Компонентный состав битумных эмульсий.

Битум обычно содержится в эмульсии 30-80% масс. Наиболее распространены вязкие дорожные битумы с пенетрацией при 25 оС от 60 до 200 х 0,1 мм. Возможно, применение модифицированных полимерами битумов и битума в смеси с гудроном [17].

Вода присутствует в эмульсии в количестве 15-70% масс. Главное требование это жёсткость и отсутствие механических примесей. Большое количество электролитов может привести к распаду. Так же он может происходить на поверхности твёрдых частиц. Жёсткость используемой воды не должна превышать 6 мг-экв/л. Эмульгатор представляет собой катионо- или анионоактивные ПАВ. Содержится от 0,15 до 3,0% масс. в эмульсии.

Стабилизатор. В качестве стабилизатора часто вводят хлорид кальция в виде 30-35 %-ного водного раствора в количестве 0,05-0,5% масс.

Кислота. Нейтрализация эмульгатора кислотой необходима для перевода ПАВ в форму соли. Повышение кислотности способствует повышению стабильности эмульсии, но большой избыток кислоты не рекомендуется, т.к. это может привести к снижению адгезии. В основном используют соляную кислоту (HCl). Но в [14] автор применяет технический олеум. рН водной фазы рекомендуется 1,5- 3,5.

Растворитель. Для повышения клейкости образующейся при распаде плёнки в водную фазу или в битум добавляют нефтяную фракцию, выкипающую в пределах 140-220 0С в количестве 0,5-3,0% масс.

Разжижитель используется для повышения пенетрации битума до необходимого значения. Используют вакуумные газойли, масляные фракции и т.п. Разжижитесь вводится в широких пределах от 5 до 30% масс. Совершенствование компонентного состава битумных эмульсий. С целью получения стабильной битумной эмульсии, отличающейся значительным сопротивлением истиранию при деформации, авторами [19] предложено использовать добавки диамина формулы RC(O)-NH(CH2)3N(R’)R”, где R – насыщенные или ненасыщенные углеводородные группы С1-С20; R’ и R” – одинаковые или различные низшие алкильные группы С1 С4.

Также используют латексы или их смеси. В составе эмульсии содержится 0,8-4,5% диамина, 2,5% латекса и 55-70% битума.

Во Франции разработан процесс и установка для получения эмульсии битума, содержащей синтетический эластомер в водной фазе [20]. Для получения эмульсии битума катионного типа, содержащей латекс, в специальном резервуаре в 1/5 общего объёма воды, используемой в процессе, готовят концентрированный катионный раствор соляной кислоты и эмульгатора, в который в объёме 3% от общего объёма продукта добавляют латекс синтетического эластомера бутадиенстирольного типа. Эмульсию выдерживают при 50 0С и перемешивают в течение нескольких дней. Дозирующими насосами в измельчитель подаётся смесь эмульсии и 4/5 объёма воды и раствор битума.

Для изготовления водонепроницаемого материала применяют битумные эмульсии, модифицированные каучуковыми латексами. В бывшей ЧССР было опубликовано авторское свидетельство [21], где в битумную эмульсию предложено вводить до 15% латекса сополимера бутадиена со стиролом для повышения водостойкости.

Одной из проблем использования битумной эмульсии является нанесение ее на наклонную поверхность. Для решения данной проблемы авторы [22] рекомендуют повысить вязкость эмульсии путём применения электролита в виде изоморфных соединений из 20-25% CuSO4 и 75-80 % MgSO4 в виде смешанных кристаллов. К битумной эмульсии, содержащей 50% масс. битума, 10% масс. латекса, 1% масс. эмульгатора, 1,2% масс. каолина и 5% масс. животных волос, добавляют 3% масс. смешанных кристаллов. Через 5 мин интенсивного перемешивания эмульсия имеет вязкость 1800 МПа⋅с, что позволяет наносить эмульсию слоем до 10 мм на горизонтальные и слабонаклонные поверхности.

Авторы [10] утверждают, что долговечность дорожного покрытия с шероховатоповерхностной обработкой повышается в 2-2,5 раза с использованием вяжущего. Исследовалась битумная эмульсия со следующим составом: 66-69% битума, 0,20-0,24% соляной или уксусной кислоты, 0,3-3,0% аминного эмульгатора, 2,0-6,0% латекса и остальное вода. Латексом являлась катионоактивная водная дисперсия на основе бутадиена и стирола с содержанием сухого вещества 64% масс. Аминный эмульгатор имел следующую общую формулу:

RCH(OH)CH2NHR1NH2,

где R - алифатический радикал С20-26 или С26-28 , R1 - (СН2)6- или - (CH2CH2NH)nCH2СН 2, где n=1,2.

Полученная этим способом битумная эмульсия обеспечит улучшение адгезионных свойств, в том числе прочное сцепление пленки вяжущего с минеральными материалами как кислых, так и основных пород, также обеспечит повышение растяжимости и эластичности вяжущего. По изобретению [11] предложен рецепт битумной эмульсии с использованием 1,1-1,7% каучуковой добавки СВБ-М и добавлением к катионному эмульгатору (КАДЭМ-ВТ 2,50-3,50%) около 0,5-0,7% неонола. Это позволит достичь повышения сцепления пленки вяжущего с минеральными материалами как кислых, так и основных пород. Увеличит время распада эмульсий, необходимое для приготовления и укладки различных эмульсионно-минеральных смесей как плотных так и пористых, также для поверхностныхобработок. Улучшатся свойства битумного вяжущего, такие как эластичность, интервала пластичности и температура хрупкости.

Задачей изобретения [12] является получение покрытия в виде тонкого защитного слоя износа с повышенными износостойкостью, морозостойкостью и эластично пластичными свойствами. Это можно достичь за счет обеспечения резкого распада эмульсии в смеси в контролируемый период времени, повышением адгезионных свойств, растяжимости и эластичности остаточного вяжущего, выделенного из эмульсии. Медленнораспадающаяся катионная битумная эмульсия должна содержать битум, катионный эмульгатор аминного типа (0,8 1,1%), полимерную и адгезионную добавки (около 0,04%), соляную кислоту и воду. Также может дополнительно содержать керосин (1-3%). В качестве полимерной добавки используется латекс (2-6%), представляющий собой катионоактивную дисперсию на основе сополимера бутадиена и стирола с сухим остатком (64%), в качестве адгезионной добавки - углеводородный триамин с щелочностью 3,0-3,7 (по HCl), в качестве катионного эмульгатора аминного типа - эмульгатор, являющийся смесью алкилполиамина и амидополиамина с щелочностью 4,3-4,65 (по HCl).

В [13-18] представлены битумные эмульсии с различными соотношениями компонентов. Предложены различные по свойствам и количеству эмульгаторы. В частности в [17] предлагается использовать битум в смеси с гудроном в соотношении 6,7:1, а в [18] используют ПБВ (полимернобитумное вяжущее: 0,5 1,5% масс. полимера + 98,5-99,5% масс. битума).

За рубежом технологии с использованием катионактивных водно-битумных эмульсий уже давно получили широкое распространение в дорожном строительстве. Одним из сдерживающих факторов для применения подобных технологий в России является отсутствие эффективных отечественных катионактивных эмульгаторов и высокая стоимость импортных. Однако, для производства эмульгатора используется достаточно дешевое и доступное сырье: полиамины и продукты, содержащие жирные кислоты. В качестве последних могут использоваться отходы пищевой промышленности (отработанное фритюрноемасло, некондиционное растительное масло и т.п.). Преимущества отечественных эмульгаторов в том, что они дешевле в 1,5-2 раза, способны значительно снизить вязкость битумных эмульсий и способствуют повышению адгезии битумных пленок к поверхности щебня и бетона. Наиболее существенным преимуществом применения отечественных эмульгаторов для российского рынка является сохранение высокого качества покрытий при использовании известнякового щебня, наиболее распространенного в России. Тогда как импортные эмульгаторы ориентированы на гранитный щебень, а при использовании битумной эмульсии с импортными  эмульгаторами для известняковых щебней качество покрытий существенно снижается.

Современное состояние производства нефтяных битумных эмульсий показывает, что в нашей стране имеются реальные возможности, перспективы развития и реализации технологий получения современного экологически и технологически безопасного вяжущего для строительства и ремонта автомобильных дорог на основе отечественного сырья.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка нефтяных битумов можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок нефтяных битумов в России».

Литература

1. Sauterey R. u.a. Bitumenemulsionen in franzosischen Strassenbau. Teil 1: Allgemeines. Zusammensetzung. Vorschriften. Prufung./”Bitumen. Treere. Asphalte. Peche”. 1975. Bd. 26. N 3. S. 30-35.

2. Федеральное Государственное Унитарное Дорожное Эксплуатационное Предприятие №19. http://www.himtrade.ru/.

3. Карпеко Ф.В., Гуреев А.А. Битумные эмульсии. Основы физико-химического производства и применения.- М.: Химия, 1998.

4. Никольский Ю.Е. Дорожная Техника-2001. Каталог-справочник.

5. Гун Р.Б. Нефтяные битумы.- М.: Химия, 1989.

6. Евдокимова Н.Г., Жирнов Б.С., Ишкильдин А.Ф. Технология получения нефтяных окисленных битумов. Учебно-методическое пособие. – Уфа: УГ-НТУ, 2002.

7. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Ч.3.-М.:Химия, 1978.

8. Битумно-эмульсионные установки (БЭУ) - ООО Давиал. Технологическое оборудование. http://www.davial.ru/

9. Manual of Symbols and Terminology, Appendix II, Part I, International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). N 4, p.612, (1972).

10. Патент RU 2243245 C1

11. Патент RU 2241012 C1

12. Патент RU 2240333 C1

13. Патент GB 2.255.291

14. Патент GB 2.096.622A

15. Патент GB 2.141.720A

16. Патент Fr 2629829

17. Патент Fr 2635330

18. Патент Fr 2636957

19. Патент Австрия 383823

20. Заявка Франция 2630452

21. Авторское свидетельство ЧССР 257131

22. Патент ГДР 266477

Будник В.А., Евдокимова Н.Г., Жирнов Б.С.

Уфимский государственный нефтяной технический университет