Нефтяной битум является общепринятым вяжущим для строительства и ремонта автомобильных дорог. Однако‚ с технологической точки зрения‚ его следует применять при минимально возможной вязкости‚ что может быть достигнуто тремя принципиальными способами:

• разогрев битума до технологических температур (горячий способ);

• разжижение вязких битумов специальными‚ как правило‚ легкими растворителями;

• эмульгирование битума в воде в присутствии специальных веществ (битумные эмульсии).

Первый способ используется обычно для производства горячих смесей с предварительным нагревом исходных минеральных материалов или розливом горячего битума на холодную поверхность при производстве подгрунтовки или устройстве поверхностной обработки. Этот способ имеет достоинства и недостатки. К достоинствам следует отнести возможность получения конгломерата (асфальтобетона) с высокой прочностью при использовании высоковязких битумов для дорог с тяжелым и интенсивным движением‚ а к недостаткам – затраты энергии на нагрев минеральных материалов при производстве горячих смесей‚ ограниченный период времени на устройство конструктивных слоев дорожной одежды и отрицательное воздействие на окружающую среду в процессе всего цикла производства работ.

Второй способ‚ как правило‚ дороже из-за весьма дорогостоящих растворителей‚ которые за относительно короткий период времени должны испариться‚ что приводит к загрязнению окружающей среды и к повышенной пожароопасности при производстве работ.

Третий способ‚ с использованием битумных эмульсий‚ не требует нагрева и может использоваться с холодными и даже влажными минеральными материалами‚ что позволяет снизить расход энергоносителей до 40% по сравнению с традиционными «горячими» технологиями.

Принципиальная схема производства битумной эмульсии

Эмульсия – неоднородная‚ термодинамическая неустойчивая система с двумя или несколькими жидкими фазами‚ представляющими одну постоянную жидкую фазу (дисперсионную среду) и‚ по меньшей мере‚ вторую жидкую фазу‚ рассеянную в первой в форме мелких капелек (дисперсная фаза). В зависимости от формы‚ битумные эмульсии классифицируются на прямые и обратные.

Прямые эмульсии – это когда битум в виде мелких капелек (от 1 до 20 мк) находится в водной среде.

Обратная эмульсия – это когда вода в виде мелких капелек находится в битумной среде.

В дорожной практике наибольшее применение находят прямые битумные эмульсии.

В зависимости от требуемых технологических и эксплуатационных свойств связующего материала эмульсии могут быть приготовлены на битумах различной вязкости как с использованием различных добавок (растворители‚ ПАВ‚ полимеры)‚ так и без них. При этом в зависимости от назначения и условий применения могут приготавливаться эмульсии с различной скоростью их распада и устойчивостью при транспортировке и хранении.

Относительно низкая вязкость прямых битумных эмульсий‚ обусловленная наличием водной среды (от 31 до 50%)‚ обеспечивает хорошую способность обработки каменных материалов без их сушки и нагрева. Такие технологические свойства битумных эмульсий обусловливают благоприятное их применение в дорожном строительстве с позиций охраны труда дорожных рабочих и охраны окружающей среды.

В зависимости от применяемых эмульгаторов эмульсии могут быть анионного и катионного видов. При этом за последние годы в мировой практике дорожного строительства производятся и используются главным образом (почти 100%) эмульсии катионного вида‚ как наиболее универсальные и обеспечивающие достаточную адгезию вяжущего к поверхности минеральных материалов кислой и основной природы.

За более чем 60-летний период производства битумных эмульсий катионного вида за рубежом в совершенстве отработаны различные составы и технологии их применения в дорожном строительстве и налажен промышленный выпуск большого ассортимента эмульгаторов для различных составов эмульсий применительно к их назначению.

Наибольший опыт в теоретических разработках и в практическом использовании битумных эмульсий накоплен во Франции‚ которая считается мировым лидером в этих вопросах и где более 30% от общего объема органических вяжущих для дорожных целей применяется в эмульгируемом виде.

В России в середине 60-х годов на основании научно-исследовательских работ и небольшого опыта практического применения были разработаны технические и нормативные документы по приготовлению и использованию битумных эмульсий в дорожном строительстве.

Однако главным образом эти документы отражали вопросы применения эмульсий анионного вида‚ так как химическая промышленность России и в целом Союза ССР не производила катионные эмульгаторы применительно к дорожному строительству. За весь этот период отечественной машиностроительной промышленностью не был налажен выпуск всего комплекта оборудования для эмульсионных баз‚ и только на энтузиазме отдельных специалистов и коллективов дорожников создавались такие базы для производства эмульсий анионного вида. За последние годы в условиях рыночных отношений и открытости границ в России и странах СНГ целый ряд дорожных организаций начал создавать базы по производству катионных битумных эмульсий‚ главным образом‚ на основе импортного оборудования с использованием импортных эмульгаторов. Наряду с этим‚ ряд наших заводов‚ и в частности АО «Дормаш» (г. Верхний Уфалей)‚ начал выпуск комплекта оборудования для приготовления битумных эмульсий.

Несмотря на то‚ что государственный стандарт на эмульсии битумные дорожные действует с 1982 года (ГОСТ 18659-81)‚ первые технические условия на промышленный выпуск отечественных эмульгаторов катионного вида для дорожных целей были разработаны в 1996 году фирмой «Дорос» (г. Ярославль) и фирмой ЗАО «Амдор» (Санкт-Петербург)‚ испытания проб которых показали их конкурентную способность по отношению к лучшими зарубежным аналогам.

Промышленные установки по производству битумных эмульсий имеют производительность‚ как правило‚ от 5 до 40 т/ч. Производство эмульсий обычно осуществляется с помощью коллоидных мельниц‚ основными характеристиками которых являются:

• наличие воздушного зазора‚ регулируемого или постоянного‚ находящегося между статором и ротором‚ что непосредственно влияет на тонкость эмульсии;

• скорость вращения ротора‚ которая имеет значение для гранулометрической формулы битумных частиц.

При этом в разных установках подготовка дисперсионной среды (водной фазы) производится либо заранее в отдельной емкости и в готовом виде подается параллельно с битумом в коллоидную мельницу‚ либо с помощью насосов-дозаторов все компоненты эмульсии в определенной пропорции‚ согласно рецепту‚ подаются в коллоидную мельницу с постоянным измерением водородного потенциала рH как дисперсионной среды‚ так и готовой эмульсии.

Прямые битумные эмульсии катионного вида применяются для следующих видов дорожных работ:

• устройство подгрунтовки при строительстве конструктивных слоев дорожных одежд из асфальтобетонных смесей;

• приготовление холодных эмульсионно-минеральных смесей для покрытий на автомобильных дорогах III–IV категорий;

• устройство оснований по подбору холодного ресайклинга;

• устройство покрытия (основания) по способу пропитки;

• устройство поверхностной обработки;

• ямочный ремонт покрытий с использованием машины типа «РОСКО»;

• приготовление специальных смесей для ямочного ремонта асфальтобетонных покрытий.

Эмульсия наносится разбрызгиванием равномерным слоем на очищенную поверхность основания (покрытия) с помощью гудронатора из расчета 0‚20–0‚30 л/м2 в зависимости от состояния обрабатываемой поверхности. По подгрунтованной полосе нельзя открывать движение‚ так как это может привести к авариям. Однако движение построечного транспорта при устройстве слоя покрытия не вызывает опасений.

После распада эмульсии и испарения воды на поверхности остается равномерная тонкая пленка битума‚ исключающая явление сдвига при уплотнении уложенной по ней асфальтобетонной или подобной ей смеси и обеспечивающая хорошее сцепление между слоями дорожной одежды.

________________________________________

Для подгрунтовки используется быстрораспадающаяся эмульсия 50-процентной концентрации следующего ориентированного состава:

• битум марки БНД 90/130 – 50% масс.;

• эмульгатор марки «Амдор-М» – 0‚25% масс.;

• хлористый кальций –0‚2% масс.;

• технический керосин – 1‚0%;

• соляная кислота – 0‚2–0‚3% масс.;

• вода – остальное
________________________________________

Подгрунтовка наносится за 1–3 часа до начала устройства слоя покрытия из условия времени распада эмульсии и испарения воды. Следует избегать того‚ чтобы обработанная поверхность длительное время оставалась открытой‚ так как из-за пыли и загрязнения связующая роль подгрунтовки ухудшится.

При относительно небольшой скорости технологического потока устройства асфальтобетонного слоя целесообразно иметь в наличии высокоманевренный минигудронатор небольшой прозводительности.
В прохладную и влажную погоду эмульсии целесообразно подогревать до 40–50°С.

Автор: Никольский Ю. Е.

к.т.н., главный инженер объединения «Дорстройпроект»

Источник: Дорожная техника