критерии, как осадок, коалесценция и флокуляция. Осадок – это процесс обратного движения битума в растворе, процесс называется сегментацией. Клоалесценция заключается в объединении небольших битумных частиц и формировании крупных соединений при распаде эмульсии. Флокуляция тоже связана с объединение таких частиц, которое предотвращается обычным смешиванием.
Методы работы с битумной смесью
При температуре воздуха в 20-30оС битум твердеет либо становится настолько вязким, что его использование невозможно. Для применения такого материала необходимо перевести его в жидкую консистенцию. Для этого существует три пути:
- Нагрев до уровня в 100-200оС, позволяющее получить компонент для перемешивания с составляющими асфальтобетонных смесей либо обработки поверхности смесью;
- Разжижение путем введения продукции перегонки нефти: дизтоплива, керосина, нафты;
- Эмульгирование раствором воды.
К преимуществам первого варианта можно отнести получение асфальтобетона высокой прочности, однако затраты в этом случае возрастают за счет нагрева материалов. К тому же время использования смеси ограничивается. Расходы во втором случае связаны с высокой стоимостью растворителей. Третий способ позволяет оптимизировать затраты.
Асфальтобетонные составы на основе разогретого битума необходимо хранить и транспортировать горячими. После эмульгирования дорожная битумная эмульсия сохраняет текучую консистенцию даже в стандартных температурах.
Битумная эмульсия обеспечивает простоту нанесения на всевозможные покрытия, включая вертикальные поверхности. Это свойство обусловлено невысокой вязкостью, за счет которой раствор попадает в поры и перемешивается с веществами минерального происхождения в виде. Эмульсия надежно связывает компоненты, а ее ключевыми функциями считаются связывание и защита.
Связывание материалов и их частичек служит важнейшим условием при создании составов для асфальтирования. Эмульсии защищают обрабатываемую поверхность от агрессивных влияний влажности и растворов солей.
Использование эмульсий
Битумную эмульсию весьма активно используют в строительных и дорожных работах. Смесь используется для:
- Ямочного ремонта по различным технологиям;
- Обработки поверхности асфальта;
- Формирования слоев износа;
- Реализации мембранных технологий;
- Изготовления асфальтобетонных составов.
При ямочном ремонте используются холодные органоминеральные и регенерированные формы. Обработка поверхности полотна и основания заключается в предварительной подгрунтовке до асфальтирования, гидроизолирующей обработке, обеспыливании, укреплении подвижных элементов вроде песка. Функцией битумной эмульсии служит также стабилизация грунтов в земляном полотне.
При помощи эмульсий проливают небольшие трещины дорожных покрытий, проводят гидроизоляционную обработку изношенного асфальтобетонного компонента с повышенной пористостью, ремонт магистралей методом пневмонабрызга.
Смесь подходит и для строительства цементобетонных магистралей. В таком случае состав помогает повысить физические и механические параметры цемента, его стойкость к образованию трещин, воздействию влаги и мороза.
Требования к эмульсии
Битумные эмульсии должны соответствовать определенным требованиями:
- Иметь содержание битума в пределах 50-60% по весу;
- Оставаться однородной – показатель проверяется с помощью пропускания материала через сито;
- Обладать вязкостью, достаточной для разлития по машинам;
- Образовывать после распада пленку необходимой толщины.
Эмульсии должны быть устойчивыми при хранении как минимум в течение 1-2 месяцев и эффективно противостоять возможным воздействиям при перевозке и перекачивании насосами.
Дорожная битумная эмульсия после перемешивания с минеральными компонентами или обработки поверхности формирует цельную пленку и становится вяжущим либо защитным компонентом. Процесс отделения битума от водного компонента с появлением пленки называется распадом. Эффект связан с испарением влаги либо взаимодействием с минералами на химическом уровне.
Классификация
Период, необходимый для отделения воды от битума и образования пленки – это скорость распада. Показатель завит от:
- Компонентов эмульсии;
- Размеры битумных частичек;
- Реакционных особенностей;
- Влажности;
- Температурных показателей воздуха.
По скорости распада различают быстрораспадающиеся, среднераспадающиеся и медленнораспадающиеся битумные эмульсии.
Растворы классифицируются по формату эмульгатора. Анионные эмульсии имеют обозначение ЭБА, здесь эмульгаторами служат анионактивные поверхностные вещества. ЭБА-1 – это состав быстрого распада, ЭБА-2 – среднего, ЭБА-3 – медленного.
По аналогии разделяются и смеси катионного типа, содержащие катионактивное вещество. Они обозначаются ЭБК и имеют следующие особенности:
- ЭБК-1 быстрого распада подходит для подгрунтовочных работ набрызгом и разливом, обработки поверхностного типа;
- ЭБК-2 со средней скоростью распада применяют как подгрунтовку перед работами по укладке асфальта, герметизации покрытия, формирования холодного асфальтобетона;
- ЭБК-3 с медленным распадом используют для обеспечения герметичности, предварительной грунтовки, создания литых смесей с эмульсионно-минеральным составом.
Если при производстве дорожной битумной эмульсии в нее вводятся полимерные битумные добавки, маркировка изменяется на ЭБПА для анионного состава и ЭБПК – для катионного. Цифра обозначает период распада, как и в предыдущих случаях.
Применение эмульсий анионного типа в строительстве магистралей затруднено из-за распада под воздействием испарения воды. Соответственно, возрастает влияние атмосферных условий. В этой связи катионные смеси используются в целях дорожного строительства значительно чаще. Здесь процесс распада обусловлен параметрами минеральной составляющей, его скорость легко спрогнозировать.
Плюсы и отличия
У дорожных битумных эмульсий имеется ряд выгодных отличий от битумов горячих или разжиженных форм. Плюсы этого варианта заключаются в:
- Экономичности – создание битумной эмульсии помогает сократить расход электричества на 40-50% в отношении растворов, требующих нагрева;
- Сокращении расходов - эмульсия без проблем хранится на протяжении длительного времени, и это тоже способствует экономии электроэнергии;
- Технологичности – эмульгированный битум можно использовать с влажными и холодными минеральными компонентами;
- Экологичности – эмульсия выделяет значительно меньше вредных веществ в атмосферу, чем разжиженный и горячий битум;
- Пожаро- и взрывобезопасности;
- Безопасности применения;
- Возможности разлива на влажные поверхности.
Адгезионная способность эмульсии по отношению к различным типам поверхностей существенно выше, чем у обычного битума. Это касается и металла. Подобное свойство дает возможность создавать дорожные конструкции с повышенной прочностью и долговечностью, хорошими эксплуатационными характеристиками. Смесь с низкой вязкостью распределяется равномернее, ложится более тонкими слоями, поэтому его расход сокращается.
Дорожные битумные эмульсии обеспечивают полноценное сцепление с основаниями за счет противоположных зарядов. Материал хорошо распределяется по поверхности, наполняя любые трещины, неровности, поры. При необходимости можно изменять показатели с учетом производимых работ и условий.
В процессе асфальтирования магистралей горячими и теплыми смесями асфальтобетона затвердение и повышение прочности происходит по ходу остывания состава. Если использовался разжиженный битум, прочность растет не в ходе остывания, а за счет испаряющихся фракций углеводородов, которые содержатся в растворителе.
Растворы на базе эмульгированного бетона становятся прочнее в процессе разделения на водный компонент и битум. Здесь реакция распада запускается взаимодействием между эмульгатором и минеральным компонентом.
С учетом характеристик дорожной битумной эмульсии в промышленном строительстве наблюдается тенденция использования этого материала вместо горячего битума. Помимо немаловажного фактора повышения производительности труда, такой подход используется в случаях, где другие составы малоэффективны.