МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРИГОТОВЛЕНИЮ И ПРИМЕНЕНИЮ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ КАТИОННЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Москы 1973

Министерство транспортного строительства СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

(СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРИГОТОВЛЕНИЮ И ПРИМЕНЕНИЮ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ КАТИОННЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Москва 1973

ра отбирают пробу около 100 г, охлаждают до 20° и определяют потенциометром показатель pH; он должен быть в пределах 1,8-2,2.

Значение pH меньше 1,8 свидетельствует об избытке кислоты, что отрицательно влияет на адгезию эмульгированного битума. Значение pH более 2,2 свидетель -ствует о недостатке кислоты, что ухудшает условия эмульгирования битума.

18.    Раствор выравнивателя А в воде приготовляют следующим образом: нагревают воду до 854-75 , вводят в нее выравниватель А в количестве 1-2% от веса воды и тщательно перемешивают. Кислоту в раствор вырав-пителя А не добавляют.

19.    БП-3 вводят в битум, разогретый в котле до рабочей температуры (л.23), в количестве 2*4% от веса битума, затем для лучшего распределения добавки в битуме его перекачивают в рабочий котел и обратно.

Соляную кислоту растворяют в воде, нагретой до температуры 65*75 . Необходимое количество кислоты рассчитывают по основности БП-3, указанной в паспорте или установленной в лаборатории; ориентировоч н о это составляет 1% кислоты с удельным весом !,179.

20.    Диамин переводят в водорастворимое состояние путем обработки раствором соляной или уксусной кис -лоты* Необходимое количество кислоты рассчитывают по основности диамина, указанной в паспорте или установленной в лаборатории. Ориентировочно количес т в о кислоты составляет 1% от мс* йоды, Кислоту вливают в воду, нагретую до 85*75 , затем туда же добавляют диамин в количестве 1-1,5% к весу воды.Раствор тша -тельно перемешивают в течение 20-30 мин до полного растворения диамина.

Битумы

21. Для приготовления катионных эмульсий используют битумы марок БНД-90/130, БНД-13 0/ 200и БНД-200/300. Выбор марки битума обусловлен назначе-

нием эмульсий. Для эмульсий, применяемых при ус -тройстве слоев с шероховатой поверхностью способом поверхностной обработки, используют битум с глуби -ной проникания 100*150 .

Для приготовления складируемых эмульсионно-ми -неральных смесей следует применять битум с глуби -ной проникания 200*250 .

22.    Битумы необходимой вязкости можно получить либо на нефтеперерабатывающем заводе, либо на эмульсионной установке путем разжижения более вяз кого битума.

В качестве разжижителя рекомендуются: дизель н о е топливо (ГОСТ 4749-49),моторное топлив о (ГОСТ 1667-08), мазут (ГОСТ 10585-63), сланце вое масло (ГОСТ 4806-66).

В зависимости от вязкости исходного битума ц о-бавляют 5-12% разжижителя.

Технология приготовления эмульсий

23.    Для приготовления эмульсий битумы следу е т нагревать до температуры:

БНД-90/130 ................120*130 ;

БНД-130/200 и БНД-200/300 ......110-120°.

Водные растворы эмульгаторов нагревают до тем -пературы 65*75 .

24.    Для приготовления катионных эмульсий используют эмульсионные машины непрерывного дейст в и я (табл.2).

25.    Оборудование, используемое для получения катионных эмульсий, должно быть чистым: без ржавчи -ны, остатков битума, щелочи или анионных ПАВ. Оборудование эмульсионной установки (емкости, механизмы и трубопроводы), выпускавшее ранее анион н у ю эмульсию, необходимо тщательно очистить от остатков эмульгаторов и эмульсий и непосредственно перед началом работы промыть сначала горячей водой, а затем 0,1-0,3%-ным раствором соляной кислоты.

11

Таблица 2 Характеристика эмульсионных машин,рекомендуемых для приготовления катионных эмульсий

Машины Число оборотов ротора в минуту Величина зазора между ротором и статором,мм Однороторный диспергатор 3200 0,5 Трехщелевой диспергатор 2800 0,4-0,6 Четырех- и пяти-щелевои диспер -гатор 2400 0,5-0,7 Многодисковый диспергатор 1440 _

26.    Нагретый (п.23) раствор эмульгатора и битум непрерывно подают в диспергатор в соотношении, обеспечивающем требуемую концентрацию эмульсии. Во избежание пенообразования выходящая из диспергатора эмульсия должна иметь температуру не выше 90 .

27.    После приготовления эмульсии во избежание коррозии металла все оборудование (емкость для приготовления эмульгатора, дозировочный бачок, диспергатор, трубопроводы и насосы), через которое проходят вод -ные растворы соляной кислоты и эмульгаторов, необходимо промыть горячей водой. Наибольшую опасность для металла представляет соляная кислота как в концентрированном, так и в разбавленном виде. Рекомен -дуемые эмульгаторы являются ингибиторами коррозии, поэтому их водные растворы, даже если в их состав входит соляная кислота, существенной коррозии не вызывают. Готовая катионная эмульсия металл не разру -шает, так как на его поверхности образуется защитный тонкий слой битума.

Контроль качества эмульсии

28.    Качество эмульсии в процессе ее приготовления контролируют визуально, погружая стеклянную палочку

12

в струю эмульсии, вытекающей из диспергатора. При хорошем качестве эмульсии палочка покрывается однородной темно-коричневой пленкой. Не допускается на -личие в пленке комочков или нитей битума.

29.    Качество приготовленной и слитой в емкость для хранения эмульсии определяют по остатку на сите с отверстиями размером 0,63мм в соответствии с "Техни -ческими указаниями по приготовлению дорожных эмульсий' ВСН 115-65. Остаток на сите должен быть не более 0,1% от веса эмульсии.

30.    Количество битума в эмульсии устанавливают методом выпаривания воды в соответствии с ВСН 115-65.

31.    Прочность сцепления пленки из эмульсии с минеральными материалами определяют по следующей методике. Из щебня, предназначенного для производства работ, отбирают пробу около 0,5 кг, промывают и высу -шивают. Из пробы отбирают три щебенки кубовидной или шестигранной формы с длиной ребра 20-25мм, обвязывают их ниткой или мягкой проволокой, погружают на

1- 2 сек в стакан с дистиллированной водой, вынимают из воды, стряхивают капли и сразу же погружают на

2- 3 сек в стакан с испытуемой эмульсией, вынимают из стакана и подвешивают на штативе так, чтобы щебенки не касались друг друга и других предметов. Испытывают щебенки через сутки. Для этого на закрытую элек -троплитку ставят стакан с дистиллированной водой и нагревают ее до 100 (не допуская бурного кипе н и я); каждую из подвешенных на штативе шебенок поочередно погружают в кипящую воду и выдерживают в ней ЗОмин. По истечении указанного срока снимают фильтровальной бумагой с поверхности воды всплывший битум, вынимают щебенку и визуально устанавливают состояние плен -ки. Считается, что эмульсия выдержала испытание,если на гранях щебенки полностью сохранился неирерыв н ы й равномерный слой пленки. Допускается оголение острых ребер и углов щебенки.

13

32.    Катионные эмульсии можно хранить как на месте их изготовления, так и на месте строительства в вертикальных емкостях круглого поперечного сечения. Не рекомендуется хранить эмульсии в емкостях прямоугольного сечения во избежание скопления битума в углах емкости.

33.    Емкости для эмульсии должны быть ЧИСТЫМИД10-ред наполнением их следует промыть горячей водой или слабым раствором соляной кислоты. Особенно тщательной должна быть очистка емкостей, в которых хранили анионную эмульсию или раствор анионактивных веществ.

34.    Не допускается сливать в одну емкость эмуль -сии, приготовленные по различным рецептам, так как это приводит к распаду эмульсий, т.е. необратимому разделению на битум и воду.

35.    Емкости следует наполнять снизу. При наполнении сверху конец сливного патрубка (шланга) необхо -димо опускать как можно глубже ко дну.

36.    Температура хранения эмульсий должна быть не ниже +3 .

37.    Срок хранения эмульсий не более 3 месяцев.При длительном (в течение 2 недель и более) хранении допускается некоторое расслоение эмульсии, т.е. изменение концентрации битума по высоте емкости без образования неразмешиваемых комков и сгустков.Длительно хранившуюся эмульсию перед использованием необ -ходимо тщательно перемешать.

38.    Для транспортирования эмульсий могут быть использованы автогудронаторы, битумовозы, железнодо -рожные цистерны, цистерны емкостью 1-2 т, смонтированные на грузовых автомобилях, металлические бочки емкостью от 100 до 500 л. При наполнении транспорт -ных средств следует соблюдать требования пп.33-35.

14

ПРИМЕНЕНИЕ КАТИОННЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Устройство слоев с шероховатой поверхностью

39.    Слои с шероховатой поверхностью (поверхностные обработки) с использованием в качестве вяжущего катионных эмульсий устраивают:

а)    на покрытиях из асфальтобетонных или битумо -минеральных смесей при строительстве и эксплуатации дорог П-1У категорий с целью придать покрытиям из плотных смесей шероховатость, покрытиям из порис -тых смесей - шероховатость и меньшую водопроницаемость;

б)    на основаниях из цементобетона или цементо грунта с целью предотвратить испарение воды из вы -шеуказанных материалов, обеспечить проезд строительного транспорта по слою основания, обеспечить сцеп -ление асфальтобетонного покрытия с основанием.

40.    В зависимости от качества используемого щебня и погодных условий рекомендуются два варианта организации производства работ по устройству слоев с шероховатой поверхностью:

первый вариант рекомендуется при наличии высококачественного щебня (узкой фракции, кубичес кой или шестигранной формы, без пылеватых и глинис тых примесей) и при производстве работ в условиях прохладной погоды (5*15 ) и моросящих дождей;

второй вариант рекомендуется при отсутствии высококачественного щебня (но соответствующего требованиям 'Технических указаний по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью'ВСН 73-67) и при любых погодных условиях.

41.    Последовательность технологических операций при организации производства работ по первому вари -анту приведена в пп.42-47.

42.    Покрытие (или основание), на котором устраи -вают поверхностную обработку, тщательно очищают от

15

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИГОТОВЛЕНИЮ И ПРИМЕНЕНИЮ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ КАТИОННЫХ ЭМУЛЬСИЙ М., Союз -дорнии, 1973

Катионные эмульсии, как вяжущий материал, не только обеспечивают более высокое качество целого ряда дорожно-строительных работ по сравнению с анионными эмульсиями, но и открывают дорогу принципиально новым конструктивным решениям и новым способам производства работ.

В Союздорнии и его филиалах разработаны сос -тавы и технология получения катионных эмульсий на эмульгаторах, выпуск которых осваивается предприятиями химической и нефтеперерабаты ваюшей промышленности.

Учитывая дефицитность и сравнительно высокую стоимость новых эмульгаторов, применение катионных эмульсий в настоящее время рекомендуется для двух видов работ: при устройстве слоев с шерохо -ватой поверхностью способом поверхностной обработки и приготовления складируемых эмульсионно-ми -неральных смесей. Первый вид работ освоен дорожными организациями с использованием других вяжущих (битума и анионной эмульсии), замена их катионной эмульсией позволит значительно повысить качество работ и долговечность слоя без существенного изменения технологии производства работ. Второй вид работ является новым и рекомендуется в целях широкой опытно-производственной провер -си.

Т абл.-4.

СОЮЗДОРНИИ, 1973 г.

УДК 625.063.004.14

ПРЕДИСЛОВИЕ

Применение битумных катионных эмульсий - высокоак -тивных органических вяжущих - в дорожном строительстве будет способствовать улучшению качества целого ряда дорожно-строительных работ и повышению долговечности дорожных одежд. Специфика свойств катионных эмульсий такова, что их применение не только оказывается более эффективным в тех видах работ, где ранее использо вали анионные эмульсии, но и дает возможность принимат ь принципиально новые конструктивные решения и внедрять новые способы производства работ.

В нашей стране применяют пока только анион н ы е эмульсии.

Однако ряд предприятий различных отраслей хими -ческой и нефтеперерабатывающей промышленности в настоящее время осваивает выпуск некоторых видов катионных ПАВ, что дает возможность ставить задачу широкой опытно-производственной проверки эффектив -ности использования их в качестве эмульгаторов для дорожных битумных эмульсий.

В связи с этим в Союздорнии и его филиалах разработаны составы и технология получения катионн ы х эмульсий на новых эмульгаторах.

Настоящие 'Методические рекомендации по приго -товлению и применению в дорожном строительстве катионных эмульсий' разработаны на основе лаборатор -ных исследований, проведенных в Союздорнии, его филиалах и Белдорнии 1971-1972 гг., а также опытно-экспериментальных работ, выполненных рядом дорожно -строительных организаций Минтрасстроя СССР,Минав-тодора РСФСР и Казахской ССР.

'Методические рекомендации' составили кандидаты технических наук И.А.Плотникова, Э.А. Казарновская, М.Ф.Никишина, И.Н.Петухов и Б.М.Хавкин.

3

Все замечания и предложения просим направлять по адресу: 143906, Московская область, Балашиха, Союз до рнии.

1

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.    В настоящее время в практике дорожного строительства применяют в качестве вяжущего ма -териала два вида битумных эмульсий - анионные и катионные.

Основное различие между ними заключается во взаимодействии с минеральными материалами.

2.    Анионные эмульсии активно взаимо д е й с т в у ют только с основными породами; с кислыми породами они практически не взаимодействуют, поэтому на з е р нах кварцевого песка, гранита, песчаника формирование битумной пленки из анионной эмульсии происходит в основном за счет испарения из нее воды, что ставит строителей в зависимость от погодно-климатичес к и х условий и вынуждает усложнять технологический процесс введением в эмульсионно-минеральные смеси активирующих добавок - извести или цемента.

3.    Катионные эмульсии активно взаимодействуют со всеми минеральными материалами, причем с кислы -ми это взаимодействие носит химический характер, в результате чего прочность сцепления и водостойкость пленки битума из катионной эмульсии з н а ч и т ел ьно больше, чем из анионной, и даже выше, чем п л е нки вязкого битума при горячем способе обработки. Наличие воды на поверхности зерен кислого минерального материала при обработке их катионной эмульсией н е только не замедляет процесс формирования связей между битумом и камнем, но и способствует ему.

4.    Дефицитность и сравнительно высокая стоимость катионных эмульгаторов диктуют целесообразность использования катионных эмульсий в настоящее время лишь в тех условиях, когда использование анион н ых эмульсий не обеспечивает выполнения соврем е иных требований к качеству работ:

- при применении кислых минеральных материалов;

-    при производстве работ в неблагоприятных погодно-климатических условиях, исключающих возможность быстрого испарения воды из эмульсионно-минеральных материалов.

5.    Из многочисленных видов работ, при выполнении которых в вышеуказанных условиях можно использо -вать катионные эмульсии, в настоящие "Методичес к и е рекомендации*' включены лишь те, которые практически осуществимы с использованием отечественных эмульгаторов и машин и дают значительный технический и экономический эффект:

устройство слоев с шероховатой поверхностью;

приготовление складируемых эмульсионно-минеральных смесей.

6.    Использование катионных битумных эмульсий для устройства слоев с шероховатой поверхностью спосо -бом поверхностной обработки имеет ряд преимуществ по сравнению с вязким битумом:

-    повышается точность дозирования битума, что исключает вероятность "потения*' слоя и потери его ше -роховатости;

-    упрощается производство работ за счет примене -ния вяжушего в холодном состоянии;

-    появляется возможность выполнения работ при температуре воздуха до *5 С и с использованием влажно -го шебня;

-    исключается необходимость применения черн о го шебня.

7.    Складируемые эмульсионно-минеральные с меси отличаются от эмульсионно-минеральных смесей,укла -дываемых непосредственно после приготовления, возможностью длительного хранения:

-    для создания запаса материала в неограниченн о м количестве;

-    для значительного сокращения сроков формирования конструктивных слоев дорожных одежд за с ч е т протекания большей части этого процесса в пери о д хранения смеси з штабеле.

С*

8.    Неслеживаемость смесей обеспечивают применением эмульсий из битумов пониженной вязкости, а также спецификой технологии приготовления смесей.

9.    Складируемые эмульсионно-минеральные смеси, приготовленные с катионной эмульсией, по качеству не уступают битумоминеральным смесям, приготовленным горячим способом, и имеют по сравнению с ними ряд преимуществ:

а)    исключается сушка и подогрев минеральных ма -териалов, что упрощает технологический процесс при -готовления смесей и улучшает санитарно-гигиеничес -кие условия работы смесительной установки;

б)    упрощается конструктивная схема смеситель и о н установки, снижается ее металлоемкость и стоимость;

в)    более экономично используются ПАВ, так как в эмульсии они распределены лишь по поверхности битумных капелек, т.е. непосредственно в зоне контакта bvi-жущего с минеральными материалами, а не по всему объему битума, как при горячем способе производства работ;

г)    уплотняется и несколько удлиняется строитель -ный сезон за счет возможности приготовления смеси в любую погоду при положительных температурах;

д)    упрощается организация работ, так как приготовление смеси не зависит от фронта работ на линии и наличия транспортных средств.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ КАТИОННЫХ ЭМУЛЬСИИ Эмульгаторы

10.    В качестве эмульгаторов для катионных битумных эмульсий можно использовать водораствс р и м ы е ПАВ типа солей аминов и четвертичных аммониевых оснований или водонерастворимые ПАВ типа аминов и диаминов.

11.    Из числа водорастворимых ПАВ рекомендуются:

7

а)    четвертичная аммониевая соль типа алкилтриме-тиламмонийхлорид (ATM) фракции СC^q. Соль выпускается опытно-производственной установкой Волгодонского филиала ВНИИСИНЖ в виде 50-60%-ного раствора в изопропиловом спирте и доставляется потре -бителям в металлических бочках. При использовании ATM получают быстрораспадаюшиеся эмульсии;

б)    выравнитель А (ГОСТ 9600-61) - вязкая масса гемно-коричневого цвета. Представляет собой четвертичную аммониевую соль полигликолевых эфиров моно-и диалкилфенолов. Выпускается Березниковским азот -но-туковым заводом, доставляется потребителям в металлических бочках. При использовании выравнителя А получают эмульсии медленного распада.

12.    Из числа водонерастворимых ПАВ рекомендуются:

а)    адгезионная присадка БП-3, представляющая собой безводную тзердообразную пасту светло-коричневого цвета. БП-3 хорошо растворима в битуме. Актив -ные вещества, содержащиеся в ней, - смесь амидо-аминов и имидазолинов Выпускается Уфимским НПЗ.При использовании БП-3 получают быстрораспадаюшиеся эмульсии;

б)    октадецилтриметилендиамин (диамин), представляющий собой безводную воскообразную массу белого или светло-желтого цвета. Выпускается опытно-произ -водственной установкой Долгопрудненского завода тонкого органического синтеза. При использовании диамина получают быстрораспадаюшиеся эмульсии.

13.    Кроме ПАВ, в состав эмульгатора для катион -ных эмульсий необходимо вводить соляную кислоту (ГОСТ 3118-67) или уксусную кислоту (ГОСТ 7077-54).

14.    Технологические операции по подготовке эмульгаторов к использованию зависят от их свойств: водорастворимые вещества необходимо вводить в воду, а водоперастворимые либо в битум, либо переводить в водорастворимое состояние путем обработки кислотой.

8

Растворы эмульгаторов и кислот приготовляют непосредственно перед их использованием в емкостях, снабженных плотно закрывающимися крышками.

15.    Раствор ATM приготовляют следующим образом: нагревают воду до температуры 65-75° , растворяют в ней ATM в количестве 1,5-2,0% соли от веса воды, затем добавляют соляную кислоту 36%- ной концентрации с удельным весом 1,179 в количестве 0,2% от веса воды.

16.    Концентрацию соляной кислоты необходимо устанавливать для каждой партии путем измерения ареометром удельного веса. При наличии кислоты другой концентрации ее количество корректируют по табл,1.

Таблица 1

Поправочные коэффициенты для соляной кислоты

Концентрация НСб ,% У дельный вес соляной кислоты, г/см* Поправочный коэффициент 20 1,098 1,784 22 1,108 1,614 24 1,119 1,486 26 1,129 1,366 28 1,139 1,279 30 1,149 1,197 32 1,159 1,113 34 1,169 1,052 36 1,179 1,000 38 1,189 0,951 40 1,198 0,905

Например, нужно добавить 2,5 кг соляной кислоты с удельным весом 1,179, а в наличии имеется кислота с удельным весом 1,129, тогда ее нужно добавить в количестве:

2,5 кг х 1,366 = 3,42 кг.

17. Правильность дозирования соляной кислоты кон -тролируют следующим образом: из полученного раство-

Г    9