Битумная эмульсия в дорожном строительстсве

Битумная эмульсия. Битум в различной форме используется как связующий материал при строительстве дорог. При комнатной температуре битум представляет собой исключительно вязкую жидкость, непригодную для применения. Она может быть переведена в рабочее состояние тремя способами:

  • нагревом;
  • смешиванием с нефтяными растворителями (асфальтовый лак);
  • эмульгированием в воде для образования битумной эмульсии.

Первый из способов обычно используется для получения горячих смесей при выполнении работ среднего и большого объема, и в случае, когда имеется оборудование для нагрева, хранения и нанесения битума. Это, однако, менее пригодно для небольших работ или при отсутствии оборудования.

Второй способ, как правило, дороже из-за весьма дорогостоящих растворителей, которые никакой функциональной нагрузки в связующем материале не несут. Кроме того, растворители загрязняют окружающую среду и они пожароопасны.

Третий способ битумная эмульсия, не требует нагрева и обладает тем преимуществом по сравнению с горячим битумом, что здесь материал может использоваться с холодным и даже влажным заполнителем асфальтового покрытия. Асфальтовый лак также может использоваться с холодным заполнителем, но в случае, если последний влажный, необходимо добавить адгезив.

Большинство эмульсий обладает удовлетворительными адгезивными свойствами, и особенно катионные эмульсии.

Цель этой работы состоит в обсуждении основных теоретических положений, касающихся битумных эмульсий и их свойств, а также в описании основных применений при дорожном строительстве.

Битумная эмульсия – область применения

Поверхностная обработка

При поверхностной обработке связующее вещество набрызгивается на поверхность дороги гудронатором. Затем незамедлительно распределителем щебня укладывается заполнитель и сразу же выполняется укатка поверхности. Поверхностная обработка выполняется нанесением одного или нескольких (двух или даже трех) слоев. Дорожное покрытие наносится на гранулированное основание или существующие дороги многих типов, и речь здесь идет как о недорогостоящей поверхностной обработке сельских дорог, так и о создании износостойкого покрытия на дорогах со сравнительно высокой интенсивностью движения. Следует указать важность прочной основы или полотна под дорожной одеждой.

Для поверхностной обработки в качестве связующего материала используются битум, асфальтовый лак или битумная эмульсия. Эмульсии по сравнению с двумя другими типами связующего материала обладают следующими преимуществами:

Можно использовать влажный заполнитель. Нет необходимости в высокой температуре. Пожароопасность, связанная с применением асфальтового лака, исключается.

Подходящее время твердения, не зависящее от испарения растворителей, как например, в асфальтовом лаке. Хорошо составленная катионная эмульсия обеспечивает получение пленки на дороге, которая не течет. Заполнитель распределяется без промедления, и действие катков ускоряет разрушение эмульсии в процессе того, как заполнитель поглощает ионы эмульгатора. Эмульсия предназначена для обеспечения хорошей адгезии в период разрушения, составляющий менее 30 минут. Дорога затем может быть открыта для медленного движения транспорта. Содержание битума в используемых эмульсиях обычно составляет 65­70% и они имеют ограниченную устойчивость при хранении и короткое время разрушения.

битумная эмульсия

Битумно-эмульсионная установка УВБ-1 (производительностью 8-10 м3/час)

Шламовое уплотнение

Несмотря на то, что шламовые уплотнения были разработаны на ранней стадии появления битумных эмульсий, они не получили значительного распространения в дорожном строительстве. Одна из причин состоит в необходимости изготовления специальных эмульсий для соответствия составляющим смеси. Шламовое уплотнение получается смешением эмульсии, мелочи, воды и (если требуется) минеральных заполнителей в специально сконструированных распределителях на рабочей площадке. Данный материал используется как для профилактических, так и ремонтных работ, и сюда можно отнести заделку поверхностных трещин, предотвращение окисления или придание открытым поверхностям свойств, предотвращающих проникновение воды и воздуха. Шлам обычно наносится слоем толщиной от 3 мм до б мм. Поверхность вначале подвергается обработке щетками и затем слегка увлажняется. Смесь наносится с помощью смесителя-распределителя и после ее нанесения начинается отвердение. После разрушения смеси ее иногда укатывают для повышения прочности.

Щебёночное покрытие с пропиткой

На щебень разбрызгиванием наносится горячий битум или битумная эмульсия. Если движение по щебёночному покрытию начинается до выполнения поверхностной обработки, то на покрытие следует нанести тонкий слой среднезернистого заполнителя. В качестве износостойкого покрытия для щебня используется асфальтобетон или же здесь выполняется поверхностная обработка.

 Укрепление грунта

Укрепление грунта с помощью эмульсии может использоваться для повышения прочности заполнителей или для увеличения несущей способности основания. Операция может выполняться различными способами. Независимо от используемого способа, результат укрепления в значительной степени будет зависеть от подбора правильного количества воды для предварительного увлажнения заполнителя.

Одним из способов укрепления является использование подвижной установки, которая является самопередвижной мешалкой. В ней перемешивается заполнитель с битумной эмульсией при перемещении вдоль дороги. Установка обеспечивает укладку равномерного, хорошо перемешанного слоя на поверхность дороги, который затем уплотняется.

Другой способ состоит в использовании мешалки лопастного типа. В ней предусмотрена передвижная смесительная камера, установленная на самоходной машине. Вращающиеся лопасти в смесительной камере срезают поверхностный материал на определенную глубину и перемешивают его с битумной эмульсией. При перемещении вперед машина срезает избыток материала с обеспечением правильного уровня. Нанесение эмульсии затем может быть выполнено либо с использованием распылительной системы, установленной на мешалке, либо с помощью отдельного распределителя битума.

Третий метод состоит в использовании лопастного смесителя : грейдером. Этот способ не обладает эффективностью двух других систем, но является наиболее простым. Эмульсия наносится распределителем на валик насыпанного материала. Затем в работу немедленно вступает грейдер и лопасть на машине перемешивает материалы за счет поворотного и опрокидывающего действия.

 “Холодные” смесительные установки

В “холодных” смесительных установках эмульсия смешивается с не нагретым заполнителем. Поскольку имеется много типов битумных эмульсий, представляется возможным удовлетворить многие требования при составлении холодных смесей с различными типами заполнителя.

“Холодные” смесительные установки могут иметь различные исполнения в зависимости от смеси, которую они изготовляют. Можно использовать очень простые установки, что означает низкие капиталовложения в оборудование. Это важное преимущество при осуществлении проектов в отдаленных районах. Существенная экономия может быть также достигнута при использовании местных необработанных заполнителей.

битумная эмульсия

При изготовлении холодных смесей практически нет выбросов, что представляет большое преимущество по сравнению с горячими смесями. Использование не нагретого заполнителя означает экономию энергии, а также снижение пожароопасности.

С эмульсиями изготовляются как смеси с заполненными пустотами, так и с открытыми пустотами. При использовании высококачественного заполнителя в комбинации с эффективным оборудованием и технологией, холодные эмульсионные смеси обеспечивают такое же качество, как и горячие смеси.

Связывание пыли

Движение транспорта на грунтовых дорогах создает большое количество пыли. Разбрызгивание битумной эмульсии на поверхности дороги обеспечивает решение данной проблемы. Используются разбавленные эмульсии медленного структурирования. Эмульсия с содержанием битума около 60% разбавляется водой в соотношении 1:5. Удельная величина разбрызгивания зависит от поверхности дороги, но обычно колеблется в пределах 0,5-2.0 л/м2. Для работы используются распре делители битума.

Небольшие ремонты дорог

Заделка трещин часто выполняется с использованием битумных эмульсий. Появление трещин объясняется многими причинами и характеризуется разнообразием форм, начиная от небольших волосных трещин и кончая трещинами с раскрытием 20-30 мм. Очень маленькие трещины трудно заделать надежно. Большие трещины заполняются эмульсией, смешанной с мелкозернистым песком, но при этом оставляют несколько миллиметров до поверхности. После затвердевания оставшийся объем заполняется чистой эмульсией. На поверхность наносится песок, предотвращающий унос материала колесами автомобилей.

Холодные эмульсионные смеси могут использоваться для заделки выбоин и поврежденных участков. Если объем работы небольшой, то перемешивание может быть выполнено вручную на рабочем месте. Часто с успехом можно использовать местные заполнители.

Для ремонта выбоин также используется способ, при котором выбоина заполняется заполнителем до уровня покрытия, а затем оставшийся объем заполняется разбрызгиванием битумной эмульсии, которая проникает в заполнитель. Окончательная отделка поверхности выполняется с использованием мелкозернистого песка.

Повторное использование материала

Повторное использование асфальтовых покрытий получает все большее распространение и особенно в США. Для осуществления холодного перемешивания при повторном использовании материала хорошо подходят битумные эмульсии. Данный процесс часто выполняется на месте.

Хранение и транспортировка

Битумная эмульсия, представляющая собой дисперсную систему, образованную из мелких капель битума в воде, обладает как преимуществами, так и недостатками дисперсионной среды – воды. Эмульсии хранятся при температуре от 100С до 850С, в зависимости от температуры, требуемой для применения. При хранении при более высоких температурах емкости должны быть изолированы. В качестве греющей среды можно использовать горячую воду или пар. Можно использовать также неф­тяные горелки.

Когда требуется нанесение эмульсий быстрого и среднего структурирования в диапазоне повышенных температур, то используются более высокие температуры хранения. Однако пониженные температуры хранения часто используются, например, при хранении и транспортировке в барабанах.

Битумная эмульсия не должна нагреваться выше температуры 850С и не допускается замерзание эмульсий. В противном случае материал не может быть использован по назначению. При нагреве битумных эмульсий в процессе транспортировки, а также в баках или распределителях следует предусмотреть перемешивание для предотвращения или уменьшения образования поверхностного слоя. При хранении в баках для предотвращения расслоения выполняется слабое перемешивание. При хранении в барабанах рекомендуется до начала использования эмульсий прокатить барабаны несколько раз по земле и устранить тем самым расслоение, которое могло иметь место.

Перед разбавлением битумных эмульсий следует проверить их совместимость с водой. Всегда следует добавлять воду в эмульсию, а не эмульсию в воду.

Запрещается смешивание различных типов эмульсий в баках для хранения, распределителях и т.д.

УВБ-2 КУБ

Битумно-эмульсионная установка УВБ-1 (производительностью 2 м3/час)

Выбор типа эмульсии

При выборе типа и марки битумной эмульсии прежде всего следует принимать во внимание назначение эмульсии. После выбора группы эмульсий для определенной цели следует рассмотреть прочие факторы. При принятии решения необходимо учитывать свойства заполнителя и способность эмульсии покрывать заполнитель. Следует проверить пригодность катионной или анионной эмульсии для соответствующего заполнителя. Обычно катионные эмульсии обладают более универсальными свойствами в отношении различных заполнителей. Эмульсии среднего и медленного структурирования, будучи более стабилизированными, в меньшей степени зависят от выбора типа заполнителя, хотя при выборе анионной или катионной эмульсии действительными являются те же основные принципы.

Важными являются также и предполагаемые погодные условия при выполнении работ. Укажем здесь температуру воздуха, влажность, скорость ветра и возможность выпадения осадков. Свойство эмульсии в отношении разрушения и адгезионные характеристики зависят от испарения воды. Хотя атмосферные условия и условия на поверхности являются менее критическими для катионных эмульсий, они все же в отношении достижения оптимальных результатов в некоторой степени зависят от погодных условий.

Прочими факторами, которые необходимо принимать во внимание, являются наличие воды, географические условия, управление движением и наличие оборудования. Важную роль играет также оценка, основанная на использовании местного опыта.

Битумная эмульсия выбирается руководствуясь некоторыми практическими указаниями, но лабораторные испытания настоятельно рекомендуются. Для подбора наилучшей эмульсии для предполагаемой области применения необходимо выполнить оценку различных типов эмульсий. Эмульсии быстрого структурирования характеризуются быстрым осаждением связующего вещества при вступлении в контакт с дорожным покрытием и заполнителем. Они не годятся для смешивания с заполнителем. Эмульсии с высоким содержанием связующего вещества обычно используются горячими, в то время как прочие эмульсии используются холодными. Эмульсии среднего структурирования имеют скорость разрушения, обладающую достаточной задержкой для обеспечения смешивания с крупным заполнителем или заполнителем с прерывистым гранулометрическим составом. Эти эмульсии используются как холодными, так и горячими. Эмульсии медленного структурирования имеют скорость осаждения связующего вещества, которая обеспечивает достаточную задержку для возможности осуществления смешивания с мелким заполнителем и плотным заполнителем, или для достаточного проникновения в поверхность до разрушения. Эти эмульсии обычно используются холодными. Данные, приведенные в таблице 5, можно использовать в качестве своего рода рекомендаций при выборе типа эмульсии.

Типы производимого оборудования для строительства и ремонта дорог битумно-эмульсионне установоки типа УВБ-1, битумные котлы, емкости для хранения эмульсии, битумные фильтры и лабораторные битумно-эмульсионные установки