Дорожные битумные эмульсии могут быть приготовлены на стационарных или передвижных установках. Основным технологическим
узлом установок являются эмульсионные машины, которые могут быть непрерывного или периодического действия, и в них обычно входит
коллоидная мельница. При осуществлении технологического процесса раствор эмульгатора и битум проходят через коллоидную мельницу,
где происходит эмульгирование, Раствор эмульгатора содержит воду,
эмульгатор, кислоту (щелочь) и при необходимости
стабилизатор.
Все эти компоненты перемешиваются до однородного состояния
с водородным показателем pH 1,8… 2,2 для катионных эмульсий
и рН = 9… 12 для анионных. Из коллоидной мельницы поступает
горячая эмульсия в промежуточный бак для охлаждения, из которого
она затем перекачивается в емкость окончательного хранения.
Базы по приготовлению эмульсий кроме коллоидной мельницы
должны иметь дополнительное оборудование: битумные котлы для
разогрева и обезвоживания битума, емкости для растворения и приготовления рабочих растворов кислоты (щелочи) и эмульгаторов,
насосы, дозаторы .
В процессе приготовления температура эмульсии не должна достигать 150 °C. Для предотвращения местного перегрева перепад
температур между битумом и раствором эмульгатора должен поддерживаться как можно меньшим. Температура на выходе из мельницы
должна составлять приблизительно 90 °С.
В течение всего процесса приготовления эмульсии температура битума, поступающего в машину, должна быть строго постоянной,
в противном случае будет изменяться скорость его истечения через объемные дозировочные устройства, что вызовет изменение концентрации эмульсии. Основными деталями коллоидной мельницы являются статор и ротор с зазорами между ними 0,2…0,6 мм. Ротор вращается со скоростью от нескольких тысяч оборотов в минуту в больших мельницах до 10 000 об/мин в лабораторных мельницах.
Размер капель битума в эмульсии определяется величиной зазора между ротором и статором и скоростью вращения ротора.
В процессе приготовления эмульсий необходимо контролировать:
• точность дозирования компонентов эмульгатора при приготов-
лении водных растворов, дозирование бигума;
• водородный показатель (рН) водных растворов эмульгатора;
температуру битума и раствора эмульгатора, поступающих в эмульси-
онную машину, а также температуру готовой эмульсии (непрерывный
автоматический контроль);
• однородность эмульсии путем погружения стеклянной палочки в готовую эмульсию (периодическая визуальная оценка). При хо-
рошем качестве эмульсии палочка покрывается однородной темнокоричневой пленкой. Не допускается в пленке комочков или нитей
битума.
Пробы эмульсии отбирают и испытывают через сутки после приготовления. Необходимо также производить периодический контроль
эмульсий по следующим показателям:
• условная вязкость;
• устойчивость при хранении;
• сцепление пленки вяжущего с минеральными материалами;
• устойчивость при транспортировании;
• Глубина проникания иглы, растяжимость и температура размягчения битума, выделенного из эмульсии.
Вязкость определяется как сопротивление перемещению одной
части жидкости относительно другой. Определяется вязкость битумных эмульсий с помощью специальных вискозиметров. Наиболее
важными факторами, влияющими на вязкость битумных эмульсий,
являются: содержание битума, его вязкость, температура эмульсии,
размер частиц дисперсной фазы, тип и дозировка эмульгатора, стабилизатора.
Важным показателем является устойчивость битумных эмульсий.
Битумные эмульсии являются термодинамическими неустойчивыми
системами, что благоприятно сказывается на использовании их в качестве связующих для минеральных материалов в дорожном строи-
тельстве. Нестабильность битумных эмульсий вызвана стремлением
таких систем понижать свою избыточную поверхностную энергию
до минимума за счет уменьшения поверхности раздела между фазами битум — вода. Конечный результат этого процесса
эмульсии на две несмешивающиеся фазы.
разделение
Под действием гравитации и из-за разной плотности между дву-
мя фазами происходит расслоение эмульсии. Расслоение эмульсии
не всегда свидетельствует о ее неустойчивости. Плавное перемеши-
вание обычно возвращает эмульсию в исходное состояние. Если
эмульсия неустойчива, то расслоение приводит к коалесценции
и разрушению эмульсии; в этом случае перемешивание уже не мо-
жет восстановить качество эмульсии. Скорость расслоения эмульсии
характеризует ее устойчивость при хранении.
Процесс, при котором капли начинают прилипать друг к другу,
называется флокуляцией. Очень часто при этом имеется большая
центральная капля с небольшими капельками, окружающими ее.
Флоккулы часто могут быть вновь разделены перемешиванием. Окон-
чательным этапом расслоения эмульсии является коалесценция.
Коалесценция – слияние мелких капель в капли большего размера
из-за распада защитной пленки поверхностно-активного вещества.
Этот процесс необратим. Начало коалесценции может быть спроваци-
ровано механическим воздействием на эмульсию: перемешиванием,
перекачкой или вибрацией.
Целью эмульгирования является перевод битума в жидкое со-
стояние при температуре окружающей среды. Эмульсия должна быть
стабильной при хранении и транспортировке, но при нанесении
на минеральный заполнитель или поверхность дорожного покры-
Тия она должна разрушаться установленной скоростью. Скорость
распада зависит от типа и концентрации эмульгатора. На скорость
разрушения значительное влияние оказывают тип заполнителя, температура и климатические условия.
Большинство заполнителей, используемых в дорожном строительстве, несут на своей поверхности отрицательный заряд (в частности,
все минеральные материалы кислых пород), поэтому более целесообразно использовать катионные эмульсии. Влияние, оказываемое
заполнителем, не ограничивается его химической природой. Форма и размер зерен также оказывают существенное влияние на скорость
разрушения. Минеральный материал с высоким содержанием частиц
мелких фракций приведет к значительно более быстрому разрушению,
чем заполнитель с малым содержанием мелочи.
Это объясняется тем, что большая удельная поверхность мелочи
способствует увеличению числа электрических зарядов.