Галузь застосування.

10.3.1. Визначення. Склад. Класифікація.

– Дорожні бітумні емульсії являють собою дисперсні системи з двох не розчинних одна в одній рідин. Перша дисперсна фаза – бітум, що рівномірно диспергований (розподілений) у іншому – дисперсійному середовищі – воді у вигляді найдрібніших частинок розміром (1-10)^–6 м, які покриті шаром рідкого емульгатору.

– Дорожні бітумні емульсії – в’яжучий і плівкоутвірний матеріал, що являє собою однорідну малов’язку рідину темно-коричневого кольору, яка складається із бітуму і водного розчину емульгатора.

– За структурою дорожні бітумні емульсії розділяють на два типи: прямі і зворотні. У прямих емульсіях бітум рівномірно розподілений у воді у вигляді найдрібніших крапель (1-10)^–6 м, що оточені шаром емульгатора, наприклад, водорозчинним милом жирної синтетичної кислоти. У зворотних емульсіях вода рівномірно розподілена у бітумі у вигляді найдрібніших крапель, також стабілізованих, наприклад, водонерозчинним кальцієвим милом жирної синтетичної кислоти. В дорожньому будівництві використовують прямі емульсії.

– Прямі емульсії за природою (виду) емульгатора – поверхнево-активної речовини (ПАР) підрозділяють на три види: аніонні (ЕБА), катіонні (ЕБК) і пасти (рис. 10.23).

Рис.10.23. Структура бітумної емульсії; а – на органічному емульгаторі; б – на порошковому емульгаторі; 1 – бітумна крапля; 2 – вода (середовище); 3 – органічний емульгатор; 4– порошковий емульгатор

– В аніонних емульсіях емульгаторами є мила високомолекулярних органічних кислот, в катіонних – органічні азотвмісні сполуки, у пастах – мінеральні порошкові матеріали (цемент, глина, вапно і ін.).

Основна різниця між ЕБА і ЕБК і пастами визначається взаємодією з оброблювальними матеріалами:

– аніонні емульсії активно взаємодіють з основними гірськими породами (які вміщують СаО і МgО)і утворюють на поверхні водостійку плівку. З кислими гірськими породами (які вміщують SiO₂) аніонні бітумні емульсії взаємодіють не активно; плівка органічного в’яжучого менш водостійка;

– катіонна бітумна емульсія активно взаємодіє з основними і особливо – з кислими мінеральними матеріалами, утворюючи на поверхні зерен будь-яких гірських порід міцну і водостійку плівку;

– пасти являються малоактивними в’яжучими по відношенню до гірських порід.

Схему побудови міцели дисперсної фази у емульсіях з аніоноактивними і катіоноактивними емульгаторами наведено на рис. 10.24 а, б, відповідно.

 

а)	б)
Схема розташування подвійного електричного шару в емульсіях з аніоноактивним емульгатор	Схема розташування подвійного електричного шару в емульсіях з катіоноактивним емульгатором

 

Рис.10.24. Схема будови міцели дисперсної фази у прямих емульсіях з аніоноактивним (а) і катіоноактивним (б) емульгаторами

 

За швидкістю розпаду при нанесенні на оброблювальний матеріал прямі емульсії підрозділяють на три класи: швидкорозпадна аніонна (ЕБА-1) і катіонна (ЕБК-1), середньорозпадна – аніонна (ЕБА-2) і катіонна (ЕБК-2), повільнорозпадна – аніонна (ЕБА-3) і катіонна (ЕБК-3).

– Швидкорозпадні емульсії розпадаються в момент взаємодії з оброблювальним матеріалом. Призначені для нанесення в’яжучого тонким шаром на великі відкриті поверхні засобом розливу (підгрунтовка, поверхнева обробка, при догляді за свіжоукладеним цементобетоном або цементогрунтом). Для обробки мінеральних матеріалів способом змішування ці емульсії непридатні, тому що через швидкий розпад вони не встигають вкрити усі зерна і бітум, що виділяється зостається у суміші у вигляді крупних згустків.

- Середньорозпадні емульсії розпадаються дещо повільно. Призначені як для нанесення в’яжучого тонким шаром способом розливу, так і для обробки щебеню способом промочування або змішування. Для обробки дрібнозернистих мінеральних матеріалів непридатні.

- Повільнорозпадні емульсії розпадаються після того, як із плівки, що сформувалася на обробленому матеріалі, почне випаровуватися вода. Призначені для оброблення методом змішування мінеральних матеріалів, що вміщують дрібні фракції.

За агрегативною стійкістю емульсії розділяються на дві групи: розріджені, у яких концентрація дисперсної фази мала (до 1%), і концентровані, у яких концентрація дисперсної фази (крапель бітуму) вище 1%. Емульсії, вміст у яких дисперсної фази перевищує 74% за об’ємом, називаються висококонцентрованими. Відмінною особливістю таких емульсій є взаємне деформування крапель дисперсної фази, у результаті чого вони набувають форми багатогранників (поліедрів), які розділені тонкими плівками – прошарками дисперсійного середовища.

У більшості промислово розвинутих країн бітумні емульсії набувають все більш широкого застосування. В середньому, у цих країнах 17% усього обсягу бітуму в дорожньому будівництві використовують у вигляді емульсії. Так, у Франції 30% бітуму, який використовується в дорожньому будівництві, перетворюється в емульсію.

Застосування бітумних емульсій розв’язує комплекс техніко-економічних проблем дорожнього будівництва, а саме: економічні, енергетичні, екологічні. Дослідження показують, що зменшення загальних витрат енергії при використанні бітумних емульсій замість в’язких бітумів досягає 1500-5000 МДж/т. В цілому витрати електроенергії знижуються в 1,3-1,5 рази, а економія бітуму за рахунок зменшення в’язкості і кращого розподілу на мінеральній поверхні досягає 30%.