Строительные материалы
Лекция №11
Дорожные эмульсии, пасты и шламы.
Охрана труда и окружающей среды.
Эмульсией называют жидкость, в которой взвешены мельчайшие капли другой жидкости. Эмульсии неустойчивы. Они существуют незначительное время, после чего капли дисперсной фазы слипаются между собой и всплывают на поверхность дисперсной среды в виде сплошной пленки – происходит распад эмульсии. Для придания устойчивости эмульсии в ее состав вводят третий компонент – эмульгатор.
В дорожных эмульсиях дисперсной фазой является органический вяжущий материал – битум или деготь, а дисперсной средой – вода мягкая или средней жесткости. Вачестве эмульгатора используют ПАВ. Внешне дорожные эмульсии представляют жидкость темно-коричневого цвета.
Битумные эмульсииприменены не только при строительстве дорожных одежд, но и для других видов строительных работ как гидроизоляционный, вяжущий и пленкообразующий материал для устройства кровель, гидроизоляции и т.п.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭМУЛЬСИЙ
Дорожные эмульсии - вяжущий и пленкообразующий материал, представляющий собой однородную маловязкую жидкость темно-коричневого цвета, состоящую из битума (или дегтя), воды и эмульгатора.
По структуре дорожные эмульсии делят на два типа: прямые и обратные
В прямых эмульсиях битум равномерно распределен в воде в виде мельчайших (размером 1-10 мк) капель, окруженных слоем эмульгатора. В обратных эмульсиях вода равномерно распределена в битуме (или дегте) в виде мельчайших капель, также стабилизированных слоем эмульгатора.
Прямые эмульсии по виду эмульгатора делят на три вида: анионные (ЭБА), катионные (ЭБК) и пасты.
В анионных эмульсиях эмульгаторами являются анионные поверхностно-активные вещества (ПАВ), в катионных - катионные ПАВ, а пастах - минеральные порошковые материалы.
Основное различие между вышеуказанными видами эмульсий заключается во взаимодействии с обрабатываемыми материалами.
Анионные эмульсии активно взаимодействуют с основными (содержащими СаО) минеральными материалами, образуя на их поверхности водостойкую пленку. С кислыми (содержащими SiO2 породами) анионные эмульсии взаимодействуют слабо, поэтому пленка вяжущего менее водостойка.
Катионные эмульсии активно взаимодействуют с основными и особенно с кислыми минеральными материалами, образуя на поверхности зерен любых горных пород прочную и водостойкую пленку.
Пасты являются малоактивными вяжущими по отношению к любым минеральным материалам.
Анионные и катионные эмульсии по смешиваемости с минеральными материалами подразделяют на три класса:
анионные ЭБА-1, ЭБА-2, ЭБА-3;
катионные ЭБК-1, ЭБК-2, ЭБК-3.
Эмульсии классов ЭБА-1, ЭБК-1 не смешиваются с минеральными материалами любого зернового состава, при перемешивании они быстро распадаются и выделяющийся при этом битум распределяется в смеси неравномерно в виде крупных сгустков. Эти эмульсии предназначены для нанесения вяжущего тонким слоем на большие открытые поверхности путем розлива или набрызга.
Эмульсии класса ЭБА-2 и ЭБК-2 смешиваются только с каменными материалами пористого зернового состава.
Эмульсии класса ЭБА-3 и ЭБК-3 смешиваются с минеральными материалами как пористого, так и плотного зернового состава, в том числе содержащими минеральный порошок и пылеватые частицы грунта.
Обратные эмульсии подразделяются на жидкие ЭО и вязкие ЭО В.
2. ТРЕБОВАНИЯ К ДОРОЖНЫМ ЭМУЛЬСИЯМ И ПАСТАМ
Анионные и катионные эмульсии должны отвечать требованиям ГОСТ 18659-81 "Эмульсии битумные дорожные. Технические условия".
Пасты должны содержать битума 40 — 55 % по массе.
Условная вязкость паст при 20° С должна быть 5 - 20 с.
Пасты должны быть однородными по размеру частиц битума. Массовая доля частиц битума крупнее 1,25 мм не должна быть более 2%.
Пасты должны быть устойчивыми при хранении: массовая доля частиц крупнее 1,25 мм через 7 сут не должна быть более 4%, через 30 сут - более 5%.
Обратные эмульсии должны содержать вяжущего 70-80% по массе. Вязкость при 60°С по вискозиметру для нефтяных битумов с отверстием 5 мм для ЭО должна быть 5-35, для ЭО-В - 35—130 с.
Эмульсии должны быть однородными. На стеклянной палочке, погруженной на 1 с в эмульсию, не должно быть заметных на глаз капелек или блестков воды.
Эмульсии не должны расслаиваться в течение 7 сут при положительной температуре окружающего воздуха.
При смешивании эмульсии с влажным гранитным щебнем, предварительно обработанным известью, вяжущее должно покрывать поверхность щебня равномерно сплошной пленкой.
Эмульсии должны выдерживать испытание на сцепление с гранитным щебнем, предварительно обработанным известью.
3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ДОРОЖНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
Материалы
Для приготовления анионных, катионных эмульсий и паст использутют битумы нефтяные дорожные по ГОСТ 22245-7б*. Марку битума назначают с учетом климатических условий района строительства и конструктивного слоя дорожной одежды. Могут быть использованы битумы с добавками полимеров.
Для приготовления обратных эмульсий используют: дегти каменноугольные дорожные по ГОСТ 4641-80 марок Д-1, Д-2 и Д-3; битумы сланцевые дорожные (РСТ ЭССР 82-79) марок С-12/20, С-20/35, С-35/70, С-70/130; масло сланцевое ТУ 38.10957-80 и смеси нефтяных битумов марок БНД 40/60, БНД 60/90 и БНД 90/130 со сланцевым маслом.
В качестве эмульгаторов для анионных эмульсий используют ПАВ типа высших органических кислот (жирные, смоляные, нафтеновые, сульфатонафтеновые) и их солей (мыла, соли нафтеновых и сульфо-нафтеновых кислот) или твердые минеральные порошки (глины, известь, цементы, уголь). Содержание водорастворимых эмульгаторов в эмульсии не превышает 3% (твердых порошков — 5...15%) в зависимости от тонкости диспергирования битума или дегтя. В настоящее время часто используют более экономичные эмульгаторы (талловое масло, жировой гудрон, стеарин и др.). При изготовлении дорожных эмульсий битум или деготь в количестве 50...60% по массе диспергируют до размеров частиц от 0,001 до 0,1 мм.
Продукты, содержащие высшие органические кислоты, должны иметь число омыления в пределах от 50 до 200 мг КОН на 1 г продукта. Эмульгирующая способность образца эмульгатора должна проверяться в лаборатории.
Для получения анионных эмульсий, как правило, применяют щелочные вещества: едкий натр по ГОСТ 2263-79*, жидкое стекло по ГОСТ 13078-81*, триполифосфат натрия по ГОСТ 13493-8б*Е.
В качестве эмульгаторов для катионных эмульсий используют ПАВ типа аминов, диаминов, амидо-аминов и четвертичных аммониевых солей.
Для получения эмульсий применяют соляную кислоту по ГОСТ 857—78* или уксусную кислоту по ГОСТ 6968—76*.
В качестве эмульгаторов для паст используют: известь (пушонку или молотую кипелку), содержащую не менее 60% окисей кальция и магния; фильтро-прессную грязь - дефекат - отходы сахарного производства, содержащие не менее 80% частиц мельче 0,071 мм и другие тонкодисперсные минеральные материалы
Эмульгаторами для обратных эмульсий являются фенолы, содержащиеся в вяжущем.
При содержании их в вяжущем менее 5 % необходимо добавлять фенолы каменноугольные технические ГОСТ 11311-76*.
Помимо фенолов в состав эмульгатора для обратных эмульсий входят едкий натр и поваренная соль.
Вода для приготовления эмульсий должна быть с жесткостью не выше 6 мг-экв/л.