Обзор технологий приготовления битумных эмульсий

Битум в различной форме применяют при строительстве дорог как связующий материал. Битум, при комнатной температуре, представляет собой вязкую жидкость и непригоден к применению. В рабочее состояние его можно привести тремя принципиально отличающимися способами:

• разогрев до технологических температур 100 – 200 ^oС;
• смешиванием с растворителями (асфальтовый лак);
• получением битумной эмульсии.

Битумные эмульсии – технологический материал, в котором битумные частицы представлены в водной фазе, как отдельные частицы, дисперсия битума в воде. Эмульсии могут быть приготовлены на битумах различной вязкости, в зависимости от требуемых технологических и эксплуатационных свойств связующего материала, а также с использованием различных добавок (растворители‚ ПАВ‚ полимеры)‚ так и без них.

В соответствии с ГОСТ Р 52128-2003 по химической природе поверхностно-активного вещества (ПАВ), применяемого в качестве эмульгатора, битумные и битумно-полимерные эмульсии подразделяют на виды:

• анионные — ЭБА, ЭБПА;
• катионные — ЭБК, ЭБПК.

По устойчивости при перемешивании с минеральными материалами эмульсии подразделяют на классы:

• быстрораспадающиеся (ЭБА-1, ЭБПА-1, ЭБК-1 и ЭБПК-1);
• среднераспадающиеся (ЭБА-2, ЭБПА-2, ЭБК-2 и ЭБПК-2);
• медленнораспадающиеся (ЭБА-3, ЭБПА-3, ЭБК-3 и ЭБПК-3).

Катионоактивные и анионоактивные битумные эмульсии ни в коем случае нельзя смешивать друг с другом, так как выравнивание зарядов моментально повлечет за собой процесс дробления эмульсии (т.е. разделение на битум и воду). Поэтому, перед заменой одного вида эмульсии на другой, емкости необходимо опорожнить и очистить от остатков прежней эмульсии.
Свойство и количество битума, эмульгатора, кислоты (или щелочи), а также величину дисперсности определяют физико-химические свойства битумной эмульсии. Правильный выбор эмульгатора играет решающую роль в получении эмульсий с требуемыми качествами. Существует большое количество химических соединений, которые можно использовать для эмульгирования битума, однако по техническим и экономическим соображениям только некоторые из них получили распространение.

Последние годы в мировой практике дорожного строительства производятся и используются в основном эмульсии катионного вида, так как они наиболее универсальные и обеспечивают достаточную адгезию вяжущего к поверхности минеральных материалов кислой и основной природы.

Битумные эмульсии имеют ряд преимуществ по сравнению с горячим битумом:

• обеспечивают экономию битума до 30-50%
• не требуют подогрева перед применением, что снижает энергозатраты на 25-40%
• совмещаются с влажными твердыми материалами
• битумные эмульсии могут наноситься на влажные поверхности, что позволяет вести дорожные работы с ранней весны до поздней осени
• обеспечивается полное сцепление эмульсии с основанием автомобильной дороги
• обеспечивают большую гибкость в организации и проведении работ
• не пожароопасны, поскольку в состав эмульсии входит вода
• исключают возможность получения ожогов, повышают безопасность труда
• меньше загрязняют воздух

Эмульсионная установка может быть периодического или непрерывного действия. Основными преимуществами установок периодического действия по сравнению с установками непрерывного действия являются:

• Быстрый переход с одного типа эмульсии на другой.
• Меньшие трудозатраты и эксплуатационные расходы.
• Повышенный коэффициент использования за счет исключения дозаторов.

Производство эмульсий, как правило, осуществляется с помощью коллоидных мельниц. Основные характеристики мельниц, влияющие на качество производимой эмульсии:

• величина воздушного зазора между статором и ротором‚ регулируемого или постоянного;
• скорость вращения ротора, которая зависит от мощности и габаритов мельницы;
• конструкция мельницы.

В зависимости от типа установки подготовка водной фазы производится либо заранее и в готовом виде подается параллельно с битумом в коллоидную мельницу‚ либо с помощью насосов-дозаторов, благодаря которым все компоненты эмульсии в необходимой пропорции‚ подаются в коллоидную мельницу. Перед началом производства подбирается состав, который обеспечивает получение эмульсии в соответствии с применением и техническими характеристиками.

Изображения коллоидной мельницы MASSENZA «360 ЕЕ» для производства битумной эмульсии

Производительность коллоидных мельниц, в зависимости от типа мельницы, бывает от нескольких сот килограмм в час (лабораторные мельницы) до 20-30 тонн в час (заводские установки).

Для изготовления битумных эмульсий компания «Коррус-Тех, Инк» предлагает установки компании «MASSENZA s.r.l.» . Эмульсионная устновка MASSENZA позволяет производить битумную эмульсию высочайшего качества. Эти установки широко известны во многих странах мира, в том числе и в России. Коллоидные мельницы «Massenza» оснащены микрометрической регулировкой зазора между ротором и статором. Мельницы обладают системой дозирующих насосов, которые регулируют подачу воды, битума, эмульгатора и других компонентов. Качественное исполнение всех компонентов мельниц обеспечивает высокую надежность и производительность. По желанию заказчика мельница дооснащается дополнительным оборудованием.

Битумные эмульсии нашли применение во многих областях. И используются для различных видов дорожных работ. Таких как:

• Подгрунтовка. Эмульсия набрызгивается равномерным слоем на очищенную поверхность дороги гудронатором в среднем 0‚20–0‚30 л/м². После распада эмульсии и испарения воды на поверхности остается равномерный тонкий слой битума, обеспечивающий хорошее сцепление между слоями дорожной одежды. Для подгрунтовки используется быстрораспадающаяся эмульсия 50% концентрации. В соответствии с ГОСТ Р 52128-2003 применяются: ЭБА-1, ЭБПА-1, ЭБК-1, ЭБПК-1, ЭБК-2, ЭБПК-2.
• Укрепление грунта. Укрепление грунта осуществляется для повышения прочности и увеличения несущей способности основания. Операция может выполняться разными способами. Для укрепления грунта используют анионные медленнораспадающиеся битумные эмульсии, приготовленные на битумах марок БНД-200/300, БНД-130/200, БНД-90/130, БНД-60/90, БНД-40/60. При обработке грунтов, влажность которых составляет 0,3 — 0,4 и более, применяют эмульсию 50 — 55 %, а при обработке грунтов с меньшей влажностью — эмульсию с содержанием битума 35 — 45 %.
• Пропитка щебня и смесей. Укладывать покрытие из пропитанного эмульсией щебня необходимо в сухую погоду и при температуре не ниже 10^oС. Работы следует производить в порядке, прописанном в СНиП 3.06.03-85. Все работы по россыпи фракций и их уплотнению следует производить после розлива вяжущего и до его остывания. Если движение начинается до выполнения поверхностной обработки, то на щебёночное покрытие следует нанести тонкий слой среднезернистого заполнителя.
• Шламовое уплотнение. Шламовое уплотнение осуществляется смешением эмульсии, мелочи, воды, и если необходимо минеральных заполнителей. Данный материал используется для профилактических и ремонтных работ, таких как: заделка поверхностных трещин, предотвращение окисления или придание свойств, предотвращающих проникновение воды и воздуха. Шлам обычно наносится тонким слоем толщиной от 3 до 6 мм. Для данного вида используются эмульсии медленного или среднего структурирования с содержанием битума 60-65%.
• Связывание пыли. Движение автотранспорта на грунтовых дорогах способствует образованию большого количества пыли. Решение этой проблемы обеспечивает разбрызгивание битумной эмульсии на поверхности дороги. Для данного вида работ используют разбавленные эмульсии медленного структурирования, с содержанием битума около 60%. Удельная величина разбрызгивания зависит от поверхности дороги, но обычно колеблется в пределах 0,5-2.0 л/м². Для работы используются распределители битума.
• Небольшие ремонты дорог. Битумные эмульсии часто используются для заделки трещин. Появление трещин связанно со многими причинами и факторами. Трещины бывают разные по своей природе и совершенно разные по своей форме и размеру. Трещины очень маленького размера трудно заделать надежно. Как правило, трещины шириной до 5 мм очищают продувкой сжатым воздухом, прогревают и заполняют битумной эмульсией. Большие трещины заполняются эмульсией, смешанной с мелкозернистым песком, но при этом оставляют несколько миллиметров до поверхности. После затвердевания оставшийся объем заполняется чистой эмульсией. На поверхность наносится песок, чтобы предотвратить унос материала колесами автомобилей.
• Приготовление холодных смесей с использованием старого асфальтобетона (холодный ресайклинг). Представляет собой стабилизацию, укрепление грунтов‚ каменных материалов и асфальтовой крошки различными вяжущими, в том числе битумной эмульсией. Холодный ресайклинг осуществляется путем предварительного фрезерования и смешения на дороге с различными вяжущими и укрепляющими добавками. Технология холодного ресайклинга осуществляется с помощью специальных машин для ресайклинга. Данная технология показывает высокую эффективность и по оценкам специалистов‚ на 20% дешевле традиционной технологии ремонта и на 40–50% сокращает сроки выполнения работ. Для осуществления холодного ресайклинга используются средне или медленнораспадающиеся эмульсии 60–65% концентрации. Выбор битума‚ концентрацию эмульсии и её содержание в смеси определяют на основании лабораторных испытаний и требований к конечному материалу.
• Ямочный ремонт струйно-энъекционным методом. Отличительной особенностью данной технологии является то, что все необходимые операции выполняются рабочим органом одной машины. Операция обрезки‚ разлома или фрезерования асфальтобетона вокруг выбоины в этой технологии не производится. Заделка выбоины осуществляется заполнением мелким щебнем, предварительно обработанным битумной эмульсией в камере смешения машины. За счет подачи щебня воздушной струей‚ укладка происходит с высокой скоростью‚ что обеспечивает хорошее уплотнение. Для ямочного ремонта данной технологией рекомендуется использовать быстрораспадающуюся катионную или анионную битумную эмульсию 65-70% концентрации.
• Приготовление холодных асфальтобетонных смесей, устройство покрытий типа Сларри. Покрытие типа Сларри Сил представляет собой эмульсионно-минеральную смесь, состоящую из битумной эмульсии, каменного материала с необходимым гранулометрическим составом, специальных добавок и воды. Смесь готовится холодным способом и имеет много преимуществ. Материалы смешиваются и укладываются с помощью мобильного укладочного комплекса. Для смесей данного типа применяются эмульсии с проектируемым временем распада. Покрытие Сларри является самовыравнивающимся, обладает высокой стабильностью, сопротивлением к деформациям, обеспечивает водонепроницаемость покрытия, хорошее сцепление и по оценкам экспертов стоимость выполнения текущего ремонта сокращается на 38%. Существует еще одна разновидность эмульсионно-минеральной смеси типа Сларри – Микросюрфейсинг, позволяющая производить укладку смеси более толстым слоем и в несколько слоев. Эта технология может применяться как для исправления незначительных деформаций, так и для ликвидации колейности.
• Шероховатая поверхностная обработка, устройство покрытий типа Чип Сил. Покрытия такого типа наносятся поверх основного в виде тонкого слоя, а затем сверху наносится щебень соответствующего размера и формы, после чего трамбуется. Щебнераспределитель должен следовать сразу за гудронатором и незамедлительно укладывать щебень.

В процессе реализации технологий с использованием битумных эмульсий уменьшается себестоимость работ на 15-30%. Защитные покрытия, выполненные с использованием катионных эмульсий, позволяют 1,5-2 раза увеличить межремонтные сроки работ по текущему обслуживанию полотна и дорожной одежды. Широкое и успешное применение битумных эмульсий в дорожных технологиях – признак высокого технического уровня дорожного предприятия, критерий качества, безопасности и экономичности строительства и ремонта автомобильных дорог.