Битумная эмульсия: технические характеристики, ГОСТ, типы и виды

битумная эмульсия

Битумная эмульсия – это строительный материал, обладающий высокой клеящей способностью и имеющий частицы величиной не более одного микрона. Базовый цвет битумной эмульсии – коричневый, но оттенок может меняться от светлого до темного и определяется степенью дисперсности.

В строительстве наибольшее распространение получили эмульсии, в составе которых содержится 50-55% битума. Среди важных особенностей материала необходимо выделить достаточную вязкость, хорошую сохранность на протяжении длительного времени, а также выдерживание температуры от 0 до 50 ºС.

После нанесения на обрабатываемую поверхность вещество распадается на две составляющих – битум и воду. При этом эмульсия становится черной. Благодаря хорошим защитно-изоляционным свойствам битумная эмульсия способна придавать материалам водонепроницаемость. Кроме того, битумная пленка устойчива к воздействию кислот и щелочей.

Эмульсии битумные допускают работу при более низких температурах, чем дорожный битум. Вода после нанесения на покрытие испаряется, в результате чего образуется твердый асфальт.

При строительстве дорог на практике используется битум, обладающий пенетрацией на уровне 200-300. Промышленные применения требуют материал, у которого этот показатель равен 40-50. При выполнении кровельных работ допускается смешивание битума с глиной.

Что такое битумная эмульсия?

Проблема исчерпаемости топливно-энергетических ресурсов с каждым годом стоит все острее. Человечество постепенно начинает вспоминать о возобновляемых источниках энергии, но пока они не способны в полной мере обеспечить хозяйственные потребности. Поэтому возникает необходимость не только в привлечении «бесплатных» ресурсов, но и экономии существующих.

Дорожная отрасль является достаточно энергозатратной, поскольку ежегодно в мире ремонтируются и прокладываются тысячи автомобильных дорог. Чем не резерв для экономии? Но со старыми «горячими» технологиями существенное сокращение потребление энергетических ресурсов вряд ли возможно, поэтому выходом является использование принципиально новых строительных материалов, к которым относятся битумные эмульсии. Они не требуют подогрева, что позволяет говорить о позитивном вкладе как в решение всемирной энергетической проблемы, так и в экономию на уровне отдельно взятой дорожно-строительной или ремонтной организации. Так что же такое битумная эмульсия?

Если говорить по-простому, то битумная эмульсия – это смесь битума с водой. Но данные вещества при обычных условиях не смешиваются, – возразите вы. И будете абсолютно правы. Поэтому для соединения компонентов в воду вводят специальные добавки – эмульгаторы, кислоты и щелочи. Вода, перемешанная с такими веществами, получила название купажа. По сути, битумная эмульсия – этот тот же битум, который можно использовать в дорожном строительстве, но без предварительного нагрева. Отсюда и экономия энергетических ресурсов.

История происхождения битумных эмульсий

Впервые о битумной эмульсии услышали еще в далеком 1890 году, когда был выдан патент, связанный с данным строительным материалом. Но в последующие 30 лет практического значения битумные эмульсии так и не получили.

Первенство в области разработки способов производства и применения эмульсий принадлежит французским ученым. Именно они в 1903 г. применили «эмульгированные и омыленные» тяжелые масла нефти в аммиачной воде. Год спустя с целью предотвращения несчастных случаев из-за облаков пыли, поднимаемых автомобилями во время гонки, использовалось «эмульгированное нефтяное масло». Уже к 1904-му году на территории Франции гудроновое покрытие занимало площадь равную 360000 м2.

Еще одно важное событие произошло 9 мая 1922 г. в Англии. Химик Алан Маккей зарегистрировал патент на битумную эмульсию, который уже через несколько лет существенно изменил технику дорожных покрытий. Начиная с 1923 г. во Франции достаточно оперативно расходится первая сотня тонн материала. Через год объем использования достигнул 2500 т, а еще через год – 6000 т. В это же время развивается производство битумной эмульсии  и в других странах: Дании, Германии, Австралии и Индии. Вместе с Англией они выпустили около 150000 т материала уже к концу 1926 г.

В 30-х годах на одной из улиц Германии было нанесено покрытие, названное, в последствии, тонкослойным. Оно состояло из измельченных высококачественных добавок, воды и битума. Фирма «Кемна», специализирующаяся на производстве высокотехнологичных битумных эмульсий, открывает новые рынки сбыта в ряде стран Европы, Азии и Африки.

Очередной ступенью развития стало появление в 1951 году катионных битумных эмульсий. Благодаря своим эксплуатационным свойствам они достаточно быстро вытесняют анионные эмульсии. Уже через десять соотношение производства составляет 50/50, а к 1971-му году доля катионных битумных эмульсий достигает 92%.

В 2002 году во Франции вышла книга, рассказывающая о последних достижениях ученых в области производства битумных эмульсий и возможностях регулирования их свойств, а также о режимах получения данных материалов.

ГОСТ Р 52128-2003

На дорожные битумные эмульсии распространяется ГОСТ Р 52128-2003, который принят 27 июня 2003 г. постановлением Госстроя России № 117. Он пришел на смену старому советскому ГОСТу 18659-81, принятому 31 декабря 1980 г.

Основные технические характеристики битумных эмульсий

Одной из главных особенностей битумных эмульсий является их высокая вязкость и возможность длительного хранения без существенной потери эксплуатационных свойств.

Благодаря своим защитно-коррозионным характеристикам битумные эмульсии придают материалам водонепроницаемость. Битумная пленка обеспечивает надежную защиту от воды, кроме того, она достаточно устойчива к воздействию кислот и щелочей.

Основное отличие битумной эмульсии от суспензии состоит в более мелком размере частиц. Во втором случае он составляет не менее 10 микрон. На то, что при диспергировании получается система типа эмульсии, указывает взвешенное состояние и выпадение в осадок при искусственном воздействии частиц битума.

Получение эмульсии из битума и воды невозможно без выравнивания поверхностного натяжения на границе их раздела. Это может быть достигнуто или за счет сокращения суммарной поверхности всех частиц, или же за счет уменьшения поверхностного натяжения.

Классификация, типы и виды битумных эмульсий

Битумные эмульсии делятся на прямые, обратные и сложные.

  • Прямые – это органические вещества размером 1-5 мкм (битумы, гудроны, масла и т.д.) в воде. Эмульсии прямого типа хорошо разбавляются мягкой водой, тогда как эмульсии обратного типа водой не разбавляются. Электропроводность эмульсии прямого типа довольно значительная, так как дисперсионной средой является вода с присутствующими в ней электролитами.
  • Обратные – наоборот, в качестве основы имеют органические вещества, а вода представлена в битуме в виде капель. Электропроводность эмульсии обратного типа крайне мала, так как средой в ней является малополярная жидкость – масло.
  • Сложные битумные эмульсии представляют собой битум в водной среде, а в самом битуме размещаются мелкие капельки воды.

Классификацию битумных эмульсий проводят по многим признакам, но одним из наиболее распространенных является знак заряда частиц битума. Эмульсии с отрицательным зарядом битумных частиц получили название анионных, а с положительным – катионных.

Часто наполнитель имеет отрицательный заряд, как и частички битума. В этом случае возникают трудности при смешивании, особенно если процесс протекает в сырую погоду, когда вероятность появления электрических токов возрастает. Поэтому на практике больше распространены катионные битумные эмульсии, которые более охотно совмещаются с наполнителями.

В зависимости от его концентрации можно получить быстро-, средне- и медленнораспадные эмульсии.

Существуют также сверхстабильные, но они требуют наибольшего количества эмульгатора.

Сколько всего эмульсии производиться в мире?

Ежегодно в мире производится около 8 млн. тонн битумной эмульсии. 20% от этого числа составляют анионные, а 80% – катионные эмульсии. Такая разница обусловлена особенностями взаимодействия вяжущих с минеральными материалами. В дорожном строительстве могут использоваться материалы кислого и основного происхождения.

По своей физической природе катионные эмульсии намного лучше взаимодействуют с кислой средой, а анионные – с основной. Поскольку большинство минеральных материалов, использующихся при строительстве и ремонте автомобильных дорог, имеют в своем составе кварц, то и катионные эмульсии применяются намного чаще.

Сфера применения и преимущества

Область применения битумных эмульсий достаточно широка и охватывает проведение гидроизоляции конструкций, поверхностную обработку асфальта, подгрунтовку старых дорожных покрытий, ремонт выбоин и ям на дорогах, изготовление слоев износа, производство защитных слоев дорожной одежды.

Битумная эмульсия добывает все большую популярность, что обусловлено рядом преимуществ, среди которых стоит выделить:

  • более качественное проникновение в поверхность (заполнение всех пор и неровностей) за счет меньшей в сравнении с обычным битумом вязкости;
  • снижение риска возникновения пожара (битумные эмульсии не требуют предварительного разогрева до высоких температур);
  • хорошая адгезия основания с последующем слоем покрытия;
  • соответствие существующим экологическим стандартам (снижение количества выбросов органических соединений в окружающую среду);
  • безопасность для здоровья человека.

Какие отличия от горячего битума?

Несмотря на то, что эмульсии в целом являются сложным материалом, их преимущества перед горячими битумами вполне очевидны. В первую очередь, стоит говорить о:

  • низкой вязкости, которая обеспечивает легкость проникновения материала в мелкие поры покрытия;
  • более высокой адгезионной способности;
  • возможности проведения строительных и ремонтных работ в условиях низких температур и высокой влажности;
  • повышении точности дозирования вяжущего и распределении его более тонким слоем;
  • экономии топлива за счет отказа от нагрева каменных материалов;
  • сокращении количества вредных выбросов в окружающую среду.

Оборудование для производства битумной эмульсии от компании GlobeCore

Получают такой строительный материал в специальных установках типа УВБ-1. Сначала отдельно нагревается битум. Потом в воду добавляются эмульгатор и кислота и при необходимости стабилизирующие добавки. Все это перемешивается с целью получения купажа. Следующий этап – параллельная подача битума и купажа для перемешивания. Установка УВБ-1 оснащена коллоидной мельницей, обеспечивающей разбивку битума на маленькие частички, с каждой из которых взаимодействует эмульгатор.

Оборудование для производства битумной эмульсии от компании GlobeCore, УВБ-1М, 2м3/час

Установка для приготовления битумных эмульсий УВБ-1М, 2м3/час

Последний выполняет сразу несколько важнейших функций. Во-первых, он принимает участие в появлении самой эмульсии. Во-вторых, обеспечивает ее стабильность при хранении. В-третьих, влияет на скорость распада. И, наконец, в-четвертых, улучшает адгезионные свойства (сцепляемость с минеральным материалом) битумной эмульсии.

Для получения материала с новыми свойствами можно использовать несколько вариантов или их комбинацию:

  • изменить марку битума;
  • изменить концентрацию битума;
  • изменить тип эмульгатора;
  • изменить концентрацию эмульгатора;
  • изменить соотношение компонентов.

Рекомендуем ознакомиться с оборудованием, предназначенным для производства битумных эмульсий: