Битумная эмульсия: характеристика, состав, свойства

Определение

Битумом называют плотное вязкое смолоподобное вещество черного цвета. Поставляется он обычно в кусках, которые перед использованием расплавляют при высоких температурах. Состав битум имеет очень сложный. Представляет он собой соединение углеводородной основы с ее производными, а также металлами, кислородом и азотом. Присутствуют в этом материале и разного рода гетероорганические соединения. В общем, состав битума настолько богатый, что идентификация всех его составляющих попросту невозможна.

Как производится

Основным продуктом, используемым для приготовления битума, является нефть. Существует всего три основных способа производства этого материала:

1. Концентрирование остатков нефти путем вакуумной перегонки. Конечный продукт отличается мягкостью и легкоплавкостью. По этой методике битумы получают из высокосмолистой (сернистой) нефти.
2. Окислением гудрона (нефтяной остаток) путем продувки его кислородом при температуре +180…+300 градусов. При таком способе получается термостабильный эластичный материал.
3. Смешивание остаточных и окисленных нефтяных продуктов с дистиллятами.

Состав битума

Следует отметить, что нефтяной битум считается искусственным материалом, так как встречается и природное сырье этого типа, добываемое в так называемых асфальтовых болотах. Битум могут получать из остатков после перегонки нефти двумя способами:

• Методом дополнительной обработки остаточной фракции. К примеру, могут выполняться процедуры крекинга, окисления. В результате получаются битумы различной степени вязкости и температуры размягчения.
• Методом отжима масляной фракции из мазута. Этот способ более естественный, так как фактически является продуктом простой нефтеперегонки и последующей обработки остаточной фракции.

При этом состав вещества достаточно существенно изменяется в зависимости от метода получения. Средние пропорции содержания различных веществ в смеси таковы:

Читайте также: Заменитель бетона – новый материал в строительстве и ремонте

• До 80% тяжелые углеводороды с высокой молекулярной массой. Переходя от молекулярного уровня к уровню веществ следует выделить содержание нефтяных масел, которые и придают веществу пластичность, а также асфальтенов, придающих твердость. Чем выше содержание масла – тем выше пластичность. ГОСТ 22245 90 устанавливает допустимые массовые доли содержания масел.
• До 15% водорода, как естественного компонента при осуществлении ректификации нефти.
• До 10% серы, в зависимости от исходной сернистости сырья, применявшегося для переработки.

Структура вещества определяется как технологией его получения, так и исходными свойствами нефтепродуктов, которые были использованы для получения битума.

Естественный битум

Чаще всего этот материал производится именно искусственно по описанным выше трем технологиям. Однако существует и естественный битум, характеристики и применение которого примерно такие же, как и у обычного. Залегает он в природе на нефтяных месторождениях и образует своеобразные линзы. В чистом виде естественный битум практически не встречается. Чаще всего он пропитывает какой-нибудь осадочный слой. Обычно это такие породы, как песчаник или известняк. В этом случае чистый естественный битум получают, предварительно размолов камни. Иногда такую асфальтную породу просто тщательно перетирают и применяют в дорожном строительстве.

Битумная эмульсия: характеристика, состав, свойства

Экологичная укладка асфальтового полотна, уменьшение энергетических затрат при производстве — требования настоящего времени. Необходимы дороги из современных технологичных материалов, на основе новых проектных решений и мирового опыта. Поэтому так востребована эмульсия битумная дорожная, применение которой соответствует требованиям безопасности и экономичности цикла работ.

Эмульгированный битум — это грубодисперсная система из несмешиваемых при нормальных условиях жидкостей. Она может быть прямой (капли неполярной жидкости размером от 1 до 20 мк в полярной среде) и обратной (инвертной). В общедорожной практике обычно применяются прямые эмульсии. В них входят:

• битумосодержащее сырье (до 70-80% от массы);
• вода (от 30 до 50%, с жесткостью до 6 мг-экв/л);
• эмульгатор — для стабилизации капель (до 3%);
• соляная кислота — для улучшения стабильности (до 3%);
• растворители — для увеличения клейкости пленки (до 3%);
• разжижители — для повышения значения пенетрации (косвенной характеристики твердости);
• стабилизаторы (раствор хлорида кальция и др. — до 0,5%).

Эмульгаторы — поверхностные анионо- или катионоактивные вещества (ПАВ). В основном используют соединения катионного типа. Они обеспечивают лучшее сцепление с основанием дороги.

Эмульгируют битумы разного диапазона вязкости, с добавками из гудрона, каучуковых латексов и полимеров. В результате получаются продукты с требуемыми эксплуатационными характеристиками: морозостойкие, износостойкие, эластично-пластичные.

Сферы применения битумной эмульсии:

Свойства эмульгированных битумов определяют области их использования. Благодаря низкой вязкости, после распада они легко проникают в мельчайшие неровности и шероховатости. Высокая клейкость обеспечивает прочность связывания со щебнем, гравием, известняком и песком. Образующаяся на поверхности стойкая пленка защищает основу от коррозии и агрессивных сред.

Большой выбор асфальтосмесительных установок

Используются очень широко для гидроизоляции промышленных и гражданских зданий и сооружений. Зарекомендовали себя битумные эмульсии в дорожном строительстве:

• для проливки мелких трещин и ямочных ремонтов;
• гидроизолирующей обработки;
• изготовления холодных асфальтобетонов;
• устройства и усиления верхнего покрытия щебневых дорог;
• подготовки старого покрытия (перед наложением на него асфальтобетона);
• для устройства слоев защиты (мембран).

Эмульгированная смесь применяется, в том числе, в устройстве цементобетонных трасс. Ее введение существенно повысило устойчивость цементобетона к атмосферным осадкам и перепадам температур.

Технология производства эмульсии из битума, оборудование:

Для получения эмульгированных соединений необходимо специализированное оборудование и соответствующая инфраструктура. Промышленные эмульсионные установки выпускаются периодического и непрерывного действия. Как правило, имеют производительность до 40 т/ч, чаще — 5 или 10 т/ч. Технологический процесс в них осуществляется в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Процесс диспергирования происходит механически с помощью коллоидных мельниц. Предварительно все компоненты нагреваются: битумное сырье — до 100-150C, водная фаза — до 30-70C.

Выделяют следующие основные стадии:

Читайте также: Технология укладки асфальта на бетонное основание и бетона на асфальт

• капельное дробление жидкостных сред;
• коалесценция (капельное укрупнение в результате слияния);
• стабилизация системы эмульгатором;
• старение.

Хранится готовый продукт в цилиндрических вертикальных емкостях не более 1- 2 месяцев, при положительных температурах. Транспортировка осуществляется битумовозами, железнодорожными или автоцистернами.

Виды продукта, краткая характеристика

Главная задача эмульгирования — снижение вязкости (перевод вяжущего в жидкотекучее состояние), сохранение стабильности при транспортировке и хранении. При нанесении на покрытие конечное водно-битумное соединение должно распадаться с установленной скоростью с образованием пленки.

Скорость распада зависит от состава смеси, реакционной способности, параметров среды, размера частиц и др. Катионная смесь распадается в результате химической реакции с минеральными материалами. Анионная — путем испарения воды под влиянием параметров воздуха. Более прогнозируем этот показатель в случае с катионоактивными соединениями.

Битумная эмульсия для дорожных работ (в зависимости от значения скорости распада) — делится на быстро-, средне- и медленнораспадающуюся. Маркировка ЭБА (ЭБК) указывает на присутствие анион- или катионактивного эмульгатора. Например,

• ЭБК-3 (медленнораспадающиеся эмульсии катионные), предназначенные для производства литых минерально-эмульсионных асфальтов;

• ЭБК-2 (среднераспадающиеся) — для изготовления холодных асфальтобетонов и герметизации полотна;

• ЭБК-1 (быстрораспадающиеся) — для поверхностной обработки.

Вместо нефтебитумов возможно использование полимерно-битумного вяжущего (ПБВ). Такие составы с улучшенными эксплуатационными свойствами маркируются ЭБПА (ЭБПК) соответственно.

Преимущества, особенности применения эмульсии в строительстве дорог

Особенности укладки битума в чистом виде при устройстве полотна — его высокая энергоемкость и часто низкая адгезия (сцепляемость) с поверхностью. Водно-битумному материалу не требуется, нагрев до высоких температур, заливается он при 30-70°C.

В сравнении с обычными битумами, применение битумных эмульсий позволяет добиться:

• значительной экономии энергоресурсов;
• безопасности автодорожного строительства;
• значимого варьирования эксплуатационных свойств;
• значительного улучшения качества и срока службы полотна.

На участках с дефектами не требуется проведения подготовительных мероприятий. Эмульгированный материал допускается разливать даже на влажную поверхность. Небольшие габариты техники существенно упрощают и ускоряют ремонт участков с дефектами. Себестоимость таких покрытий в 2 раза ниже традиционных покрытий из асфальтобетона.

ООО «СДС» — официальный дилер и поставщик асфальтобетонных заводов любой комплектации, агрегатов и оригинальных запчастей к ним. Звоните по вопросам покупки бетонных заводов: 8 (800) 333-47-08.

Виды битума по сфере использования

По области применения этот материал разделяется на четыре большие группы:

• Строительный битум. Используется для гидроизоляции стен, фундаментов, погруженных в землю деревянных конструкций и т. д.
• Кровельный. Применяется для защиты от влаги крыш жилых, производственных и общественных зданий.
• Битум нефтяной дорожный. Самый распространенный вариант, используемый для приготовления асфальтов.
• Изоляционный. Применяется для защиты от влаги и коррозии металлических трубопроводов.

Дорожный битум

При строительстве автомобильных трасс этот гидрофобный материал используется чаще всего. Существует два основных вида дорожного битума:

• Вязкий. Получают из нефти.
• Жидкий. Эту разновидность изготавливают из вязкого битума. В качестве разжижителя при этом применяются нефтепродукты.

Вязкий битум нефтяной дорожный используется при строительстве магистралей в теплое время года. Жидкий материал применяют в холодную пору. Вязкий битум перед укладкой разогревают до температуры плавления. Жидкий материал может использоваться как в холодном виде, так и в подогретом. Через некоторое время после укладки из-за окислительных процессов такой битум загустевает и дает плотную, влагонепроницаемую эластичную пленку.

Жидкий дорожный битум

Этот материал маркируется отдельно. Существует всего две его разновидности:

1. СГ – густеющий со средней скоростью.
2. МГ – густеющий медленно. Данную разновидность используют в дорожном строительстве во II-V климатических зонах.

После букв в этом случае также идут две цифры через слеш, обозначающие допустимый диапазон дуктильности (при температуре 60 оС с отверстием 5 мм по вискозиметру).

Читайте также: Технология замены фундамента на винтовые сваи

При покупке партии нужно проверять сертификат (паспорт) на битум нефтяной дорожный жидкий. Марка СГ, точно так же как и МГ, БДН и БН, должна соответствовать ГОСТу+. О том, что представляет собой этот документ, поговорим чуть ниже.

Техника безопасности при работе с битумами

При использовании этого материала следует быть достаточно осторожным. Битум способен воспламеняться. Пожароопасность той или иной марки определяется таким показателем, как температура вспышки. У вязких строительных, дорожных, кровельных и изоляционных битумов она выше, у жидких – ниже. Поэтому при работе с последними следует быть особенно аккуратным.

Помимо всего прочего, при выполнении операций, связанных с нанесением, хранением, перевозкой и т. д. битума по правилам производственной безопасности положено надевать спецодежду. Это предохраняет работника от попадения на кожу разогретых, трудносмываемых капель.

Технические характеристики дорожного битума БНД 60/90

Параметры	Норма
Глубина проникновения иглы при 25°С 0,1 мм, не менее	61-90
Глубина проникновения иглы при 0°С 0,1 мм, не менее	20
Температура размягчения по кольцу и шару в °С, не ниже	47
Растяжимость при 25°С см. не ниже	55
Растяжимость при 0°С см. не ниже	3,5
Температура хрупкости в °С не више	-15
Температура вспышки в °С не ниже	230
Изменение температуры paзмягчения после прогрева в °С не више	5
Индекс пенетрации	от -1,0 до +1,0

Паспорт качества битума

Реализуемый предприятиями битум должен соответствовать нормативам ГОСТ 2245-90. Однако сегодня многие компании выпускают продукцию этого вида с улучшенными характеристиками. Поэтому к битумам той или иной новой марки прилагаются специальные, заверенные начальниками лабораторий сертификаты, называемые также паспортами. В них указываются такие параметры, как пенетрация, дуктильность, температура размягчения продукта и т. д.

Выдается такой документ не только на вязкий, но и на битум нефтяной дорожный жидкий МГ. Паспорт качества является гарантией соответствия характеристик материала заявленным производителем. На документе в обязательном порядке проставляется печать предприятия.

Конечно же, должен иметься паспорт на битум жидкий нефтяной дорожный СГ, а также на кровельный и изоляционный. К новым маркам этого материала можно отнести, к примеру, БНД-У и Евро БВ. В отношении них нормативы качества определяются не ГОСТом, а ТУ и СТО. При производстве Евро БВ учитывается также требования евростандарта EN 12591.

Битум нефтяной дорожный

Битумы дорожные в основном используются для строительства и ремонта дорожных и аэродромных покрытий. Нефтяные дорожные битумы делятся на вязкие и жидкие.
Вязкие битумы различаются: БНД (битумы нефтяные дорожные) и БН (битумы нефтяные).

Вязкие нефтяные дорожные битумы вырабатывают пяти марок: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 130/200; нефтяные (БН) — четырех марок: БН 60/90, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300.

Буквы БНД означают «битум нефтяной дорожный», цифры-дроби 40/60, 60/90 и т.д. указывают на допустимые для марки пределы показателей глубины проникания стандартной иглы при 25 °С, косвенно характеризующие вязкость битума. Битумы марок БНД отличаются хорошим сцеплением с каменными материалами и имеют достаточно высокую пластичность при отрицательных температурах, стойки к климатическим воздействиям. Технические условия на вязкие нефтяные битумы нормированы ГОСТ 22245-90.

Вязкие нефтяные дорожные битумы применяют для приготовления горячих, теплых и холодных асфальтобетонных смесей, для поверхностной обработки, пропитки, а также для разжижения с целью получения жидких битумов, применяемых для приготовления холодного асфальтобетона, поверхностной обработки и для смешения на дороге и т.п.

Свойства дорожного битума обуслов­лены особенностями его состава и струк­туры. Главными показателями этого ма­териала является вязкость, пластич­ность и теплостойкость. Эти показатели взаимосвязаны. С увеличением содержа­ния масел, повышением температуры и длительности воздействия нагрузок по­нижается вязкость и возрастает пластич­ность. Смолы обусловливают вяжущие свойства битумов и дегтей, придают им пластичность, увеличивают клеящую способность. Асфальтены в битумах и свободный углерод в дегтях повышают температуру размягчения и твердость.

Вязкие битумы относятся к той или иной марке на основании трех основных показателей: глубины проникания иглы, температуры размягчения и растяжимости. Глубина проникания иглы и растяжимость нормируются при двух температурах: 25 °С и О °С.

Показатели качества вязких дорожных битумов марки БНД

Наименование показателя	БНД 200/300	БНД 130/200	БНД 90/130	БНД 60/90	БНД 40/60
Глубина проникания иглы в битум, 0,1 мм:
при 25°С	201-300	131-200	91-130	61-90	40-60
при 0°С	45	35	28	20	13
Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже:	35	39	43	47	51
Растяжимость, см, не менее:
при 25°С	—	65	60	50	40
при 0°С	20	6	4,2	3,5	—
Температура хрупкости, °С, не выше:	-20	-18	-17	-15	-10
Температура вспышки, °С, не ниже:	200	220	220	220	220
Сцепление с мрамором или песком	Выдерживает по контрольному образцу №2
Изменение температуры размягчения после прогрева, °С, не более:	8	7	6	6	6
Индекс пенетрации:	+1	—	-1	-1	-1
Содержание водорастворимых соединений, %, не более:	0,2	0,2	0,3	0,3	0,3

Битум БНД 200/300 применяется для поверхностной обработки покрытий в районах с холодным климатом,а также для приготовления теплых асфальтобетонных и битумоминеральных щебеночных гравийных смесей.

Битум БНД 130/200 применяется для поверхностной обработки покрытий в районах с умеренным климатом, для пропитки щебеночных покрытий в районах с холодным и умеренным климатом, для приготовления горячих асфальтобетонных и битумоминеральных смесей в районах с холодным климатом.

Битум БНД 60/90 применяется для пропитки дорожных щебеночных покрытий в районах с теплым климатом, для приготовления горячих асфальтобетонных и битумоминеральных смесей в районах с теплым климатом.

Битум БНД 40/60 применяется для приготовления асфальтобетонных и битумоминеральных смесей в районах с летними температурами >30°C.

Показатели качества вязких дорожных битумов марки БН

Наименование показателя	БН 200/300	БН 130/200	БН 90/130 Читайте также: Асбестоцементные листы. Сфера применения, основные характеристики и достоинства	БН 60/90
Глубина проникания иглы в битум, 0,1 мм:
при 25°С:	201-300	131-200	91-130	61-90
при 0°С:	—	—	—	—
Температура, °С:
размягчения, не ниже	33	37	40	45
то же после прогрева, не выше:	—	—	—	—
хрупкости, не выше:	8	7	6	6
вспышки, не ниже:	200	220	220	220
Растяжимость, см, не менее:
при 25°С:	—	70	60	50
при 0°С:	—	—	—	—
Испытание на сцепление с мрамором или песком:	выдерживает по контрольному образцу №2
Содержание водорастворимых соединений, %, не более:	—	—	—	—
Индекс пенетрации:	+1	—	-1,5	-1,5