Битумная эмульсия: характеристика и сферы использования

Битумная эмульсия – очередной шаг в развитии производства битумно-строительных покрытий. После простого битума и рубероида битумно-эмульсионный состав позволяет уменьшить расход гудрона, получаемого из нефти, на один и тот же вид и объём работ.

Перед приобретением битумной эмульсии любая фирма-распространитель предложит ознакомиться с особенностями и правилами применения данного стройматериала. Битумно-эмульсионный состав – это смесь из битума, воды и реагента, стимулирующего образование капельной структуры при встряхивании перед использованием. Этот реагент ответственен за устойчивость капельно-жидкостной структуры, без которой не обходится ни одна эмульсия как таковая.

Битум – одновременно и основная среда, и её фазовое состояние. Проще говоря, жидкость принимает вид «масла в воде» или «воды в масле». Чем больше (или меньше) присутствует эмульгатора, тем очевиднее проявление разных состояний жидкости.

Битумоэмульсия неизменна в объёме – при изменении температуры хранения, например, при 0 и при +25 градусах. Нанося эмульсионную смесь на подготовленную к работе поверхность, рабоч­­ие сталкиваются с чувствительностью этого стройматериала к состоянию рабочей зоны. После покрытия эмульсия расслаивается на воду и битум. Вода постепенно испаряется, а битум остаётся и затвердевает. Это даёт возможность равномерно покрыть, например, фундамент по периметру, где планируется возведение стен, чтобы отгородить пено-/газоблоки каждой стены от влаги плит или ленточной структуры железобетона, не применяя рубероид и не разогревая обычный битум.

Битумный эмульсионный состав используется в дорожно-строительных отраслях. Он относится к эмульсиям прямого смешения (так называемое масло в воде). В этой эмульсии битум в количестве от 30 до 70% равномерно взвешен во всей толще воды, частицы битума – микроскопические по размеру. Эмульсии обратного типа – так называемая вода в масле – содержат взвешенные в битуме частицы воды. Процентное содержание битума составляет 70-80%. Полный состав эмульсии предусматривает наличие воды, эмульгатора, стабилизирующей присадки и кислоты.

Для изготовления битумной эмульсии используют битум марок БНД 90/130, БНД 130/200 и похожие составы. Как следует из формулировки, битум является дорожным. Вместо простого дорожного битума может применяться полимерно-битумная присадка связующего действия. Сцепление данной присадки лучше, чем у простой смолы. Вода высококачественно очищается – битумоэмульсия не должна содержать никаких посторонних примесей. Задачей же эмульгатора является препятствование распаду эмульсионной структуры, без чего фракция не даст стопроцентной отдачи.

В виде присадок используют катионные и анионные поверхностно-активные вещества. Соответственно, эмульсия окажется анионной или катионной битумной. Вместо поверхностно-активных веществ также используются минеральные добавки, например, глина, оксиды металлов, соли в виде карбонатов и сульфатов, а также сажа или цемент. В качестве стабилизирующей присадки применяют водный раствор хлорида кальция или иные хорошо растворимые соли, в полной мере проявляющие себя только в эмульсиях катионного состава. В качестве кислоты применяется соляная, уксусная или ортофосфорная – кислая среда продлевает стабильное состояние эмульсии без повторного перемешивания состава.

Современная технология производства битумной эмульсии предусматривает наличие модифицирующих добавок, улучшающих её свойства, ведь «эмульсионка» состоит не только из битумной фракции и воды. К типовым добавкам относятся латекс, полиэтилен, эпоксидный наполнитель, искусственный каучук/смола и т. д. Изменение состава битумной эмульсии на производстве проводится двумя способами:

1. изменяющая свойства состава добавка вводится в водную фазу самой эмульсии либо на стадии её приготовления;
2. эмульгатор вводится в уже изменённый битум.

Технологический процесс выпуска битума с эмульгаторами заключается в следующем. Эмульсионная установка обладает прерывистым или непрерывным принципом работы. При прерывистой работе весь процесс контролируется с пульта, которым управляет мастер. Непрерывный принцип предусматривает полу/полностью автоматический процесс без существенного вмешательства со стороны рабочего персонала. Основным исполнительным механизмом здесь служит коллоидная дробилка. Она осуществляет добавление битумных частиц в заранее очищенную воду. Затем битум перемешивается с водой до тех пор, пока состав не станет однородным.

В процессе перемешивания битум разогревается до 160 градусов. Водяная фаза разогревается до 70. Именно при такой разнице температур эмульсия принимает свою первоначальную консистенцию. Состав этот не хранится более 2 месяцев. Температура воздуха на складе – не менее 5 градусов тепла. Перевозят состав посредством металлических цистерн, бочек, автоматических перемешивающих установок, вмонтированных в цистерну.

Составы эти классифицируются на основе скорости распада смеси. Храниться вечно (годами и десятилетиями) эмульсионный состав не может – он подвергается расслоению, слёживанию, подобно залежавшейся масляной краске. Эмульгаторы, включённые в битумно-водяную фракцию в качестве основных присадок, обладают разным качеством, свойствами, характеристиками, объёмом. Влажность в помещении и температура воздуха – не последние факторы, подстёгивающие процесс распада. Распад эмульсии оценивается распадным индексом.

По нему этот состав характеризуется следующим образом:

• быстрораспадающийся – отделение воды сразу же при покрывании стройматериалом подготовленной для покраски и пропитки поверхности;
• среднераспадающийся – состав разделяется на две обособленные среды после смешивания с каменной структурой;
• медленнораспадающийся – слёживание битума осуществляется лишь после прикосновения (и впитывания) в структуру камня большой площади.

По составу эмульгирующей присадки битумные эмульсии подразделяются на катионные, анионные и неионогенные. В пастообразных «эмульсионках» применяют минералы, в полимерсодержащих – латекс и иные высокомолекулярные углеводороды. В полимерных могут использовать, например, латекс. Различие по заряду частиц ПАВ: «эмульсионка» может быть положительной (катионной) и отрицательной (анионной).

Отталкивание (согласно законам электростатики) одинаковых по знаку заряженных частиц ускоряет осаждение битума и отделение воды. Катионные эмульсионные составы хорошо сочетаются с большинством добавок и присадок. Попадая на минеральную поверхность (камень, кирпич, бетон и т. д.), состав отделяет воду – битум прилипает к окрашиваемой поверхности. Данное явление именуется распадом эмульсии. У катионных эмульсий выделение битума осуществляется из-за реагирования с материалом покрываемой поверхности, у анионных – за счёт немедленного испарения воды.

По скорости распада состава и ионного действия данный стройматериал маркируют следующим образом.

Анионный состав с быстрым распадом. Применяют для ухода за недавно уложенным цементобетоном и цементогрунтом. Второе применение – подгрунтовка, а также закрепление поверхностей откосов грунта, некоторые виды поверхностной обработки.

Данный состав, будучи среднеразлагающимся, нашёл применение для подготовки чёрного (забитумированного) щебня, обработки высокопористых смесей, изготовленных на основе карбонатов. Дорожная основа под полотно пропитывается с помощью этого состава.

Состав ЭБА-3, разлагающийся на воду и битум в замедленном темпе, применяется для подготовки особо плотных эмульсионно-минеральных стройматериалов. В состав подмешивают до 2% извёстки или до 3% цемента. Хорошо подходит для закрепления подвижного песка, избавления поверхностей от цементной пыли, а также закрепления верхнего слоя грунта на землеполотне обрабатываемой территории.

Ведущей маркой БЭ на сегодня является «ТехноНиколь». Она применяется в качестве дорожного и строительного компонента. Кроме составов с номенклатурными маркировками, перечисленными выше, российские фирмы поставляют БЭ под собственными брендами.

Представителем экологически чистых битумоматериалов на водно-латексной основе является битумная эмульсия «ТехноНиколь №31», характеристики которой будут рассмотрены далее. Гидроизоляционные покрытия, для создания которых применялась БЭ от данной фирмы, отличаются тепло- и износостойкостью (не теряют изначальных свойств за долгие годы).

Расход БЭ этой марки на 1 м2 составляет для кровли не более 5,7 кг, для покрытия внутренних гидроизолирующих слоёв – не более 3,5 кг. Она служит своеобразным «бетоноконтактом» и соответствует давлению по ГОСТ не меньше 4,5 атм. Битума в данном составе не менее 60%, а литровая ёмкость на 5% тяжелее такой же банки воды. Состав используется в диапазоне температур 5… 30 градусов тепла во время покрытия. Фирме «ТехноНиколь» удалось добиться гарантийного срока хранения на складе не менее полугода.

Среди других фирм – «БитумТЭК», «Амдор», B2M и несколько аналогичных, производящих битумные стройматериалы широкого спектра. Удельный вес литра (плотность 1 дм3) – 1,05 кг.

Битум – просто вяжуще-пропитывающий материал. Наносится преимущественно горячим, в расплавленном виде. Недостаток – при неспешном нанесении больше одной минуты может отслоиться, даже когда поверхность матовая и зернистая. Битумная эмульсия лишена такой способности: она приведена в удобоиспользуемое состояние при помощи воды и минерально-органических присадок, и в процессе покрытия подготовленной к работе поверхности особая спешка не требуется.

Чистый битум для применения по назначению необходимо подогреть до 100 или более градусов. Он применяется в расплавленном состоянии для проливки дороги под новое асфальтовое покрытие, гидроизоляции стен от фундамента (в составе рубероида). Растворение битума в бензине, керосине, лигроине переводит его в жидкое состояние. Эмульгирование в воде при помощи эмульгаторов также способно превратить его в жидкий материал, годящийся для покрытия кровли изнутри и других конструкций, нуждающихся в защите от влаги. При 30 градусах растворённый таким образом битум сохранит жидкое состояние.

Он, в отличие от простого битумного состава, наносится на предназначенные для этого поверхности даже во влажную, сырую погоду. Испарения «эмульсионки» как минимум в несколько раз меньше, чем от расплава чистого битумного состава. Набор прочности холодного асфальта – смеси песка, камешков и битумной эмульсии (либо органораствора на его основе) – осуществляется не при остывании только что уложенного покрытия, а за счёт улетучивания лёгких нефтефракций. То, что осталось, надёжно спрессовывается под обувью прохожих и колёсами машин.

БЭ применяется в таких областях.

1. Для связывания асфальтовой крошки, щебня, песка и других добавок в дорожное покрытие. Это одна из технологий истинно холодного асфальтирования.
2. При покрытии стен, фундаментов, отмостки, стальных несущих конструкций (опор). После испарения воды состав в течение многих лет защищает все эти поверхности от влаги.
3. В качестве гидроизолирующей прослойки для гидротехники и подземки.
4. Для стягивания и удержания грунта и песка. Также проводят обеспыливание дорог и площадок. Перед укладкой асфальта на щебёночную подушку наносятся битумсодержащие смеси.
5. Для частичного ремонта проходных и подъездных путей разного назначения, стояночных площадок. Пример – проливка трещин на дорогах.

Все эти области использования охватывают строительство и ремонт дорог и зданий.

Наносить БЭ рекомендуют по следующей схеме.

1. Удаляются грязь и остатки устаревшего, облупленного покрытия с обслуживаемой поверхности.
2. Треснувшие и сколотые места с зазорами от 3 мм выравнивают при помощи прогрунтовывания.
3. Острые углы сглаживают, закругляют, затем обезжиривают при помощи органического растворителя.
4. Покрывают подготовленную поверхность праймером (предварительно наносимым составом). Время высыхания – 1-2 часа.
5. Наносят первый слой БЭ, затем – второй. В норме – не ранее, чем через 5 ч, именно за такое время покрытие сохнет (лишается воды). Для ускорения работы используют специальный распылитель.