Влияние поверхностных и объемных свойств водных растворов катионных поверхностно-активных веществ па их эмульгирующую способность по отношению к окисленным битумам

Битумные эмульсии представляют собой комплексное вяжущее на основе битума и воды, альтернативное классически используемому битуму и имеющее несомненные преимущества при проведении дорожно-строительных работ. В отличие от дорожного битума использование битумных эмульсий в современных дорожных технологиях позволяет снизить энергетические и сырьевые затраты, повысить производительность труда, улучшить санитарные условия при производстве дорожно-строительных материалов и дорожных покрытий.

К основным преимуществам битумных эмульсий можно отнести:

  • - возможность подобрать состав битумной эмульсии к минеральному материалу различного минералогического состава и используемой технологии;
  • - замедление протекания процессов старения битумов при эксплуатации;
  • - изменение физико-механических свойств битумов путем модифицирования их латексами, полимерами, адгезионными добавками и пластификаторами в процессе эмульгирования;
  • - высокая адгезионная способность к минеральным материалам основных и кислых пород.

Как известно, битумные эмульсии представляют собой термодинамически неустойчивые дисперсные системы и для их стабилизации используют КПАВ, для молекул которых наиболее благоприятной ориентацией с энергетической точки зрения является ориентация на границе раздела масло/вода. В процессе эмульгирования КПАВ своим гидрофобным радикалом взаимодействуют с частицами битума, адсорбируясь на их поверхности, придавая ей положительный заряд и понижая межфазное поверхностное натяжение. Адсорбция КПАВ на каплях битума, с одной стороны, обеспечивает стабильность битумной эмульсии за счет электростатического отталкивания положительных частиц, а с другой - сродство к поверхности минерального материала. Кроме того, КПАВ, адсорбируясь на каплях битума, блокируют места возможных контактов в процессах структурообразования, препятствуя возникновению и развитию коагуляционных структур, приводящих к ухудшению физико-химических характеристик и старению битума.

Для производства эмульсий используется обычный или модифицированный битум. Главной целью эмульгирования битума является его перевод в жидкотекучее состояние при температуре окружающей среды (т. е. снижение 168 вязкости). Этому процессу противодействует внутренняя когезия и вязкость битума, а также сила поверхностного натяжения, которая оказывает сопротивление образованию новой поверхности раздела. Для получения тонкодис-персиой эмульсии необходимо правильным образом приложить механическую энергию с целью получения малых по размеру частиц битума, а также предотвратить их слияние - после того как они образованы. Размер частиц эмульсии зависит от конструктивных особенностей мельницы, времени нахождения компонентов в мельнице, концентрации и типа эмульгатора, а также от температуры эмульгирования и является определяющим критерием качества битумной эмульсии [132, 153]. Битумные эмульсии разрабатываются таким образом, чтобы они сохраняли агрегативную устойчивость в процессе хранения и транспортировки, но в то же время при взаимодействии с минеральным материалом разрушались с установленной для данного вида работ скоростью [461]. Скорость распада битумных эмульсий определяется как время, которое необходимо для того, чтобы в результате взаимодействия с минеральным материалом эмульсия разрушилась с образованием битумной и водной фазы. В зависимости от скорости распада при контакте с минеральным материалом битумные эмульсии подразделяют на быстро- и медленнораспа-дающиеся.

Одним из основных преимуществ битумных эмульсий, как отмечалось выше, является возможность подобрать ее компонентный состав (или рецептуру) к минеральному материалу различного минералогического состава и используемой технологии. Коллоидно-химические и потребительские свойства битумных эмульсий определяются, главным образом, химическим строением, составом и концентрацией эмульгатора при производстве эмульсии. Эмульгирующее действие ПАВ тем эффективнее, чем лучше сбалансированы полярные и неполярные части молекулы эмульгатора. Это значит, что молекула эмульгатора должна обладать сродством как к полярным, так и неполярным средам, обеспечивая агрегативную устойчивость эмульсии. В общем случае эмульгирующая способность ПАВ тем эффективнее, чем лучше сбалансированы полярные и неполярные части молекулы ПАВ между обеими фазами эмульсии и определяется, с одной стороны, длиной углеводородной цепи, а с другой - строением полярной группы. Кроме того, эмульгирующее и стабилизирующее действие мицеллообразующих ПАВ зависит от их поверхностной активности и агрегатного состояния в растворе [462-464].

Таким образом, оценка поверхностной активности ПАВ, изучение процессов мицеллообразования и вязкости их водных растворов является необходимым для предсказания протекания процесса эмульгирования и свойств битумных эмульсий. Исследование коллоидно-химических свойств КПАВ на основе аминов различного химического строения и состава в зависимости от ряда факторов позволяет выбрать оптимальные концентрационные области ПАВ и оценить эффективность их использования в процессах эмульгирования и получения широкого спектра битумных эмульсий для различных технологий дорожного строительства.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >