Как производить битумные эмульсии?

Благодаря своим свойствам битум находит достаточно широкое применение в области производства строительных материалов, в частности – материалов для ремонта и строительства автомобильных дорог.

Обычно битум используется в жидком состоянии, поэтому его сначала необходимо нагреть до температуры 100-200ºС, а после этого смешать с химически инертными соединениями. Перевозку и укладку полученного вещества также необходимо осуществлять в горячем состоянии. Это и является главным недостатком применения битумов, поскольку на нагревание требуется немалое количество энергии. Окончательная прочность битума наступает только после его остывания.

Альтернативным методом получения жидких битумов является их разбавление керосинами. После испарения последних битумная поверхность затвердевает окончательно. Но такой подход не является оптимальным.
На сегодняшний день наилучшим решением выглядит переход битума в жидкую фазу за счет его диспергирования в воде. Результатом подобных преобразований является получение битумной эмульсии. Данная дисперсная система может включать и другие холодные инертные компоненты.

Прочность строительных материалов на основе битумной эмульсии обеспечивается за счет испарения воды и оседания битумной массы. Среди преимуществ данной технологии стоит отметить:

  • безопасность (уменьшение количества вредных испарений, снижение вероятности получения ожогов и возникновения пожаров);
  • энергоэффективность;
  • возможность выполнения работ с ранней весны и до поздней осени;
  • высокую технологичность производства работ.

Битумная эмульсия была получена французскими учеными. Первое практическое применения данного вещества было отмечено еще в двадцатых годах прошлого века.

Появление битумной эмульсии позволило справиться со многими сложностями, которые имели место при использовании битума: большой вязкостью и расходом, загрязнениями атмосферы и энергетическими затратами при разогреве.

Понятие битумной эмульсии

Битумная эмульсия – это мелкодисперсная система из битума и воды. В общем случае при завершении перемешивания она распадается на исходные компоненты. Чтобы этого не происходило, в вещество вводится специальный эмульгатор, который позволяет эмульсии сохранять свою стабильность и не распадаться на составляющие фазы.

Битумная эмульсия имеет малую вязкость, благодаря чему ее применяют в качестве пленкообразующего или вяжущего материала. Такое вещество способно обеспечить очень хорошие условия для проведения обработки дорожных покрытий. Данная особенность позволяет использовать битумные эмульсии как на щебеночных, так и на асфальтовых покрытиях.

При содержании битума от 40 до 80% битумная эмульсия имеет коричневый цвет и сметанообразную консистенцию. Диаметр капелек битума составляет от 0,1 до 20 мкм.

Производство битумной эмульсии

В общем случае технологическую схему получения битумных эмульсий можно описать следующим образом. Сначала берется обычный или модифицированный битум. Необходимо подготовить разжижитель (масло каменноугольной смолы или др.), воду (с минимальным содержанием органических и минеральных примесей) и эмульгаторы (обычно вещества класса аминов). Консистенция эмульгаторов определяет способ их хранения, использования и дозировки. Также для получения битумной эмульсии нужна кислота. Ее основная функция – трансформация эмульгаторов в соли, которые затем растворяются в дисперсионной среде.

Битум рассеивается в дисперсионной среде за счет влияния механической и физико-химической энергии. Механическое воздействие создается за счет коллоидной мельницы, а физико-химическое – за счет эмульгатора. Механическая энергия идет на дробление битумов на мелкие частички, а физико-химическая – на снижение напряжения поверхности раздела фаз между углеводородной и водной фазами, а также формирование защитной пленки вокруг битумных частичек.

Получение битумной эмульсии может быть обеспечено использованием битумно-эмульсионных установок циклического или непрерывного действия.

С целью создания водной фазы в емкость должны подаваться такие компоненты:

  • горячая вода;
  • эмульгатор;
  • химические добавки.

После перемешивания полученная водная фаза вместе с битумом подается в коллоидную мельницу. Если в битум необходимо добавить растворитель, то предусматривается наличие специального бака для смешивания или непрерывной подачи растворителя.
В качестве добавок при производстве битумной эмульсии может использоваться битум, модифицированный СБС-полимерами, или латекс. Поскольку последний может образовывать сгустки в трубах и насосах, то для его дозировки необходимо специальное оборудование.

Процесс производства

Чтобы полученная система была тонкодисперсной, битум должен разбиваться на мельчайшие капельки. Но сделать это не так просто, поскольку существует несколько препятствующих факторов: внутренняя когезия битума, его вязкость и поверхностное натяжение. Даже после измельчения капли битума могут сливаться с образованием более крупных форм. Для образования огромного количества стабильных мелких частиц необходимо использовать механическую энергию, но усилия на преодоления слияния будут не меньшими.

Размер битумных капелек зависит от:

  • скорости приводного двигателя;
  • времени нахождения в коллоидной мельнице;
  • зазора между ротором и статором;
  • температуры;
  • типа эмульгатора.

Перед подачей битума в коллоидную мельницу необходимо снизить его вязкость (не должна превышать 500 сСт) за счет нагревания до температуры 110-160ºС. Также нагревают водную фазу до 30-70ºС. В ходе процесса изготовления температура не должна подыматься выше 100ºС (обычно рекомендуется поддерживать ее на уровне 85-95 ºС). С целью исключения местного перегрева необходимо перепад температур между раствором эмульгатора и битумом сделать как можно меньшим. Тут есть важная особенность. Температура битума должна быть высокой, иначе он попросту не будет перекачиваться.

Компания GlobeCore предлагает битумно-эмульсионные установки различных производительностей собственного производства. Установки типа УВБ-1 предназначены для получения битумных эмульсий на базе анионных и катионных эмульгаторов. Изготовление битумной эмульсий в данном оборудовании происходит в полуавтоматическом режиме с контролем основных параметров технологического процесса.
По желанию заказчика после приобретения битумно-эмульсионного оборудования специалисты нашей компании проведут все пуско-наладочные работы и обучат обслуживающий персонал предприятия правилам работы и технике безопасности при работе с установкой.