Битумная эмульсия

Битумная эмульсия

Реферат

Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных покрытий.

Известна битумная эмульсия для дорожных работ, включающая битум, катионную адгезионную присадку, соляную кислоту и воду [Методические рекомендации по приготовлению и применению в дорожном строительстве катионных эмульсий. М.: СоюздорНИИ, 1973, с.3-24].

Недостатками этой эмульсии являются невысокие значения стабильности эмульсии и сцепляемости битума с минеральным наполнителем.

Наиболее близкой предлагаемому изобретению является битумная эмульсия [патент RU №2176652, МПК7 С08L 95/00, 2001], включающая битум, эмульгатор на основе ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей, соляную кислоту в качестве реагента для нейтрализации эмульгатора и воду. Причем она дополнительно содержит отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу (ТПС) при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Битум	20,0-70,0
Эмульгатор	0,1-5,0
Реагент для нейтрализации
эмульгатора	0,5-3,0
ТПС	0,4-8,0
Вода	остальное

Рецепт эмульсии позволяет регулировать скорость ее распада при одном и том же содержании эмульгатора, повышает ее стабильность и сцепляемость с минеральным наполнителем.

Недостатком эмульсии является неудовлетворительная устойчивость во времени к процессам окислительного старения, что может привести к сокращению срока службы дорожных покрытий. Кроме того, применение в прототипе ТПС нежелательно с экологической точки зрения, так как содержит значительное количество канцерогенных компонентов.

Задачей изобретения является повышение устойчивости эмульсии к расслаиванию при хранении.

Поставленная задача решается разработкой битумной эмульсии для дорожного строительства, включающей битум, эмульгатор, реагент для нейтрализации эмульгатора, воду и дополнительный компонент. Причем в качестве дополнительного компонента битумная эмульсия содержит абсорбент 50/370, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Битум	45,0-59,0
Эмульгатор	0,2-0,5
Реагент для нейтрализации эмульгатора	1,0-2,0
Абсорбент 50/370	1,0-5,0
Вода	остальное

Для приготовления эмульсии используют нефтяные дорожные битумы марки БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90.

Основные физико-химические характеристики абсорбента 50/370 (продукта ОАО "Нижнекамскнефтехим"), получаемого в производстве мономеров для синтетического каучука (изопрена, изобутилена) и выпускаемого по ТУ 2411-139-05766801-2007, приведены в табл.1.

В качестве эмульгатора используют ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей.

В качестве реагента для нейтрализации эмульгатора используют концентрированную соляную кислоту.

Битумную эмульсию готовят по известной технологии смешением компонентов в следующей последовательности.

В смесь воды, эмульгатора и кислоты, нагретую при перемешивании до 70-75°С, вводят также при перемешивании предварительно разогретую до 120-125°С смесь дорожного битума и абсорбента 50/370.

Образцы битумных эмульсий были приготовлены в соответствии со следующими примерами.

Пример 1.

К смеси из 48,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 1 г кислоты, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют предварительно разогретую в отдельной емкости до 125°С смесь 1 г абсорбента 50/370 и 49 г дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 49, эмульгатор - 0,5, кислота - 1, абсорбент 50/370 - 1, вода - 48,5.

Пример 2.

К смеси из 48,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 1 г кислоты, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют предварительно разогретую в отдельной емкости до 125°С смесь 2 г абсорбента 50/370 и 48 г дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 48, эмульгатор - 0,5, кислота - 1, абсорбент 50/370 - 2, вода - 48,5.

Пример 3.

К смеси из 48,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 1 г кислоты, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют предварительно разогретую в отдельной емкости до 125°С смесь 3 г абсорбента 50/370 и 47 г дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 47, эмульгатор - 0,5, кислота - 1, абсорбент 50/370 - 3, вода - 48,5.

Пример 4.

К смеси из 48,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 1 г кислоты, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют предварительно разогретую в отдельной емкости до 125°С смесь 4 г абсорбента 50/370 и 46 г дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 46, эмульгатор - 0,5, кислота - 1, абсорбент 50/370 - 4, вода - 48,5.

Пример 5.

К смеси из 48,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 1 г кислоты, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют предварительно разогретую в отдельной емкости до 125°С смесь 5 г абсорбента 50/370 и 45 г дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 45, эмульгатор - 0,5, кислота - 1, абсорбент 50/370 - 5, вода - 48,5.

Пример 6.

К смеси из 49,3 г воды, 0,2 г эмульгатора, 0,5 г кислоты, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют предварительно разогретую в отдельной емкости до 125°С смесь 1 г абсорбента 50/370 и 49 г дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 49, эмульгатор - 0,2, кислота - 0,5, абсорбент 50/370 - 1, вода - 49,3.

Пример 7.

К смеси из 49,3 г воды, 0,2 г эмульгатора, 0,5 г кислоты, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют предварительно разогретую в отдельной емкости до 125°С смесь 2 г абсорбента 50/370 и 48 г дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 48, эмульгатор - 0,2, кислота - 0,5, абсорбент 50/370 - 2, вода - 49,3.

Пример 8.

К смеси из 49,3 г воды, 0,2 г эмульгатора, 0,5 г кислоты, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют предварительно разогретую в отдельной емкости до 125°С смесь 3 г абсорбента 50/370 и 47 г дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 47, эмульгатор - 0,2, кислота - 0,5, абсорбент 50/370 - 3, вода - 49,3.

Пример 9.

К смеси из 49,3 г воды, 0,2 г эмульгатора, 0,5 г кислоты, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют предварительно разогретую в отдельной емкости до 125°С смесь 4 г абсорбента 50/370 и 46 г дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 46, эмульгатор - 0,2, кислота - 0,5, абсорбент 50/370 - 4, вода - 49,3.

Пример 10.

К смеси из 49,3 г воды, 0,2 г эмульгатора, 0,5 г кислоты, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют предварительно разогретую в отдельной емкости до 125°С смесь 5 г абсорбента 50/370 и 45 г дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 45, эмульгатор - 0,2, кислота - 0,5, абсорбент 50/370 - 5, вода - 49,3.

Для сравнения предлагаемых образцов эмульсий с прототипом были приготовлены два образца эмульсий согласно прототипу (примеры 11-12).

Пример 11.

В 49,7 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110°С, добавляют при перемешивании 0,3 г катионоактивного эмульгатора. Водную фазу готовят следующим образом: в 48,5 г воды добавляют при перемешивании 0,5 г безводной тяжелой пиролизной смолы (ТПС) и 1,0 г соляной кислоты, затем нагревают при перемешивании до 85°С, затем добавляют смесь битума с эмульгатором, имеющую температуру 110°С, и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 49,7, эмульгатор - 0,3, кислота - 1,0, ТПС - 0,5, вода - 48,5.

Пример 12.

В 49,7 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110°С, добавляют при перемешивании 0,3 г катионоактивного эмульгатора и 2,0 г безводной ТПС. Водную фазу готовят следующим образом: в 47,0 г воды добавляют 1,0 г соляной кислоты, тщательно перемешивают, нагревают этот раствор до температуры 85°С, затем добавляют нагретую до 110°С смесь битума, эмульгатора и тяжелой пиролизной смолы. Перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 49,7, эмульгатор - 0,3, кислота - 1,0, ТПС - 2,0, вода - 47,0.

Физико-механические свойства битумных эмульсий, приготовленных согласно примерам 1-12, приведены в табл.2.

Предлагаемая битумная эмульсия превосходит прототип по устойчивости к расслаиванию при хранении более 30 суток. При этом эмульсия не уступает прототипу по показателю сцепления пленки вяжущего с минеральным материалом (и даже несколько превосходит - 100% площади против 96%), а также сохраняется возможность регулирования скорости распада эмульсии при одном и том же содержании эмульгатора.

Таблица 1
Физико-химические свойства абсорбента 50/370, продукта ОАО "Нижнекамскнефтехим" (ТУ 2411-139-05766801-2007)
Наименование показателя	Норма
1. Внешний вид	Жидкость темного цвета
2. Плотность при 15°С, г/см3	0,800-1,050
3. Температура начала кипения, °С, не ниже	50
4. Температура конца кипения, °С, не выше	370
5. Количество фракции, выкипающей до температуры 300°С, об. %, не менее	45
6. Испытание на медной пластине	Выдерживает
7. Массовая доля фактических смол, мг/100 см3, не более	Не нормируется
8. Содержание свободной воды	Отсутствует

Таблица 2
Эксплуатационные характеристики битумных эмульсий
Состав и свойства битумных эмульсий	Номер примера
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	Прототип*
11	12
1. Содержание компонентов в эмульсии, мас.%:
Битума	49	48	47	46	45	49	48	47	46	45	49,7	49,7
Эмульгатора	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,3	0,3
Воды	48,5	48,5	48,5	48,5	48,5	49,3	49,3	49,3	49,3	49,3	48,5	47,0
Абсорбента 50/370	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	-	-
ТПС	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,5	2,0
Реагент для нейтрализации эмульгатора	1	1	1	1	1	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	1	1
2. Скорость распада при смешивании с кварцевым песком, г песка /100 г эмульсии	380	320	313	308	295	336	327	323	315	300	100	185
3. Сцепляемость с минеральными материалами, % площади	98	100	98	95	93	100	98	97	93	92	95	96
4. Вязкость условная при 20°С через сточное отверстие 3 мм, сек	18,9	21,0	23,6	25,5	26,2	17,4	19,6	22,0	24,0	24,8	23	24
5.Устойчивость при хранении в течение	Расслаивания не наблюдается	Расслаивания не наблюдается
7 суток
30 суток
35 суток	Расслаивается
60 суток
6. Способность эмульсии обрабатывать влажный минеральный материал	Поверхность каменного материала покрыта сплошной пленкой вяжущего

Битумная эмульсия, включающая битум, эмульгатор на основе аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей, соляную кислоту в качестве реагента для нейтрализации эмульгатора, воду и дополнительный компонент, отличающаяся тем, что в качестве дополнительного компонента она содержит абсорбент 50/370 при следующем содержании компонентов, мас.%:

Битум	45-59
Эмульгатор	0,2-0,5
Реагент для нейтрализации эмульгатора	1-2
Абсорбент 50/370	1-5
Вода	Остальное