Битумные дорожные эмульсии (к СНиП 3.06.03-85)

часть 1
часть 2
часть 3
часть 4
часть 5
Государственный всесоюзный дорожный
научно-исследовательский институт
(Союздорнии)
Минтрансстроя СССР

Пособие
по приготовлению и применению битумных
дорожных эмульсий
(к СНиП 3.06.03-85)

Утверждено приказом
Союздорнии от 25.03.87 № 51

Москва Стройиздат 1989

Изложены основные понятия о дорожных эмульсиях, дана их классификация, способы приготовления; приведены сведения об эмульгаторах, машинах и механизмах для приготовления эмульсий, правила техники безопасности при приготовлении эмульсий. Даются рекомендаций в области применения битумных эмульсий в дорожном строительстве, способы подбора составов эмульсионно-минеральных смесей и контроль качества работ, выполненных с применением битумных эмульсий.
Битумные эмульсии, приготовленные в соответствии с настоящим Пособием, могут быть применены не только при строительстве дорожных одежд, но и для других видов строительных работ как гидроизоляционный, вяжущий и пленкообразующий материал для устройства кровель, гидроизоляции и т.п.
Пособие разработано на основе результатов лабораторных исследований и опытно-экспериментальных работ, а также учета отечественного и зарубежного опыта по приготовлению и применению эмульсий.
Для инженерно-технических работников строительных организаций.
Разработано СоюздорНИИ (кандидаты техн. наук И.Д. Плотникова, Э.А. Казарновская, Э.М. Рвачева, А.П. Архипова, М.Ф. Никишина, В.В. Назаров, Л.Ф. Ступакова) .
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭМУЛЬСИЙ
1.1. Дорожные эмульсии - вяжущий и пленкообразующий материал, представляющий собой однородную маловязкую жидкость темно-коричневого цвета, состоящую из битума (или дегтя), воды и эмульгатора.
1.2. По структуре дорожные эмульсии делят на два типа: прямые и обратные. В прямых эмульсиях битум равномерно распределен в воде в виде мельчайших (размером 1-10 мк) капель, окруженных слоем эмульгатора. В обратных эмульсиях вода равномерно распределена в битуме (или дегте) в виде мельчайших капель, также стабилизированных слоем эмульгатора.
1.3. Прямые эмульсии по виду эмульгатора делят на три вида: анионные (ЭБА), катионные (ЭБК) и пасты.
В анионных эмульсиях эмульгаторами являются анионные поверхностно-активные вещества (ПАВ), в катионных - катионные ПАВ, а пастах - минеральные порошковые материалы.
1.4. Основное различие между вышеуказанными видами эмульсий заключается во взаимодействии с обрабатываемыми материалами.
.Анионные эмульсии активно взаимодействуют с основными (содержащими СаО) минеральными материалами, образуя на их поверхности водостойкую пленку. С кислыми (содержащими SiO2 породами анионные эмульсии взаимодействуют слабо, поэтому пленка вяжущего менее водостойка.
Катионные эмульсии активно взаимодействуют с основными и особенно с кислыми минеральными материалами, образуя на поверхности зерен любых горных пород прочную и водостойкую пленку.
Пасты являются малоактивными вяжущими по отношению к любым минеральным материалам.
1.5. Анионные и катионные эмульсии по смешиваемости с минеральными материалами подразделяют на три класса:
анионные ЭБА-1, ЭБА-2, ЭБА-3;
катионные ЭБК-1, ЭБК-2, ЭБК-3.

Эмульсии классов ЭБА-1, ЭБК-1 не смешиваются с минеральными материалами любого зернового состава, при перемешивании они быстро распадаются и выделяющийся при этом битум распределяется в смеси неравномерно в виде крупных сгустков. Эти эмульсии предназначены для нанесения вяжущего тонким слоем на большие открытые поверхности путем розлива или набрызга. Эмульсии класса ЭБА-2 и ЭБК-2 смешиваются только с каменными материалами пористого зернового состава. Эмульсии класса ЭБА-3 и ЭБК-3 смешиваются с минеральными материалами как пористого, так и плотного зернового состава, в том числе содержащими минеральный порошок и пылеватые частицы грунта.
1.6. Обратные эмульсии подразделяются на жидкие ЭО и вязкие ЭО В.
2. ТРЕБОВАНИЯ К ДОРОЖНЫМ ЭМУЛЬСИЯМ И ПАСТАМ
2.1. Анионные и катионные эмульсии должны отвечать требованиям ГОСТ 18659-81 "Эмульсии битумные дорожные. Технические условия".
2.2. Пасты должны содержать битума 40 — 55 % по массе.
Условная вязкость паст при 20° С должна быть 5 - 20 с.
Пасты должны быть однородными по размеру частиц битума. Массовая доля частиц битума крупнее 1,25 мм не должна быть более 2%.
Пасты должны быть устойчивыми при хранении: массовая доля частиц крупнее 1,25 мм через 7 сут не должна быть более 4%, через 30 сут - более 5%.
2.3. Обратные эмульсии должны содержать вяжущего 70-80% по массе. Вязкость при 60°С по вискозиметру для нефтяных битумов с отверстием 5 мм для ЭО должна быть 5-35, для ЭО-В - 35—130 с.
Эмульсии должны быть однородными. На стеклянной палочке, погруженной на 1 с в эмульсию, не должно быть заметных на глаз капелек или блестков воды.
Эмульсии не должны расслаиваться в течение 7 сут при положительной температуре окружающего воздуха.
При смешивании эмульсии с влажным гранитным щебнем, предварительно обработанным известью, вяжущее должно покрывать поверхность щебня равномерно сплошной пленкой.
Эмульсии должны выдерживать испытание на сцепление с гранитным щебнем, предварительно обработанным известью.
3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ДОРОЖНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
Материалы
3.1. Для приготовления анионных, катионных эмульсий и паст использутют битумы нефтяные дорожные по ГОСТ 22245-7б*. Марку битума назначают с учетом климатических условий района строительства и конструктивного слоя дорожной одежды. Могут быть использованы битумы с добавками полимеров.

3.2.
Для приготовления обратных эмульсий
используют: дегти каменноугольные дорожные по ГОСТ
4641-80
марок Д-1, Д-2 и Д-3; битумы сланцевые дорожные (РСТ ЭССР 82-79) марок С-12/20, С-20/35, С-35/70, С-70/130; масло сланцевое ТУ 38.10957-80 и смеси нефтяных битумов марок БНД 40/60, БНД 60/90 и БНД 90/130 со сланцевым маслом.
3.3. В качестве эмульгаторов для анионных эмульсий используют ПАВ типа высших органических кислот (жирные, смоляные, нафтеновые, сульфатонафтеновые) и их солей (мыла) (табл. 1).
Продукты, содержащие высшие органические кислоты, должны иметь число омыления в пределах от 50 до 200 мг КОН на 1 г продукта. Эмульгирующая способность образца эмульгатора должна проверяться в лаборатории.
Для получения анионных эмульсий, как правило, применяют щелочные вещества: едкий натр по ГОСТ 2263-79*, жидкое стекло по ГОСТ 13078-81*, триполифосфат натрия по ГОСТ 13493-8б*Е.
3.4. В качестве эмульгаторов для катионных эмульсий используют ПАВ типа аминов, диаминов, амидо-аминов и четвертичных аммониевых солей (табл. 2).
Для получения эмульсий применяют соляную кислоту по ГОСТ 857—78* или уксусную кислоту по ГОСТ 6968—76*.

3-5. В качестве эмульгаторов для паст используют: известь (пушонку или молотую кипелку), содержащую не менее 60 % окисей кальция и магния; фильтро-прессную грязь - дефекат - отходы сахарного производства, содержащие не менее 80% частиц мельче 0,071 мм и другие тонкодисперсные минеральные материалы
Таблица 1

Таблица 2

3.6. Эмульгаторами для обратных эмульсий являются фенолы, содержащиеся в вяжущем.
При содержании их в вяжущем менее 5 % необходимо добавлять фенолы каменноугольные технические ГОСТ 11311-76*.
Помимо фенолов в состав эмульгатора для обратных эмульсий входят едкий натр и поваренная соль.
3.7. Вода для приготовления эмульсий должна быть с жесткостью не выше 6 мг-экв/л.
Машины и оборудование
3.8. Битумные эмульсии приготовляют на стационарных или передвижных эмульсионных установках.
Стационарные
эмульсионные установки обычно размещают на территории асфальтобетонных заводов, чтодает значительную экономию средств за счет полного или частичного использования имеющегося на АБЗ парового, энергетического, складского хозяйства, битумоварочного оборудования, лабораторных, производственных и служебных помещений. Возможны случаи, когда целесообразно строить эмульсионные установки как самостоятельные производства.
Передвижные эмульсионные установки (прил. 1) используют, когда необходимо обеспечить эмульсией значительный объем работ при их подвижном фронте.
Таблица 3

3.9. Основным технологическим узлом установок являются эмульсионные машины, которые могут быть непрерывного или периодического действия (табл. 3).
Для приготовления битумных паст, кроме лопастных мешалок можно использовать асфальтобетонные смесители, растворо- и бетономешалки принудительного перемешивания, выпускаемые отечественной промышленностью.
3.10. Кроме диспергатора, базы по приготовлению эмульсий должны иметь дополнительное оборудование: битумные котлы для разогрева и обезвоживания битума; емкости для растворения едкого натра и приготовления рабочих растворов щелочи, кислоты и эмульгаторов; насосы; дозаторы.
Технология приготовления эмульсий
3.1 1. Приготовление анионных и катионных эмульсий может осуществляться по двум технологическим схемам (рис. 1) . По первой схеме эмульгатор и щелочь (или кислоту) вводят в воду, приготовляют раствор определенной концентрации, а затем подают его и битум в определенных соотношениях в диспергатор, где происходит образование эмульсии.
По второй схеме эмульгатор вводят в битум, щелочь (или кислоту) - в воду, а затем эти компоненты поступают в диспергатор.
3 .12. Вид и количество эмульгатора для анионных эмульсий назначают по табл. 4 в зависимости от класса эмульсии.
3.13. В эмульгаторах, содержащих воду, ее количество определяют в соответствии с п. 4.1.
3.14. В эмульгаторах: асидоле, асидол-мылонафте, сульфокислотах определяют кислотное число согласно п. 4.2.
3.15. В эмульгаторах: талловом масле, кубовых остатках синтетических жирных кислот, окисленном петролатуме, госсиполовой смоле и втором жировом гудроне определяют число омыления согласно п. 4.3.
3.16 . Количество эмульгатора, необходимое для введения в воду или битум (см. табл. 4) уточняют с учетом воды, содержащейся в продукте по формуле
(1)
где
N - количество эмульгатора, необходимое для приготовления эмульсии, %; n - количество эмульгатора, %, установленное по табл. 4; В - содержание воды в эмульгаторе, %.
3.17. Количество едкого натра А (в % массы воды) рассчитывают по формуле
(2)
где
а
- кислотное число или число омыления эмульгаторов в
соответствии с пп. 3.14 и 3.15 (мг КОН
на 1 г); n
- количество эмульгатора,
%,
в соответствии с
табл. 4; 0,
714 - коэффициент пересчета молекулярного веса от едкого натра к едкому кали; с - избыток едкого натра в водном растворе эмульгатора, % (0, 4 - для госсиполовой смолы, 0, 1 - 0, 12 - для остальных эмульгаторов).
Если едкий натр поступает на производство не в твердом виде, а в растворе, его дозируют с учетом концентрации раствора (табл. 5), которую контролируют ореометрами (денсиметрами).

3.18.
Водные растворы эмульгаторов:
асидола, асидол-мылонафта, мыла нафтенового, сульфатного мыла,
сульфокислот, смолы древесной омыленной, СНВ - приготавливают
способом растворения эмульгатора и щелочного вещества (если оно
входит в состав) в полной норме воды до рабочей концентрации. В воду,
нагретую до температуры около 50° С, вводят шелочное вещество и эмульгатор (в количестве, соответствующем табл 4, пп. 3.16 и 3.17), тщательно перемешивают до полного растворения, а затем подогревают раствор до 70 - 80° С.
Пример. Требуется приготовить 1 т раствора эмульгатора асидола марки А-2. Количества воды в асидоле - 3%. Кислотное число асидола - 90 мг КОН на 1 мг.
По табл. 4 назначаем количество асидола в растворе - 1,5%, количество едкого натра рассчитываем по формуле (2) :
%.
Пересчитываем количество асидола с учетом содержащейся в нем воды по формуле (1):
%.

Таким образом, на 1 т раствора необходимо: 15,5 кг асидола, 2 кг едкого натра (в случае использования водного раствора едкого натра, его количество назначают с учетом концентрации раствора в соответствии с табл. 5), 982,5 л воды. Воду заливают в емкость, нагревают до 70-80° С, затем вводят в нее вышеуказанное количество асидола и едкого натра, перемешивают до полного растворения.

3.19.
Водный раствор таллового масла получают
путем предварительного приготовления концентрата (мыла) из
эмульгатора, щелочного вещества и части воды с последующим
разбавлением его остальным количеством воды до рабочей концентрации. В емкость для приготовления мыла загружают эмульгатор в количестве, соответствующем табл. 4 и п. 3.16, заливают 2, 5 кратным количеством воды, затем добавляют едкий натр в количестве, соответствующем п. 3.17. Смесь эмульгатора, щелочи и воды кипятят 1-2 ч при периодическом перемешивании, пока она не станет однородной. Готовое мыло разбавляют водой до рабочей концентрации.

Рис. 2. Схема хранения битумной эмульсии: 1. Емкость для хранения эмульсии. 2. Эмульсия. 3. Трубопровод для подачи эмульсии от диспергатора в емкость. 4. Трубопровод для закачивания эмульсии из емкости в транспортные средства
Таблица 4

Таблица 5

3.20. Водные растворы анионных эмульгаторов рабочей концентрации назависимо от способа приготовления должны быть щелочными, т.е. иметь водородный показатель рН в пределах 9-12 (определение рН см. п. 4.4.). Если рН готового раствора меньше указанных значений, необходимо добавить в раствор едкий натр.
3.21.
Эмульгаторы,
которые надо вводить не в воду, а в битум, предварительно отвешивают в количестве, соответствующем табл. 4, и загружают в битумный котел к моменту окончания обезвоживания битума. Для равномерного распределения эмульгатора необходимо перемешивать битум. Битум с эмульгатором не рекомендуется держать в нагретом состоянии более суток. При этом способе введения ПАВ щелочное вещество в необходимом по составу количестве растворяют в воде.
3.22. Вид и количество эмульгатора для катионных эмульсий назначают по табл. 2 в зависимости от класса эмульсии. Количество эмульгатора не зависит от концентрации битума в эмульсии.
3.23. Катионные эмульгаторы вводят в воду или в битум в соответствии с табл. 6. Соляную кислоту вводят только в воду.
Таблица 6

3.24. Количество эмульгатора для введения в воду или битум, установленное по табл. 6, уточняют по концентрации основного вещества в продукте, указанной в паспорте, по формуле
, (3)
где N - количество эмульгатора, необходимое для приготовления эмульсии, %; n - количество эмульгатора, %, установленное по табл. 6; с - концентрация основного вещества в продукте, %.
3.25. Для каждой партии соляной кислоты необходимо устанавливать концентрацию путем измерения ореометром (денсиметром) ее плотности (табл. 7).
3.26. Количество соляной кислоты, необходимое для введения в воду при использовании эмульгаторов БП-3 и аминов, рассчитывают по формуле
(4)
где
А
- количество соляной кислоты,
% массы воды; О
- основность эмульгатора,
мл 0,1Н
раствора HCl
;
0,
00365 - г-экв 0,
1Н раствора HCl ; n - количество эмульгатора, %, установленное по табл. 6; с - концентрация HCl , %.
Если
основность эмульгатора дана в мг КОН
на 1 г,
то для перевода в мл. 0, 1Н раствора HCl этот показатель следует разделить на 5, 61 (титр 0, 1Н раствора HCl , выраженный в мг КОН на 1 г).
Пример.
Требуется приготовить 1 т водного раствора соляной кислоты для
получения эмульсии с 3% БП-3. Соляная кислота имеет плотность
1,
179 г/см3
, следовательно, концентрация ее (по табл. 7) 36%. Основность БП-3 41, 45 0, 1Н раствора HCl (или 232, 5 КОН на 1 г). По формуле (4) находим необходимое количество соляной кислоты
%.
Следовательно, на 1 т водного раствора 14, 6 кг, или 12, 4 л (14, 6:1, 179) соляной кислоты.
3.27. Количество соляной кислоты, необходимой для введения в раствор эмульгатора при использовании АТМ, устанавливают по табл. 6. Нормы расхода кислоты, указанные в табл. 6, относятся к кислоте 36% й концентрации с плотностью 1, 179. При наличии кислоты другой концентрации ее количество корректируют по табл. 7.

Таблица 7

Например, нужно добавить 2, 5 кг соляной кислоты с плотностью 1, 179, а имеется кислота с плотностью 1, 129, тогда ее нужно добавить в количестве кг.
3.28. Эмульгаторы БП-3 и амины вводят в битум, разогретый до рабочей температуры (п. 3.32), и растворяют в нем при перемешивании. Битум с эмульгатором не рекомендуется держать в нагретом состоянии более 8 ч.
3.29. Эмульгатор АТМ вводят в воду, приготовляя раствор следующим образом: в нагретую до температуры 65-75 ° С воду вводят АТМ и соляную кислоту и тщательно перемешивают до полного растворения АТМ. Готовый раствор должен иметь водородный показатель рН в пределах 1, 8-2, 2.
Значения рН меньше 1, 8 свидетельствуют об избытке кислоты, что отрицательно влияет на адгезию эмульгированного битума, более 2, 2 - о недостатке кислоты, что ухудшает условия эмульгирования битума.
3.30. Растворы эмульгаторов и кислот приготовляют непосредственно перед их использованием в емкостях, снабженных плотно закрывающимися крышками.
3.31. Процесс приготовления анионных и катионных эмульсий заключается в объединении в эмульсионной машине битума и водного раствора эмульгатора, дозируемых в определенных соотношениях.
3.32. Температура нефтяного битума, поступающего в эмульсионную машину, должна быть, ° С:
БНД 40/60, БН 40/60 130-140
БНД 60/90, БНД 90/130 120-130
БН 60/90, БН 90/130 120-130
БНД 130/200, БН 130/200 100-120
БНД 200/300, БН 200/300 90-100
3.33. Температура водного раствора эмульгатора, поступающего в эмульсионную машину, должна быть в пределах 70-80 ° С.
3.34. Температуру битума и раствора эмульгатора следует назначать таким образом, чтобы сумма этих двух температур не превышала 200 ° С. В противном случае может произойти вспенивание смеси битума и раствора эмульгатора и выбрасывание ее из эмульсионной машины.
3.35. При приготовлении эмульсии в машине непрерывного действия сперва прогревают машину, краны и трубопроводы, затем включают двигатель и подают водный раствор эмульгатора. После того как раствор заполнит эмульсионную машину и станет вытекать из выходного отверстия, начинают подачу битума. Отрегулировав подачу битума и раствора эмульгатора в соотношении, обеспечивающем нужную концентрацию эмульсии, отключают обогрев кожуха машины.
3.36. Учитывая неточность объемной дозировки компонентов при непрерывном процессе получения эмульсии, рекомендуется подавать битум в количестве, несколько большем требуемого с тем, чтобы окончательно откорректировать концентрацию эмульсии в емкости для готовой продукции путем разбавления раствором эмульгатора, количество которого рассчитывают по формуле
х = а (m /n - 1) , (5)
где
х
- количество раствора эмульгатора, необходимого для разбавления эмульсии, т; а - количество эмульсии, подлежащей разбавлению, т; m - концентрация эмульсии, подлежащей разбавлению, %; n - требуемая концентрация эмульсии, %.
3.37. В течение всего процесса приготовления эмульсии температура битума, поступающего в машину, должна быть строго постоянной, в противном случае будет изменяться скорость его истечения через дозировочные вентили (или другие объемные дозирующие устройства), что вызовет изменение концентрации эмульсии.
3.38. Температура готовой эмульсии, выходящей из эмульсионной машины, должна быть не выше 90 ° С.
часть 1
часть 2
часть 3
часть 4
часть 5