Меню Рубрики

Установки для производства катионных битумных эмульсий

Установки для производства катионных битумных эмульсий

В России эксплуатируется несколько типов установок по производству катионных битумных эмульсий, выпускаемых: ОАО «Завод Дормаш» (Россия) совместно с фирмой «Building Machine Trade LTD» (Венгрия); фирм «BREINING» (Германия), «MASSENZA» (Италия); «BERNARDI» (Италия) и др. (табл. 25.6).

Техническая характеристика эмульсионных установок

Производитель, страна Индекс машины, тип Производи- тельность, т/ч Мощность, кВт Вместимость бака битума, м 3 Вместимость бака водного раствора, м 3 Вместимость бака эмуль- сии, м 3
ОАО «Завод Дормаш», Россия совместно с ВМТ (Венгрия) ЭУ-15 10-15 3×20 2×4
ОАО «АСДОР», Россия УЭ контейнер 3-4 общая 75 из отдельной цистерны
Emul Bitume, Франция Atomix B 2,5 2×10 2×0,5
Atomix A 3×20 2×3,5
Atomix D 25-30 2×40 2×7,5
Colas, Франция ЕСА-50 5,0 2×20 2×2,0
ЕСА-100 10,0 3×20 2×3,0
ЕМ-150 15,0 3×20 2×4,0
ЕМ-250 25,0 2×40 2×6,0
ЕМ-400 40,0 2×60 2×8,0 2×60
Vally Slurry Seal, США (Эмультек) М-50 7,25 2×20 2×2,5
М-75 14,5 3×20 2×5,0
М-100 22,7 2×40 2×6,0
М-125 36,0 2×60 2×8,0 2×60
GOLD ASPHALT, Италия SV-E 320 6-7 2×20 2×4,0
Massenza, Италия EM-4000×2SK 10-12 2×20 2×4,0
Bernardi Imp, Италия ЕВ 7000 5,5-7,0 2×20 2×3,0
Akzo-Nobel, Швеция, Голландия б/н 12,0 3×20 2×6,0
б/н 20,0 2×40 2×8,0
Kallotikone, Финляндия КАЕ-25 25,0 2×40 2×6,0

Независимо от их конструктивных особенностей, они включают в себя совокупность узлов, обеспечивающих выполнение установленных регламентом технологических операций:

блока подготовки битума в составе емкостей для его хранения, системы подогрева и обезвоживания, системы подачи битума в диспергатор;

блока подготовки водного раствора эмульгатора в составе емкостей для хранения воды, эмульгатора, соляной кислоты, системы трубопроводов для подачи исходных компонентов в смесительные емкости, устройств для перемешивания компонентов;

теплонагревательного блока (тепловая энергия производится путем сжигания различных видов топлива);

блока приготовления битумной эмульсии, включающего диспергатор (коллоидную мельницу), в котором происходит размельчение битума на частицы размером 0,01 мкм и перемешивание их с водным раствором эмульгатора; систему подающих и отводящих трубопроводов;

блока хранения и подачи готовой продукции, включающего емкости для хранения эмульсии и систему трубопроводов, обеспечивающих подогрев и транспортировку эмульсии к месту выгрузки.

Особенностями современных установок по производству катионных битумных эмульсий являются:

наличие или отсутствие закрытых помещений для размещения технологического оборудования;

конструкции этих помещений;

конструкции емкостей для приготовления водного раствора эмульгатора (открытого или закрытого типа), включая систему перемешивания, транспортировки и хранения соляной кислоты;

наличие или отсутствие системы сбора и нейтрализации производственных сточных вод и остатков водного раствора эмульгатора.

Рис. 25.5. План-схема установки по приготовлению катионных битумных эмульсий ОАО «Завод Дормаш» (Россия):

Емкости для хранения битума; 2- устройства для подогрева и обезвоживания битума; 3, 4 — теплонагреватель; 5, 6 — емкости для хранения эмульгатора; 7 — емкость для хранения воды; 8 — емкости для хранения соляной кислоты; 9 — устройство для выдачи готовой продукции; 10 — емкости для хранения готовой продукции; 11 — бетонный отстойник для слива промывочных вод и остатков водного раствора эмульгатора; 12 — воздушный компрессор; 13 — диспергатор; 14 — емкости для приготовления водного раствора эмульгатора; 15 — цех; 16, 17 — устройства дозирования; 18 — водоотводной лоток; 19 — битумохранилище

В состав эмульсионных установок ОАО «Завод Дормаш» (Россия) и фирмы «BREINING» (Германия) входят (рис. 25.5 и 25.6):

устройства для приготовления битума (обезвоживания, нагрева до рабочей температуры), включающие емкости для хранения битума, емкости и устройства для подогрева и обезвоживания битума. Битум поступает из битумохранилища АБЗ;

блок подготовки водного раствора эмульгатора. Исходные компоненты поступают из емкостей для хранения воды или водопровода, из емкостей для хранения соляной кислоты и емкостей для хранения эмульгатора. Блок включает систему трубопроводов, обеспечивающих поступление компонентов в смесительные установки. Смесительные установки имеют 1-2 м 3 устройства для дозировки исходных компонентов. Учитывая цикличность производства, устанавливают две емкости для приготовления водного раствора эмульгатора. Емкости снабжены системами перемешивания исходных компонентов: воздушный компрессор (рис. 25.5) или систему механического перемешивания (рис. 25.6);

блок, включающий теплонагреватель и систему обогрева, имеет собственно теплонагреватель, работающий на мазуте или дизельном топливе, и систему трубопроводов;

блок приготовления катионной битумной эмульсии, включающий мельницу (диспергатор), в которой происходит размельчение битума на частицы размером 0,01 мкм и перемешивание его с водным раствором эмульгатора, а также трубу слива промывочных вод, неиспользованного раствора эмульгатора и остатков битумной эмульсии;

блок хранения и выдачи готовой продукции, включающий набор емкостей объемом 50 м 3 производства ОАО «Завод Дормаш», Верхний Уфалей.

Рис. 25.6. План-схема установки по приготовлению катионных битумных эмульсий фирмы «Breining» (Германия):

Емкости для хранения битума; 2 — устройства для подогрева и обезвоживания битума; 3, 4 — теплонагреватель; 5, 6 — емкости для хранения эмульгатора; 7 — емкость для хранения воды; 8 — емкости для хранения соляной кислоты; 9 — устройство для выдачи готовой продукции; 10 — емкости для хранения готовой продукции; 12 — система механического перемешивания; 13 — диспергатор; 14 — резервуары для приготовления водного раствора эмульгатора; 15 — металлический контейнер; 16, 17, 21 — устройства дозирования; 18 — водоотвод; 19 — битумохранилище; 20 — труба слива промывочных вод, неиспользованного раствора эмульгатора и остатков битумной эмульсии

Например, весь комплекс оборудования ОАО «Завод Дормаш» в Ростовской области (рис. 25.5) смонтирован на площадке размером 35,1×60 м с асфальтобетонным покрытием. В здании (в закрытом помещении) смонтированы: два открытых резервуара (объемом до 2,5 м 3 при диаметре 1,5 м) с зонтами над ними для естественной вентиляции паров, образующихся при приготовлении водного раствора эмульгатора; дозатор (стеклянная емкость) соляной кислоты (подача осуществляется «по объему», так как соляная кислота может иметь разную концентрацию); компрессор для подачи сжатого воздуха в открытые резервуары для перемешивания воды и соляной кислоты; дозатор эмульгатора (подача его в открытые резервуары может осуществляться из емкости для хранения или непосредственно из бочек с помощью электронасоса); коллоидная мельница; система трубопроводов для подачи битума, разбавителя (если требуется), водного раствора эмульгатора в коллоидную мельницу и от нее готовой эмульсии на склад готовой продукции. Остальное оборудование смонтировано на открытом воздухе.

Поверхность площадки цеха имеет уклон от емкостей для битума в сторону емкостей для готовой эмульсии. Поверхностный сток (талые воды, дождевые) сбрасываются в водоотводной лоток, проложенный вдоль площадки цеха (со стороны емкостей для эмульсии), а из него в местную водоотводную канаву.

В здании цеха под открытыми резервуарами для приготовления водного раствора эмульгатора сделаны бетонные водоотводные лотки с выводом стока из них в бетонный колодец, расположенный за пределами здания, который предназначен для сбора остатков водного раствора эмульгатора из емкостей и промывочной воды. Водоотводные лотки должны обладать кислотоупорной поверхностью. Соляная кислота даже в очень малых концентрациях активно разрушает бетон: при наличии в воде свободных кислот происходит растворение Са(ОН)2, входящего в состав цементного камня:

Комплекс оборудования фирмы «Брайнинг» в Московской области (см. рис. 25.6) смонтирован на асфальтобетонной площадке. В контейнере смонтированы две емкости по 2000 литров каждая, предназначенные для получения водного раствора эмульгатора, дозаторы, мерники, насосы, коммуникации и т.д. На площадке расположены 2 пластмассовые емкости по 1000 литров для хранения соляной кислоты и эмульгатора; контрольный щит управления, форсунка для разогрева битума, емкости для хранения битума и готовой эмульсии по 50 м 3 .

Установка выполнена из нержавеющей стали. Эксплуатируется только в теплое время года (с апреля по сентябрь).

Фирмой «Massenza» (Италия) совместно с СММ-ХОЛДИНГ (г. Брянск) и механическим заводом (г. Балашиха Московской обл.) освоено производство установок для приготовления катионных битумных эмульсий производительностью 10 т/ч.

Установка для приготовления катионных битумных эмульсий (рис. 25.7) состоит из двух емкостей приготовления водного раствора с мешалкой вертикального типа (в каждой емкости), насосов подачи битума, водного раствора, дозирующих насосов разбавителя, соляной кислоты, эмульгатора (аминокислот), диспергатора (коллоидной мельницы), лабиринтного смесителя, теплообменника нагрева воды, теплообменника-охладителя битумной эмульсии, четырех градуированных стеклянных сосудов соляной кислоты и эмульгатора (аминокислот), автоматического котла, диатермического масла, трубопроводов с запорной арматурой, пульта управления с датчиками контроля.

Рис. 25.7. Технологическая схема производства катионной битумной эмульсии в установке фирмы «MASSENZA» (Италия):

А — подвод соляной кислоты; В — подвод аминокислот; С — циркуляция аминокислот; D — выход смеси для SLURRY; Е — подвод эмульгатора; F — подвод битума; G — циркуляция битума; Н — подвод воды; J — слив эмульсии

Ассоциацией «Асдор» (Москва) разработана эмульсионная установка мобильного типа для приготовления дорожных анионных и катионных битумных эмульсий производительностью 3 т/ч. Техническая характеристика установки приведена в табл. 25.6. Установка встроена в универсальный контейнер, смонтированный на автомобильном шасси. В контейнере установки размещены:

система подготовки и дозирования водного раствора эмульгатора, включающая теплоизолированную емкость (3 м 3 ) с электронагревом и циркуляционным насосом, а также узел хранения и дозирования кислоты;

система дозирования битума, обеспечивающая подачу битума в диспергатор;

система приготовления и хранения эмульсии, включающая диспергатор и емкость с электронагревом (5 м 3 ) для хранения и загрузки готовой эмульсии в гудронатор;

система управления и контроля, обеспечивающая контроль за технологическими параметрами (температура, расход компонентов).

Установка монтируется на асфальтобетонных заводах. Для ее пуска необходимо обеспечить подводку битума из действующего битумного котла, подключение электроэнергии и воды.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

источник

Технология производства битумных эмульсий

1. Основы технологии производства (ноу-хау) эмульсий

Битум в различных формах производится в качестве вяжущего для дорожного строительства. При температуре окружающей среды битум представляет собой чрезвычайно высоковязкую жидкость, которая является неудобообрабатываемой. Он может быть преобразован в удобообрабатываемое состояние тремя способами:

  • нагреванием;
  • смешением с нефтяными растворителями (разжиженный битум);
  • эмульгированием в воду с образованием битумной эмульсии.

Первая альтернатива обычно применяется для производства горячих смесей на средне- и крупномасштабных работах, где имеется оборудование для нагревания, хранения, транспортировки и применения битума. Однако эта альтернатива менее пригодна для маломасштабных работ или в случаях, когда не имеется оборудования. Вторая альтернатива, разжиженный битум, обычно является более дорогостоящей, чем горячая смесь, поскольку растворители, которые не играют какой-либо роли в функции вяжущего, часто весьма дорогостоящи. Более того, растворители загрязняют окружающую среду и являются пожароопасными. Для третьей альтернативы, битумной эмульсии, не требуется нагревания при применении и преимущество эмульсии по сравнению с битумом состоит в том, что ее можно применять с холодным и даже влажным каменным материалом. Большинство эмульсий имеют удовлетворительные адгезионные свойства, так как они, главным образом, являются катионными эмульсиями.

Читайте также:  Установка встраиваемой вытяжки в кухонный гарнитур

Эмульсия может быть определена как дисперсия мелких капель одной жидкости в другой жидкости. Битумные эмульсии относятся к типу эмульсий масло-в-воде, в которых битум диспергируется в воде. Размер капель обычно находится в диапазоне от 0,001 до 0,02 мм. Содержание битума зависит от предполагаемого применения эмульсии, но оно редко бывает ниже 40% или выше 70%.

Существует верхний предел содержания битума в эмульсии, которое, главным образом зависит от относительного объема двух фаз. При достижении этого объема имеется недостаточно пространства для дополнительного количества капель без деформирования их.

Капли будут упаковываться так плотно, что они будут частично прилипать друг к другу, и, в конечном счете, вода, защемленная между каплями, превратится в водяные капли. В результате получают эмульсию типа «вода в масле» или обращенную эмульсию. Такая эмульсия имеет природу битума с высокой вязкостью.

Предельное содержание битума находится в диапазоне 70-80% и зависит, в основном, от распределения частиц по размерам.

Для получения устойчивой битумной эмульсии необходимо добавлять эмульгатор. Капли битума держатся отдельно друг от друга вследствие влияния ионизированных молекул эмульгатора, которые ориентируются относительно поверхности капель, создавая электростатическое силовое поле. Устойчивость эмульсии зависит в значительной степени от напряженности этого силового поля. Если применяется эмульгатор катионного типа, то капли будут заряжены положительно (катионная эмульсия), тогда как в случае анионного эмульгатора заряд будет отрицательным (анионная эмульсия).

В большинстве стран имеются технические условия на анионные и катионные эмульсии. Эти две категории эмульсий подразделяются на три класса в зависимости от устойчивости эмульсии при контакте с каменным материалом или поверхностью покрытия, а именно быстро, средне и медленно распадающиеся эмульсии. Быстро распадающаяся эмульсия обладает низкой способностью смешиваться с каменным материалом или не обладает ею; предполагается, что среднераспадающаяся эмульсия смешивается с крупным каменным материалом, но не смешивается с мелким каменным материалом, а медленно распадающаяся эмульсия проектируется для перемешивания с мелким каменным материалом.

Анионные эмульсии были впервые разработаны в начале 1900— годов. Они нашли свое применение, однако их применение возрастало относительно медленно. В середине 1940- были введены катионные эмульсии, что означало значительное техническое улучшение.

Битум
В зависимости от климата используется битум с пенетрацией от 50 до 200. Качество битума весьма значительно влияет на свойства эмульсии. Некоторые битумы создают крупные частицы в эмульсии. В ряде случаев эта проблема может быть решена путем добавления поверхностно-активного вещества (ПАВ) в битум. Следовательно, при переходе к новому типу битума важно проверить состав в лаборатории прежде, чем приступить к производству в установке.

Растворитель
Растворитель может быть использован для придания временного размягчения вяжущему. Это улучшит способность обволакивания битумом каменного материала. Растворитель также будет способствовать прониканию подгрунтовочной эмульсии в плотный слой основания.

При выборе растворителя необходимо рассмотреть два вопроса: во-первых, растворитель должен быть совместим с битумом, т.е. при перемешивании битума и растворителя смесь должна быть однородной без признаков расслоения. Во-вторых, растворитель должен быть достаточно летучим для того, чтобы не оставить какого-либо остатка в битуме, который может привести к пониженной вязкости. Уайт-спирит и керосин являются наиболее широко применяемыми растворителями. Физические и химические свойства уайт-спирита:

Температура кипения 150-200°С
Температура вспышки +38°С
Плотность 0,75 кг/литр

Добавка в битум
Эмульсия, производимая из труднообрабатываемого битума, в ряде случаев может быть улучшена путем добавления поверхностно-активного вещества в битум. Это называется «введение присадки в битум». Это придает эмульсии большую устойчивость, но не влияет на распад.

Эмульгатор
Необходим тщательный выбор эмульгатора для того, чтобы получить эмульсии с требуемыми свойствами. Имеется множество химических составов, которые могут быть использованы для эмульгирования битума, однако по техническим и экономическим причинам лишь несколько из них нашли широкое применение. Эти составы могут применяться по отдельности или в комбинации с одним или несколькими другими составами. Они также могут быть модифицированы различными способами для получения данных свойств. Хороший эмульгатор, помимо придания эмульсии заданных свойств, должен иметь хорошее соотношение стоимость — эксплуатационные показатели, а также, предпочтительно, должен быть безопасным и удобным в применении.

Эмульгатор обычно состоит из длинной углеводородной цепи, которая заканчивается либо анионной, либо катионной функциональной группой. Парафиновая доля (углеводородная цепь) иона эмульгатора располагается на поверхности битумной капли таким образом, что углеводородная цепь прочно связывается с битумом, при этом ионной долей, расположенной на поверхности капли. Таким образом, капли становятся электрически заряженными положительными зарядами в катионных эмульсиях и отрицательными зарядами в анионных эмульсиях.


В катионной эмульсии положительно заряженные ионы ориентируются на поверхности битумных капель. Отрицательно заряженные ионы хлорида притягиваются к поверхности положительными зарядами, и в эмульсии формируется электрический двойной слой.

Истинная картина, однако, является более сложной. Она включает все типы ионов и молекул в растворе. В анионной эмульсии происходит соответствующая реакция. Свойства двойного слоя оказывают сильное влияние на устойчивость и вязкость эмульсии.

Катионные эмульгаторы
В основе катионных эмульгаторов обычно лежат азотные соединения с длинными углеводородными цепями, такие как алкил амины. Алкил амины — это сильнодействующие поверхностно-активные соединения, оказывающие большое влияние на поверхностное натяжение. Они могут быть модифицированы рядом способов в соответствии почти с любым требованием. Большинству эмульгаторов придется реагировать с кислотой перед тем, как они смогут функционировать, и вследствие этого pH эмульсии будет ниже 7. Кислота, в большинстве случаев, реагирует с азотом и образует соль аммония. В установке периодического действия это часто выполняется путем медленного добавления воды и эмульгатора для согревания воды при непрерывном перемешивании. Когда весь эмульгатор добавлен и растворился, регулируется pH посредством дополнительного добавления кислоты до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое значение pH. В установке непрерывного действия эмульгатор впрыскивается в трубопровод с водой. Таким же образом добавляется кислота, и реакция имеет место до того, как вода поступит в коллоидную мельницу. Для установки этого типа предпочтительно использовать жидкие и легко диспергируемые эмульгаторы.

Анионный эмульгатор
Анионные эмульгаторы обычно приготавливаются на основе жирных кислот. Молекула жирной кислоты состоит из длинной углеводородной цепи и заканчивается карбоксильной группой. Раствор эмульгатора приготавливается посредством реакции анионного эмульгатора с гидроокисью натрия. Эта реакция называется омылением. Значение pH анионной эмульсии выше 7, и эмульсия обычно содержит избыточное количество гидроокиси натрия, которое, в конечном счете, реагирует с какими-либо природными кислотами, содержащимися в битуме

Катионный эмульгатор Анионный эмульгатор

Кислота
Кислота применяется для образования соли из эмульгатора и для снижения pH до заранее определенного уровня. При использовании катионной системы применяется хлористоводородная (соляная) кислота. Для анионной системы используется гидроокись натрия.

Стабилизатор
При применении катионной системы в эмульсию может быть добавлен хлорид кальция для повышения устойчивости и предотвращения набухания капель битума, вызываемого осмосом, т.е. когда имеет место высокое содержание соли в битуме и вода втягивается в капли битума.

В случае анионной системы для той же цели может быть использован полифосфат тринатрия (trisodium).

Каменный материал
Каменные материалы классифицируются как щелочные или кислые. Более кислые каменные материалы развивают отрицательно заряженные поверхности в воде в более широком диапазоне значений pH, чем щелочные каменные материалы, хотя при высоком значении pH все каменные материалы стремятся стать отрицательно заряженными. Каменные материалы редко состоят из одного чистого минерала, и даже чистый минерал может иметь как щелочной, так и кислый компонент. Если каменные материалы классифицируются в соответствии с содержанием в них двуокиси кремния, как в нижеприведенной диаграмме, то материалы с более высоким содержанием двуокиси кремния являются наиболее кислыми с сильной тенденцией принять отрицательно заряженную поверхность в воде.

Многие каменные материалы могут быть также загрязнены частицами глины, присутствие которой даже в небольших количествах будет увеличивать скорость распада.

1.3. Свойства эмульсии

Распад
Эмульсия должна быть устойчива во время хранения и при транспортировке, но должна быстро распадаться при применении. Это качество наиболее легко достижимо в случае катионных эмульсий, поскольку такие эмульсии реагируют и распадаются химически при контакте с большинством каменных материалов.

В большинстве случаев каменные материалы отрицательно заряжены и, следовательно, положительно заряженный эмульгатор притягивается электростатически к каменному материалу, вызывая распад эмульсии. Кроме того, в этот момент эмульгатор действует как вяжущее вещество.

Распад можно контролировать путем выбора эмульгатора и содержания эмульгатора. Другими факторами, влияющими на распад, являются температура, влажность и тип битума.

Анионная эмульсия не распадается химически. Вода испаряется и вызывает распад эмульсии. Это значительно более медленный процесс и адгезия весьма неудовлетворительна.

Вязкость
Вязкость важна для эмульсий ЭБК-1 и ЭБК-2. При применении эмульсии ЭБК-1 для поверхностной обработки она должна иметь определенную вязкость. Если вязкость слишком низкая, эмульсия не будет оставаться густой. Если вязкость слишком высокая, эмульсия будет оставаться на поверхности в виде линий.

Вязкость зависит от содержания битума, температуры и типа эмульгатора. Некоторые битумы придают более высокую вязкость, чем другие. Это нормально вследствие осмоса, и может быть отрегулировано путем добавления СаС12.

Для корректирования вязкости:

  • Увеличьте или уменьшите содержание битума;
  • Добавьте или отбавьте СаС12;
  • Замените тип эмульгатора.

Флоккуляция
Флоккуляция — это процесс, при котором капли начинают прилипать друг к другу. Очень часто имеется крупная центральная капля с окружающими ее более мелкими каплями. Коагулированные капли часто могут быть снова разделены путем перемешивания.

Осаждение
Битум имеет несколько более высокую вязкость по сравнению с водой, и поэтому вследствие силы тяжести капли стремятся ориентироваться ко дну контейнера. Если в битум добавляется растворитель, то битум может приобрести более низкую вязкость, чем вода, и вследствие этого ориентироваться к поверхности. Это называется разрушением («сливкоотделением») эмульсии.

Осаждение может быть уменьшено путем:

  • улучшения условий хранения, например хранение эмульсии при более высокой температуре и перемешивание через короткие промежутки времени;
  • понижения плотности битума посредством добавления растворителя;
  • предотвращения флоккуляции посредством замены типа и концентрации стабилизатора и эмульгатора или изменения pH;
  • увеличения содержания битума;
  • повышение вязкости эмульсии.

Коалесценция
Когда капли сливаются и образуют более крупные частицы, эмульсия, в конечном счете, разрушится. Это часто начинается с флоккуляции, на которую может повлиять следующее:

  • недостаточное содержание эмульгатора;
  • ненадлежащий тип эмульгатора;
  • ненадлежащая температура в процессе производства;
  • ненадлежащая температура хранения;
  • механическое воздействие (циркулирование насоса в течение длительного времени, транспортировка);
  • неподходящий битум.

2. Производство эмульсий

Установка для производства битумной эмульсии может быть либо непрерывного, либо периодического действия, и в большинстве случаев включает коллоидную мельницу. В процессе приготовления раствор эмульгатора и битум проходят через коллоидную мельницу, где происходит эмульгирование. Мыльный раствор для приготовления катионных эмульсий содержит воду, эмульгатор, кислоту и, если требуется, стабилизатор, которые тщательно перемешиваются в таких пропорциях, чтобы получить однородный раствор с требуемым значением pH. Растворитель, например уайт-спирит, керосин или дизельное топливо, часто также является составной частью эмульсии. Он может быть смешан с битумом, раствором эмульгатора или с эмульсией после коллоидной мельницы.

В системах без давления температура эмульсии никогда не должна достигать 100 °С в процессе производства и должна поддерживаться в интервале 85-95 °С. Во избежание местного перегрева температурную разность между битумом и раствором эмульгатора следует поддерживать настолько низкой, насколько это возможно. Однако битум должен быть достаточно горячим для подачи насосом.

2.2. Установки периодического действия

В установке периодического действия раствор эмульгатора приготавливается и разбавляется в дозаторной емкости. Если необходимо использовать растворитель и он должен добавляться в битум, то дозаторная емкость необходима так же и для битума, или растворитель должен быть дозирован в поточном режиме. Большие объемы продуктов, т.е. битум и воду, можно отмеривать в цистернах с помощью указателя уровня на цистерне. Небольшие объемы материалов, например растворитель и химикаты, следует отвешивать или отмеривать с помощью более точного измерительного устройства по объему.

В наиболее простых установках периодического действия замесы битума и раствора эмульгатора приготавливаются в объемах, соответствующих требуемому битумному остатку, и затем подаются самотеком через коллоидную лестницу до тех пор, пока дозаторные ёмкости не станут пустыми. Улучшенная система включает дозирующие насосы, которые позволяют поддерживать требуемый остаток в процессе всего производства, обеспечивая улучшение качества конечного продукта.

Некоторые установки имеют теплообменники, в которых горячая эмульсия охлаждается, а выделенное тепло используется для подогрева воды для следующего замеса.

2.3. Установки непрерывного действия

Установка непрерывного действия не имеет дозаторных емкостей; битум и раствор эмульгатора поступают непосредственно из поставляемых емкостей. Раствор эмульгатора приготавливается автоматически и в соответствии с выбранным составом путем впрыскивания эмульгатора, кислоты и стабилизатора в водопроводную линию, где происходит реакция между эмульгатором и кислотой прежде, чем вода поступит в коллоидную мельницу.

Вода нагревается до соответствующей температуры с помощью нагревателя непрерывного действия. Для установок непрерывного действия требуются эмульгаторы, которые легко диспергируют в воде, для того, чтобы обеспечить быструю реакцию с кислотой. Датчик pH, прикрепленный к водопроводной линии непосредственно перед мельницей, контролирует дозировку кислоты.

Битум и, если требуется, растворитель также непрерывно подаются в мельницу. В резервуаре с битумом поддерживается надлежащая температура. Установка непрерывного действия может работать до тех пор, пока имеется материал и пространство для хранения.

Дозирование материала посредством регулирования температуры
Многие установки прерывистого действия работают на основе регулирования температуры. В этом случае температура битума, водной фазы и эмульсии измеряется и сравнивается для того, чтобы определить баланс материала, т.е. битумный остаток эмульсии.

  • Температура битума: 130°С
  • Температура водной фазы: 59°С
  • Температура эмульсии: 89,9°С

Из нижеприведенной таблицы можно видеть, что установка производит 62% эмульсию.

При температуре битума, равной 130 °С

Температура производства эмульсии, °С

Дозировка материала посредством регулирования потока
С помощью расходомеров может быть достигнута более точная дозировка материалов. Этот метод позволяет также получить абсолютные значения потока, а не только соотношение между битумом и раствором эмульгатора. Это необходимо знать, если третий или четвертый материал, например растворитель или латекс, должен быть дозирован в поточном режиме, наряду с битумом и раствором эмульгатора. Это означает, что в установке с поточной линией необходимо измерение потока.

2.5. Вычисление заданных значений регулируемых величин производства

Битумная фаза
Вязкость битума очень важна для получения хорошей эмульсии. Вязкость должна быть в интервале 250-350 сантистокс. Это означает, что температура будет различной для различной пенетрации битума.

  • пенетрация 180/200 130°С±5°С
  • пенетрация 80/100 140°С±5 °С
  • пенетрация 50/70 145°С±5°С

При применении битума, модифицированного полимером, часто требуется более высокая температура, обычно приблизительно 165°С. Наиболее распространенным составом модифицированного битума является 2-5% блок-сополимер стирола и бутадиена (SBS) или бутадиенакрилонитрильный каучук (NBR).

Эмульсия
Для стандартных эмульсий температура должна быть равна 90°С±5 °С.

Водная фаза
Температура водной фазы вычисляется по следующей формуле:
Tw = Те + (Те — Tb) * Cpb / Cpw * b / w

  • Тe = Температура эмульсии = 90С
  • Тb = Температура битума = 13013
  • Сpb = Теплоемкость битума = 1,90 кДж/С/ кг
  • Cpw = Теплоемкость водной фазы = 4,18 кДжЛЗ/ кг
  • w = % водной фазы = 38%
  • b = % битумной фазы = 62%
  • Tw = Температура водной фазы = 90 + (90 — 140) * 1.9 / 4.18 * 62/38=5313

Однако, в зависимости от эмульгатора температура водной фазы не должна быть слишком низкой для обеспечения удовлетворительного перемешивания и реакции между эмульгатором и кислотой. Обычно удовлетворительной является температура 35-40°С. Это, конечно, особенно важно в случае поточной установки, в которой до эмульгирования имеется ограниченный промежуток времени.

Давление и/или охлаждение эмульсии
Если требуется, чтобы температура эмульгирования была выше температуры кипения воды, например при применении модифицированного полимером битума, то всегда требуется обратное давление и охладитель эмульсии. Обратное давление необходимо для того, чтобы предотвратить кипение воды. В приложении 1 приведена таблица, показывающая, какое обратное давление требуется для данной температуры. Эмульсию следует охладить приблизительно до 90°С прежде, чем понижать давление.

Заданные значения регулируемых величин потока

Большинство расходомеров относятся к объемному типу, тогда как составы эмульсий нормируются в процентах по массе. Следовательно, заданные значения регулируемых величин потока необходимо вычислять с использованием значений плотности. Когда это выполняется для битума и раствора эмульгатора, важно учитывать, что плотность зависит от температуры. Для других материалов, которые используются в значительно меньших количествах и которые подогреваются в значительно меньшей степени, этим можно пренебречь.

3. Испытания и технические условия

Обычно национальные стандарты на эмульсии включают только испытания самой эмульсии, но также рекомендуют некоторые испытания применения. Даже если испытания эмульсии удовлетворительны, нет гарантии, что применение даст удовлетворительные результаты. Технические условия иногда являются очень широкими, например, на вязкость по ASTM. В связи с этим рекомендуется применять более узкие внутренние технические условия.

Испытания, описываемые здесь, взяты из ASTM и DIN, а также из рекомендаций, разработанных отделом «Добавки для дорожного строительства». Приводится лишь их краткое описание и поэтому перед проведением испытания рекомендуется провести тщательное исследование метода испытания. Тип испытания указан в скобках.

3.1. Краткое описание методов испытаний

Вязкость (Сейболт Фурол, ASTM D244-89)
Вязкость определяется как сопротивление жидкости течению.

100 мл эмульсии выливается в чашку с отверстием в дне. Под чашку помещается мерный стакан. Эмульсия вытекает и включается таймер. Время, которое требуется для вытекания определенного количества эмульсии, регистрируется как вязкость.

Стойкость при хранении (ASTM D244-89)
Вследствие различия в плотности между водой и битумом капли битума будут перемещаться либо вниз, либо вверх.

500 мл эмульсии вливаются в стеклянный цилиндр. Затем эмульсию оставляют на 24 часа при комнатной температуре. Отбирается 50 мл сверху и 50 мл снизу. Измеряется содержание битума в обоих образцах с использованием остатка при испарении. Стойкость при хранении вычисляется путем вычитания верхнего остатка из нижнего остатка.

Показатель распада (FAS 345-89, шведский стандарт)
Это испытание показывает скорость распада эмульсии. Оно применяется только для эмульсий ЭБК-1. 100 г эмульсии заливается в стальной контейнер. Затем в эмульсию добавляется специальный наполнитель со скоростью 18 г/минуту. Для перемешивания при добавлении наполнителя используется стержень или нож. Когда эмульсия распадается и образует шар, добавленное количество наполнителя регистрируется в качестве показателя распада.

Обволакивающая способность (ASTM D244-89)
Это испытание показывает способность обволакивания битумом каменного материала.

Эмульсия перемешивается с каменным материалом, который будет использован на проекте. Смесь перемешивается в течение 5 минут и затем оценивается степень покрытия каменного материала. Часть смеси затем смывается водой. Степень покрытия снова регистрируется. Испытание может быть выполнено как с сухим, так и с мокрым материалом.

Ситовой анализ (ASTM D244-89)
Это испытание показывает, имеется ли проблема со стойкостью эмульсии, флоккуляцией или коалесценцией.

100 г эмульсии наливается через сито 850 микрон. Сито промывают водой, помещают на стальной лоток и оставляют на 2 часа при температуре 105°С. Остатком на сите является вес сита после высушивания минус вес до высушивания.

Перемешивание с цементом (ASTM D244-89)
В этом испытании определяется скорость распада медленно распадающейся эмульсии.

Эмульсия разбавляется до остатка 55%. Эмульсия перемешивается с определенным количеством цемента в течение одной минуты. Добавляется вода, и перемешивание продолжается в течение 3 минут. Смесь выливается через сито. Сито высушивается. Количество смеси, оставшейся на сите, записывается.

Остаток
С применением перегонного куба (ASTM D244-89)

В этом испытании определяется содержание как битума, так и растворителя в эмульсии.

200 г эмульсии выливается в металлический цилиндр. С помощью газовой горелки верх цилиндра нагревается до 215°С, а затем горелка опускается к нижней части. Цилиндр нагревается до 260°С, и эта температура поддерживается в течение 15 минут. Вода и растворитель в эмульсии испаряются и охлаждаются и остаются в мензурке. Содержание воды и растворителя может быть затем считано со стеклянного цилиндра.

С применением плитки (Отдел «Добавки для дорожного строительства»)
Это быстрый метод определения процентного содержания битума в эмульсии. Если в эмульсию добавляется растворитель, то этот метод не является надежным. В этом случае используйте испытание для определения содержания воды или испытания с применением металлического перегонного куба.

Небольшой образец, 8-12 г, заливается в стальную чашку с использованием палочки-мешалки. Затем чашку помещают на плитку для выпаривания воды из эмульсии. Чашку снимают с плитки, когда кипение прекратится. Процентное содержание вычисляется путем деления массы эмульсии на массу остатка.

Читайте также:  Установка звездочки в кронштейн

Посредством испарения (ASTM D244-90)
Это испытание применяется для определения содержания битума в эмульсии. Если в эмульчию добавляется растворитель, то рекомендуется применять испытание для определения содержания воды или испытание с использованием металлического перегонного куба.

50 г эмульсии выливается в 1-литровый стальной контейнер. Его оставляют на 3 часа при температуре 165ºС. Процентное содержание битума вычисляется путем деления массы эмульсии на массу остатка.

Определение содержания воды (ASTM D244-89)
Это испытание применяется для определения содержания воды в эмульсии. Данный метод являетсся более точным, чем метод с плиткой, и более легким, чем метод с металлическим перегонным кубом.

50 г эмульсии выливают в мензурку с круглым дном вместе с 200 г толуола и парой горячих (кипящих) камней. Мензурку помещают в нагреватель и сверху устанавливают водоотделитель и охладитель. Затем эмульсию кипятят до тех пор, пока вода не перестанет испаряться. Когда кипение воды прекратится, содеражние воды считывается с водоотделителя. Затем содеражние воды делится на содержание эмульсии.

Пенетрация битума (ASTM D5-86)
Это испытание применяется для определения твердости битума.

50 г битума наливают в стальной стакан и доводят до 25°С. Игла вводится под нагрузкой 50 г в течение 5 секунд. Расстояние, на которое игла углубляется в битум, умножается на десять для получаения показателя пенетрации.

pH эмульсии (Отдел «Добавки для дорожного строительства»)
Значение рН измеряется в эмульсии с помощью прибора для измерения рН (рН-метра). Значение рН обычно не выше 3,4 — 4,0.

Гранулометрический состав («Отдель добавки для дорожного строительства»)
Гранулометрический состав может быть измерен различными способами. Обычно на разбавленный образец направляется лазер и измеряется угол рассеивания света от частиц.

Регистрируются три различных параметра: 1 , г FAS 90 90 140 140 Обволакивающая способность ASTM Обволакивание сухого каменного
материала хорошая хорошая Обволакивание после распыления удовлет. удовлет. Обволакивание влжаного каменного
материала удовлет удовлет. Обволакивание после распыления удовлет. удовлет. Ситовой анализ, 0,860 мм, % по массе ASTM 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Ситовой анализ, 0,125 2 мм, % по массе AA 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Перемешивание с цементом, % по массе ASTM 2,0 2,0 Растворители, по объему эмульсии ASTM 3 3 12 12 Остаток, % по массе ASTM 60 65 65 65 57 57 Пенетрация, мм/10 ASTM 100 250 100 250 100 250 40 90 100 250 40 90

1 Этот метод применяется в Европе вместо испытания деэмульгирования эмульсии
2 Это испытание может быть опущено, если не имеется проблем при применении.

CRS — соответствует катионной эмульсии быстрого распада (ЭБК-1)
CMS — соответствует катионной эмульсии среднего распада (ЭБК-2)
CSS — соответствует катионной эмульсии медленного распада (ЭБК-3)
Индекс -1 — битума 65%
Индекс h — соответствует эмульсиям, приготовленным на битуме с пенетрацией ниже 90.

3.3. Рекомендуемые испытания

В данной таблице указаны рекомендуемые испытания.

Эти технические условия позволяют вычислить значение для стандартного дегтя (гудрона) путем деления результата на 6,204

Стойкость при хранении, % по массе

Европейский метод испытания вместо испытания деэмульгирования эмульсии

Обволакивающая способность Обволакивание сухого каменного материала

Обволакивание после распыления Обволакивание влажного каменного материала

Обволакивание после распыления

Ситовой анализ, 0,850 мм, % по массе

Ситовой анализ, 0,125 мм 2 , % по массе

Метод испытания разработан Отделом «Добавки для дорожного строительства». Рекомендуемое значение 10°С

Если эмульсия хранилась в течение более 3 дней, то необходимо перед загрузкой в грузовой автомобиль провести ситовой анализ и измерить вязкость эмульсий CRS и CMS.

CRS — соответствует катионной эмульсии быстрого распада (ЭБК-1)
CMS — соответствует катионной эмульсии среднего распада (ЭБК-2)
CSS — соответствует катионной эмульсии медленного распада (ЭБК-3)
Индекс -1 — битума 65%

Примечание:
Изменение содержания битума в эмульсии влечет значительные изменения различных свойств битумных эмульсий

6. Устранение неисправностей

6.1 Обращение с эмульсией и ее хранение

Проблема Возможная причина Мера устранения
Пена в эмульсии Утечка воздуха в системе перед мельницей Отрегулируйте все уплотнения, фитинги, насосы и т. д.
Разбрызгивание эмульсии при заполнении емкости Убедитесь, что входное отверстие находится ниже поверхности эмульсии в емкости
Поверхность эмульсии распложена слишком низко для перемешивания Не приступайте к перемешиванию до тех пор, пока поверхность эмульсии не будет находиться выше смесителя
Пленка поверх эмульсии Испарение воды с поверхности Используйте вертикальные емкости

Заполняйте емкости полностью при каждом производстве

Охладите эмульсию в охлаждающем устройстве после мельницы

Пена, которая разрушается См. выше
Температура хранения слишком высокая Понизьте температуру
Неудовлетворительная эмульсия Проверьте состав, добавьте стабилизатор
Крупные частицы в эмульсии после хранения Слишком длительное хранение Производите как можно ближе к месту применения
Местный перегрев вблизи нагревательного элемента Увеличьте площадь нагревания, слишком сильнее нагревание
Температура хранения слишком низкая или слишком высокая Отрегулируйте температуру; см. раздел «Обращение с эмульсией и ее хранение»
Слишком мало эмульгатора и/или неправильно выбран тип Увеличьте количество эмульгатора и/или замените более устойчивым эмульгатором
Излишнее или слишком интенсивное перемешивание Уменьшите перемешивание
Распад в процессе транспортировки Ненадлежащая температура в резервуаре Отрегулируйте температуру; см. раздел «Обращение с эмульсией и ее хранение»
Местный перегрев вблизи нагревательного элемента Увеличьте площадь нагревания, слишком сильное нагревание
Загрязнение (напр.: анионная эмульсия) Убедитесь в том, что резервуар чистый перед выгрузкой эмульсии, особенно в случае, если анионная эмульсия транспортировалась в том же само резервуаре.
Неустойчивый состав Устойчивость может быть улучшена путем использования большего количества эмульгатора или добавки в битум
Отсутствие нагревания в резервуаре (только для ЭБК-2 или ЭБК-1) Используйте грузовые автомобили с изоляцией или подогревом
Испытание перемешивания с цементом неудовлетворительное Содержание эмульгатора слишком низкое или ненадлежащий тип эмульгатора
Значение pH слишком высокое
Показатель распада слишком высокий Слишком много эмульгатора (Будьте осторожны при уменьшении содержания и проверьте, является ли удовлетворительным ситовой анализ)
Слишком высокое содержание нефтяного дистиллята Слишком много растворителя
Битум содержит растворитель Проверьте с поставщиком битума
Слишком низкое содержание битума Ненадлежащий поток битума или воды Проверьте вычисления потока Проведите калибровку потоков
Ненадлежащая плотность битума Проверьте плотность битума
Значение пенетрации находятся вне требуемых пределов Использован ненадлежащий тип растворителя Используйте растворитель с более низким диапазоном температуры кипения
Неподходящий тип битума
Растяжимость не соответствует техническим условиям Неподходящий тип битума
Слишком высокое содержание нерастворимых веществ Низкокачественный битум Проверьте битум
Слишком много хлорида кальция Понизьте содержание хлорида кальция

7. Безопасность

7.1. Обращение с эмульгаторами и их хранение

При обращении с эмульгаторами необходимо соблюдать обычные меры предосторожности при работе с химикатами. Необходимо использовать средства защиты глаз и лица и резиновые перчатки и носить одежду с длинными рукавами при работе с эмульгаторами. Не следует есть, пить или курить при обращении с ними. Всегда держите под рукой формуляр данных по технике безопасности для того, чтобы его легко можно было найти, если произошел несчастный случай.

Инструкции, касающиеся первой помощи, пожарной безопасности, случайного выброса или других происшествий при работе с эмульгаторами, содержатся в формуляре данных по технике безопасности.

Эмульгатор является устойчивым минимум два года в своем первоначальном закрытом контейнере при комнатной температуре. Избегайте более высоких температур (> 60°С). Если эмульгатор сильно охладится, то он может расслоиться. Это можно устранить путем нагревания его до 70-80°С и перемешивания.

Если контейнер открыт и затем ожидается длительный период хранения, то емкость необходимо закрыть, обеспечив воздухонепроницаемость. Эмульгаторы должны быть в любом случае устойчивы в течение двух лет.

7.2. Правила безопасности, касающиеся эмульсий

Эмульсии имеют два преимущества с точки зрения безопасности. Они применяются при сравнительно низких температурах, что снижает опасность ожогов персонала. Они содержат большое количество воды и поэтому не воспламеняются; они не вспыхивают и не горят при перегреве. Битумные смеси испаряют углеводород, тогда как из эмульсионных смесей почти не происходит испарения, так как они укладываются в холодном состоянии.

С эмульсиями, как и со всеми строительными материалами, следует обращаться с осторожностью и использовать защитную одежду, в том числе перчатки, защитные очки и одежду с длинными рукавами. При контакте с кожей нераспавшуюся эмульсию необходимо смывать водой. Распавшуюся эмульсию следует удалять с использование мыла или детского масла. Если эмульсия попадет в глаза, глаза необходимо промывать водой в течение длительного времени и обратиться за медицинской помощью.

Эмульсии не относятся к классу экологически опасных материалов. В случае розлива эмульсии для ее сбора следует использовать песок и грунт, которые затем должны быть отправлены в отвал. Даже если эмульсия и разжиженный битум проникают в грунт глубже, чем битум, они при этом не представляют опасности для грунтовых вод.

7.3. Правила безопасности, касающиеся битума

Вследствие высокой вязкости битум всегда применяется горячим. В связи с этим ожоги являют наиболее распространенным видом травм. Необходимо всегда носить теплозащитные перчатки, одежду с длинными рукавами и средства защиты лица. Перед выгрузкой или взятием проб, или перед перекачиванием насосом, шланги и емкости должны быть проверены. Если емкость содержит какой-либо материал, который включает воду, или воспламеняющийся материал, его необходимо удалить.

При несчастном случае необходимо принять следующие меры:

  1. Охлаждать холодной водой как можно дольше (минимум 20-30 минут).
  2. Обратиться за медицинской помощью.
  3. Не пытаться удалить прилипший битум.

Дым, исходящий от битума, обычно представляет собой лишь проблему комфорта вследствие неприятного запаха, но в ряде случаев он может вызывать головную боль. Содержимое дыма может контролироваться путем контроля температуры битума.

Если произошла утечка и битум выливается на землю, то сначала следует остановить утечку, а затем собрать битум с помощью песка или грунта.

Битум не проникает глубоко в грунт и не представляет опасности для грунтовых вод.

Температура вспышки битума равна 200°С, в связи с этим следует избегать местного перегрева выше 200°С. Если битум попадет в изоляцию резервуара, то может возникнуть возгорание, если это имеет место вблизи нагревательного элемента.

Возгорание битума следует тушить путем подавления. Если используется огнетушитель, то это должен быть пенный или порошковый огнетушитель.

источник