ИнтерСтройЭкспо 2016
04.05.2016
С 20 по 22 апреля 2016 года в Санкт-Петербурге, в КВЦ «ЭКСПОФОРУМ» состоялась 22-я Международная выставка «ИнтерСтройЭкспо», крупнейшая на Северо-Западе России международная выставка строительных, отделочных материалов и строительной техники.
Евроасфальт и Евробитум 2016
29.04.2016
Конгресс, который состоится с 1 по 3 июня в Праге, станет важной вехой в развитии асфальтовой и битумной промышленности Европы. Предоставив возможность ведущим специалистам отрасли подвести итоги проделанной работы и наметить планы на будущее, он послужит полноценной стратегической платформой для ее дальнейшего развития.
 

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ БИТУМНЫХ ЭМУЛЬСИЙ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ /Дорожная Техника 2012/

Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)
Котлярский Э.В., Коротков А.В.

В настоящее время требования к битумным эмульсиям регламентированы ГОСТ Р 52128.2003 «Эмульсии битумные дорожные. Технические условия» [1]. В соответствии с ними и согласно классификации битумные и битумополимерные эмульсии делятся на анионные (ЭБА, ЭБПА) и катионные (ЭБК, ЭБПК).

В зависимости от скорости распада эмульсии бывают 1-го (ЭБК-1, ЭБА-1, ЭБПК-1 и ЭБПА-1), 2-го и 3.го класса. По общепринятой терминологии соответственно это быстро-, средне- и медленнораспадающиеся эмульсии.

При этом скорость распада предлагается оценивать путем смешения эмульсии с минеральными материалами плотного и пористого зерновых составов. С использованием гранитного щебня фракции 5.10.мм по ГОСТ 8267, песка крупного или средней крупности по ГОСТ 8736 и порошка минерального неактивированного по ГОСТ Р 52129.

Методика проведения испытания:

Щебень массой 500 г и песок массой 300 г промывают и высушивают при температуре (105±5) °С до постоянной массы, после чего охлаждают при комнатной температуре. Постоянной считают массу щебня (песка), если разность между результатами двух последовательных взвешиваний составляет не более 0,1 % массы.

Для определения смешиваемости эмульсии с минеральными материалами плотного зернового состава готовят смесь из 65 г щебня, 50 г песка и 8 г минерального порошка. Смесь увлажняют 4 мл воды и тщательно перемешивают. Продолжая перемешивание, в смесь вливают 14 мл эмульсии.

Через 45 с после начала внесения эмульсии перемешивание прекращают и проводят визуальную оценку полученной смеси. Если смесь однородная и зерна минеральных материалов равномерно покрыты сплошной пленкой эмульсии, то эмульсию считают медленнораспадающейся и относят к третьему классу. Если эмульсия при перемешивании распалась и образовала сгустки битума, оставив зерна минеральных материалов полностью или частично необработанными, то считают, что эмульсия не смешивается со смесью минеральных материалов плотного зернового состава, и в этом случае ее испытывают на смешиваемость со смесью минеральных материалов пористого зернового состава.

Для этого готовят смесь из 80 г щебня и 45 г песка, которую увлажняют 3 мл воды и перемешивают. Продолжая перемешивание, добавляют 11 мл эмульсии.

Через 45 с после начала введения эмульсии в смесь перемешивание прекращают и проводят визуальную оценку смеси. Если эмульсия распределилась на зернах минеральных материалов пористого зернового состава равномерно (сплошной пленкой покрыла зерна материала), то эмульсию считают среднераспадающейся и относят ее ко второму классу.

Если эмульсия не смешивается со смесями минеральных материалов плотного и пористого зерновых составов, ее считают быстрораспадающейся и относят к первому классу.

Рассмотрев представленную методику, легко сделать вывод, что она не имеет какой.либо количественной характеристики, не позволяет оценивать качественные показатели скорости распада или взаимодействия с минеральными заполнителями. Кроме того эта методика не моделирует реальных сроков распада эмульсии, а также условий и времени формирования уложенных битумоэмульсионных слоев.

Скорость распада эмульсии по европейской методике может быть измерена посредством испытания, при котором в эмульсию добавляются наполнители (мелкий кварцевый песок или цемент) рис. 1, что позволяет определить индекс распада. Критерием реакционной способности является степень коалесценции или количество наполнителя, необходимого для получения полной коалесценции (объединения). Данная методика приведена в EN 13075. По сравнению с отечественными стандартными испытаниями этот метод в лучшей степени отражает процессы, происходящие на границе раздела эмульгированный битум — поверхность минерального материала, и даёт возможность оценить реальное взаимодействие и процессы распада битумной эмульсии на технологической стадии при объединении с каменными материалами.

Вязкость определяется как сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. Для определения вязкости битумных эмульсий используются специальные вискозиметры. Изготовитель должен обеспечивать выпуск и отгрузку эмульсий с требуемой вязкостью. Вязкость должна быть задана заранее и оставаться в определенных пределах в течение всего срока хранения эмульсии. Многие факторы влияют на вязкость битумных эмульсий, но наиболее важными из них являются содержание битума (рис. 2), температура эмульсии (рис 3) и распределение капель по размерам. Другими факторами, оказывающими влияние на вязкость, являются типы и дозировки эмульгаторов, стабилизатора и содержание соли в битуме. Вязкость исходного битума также влияет на вязкость эмульсии.

Из представленных рисунков видно, как можно получить эмульсию с относительно высокой вязкостью при температуре окружающей среды, что делает возможным ее использование в качестве связующего вещества для поверхностной обработки, а также, как вязкость эмульсии снижается при нагреве.

Основное влияние на показатель вязкости эмульсии оказывает содержание битума в эмульсии. При содержании битума более 65 % начинается стремительный рост показателя вязкости.

Эмульсия с дисперсной фазой из мелких битумных частиц и плотным графиком их распределения по размерам при прочих равных условиях имеет более высокую вязкость, чем эмульсия с большой дисперсностью (или с двумя пиками на графике). На показатели размера частиц и их распределения по размеру в определённой степени могут оказывать воздействие свойства эмульгатора, его концентрация, а также технология получения эмульсии, транспортирования и применения битумных эмульсий.

Высокое содержание соли в битумах способствует повышению вязкости эмульсии, поскольку из таких битумов могут получаться многофазные эмульсии, в которых некоторое количество воды захватывается внутрь частиц битума. Это также может происходить при хранении эмульсии.

Показатель вязкости обычно определяется как время истечения определенного объема эмульсии из стакана через отверстие стандартного диаметра при установленной температуре. Вискозиметр «Сейболт Фурол» (Saybolt Furol) используется для этой цели по большей части в странах Северной и Южной Америки, а вискозиметр «STB» (Standard Таr) в странах Европы.

Согласно европейской методике определяют время истечения 50 мл эмульсии через отверстия 2, 4 и 10 мм при температуре, близкой к технологической, например, 40 °С.

В России на сегодняшний день используется метод, схожий с европейским. Регламентированная стандартом температура испытания эмульсии равна 20 °С, что не отражает реальных технологических условий применения битумных эмульсий. Ее распределение обычно производится при температуре 40.60 °С.

Вязкость битумной эмульсии определяет ее способность перемешиваться с каменными материалами, смачивать поверхность частиц минерального материала, обеспечивать однородность получаемой битумоминеральной смеси. Применяемая методика измерения условной вязкости, по времени истечения в стандартном дорожном вискозиметре с отверстием 3.мм при температуре 20 °С, не моделирует технологических условий производства работ.

Отсутствует зависимость вязкости битумной эмульсии от марки применяемого исходного вязкого битума.

Другим, не менее важным, аспектом эмульсионных технологий является стабильность эмульсии в процессе ее хранения.

Если плотность частиц битума отличается от плотности водной фазы, то он может всплывать или опускаться на дно, что приводит при длительном хранении эмульсии к расслоению с образованием битумной плёнки или, наоборот, осаждению битума. Стабильность битумной эмульсии при хранении характеризуется результатами сравнения содержания частиц дисперсной фазы в верхних и нижних слоях после 1-5 суток хранения в мерном цилиндре. Во многих случаях процесс расслоения можно исправить после повторного перемешивания эмульсии. Однако необходимо учитывать, что плотная упаковка осаждённых диспергированных частиц битума может привести к коалесценции или необратимой флокуляции.

Основную роль в этом процессе играет эмульгатор. В предлагаемой стандартом [1, (п. 7.6)] методике проведения лабораторных испытаний битумной эмульсии на устойчивость при хранении, необходимо выдерживать образцы 7 и 30 суток. Из анализа практического опыта применения битумных эмульсий следует, что больше 7 суток эмульсии хранят редко. Это связано с необходимостью иметь дополнительные склады и емкости с относительно небольшими расстояниями перевозки эмульсии к месту ее непосредственного применения, полным отсутствием возможности осуществления лабораторного контроля непосредственно при производстве дорожных работ.

Видимо, показатель устойчивости на 30-е сутки стоит перевести в разряд факультативного и проводить это испытание только по требованию потребителя.

Битумные эмульсии, как правило, склонны к расслоению, характеризуемому эффектом осаждения битумной фазы, хотя высокое содержание водной дисперсионной среды может привести к образованию поверхностной битумной плёнки. Степень осаждения находится в зависимости от разности плотностей, размера частиц, содержания вяжущего, а также от вязкости водной фазы. За счёт выполнения операций по выравниванию плотностей двух фаз (например, добавление растворителя, добавление солей или же повышение температуры хранения) можно добиться снижения расслоения. Этому способствует повышение вязкости, например, при добавлении загустителей. Изменения в составе эмульсии или в параметрах технологического производственного процесса получения эмульсии, способствующие уменьшению среднего размера битумных дисперсных частиц, также приводят к уменьшению расслоения.

Расслоение — это процесс, при котором битумная фаза или часть ее перемещается ко дну сосуда с эмульсией (рис. 4). Факт расслоения эмульсии необязательно означает, что она неустойчива — плавное перемешивание часто возвращает эмульсию в исходное состояние. Если, однако, эмульсия неустойчива, то расслоение может привести к коалесценции (рис. 6) и разрушению эмульсии, и в этом случае перемешивание уже не в состоянии восстановить качество эмульсии. Скорость расслоения эмульсии является показателем, характеризующим ее устойчивость при хранении.

Флокуляция — это процесс, где капли начинают прилипать друг к другу. Очень часто при этом имеется большая центральная капля с небольшими каплями, окружающими ее. Флокулы часто могут быть вновь разделены перемешиванием.

Слияние капель в эмульсии с образованием капель большего размера называется коалесценцией. За флокуляцией часто следует коалесценция. Начало коалесценции может быть вызвано механическим действием, таким, например, как перемешивание, перекачка или вибрация. Коалесценция происходит в процессе разрушения и зависит от типа заполнителя.

Расслоение эмульсии происходит под действием силы тяжести и разницы в плотности между двумя фазами. Даже если эта разница небольшая, расслоение все же будет иметь место, если эмульсия содержит большие капли и содержание битума меньше, скажем, 65 %. Скорость перемещения капли зависит от содержания битума в эмульсии и уменьшается с увеличением содержания битума. В эмульсиях с содержанием битума более 65 % расслоение обычно пренебрежительно мало. Некоторые из методов, позволяющих уменьшить или предотвратить расслоение, указаны ниже:

Снижение плотности битумной фазы добавлением растворителя.

Увеличение вязкости водной фазы добавлением загустителя.

Предотвращение флокуляции изменением типа и концентрации стабилизатора и эмульгатора или изменением рН.

Снижение размеров капель, например, за счет улучшенного измельчения или замены эмульгатора.

Улучшение условий хранения, например, поддержанием температуры эмульсии на уровне выше температуры окружающей среды.

В некоторых случаях капли битума могут подниматься наверх, что называется «сливкообразованием». Это может случиться в том случае, когда плотность битума меньше плотности водной фазы, например, при высоком содержании растворителя в битуме.

Исходя из вышесказанного, важно оценивать еще один показатель, которого нет в ГОСТ Р 52128, — устойчивость к расслоению (седементации). Ведь от этого напрямую зависит количество распределяемого вяжущего. Данный показатель показывает, насколько стабильна эмульсия по объему в процессе хранения, изменяется ли концентрация битумной фазы в верхнем и нижнем слое, т.е. происходит всплытие или осаждение вяжущего и ее интенсивность.

Европейские нормы предусматривают определение этого показателя, методика проведения испытания описана в EN 12847.

Особое внимание следует уделить методике выделения вяжущего для проведения физико-механических испытаний остатка после испарения воды из эмульсии. Описание методики ГОСТ Р 52128:

Эмульсию наливают в выпарительную чашку в количестве не менее 500 мл, ставят на электрическую плитку и выпаривают из нее воду, не допуская интенсивного кипения, периодически помешивая стеклянной палочкой. Выпаривание заканчивают, когда прекратится выделение пузырьков пара и поверхность остатка станет зеркальной.

К положительным особенностям данной методики следует отнести ее оперативность. Но существует ряд факторов, которые не учитываются при данном методе. Например, температура вяжущего при выпаривании. Поддерживать температуру плитки или песчаной бани в районе 150 °С практически невозможно, а следовательно вяжущее будет нагреваться неравномерно и перегреваться, вследствие чего начнут происходить процессы старения, окисления, изменения группового состава вяжущего и изменение физико-механических свойств.

В стандартах EN и ASTM, как правило, существует несколько методик выделения вяжущих. Для точного определения содержания воды перегонкой (например EN 1431, EN 1428, ASTM D 244) и выделение вяжущих с помощью выпаривания, где процедура извлечения вяжущего из эмульсии производится в благоприятных условиях, не подвергая вяжущее перегреву и старению, например EN 13074.1, EN 13074.2.

Проведенный анализ свидетельствует, что назрела необходимость совершенствования методов оценки качества битумных эмульсий, в которых необходимо учитывать технологические особенности и область их применения.

Для анализа физико-механических свойств остатка после испарения воды из эмульсии воспользуемся таблицей 1.

Рассмотрев представленную таблицу и зная реальные физико-механические характеристики битумов, выпускаемых в России, легко сделать вывод, что для производства быстрораспадающихся эмульсий класса ЭБК-1 возможно применение исключительно битума марки БНД 60./.90, т.к. битум марки БНД 90./.130 практически невозможно найти с температурой размягчения 47 °С и выше. Таким образом, в независимости от региона применения, климатических условий, технологии применения, для производства эмульсий типа ЭБК-1.мы должны использовать битум БНД 60./.90. В существующем стандарте нет требований к температуре хрупкости. На наш взгляд, необходимо давать возможность применять различные марки вяжущих на территории нашей страны. В зависимости от ряда факторов:

•климатических условий;

•технологии применения;

•качественных характеристик материалов.

Выводы:

Подводя итог данного обзора, можно сделать следующие выводы:

Необходимо разрабатывать технические требования к катионным битумным эмульсиям, позволяющие расширить применение различных вяжущих.

Необходимо разработать методы, позволяющие количественно оценивать качественные характеристики битумных эмульсий.

ЛИТЕРАТУРА

[1] ГОСТ Р 52128.2003 Эмульсии битумные дорожные. Технические условия

[2] ГОСТ 22245.90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия

[3] СТБ 1245.2007 Эмульсии битумные катионные дорожные. Технические условия

[4] Akzo Nobel. Битумные эмульсии. Технический бюллетень

[5] EN 12846.1. Bitumen and bituminous binders — Determination of efflux time by the efflux viscometer — Part 1: Bituminous emulsions

[6] EN 12847. Bitumen and bituminous binders — Determination of settling tendency of bituminous emulsions

[7] EN 13074.1. Bitumen and bituminous binders — Recovery of binder from bituminous emulsion or cut-back or fluxed bitumen by evaporation

[8] EN 13075.1. Bitumen and bituminous binders — Determination of breaking behavior — Part 1: Determination of breaking value of cationic

[9] EN 1429. Bitumen and bituminous binders — Determination of residue on sieving of bituminous emulsions, and determination of storage stability by sieving

[10] EN 1431. Bitumen and bituminous binders — Determination of residual binder and oil distillate from bitumen emulsions by distillation

[11] EN 15626. Bitumen and bituminous binders — Determination of adhesivity of cut-back and fluxed bituminous binders by water immersion test — Aggregate method

[12] ASTM D 244 Testing Emulsified Asphalt

[13] Коротков А.В., Котлярский Э.В. Эмульсионные технологии, область применения, классификация и перспективы. В сб. статей и докладов Ежегодной научной сессии Ассоциации исследователей асфальтобетона. М., МАДИ (ГТУ), 2009, с. 128.134.

[14] Сайт компании Эмульбиттех. www.emulibittech.ru

< Назад

 

Поиск

Автор
Год выпуска
СОСТАВ И СВОЙСТВА МИНЕРАЛЬНОГО ОСТОВА В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ АСФАЛЬТОБЕТОНА /Дорожная Техника 2010/
Объемы производства щебня в мире в настоящее время превышают 3 млрд м3 / год, а цены на этот продукт, производимый из природного минерального сырья, за последние 50 лет выросли в 2,5 – 3 раза. Доля Российской Федерации (РФ) составляет лишь 5 % от мировых объёмов щебня, причем примерно 70 млн м3 этой продукции используется в дорожном строительстве. На государственном учёте в РФ в настоящее время находится до 7 тысяч месторождений строительного камня, песчано-гравийных материалов и строительных песков, на 60 % из которых выданы государственные лицензии на разработку.
  © 2008 Славутич Разработка сайта Vitrum-Media