К
СНИП 3.06.03-85. Пособие по приготовлению и
применению битумных дорожных эмульсий.
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
|
Эмульгаторы для анионных эмульсий |
Состав, свойства |
|
Асидол марки А-2
ГОСТ
13302-77* |
Маслянистая жидкость темно-коричневого
цвета, не растворяется в воде, но легко
растворяется в щелочных растворах. |
|
Асидол-мылонафт
ГОСТ
13302-77* |
Мазеобразное вещество от светло-желтого
до коричневого цвета; представляет собой
смесь нафтеновых кислот с их натриевыми
солями. |
|
Мыло
нафтеновое (мылонафт) ГОСТ 13302-77* |
Мазеобразное вещество от
светло-коричневого до коричневого цвета;
состоит в основном из натриевых солей
нафтеновых кислот и воды. Содержит
небольшое количество неомыленных веществ
и минеральных солей. |
|
Синтетические жирные кислоты (кубовый
остаток) ОСТ38.01182-80 марка Б |
Продукт от твердой до мазеобразной
консистенции, от светло-коричневого до
темно-коричневого цвета. Состоит в
основном из высокомолекулярных жирных
кислот. |
|
Контакт Петрова (сульфокислоты
нафтеновые, газойлевый контакт)
ОСТ
38.01116-76 |
Маловязкая жидкость от коричневого до
черного цвета, содержит значительное
количество сульфонафтеновых кислот и
некоторое количество примеси, в том
числе серную кислоту. |
|
Окисленный петролатум
ТУ
38-301-96-83 |
Однородная паста коричневого цвета,
нерастворима в воде. |
|
Сульфатное мыло серое
ТУ
81-05-118-77 |
Мазеобразный продукт от желтого до
темно-коричневого цвета. Содержит
значительное количество натриевых солей
смоляных и жирных кислот и некоторое
количество других веществ. Хорошо
растворяется в воде. |
|
Масло
талловое сырое
ОСТ
13.184-83Е |
Вязкая жидкость от темно-красного до
темно-бурого цвета, содержит смесь
смоляных и жирных кислот. |
|
Второй жировой гудрон
ОСТУ
30-9121-63 |
Полутвердый или вязкий продукт от
коричневого до темно-коричневого цвета)
состоит из жирных кислот, нейтрального
жира и неомыленных веществ. |
|
Госсиполовая смола
(кубовый остаток)
ОСТ
18-114-73 |
Продукт, получаемый в виде кубового
остатка (гудрон) при дистилляции жирных
кислот, выделенных из хлопкового
соапстока. Однородная вязко-текучая
масса от темно-коричневого до черного
цвета. |
|
Смола
древесная омыленная (СДО) ТУ 81-05-2-78 |
Вещество черного цвета вязкой или
полувязкой консистенции, растворима в
воде, рН водного раствора 11-12,
содержит соли смоляных и других высших
кислот. |
|
Жировая масса
ТУ
18УзССР45-81 |
Вещество коричневого или
темно-коричневого цвета мазеобразной
консистенции со специфическим запахом
жирных кислот. Содержит 20-30% воды. |
|
Талловый пек
ТУ
81-05-84-80 |
Продукт темно-коричневого цвета от
маловязкой до вязкой консистенции,
безводный или с небольшим количеством
воды. |
|
Смола
нейтрализованная воздухововлекающая
(СНВ)
ТУ
81-05-75-74 |
Продукт темно-коричневого цвета твердой
консистенции, хорошо растворим в воде,
рН водного раствора 10-12. |
|
Пек
талловый омыленный марка Б ОСТ 13-145-82 |
Продукт коричневого или
темно-коричневого цвета, твердой
консистенции, растворяется в горячей
воде. |
Таблица 2
|
Эмульгаторы для катионных эмульсий |
Состав, свойства |
|
Присадка адгезионная БП-3
ТУ 38
УССР 201170-78 |
Воскообразный продукт от светло-желтого
до светло-коричневого цвета. Температура
каплепадения не выше 75 ° С. Хорошо
растворима в битуме. |
|
Амины
алифатические С17 - С20
технические
ТУ
6-02-795-78 |
Белый
с желтым оттенком воскообразный продукт.
Температура плавления 33-38 ° С. Хорошо
растворим в воде. |
|
Четвертичные соли аммония (например,
алкилметиламмоний хлорид - АТМ)
ТУ
3840798-78 |
АТМ
выпускается в виде 50 - 60 % раствора в
изопропиловом спирте. Хорошо растворим в
воде. |
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
|
Эмульсионныее машины |
Производительность, т/ч |
Мощность электродвигателя, кВт |
Принцип действия |
Ввид
эмульсий |
|
Многодисковый диспергатор ЭМ-25 |
25 |
14 |
Непрерывный |
Прямые |
|
Многошелевой диспергатор Д-2 |
5-7 |
7,5 |
То же |
То же |
|
Многощеленой диспергатор Д-3 |
10-12 |
10 |
“ |
ч |
|
Акустический диспергатор |
7 |
6 |
Периодический |
'" |
|
Лопастная мешалка |
3 |
2,8 |
То же |
Обратные |
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
3.11. 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
|
Состав эмульгатора |
Количество вещества, вводимое
в
воду, % массы воды |
Количество вещества, вводимое в
битум, % массы битума |
|
Эмульсии класса ЭБА-1 |
|
Асидол марки А-2 |
1 -
1, 5 |
- |
|
Едкий
натр |
по п.
3.17 |
- |
|
Жидкое стекло |
0,2 |
- |
|
Асидол - мылонафт |
2-2,5 |
- |
|
Едкий
натр |
0,1 |
- |
|
Мыло
нафтеновое |
2-2,5 |
- |
|
Едкий
натр |
0,1-0,12 |
- |
|
Сульфатное мыло |
1-1,5 |
- |
|
Едкий
натр |
0,1-0,12 |
- |
|
Госсиполовая смола |
- |
2-4,5 |
|
Едкий
натр |
0,3-0,4 |
- |
|
Окисленный петролатум |
- |
2-3 |
|
Едкий
натр |
по п.
3,17 |
- |
|
Синтетические жирные кислоты (кубовый
остаток) |
- |
1,5-3,5 |
|
Едкий
натр |
по п.
3.17 |
- |
|
Эмульсии класса ЭБА - 2 |
|
Масло
талловое сырое |
2-2,5 |
- |
|
Едкий
натр |
по п.
3.17 |
- |
|
Сульфатное мыло |
2-3 |
- |
|
Едкий
натр |
0,2-0,3 |
- |
|
Контакт Петрова (сульфокислоты,
газойлевый контакт) |
1,2-1,4 |
- |
|
Едкий
натр |
по п.
3.17 |
- |
|
Синтетические жирные кислоты (кубовый
остаток) |
- |
3-3,5 |
|
Триполифосфат натрия |
1,5-2 |
- |
|
Второй жировой гудрон |
- |
6-7 |
|
Триполифосфат натрия |
1,5-2 |
- |
|
Жировая масса |
1,5-1,8 |
- |
|
Едкий
натр |
0,6-0,7 |
- |
|
Госсиполовая смола |
- |
4,5-5 |
|
Едкий
натр |
0,4-0,5 |
- |
|
Смола
нейтрализованная воздухововлекающая
(СНВ) |
2,5-2,8 |
- |
|
Эмульсии класса ЭБА-3 |
|
Смола
древесная омыленная |
6-8 |
- |
|
Талловый пек |
- |
15-20 |
|
Едкий
натр |
0,8 |
- |
|
Контакт Петрова (сульфокислоты,
газойлевый контакт) |
2,4-2,6 |
- |
|
Едкий
натр |
по п.
3.17 |
- |
|
Госсиполовая смола |
6-8 |
3-5 |
|
Едкий
натр |
по п.
3.17 |
- |
|
Второй жировой гудрон |
- |
6-8 |
|
Триполифосфат натрия |
2 |
- |
|
Жировая масса |
2-2,5 |
- |
|
Едкий
натр |
0,6-0,7 |
- |
|
Смола
нейтрализованная воздухововлекающая
(СНВ) |
2,8-3 |
- |
|
Пек
талловый омыленный |
5-10 |
- |
Таблица 5
|
Концентрация NaOH, % |
Плотность NaOH, г/см3 |
Концентрация
NaOH,
% |
Плотность NaOH,
г/см3 |
|
2 |
1,023 |
32 |
1,352 |
|
4 |
1,046 |
34 |
1,374 |
|
6 |
1,069 |
36 |
1,395 |
|
8 |
1,092 |
38 |
1,416 |
|
10 |
1,115 |
40 |
1,437 |
|
12 |
1,137 |
42 |
1,458 |
|
14 |
1,159 |
44 |
1,478 |
|
16 |
1,181 |
46 |
1,499 |
|
18 |
1,203 |
48 |
1,519 |
|
20 |
1,225 |
50 |
1,54 |
|
22 |
1,247 |
52 |
1,56 |
|
24 |
1,268 |
54 |
1,58 |
|
26 |
1,289 |
56 |
1,601 |
|
28 |
1,31 |
58 |
1,622 |
|
30 |
1,332 |
60 |
1,643 |
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 д
