Химики на службе у дорог

Производство битумных эмульсий
в мире
- 8 миллионов тонн
20% анионных
80% катионных

ОСНОВНЫЕ ПРОИЗВОДИТЕЛИ (тонны)
США: 2 300 000
Франция: 1 100 000
Мексика: 550 000
Бразилия: 500 000
Испания: 400 000
Таиланд: 300 000
Япония: 280 000
Великобритания: 200 000
Италия: 120 000
Южная Корея: 80 000

Культуры применения очень различны
ФРАНЦИЯ

Франция ~ 1.100.000 т/год катионной эмульсии
Эволюция катионной эмульсии во Франции

ЯПОНИЯ

ИТАЛИЯ

ЮЖНАЯ КОРЕЯ

ФОРМИРУЮЩИЙ СЛОЙ
ГРУНТ
ПОДГРУНТОВКА 0.5 мм
ПОВЕРХНОСТНЫЙ СЛОЙ 2cм-8cм
(связующий слой + рабочий слой)
СЛОЙ ОСНОВАНИЯ 10cм-20cм
Адгезионные присадки или Эмульгаторы
ОСНОВАНИЕ 30cм-40cм
СЛОЙ ПРОПИТКИ

Фильм SFERB

с или без флюкса

АДГЕЗИОННЫЕ ПРИСАДКИ
ГОРЯЧИЕ ПОКРЫТИЯ
без флюкса
СКЛАДИРУЕМЫЕ СМЕСИ
ПОВЕРХНОСТНАЯ ОБРАБОТКА
ПРОПИТКА
с флюксом
БИТУМ
НАГРЕВ

ПОВЕРХНОСТНЫЙ СЛОЙ
ГОРЯЧИЕ ПОКРЫТИЯ
ПОВЕРХНОСТНАЯ ОБРАБОТКА
С ФЛЮКСОМ
АДГЕЗИОННАЯ ПРИСАДКА
ХОЛОДНЫЙ ЛИТОЙ АСФАЛЬТОБЕТОН
ПОВЕРХНОСТНАЯ
ОБРАБОТКА
ЭМУЛЬГАТОР

АДГЕЗИОННЫЕ ПРИСАДКИ
Поверхностная обработка
Пропитка
ПРИСАДКА MP2
2
Присадки, стабильные
при нагреве
POLYRAM L200
CECABASE 220
CECABASE 260
CECABASE 280 2 - 5 kg / T битума
2 - 5 kg / T битума
Присадки в массу
вяжущего
CECABASE 260
Дренирующие покрытия
Складируемые смеси
Тонкослойные покрытия
ПРИСАДКИ ПОВЕРХНОСТИ КОНТАКТА

ФЛЮКСОВАННЫЕ БИТУМЫ : BASE 70 /100
ТИП
STV 10mm
% ФЛЮКС
400 - 800 400 à 800s (25°C) 11/14
Greenflux
800 - 1600 90 à 200s (40°C) 8/11
Greenflux
1600 - 3200 200 à 300s (40°C) 6/8
Greenflux

ФЛЮКСОВАННЫЕ БИТУМЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ

Уменьшение количества используемого
растворителя
2) Экономия энергоносителей
3) Аспект окружающей среды
4) Безопасность
ПОЧЕМУ НЕКОТОРЫЕ СТРАНЫ
ПРЕДПОЧИТАЮТ БИТУМНЫЕ ЭМУЛЬСИИ?

Что такое
ЭМУЛЬСИЯ
???

ЭМУЛЬСИЯ = БИТУМ + ВОДА + ЭМУЛЬГАТОР
ЭМУЛЬСИЯ
битум
подогрев
эмульгаторы, кислота
нагретая вода

БИТУМ НЕ ЛЮБИТ ВОДУ
с или без флюкса

ОБРАЗОВАНИЕ ЭМУЛЬСИИ
Эмульгатор уменьшает напряжение на границе фаз вода/битум
.
. .
.
.

Эмульгатор
или
Поверхностно-активное вещество
Полярная группа
Гидрофильная
Жирная цепочка
Липофильная

СТАБИЛИЗАЦИЯ ЭМУЛЬСИИ

Различные роли эмульгатора
Образование эмульсии
Стабильность при хранении эмульсии
Участие в процессе распада
Клейкость битумной пленки
●
●
●
●
Дисперсная
фаза
эмульсия
эмульсия
Фаза рассеивания

Семейства эмульгаторов
Анионные ПАВ (жирные кислоты, сульфонаты)
R - COO-+Na
Катионные ПАВ (амины, полиамины, амидоамины)
R - NH3+-Cl
Неионогенные ПАВ (алкилфенол этоксилы)
R -(O-CH2-CH2)n-OH
Амфотерные ПАВ (бетаины)
R - N+-CH2-CH2-COO -Na+
Cl -

Фильм SFERB

ДЕГИДРАТАЦИЯ
ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ
ПЕРВИЧНЫЙ АМИН
ЭМУЛЬГАТОРЫ ДЛЯ ДОРОГ
ХИМИЯ ЖИРНЫХ АМИНОВ
AMMИАК
НИТРИЛ
DINORAM S
DINORAM SL
POLYRAM S
POLYAMINE
STABIRAM MS3
(ЧЕТВЕРТИЧНЫЙ)
DIAMINE
(ОКСИЭТИЛИРОВАННЫЙ АМИН)
ЖИРНАЯ КИСЛОТА

Первичный моноамин
R-NH
диамин
R-NH-(CH
3
- NH
алкил полиамин
R-[NH-(CH
алкиламид R-CONH
жирная кислота R-COOH
реакция NH
и - H
O
алкилнитрил R-С N
CH
CH C N + H
CH
CH C N + H
дистилляция / гидрогенизация
- H
O
ПАСТООБРАЗНЫЕ АМИНЫ
2
2
)
2
2
)
]n - NH
2
3
2

Жидкий Амин
R-NH-(CH
- NH
R-NH- (CH
- NH
CH
2
-CH
-O
- H
реакция ЭТИЛЕН ОКСИД
R-NH- (CH
- NH
CH
-CH(CH
)-O
n- H
реакция ПРОПИЛЕН ОКСИД
Диамин
2
3
2
2
-
2
3
]
)
2
)
-
2
m
)
[
3
[
]
3

H – [(CH
АЛКИЛАМИДОАМИНЫ И ИМИДАЗОЛИНЫ
жирная кислота
R-COOH
R-CO
- N
)
–NH]n – [(CH
)
–NH]m
-H
АЛКИЛ-АМИДО ПОЛИАМИНЫ
ДЕГИДРАТАЦИЯ / ЦИКЛИЗАЦИЯ
R-C - N – [(CH2)2 – NH](n-1)-[(CH2)3 –NH]m-H
N
CH2
АЛКИЛИМИДАЗОПОЛИАМИНЫ
NH
– [(CH
)
–NH]n – [(CH
)
–NH]m
-H
2
2
2
3
ЭТИЛЕН / ПРОПИЛЕН ПОЛИАМИН
NH
– [(CH
)
–NH]n – [(CH
)
–NH]m
-H
2
2
2
3
2
2
2
2
3
CH2

Фильм SFERB

Материал
Катионная эмульсия
Анионная эмульсия
Положительно заряженный материал
(известняк, базальт)
Отрицательно заряженный материал
(кремень, кварцит, гранит)
Реакция нейтрализации
Распад
Образование нерастворимого карбоната амина
ПРИЛИПАНИЕ
Притяжение
Распад
Образование нерастворимого кальциевого мыла
ПРИЛИПАНИЕ
Притяжение
Распад
Образование нерастворимого силиката амина
ПРИЛИПАНИЕ
Реакция нейтрализации
отсутствует
Нет реакции

ГРАВЭМУЛЬСИЯ
РЕЦИКЛИНГ
ХОЛОДНЫЕ ЛИТЫЕ
АСФАЛЬТОБЕТОНЫ
ECR
IR < 100
ЭМУЛЬГАТОРЫ
ПОВЕРХНОСТНАЯ
ОБРАБОТКА
ПОДГРУНТОВКА
ПОДГРУНТОВКА / ПРОПИТКА
ПЕНЕТРАЦИЯ
СКЛАДИРУЕМЫЕ СМЕСИ
ECM
80 < IR < 100
ECL
120 < IR <140
ECL ECS
IR > 140
1.5
2.5 kg / T
2.2
2.8 kg / T
3.0
6.0 kg / T
6.0 à 10.0 kg / T
Дозировка эмульгатора в эмульсии
à
à
à
DINORAM SL
POLYRAM S
DINORAM S
DINORAM SL
DINORAM 3574
DINORAM 3590
EMULSAMINE L60
EMULSAMINE LZ
EMULSAMINE L70
DINORAM S
DINORAM 3574
DINORAM 3590
EMULSAMINE L60
POLYRAM SL
STABIRAM EM
STABIRAM MS3
1.8 <
pH
< 4.0
POLYRAM S
POLYRAM SL
POLYRAM L80
POLYRAM L90
STABIRAM EM
STABIRAM MS3
ПРИСАДКА В ЭМУЛЬСИЮ: CECABASE 3860
(В битум)
STABIRAM MS6
STABIRAM MS6

Кривая нейтрализации жирного диамина соляной кислотой
(1,5 г амина в 400 г дистиллированной воды)
Точка эквивалентности
объем кислоты в см³
(при 20°B)

Теоретическая схема производства битумной эмульсии
Вода
Кислота
Эмульгатор
Хранилище
битума
Разжижающий
агент
Концентрированная
водная фаза
Вода
Разбавленная
водная
фаза
Производ-
ственный
бак
Эмульсатор
НАСОС
КЛАПАН
Хранение и
выдача
эмульсии

Производство эмульсии
Температуры
Битум(Tb)
Tb = 140°C пенетрация 160/220
Tb = 150°C пенетрация 70/100
Tb = 160°C пенетрация 35/50
Водная фаза (Ta)
Ta+Tb = 195°C для эмульсии 60%
Ta+Tb = 185°C для эмульсии 65%
Ta+Tb = 175°C для эмульсии 69%
pH водной фазы 2

эмульсионный завод
Фильм SFERB

КАТИОННЫЕ ЭМУЛЬСИИ NF T 66-011

АНАЛИЗ БИТУМНОЙ ЭМУЛЬСИИ
Уровень pH очень важен для устойчивости при хранении и при использовании
электрод необходимо чистить до и после каждого измерения
2 < рН < 3
УДЕРЖАНИЕ НА СИТЕ 630 μ: Максимальный остаток 0.1%
СОДЕРЖАНИЕ ВОДЫ: dean stark
ВЯЗКОСТЬ: Энглер или BRTA
ИНДЕКС РАСПАДА: заполнитель Сикаизол на 100г эмульсии
СТАБИЛЬНОСТЬ ПРИ ХРАНЕНИИ: Осветление – Осаждение <10% за 7 дней
КЛЕЙКОСТЬ: тест на покрытие / отделение битумной пленки от поверхности
минерального материала

υ cst = η cpo/ρ = 7.5 (E-1/E)

° ЭНГЛЕР
Изменение вязкости / содержание битума
% битум

БИТУМ

Эволюция вязкости эмульсии в зависимости от температуры
Вязкость
в ° E
Температура в °C

КИСЛЫЕ
БАЗАЛЬТЫ
0 заряд + % SiO2 заряд - 100
ИЗВЕСТНЯКИ
СИЛИКАТНЫЕ ИЗВЕСТНЯКИ
мрамор
порфиры
песчаник
гранит
кремень
кварц
ОСНОВНЫЕ
СМЕШАННЫЕ

-Si-O- Si-O - Si-O-H
силоксановый мостик и силаноловый мостик
Si-O-H Si-O - H+ (1)
Только силанол вступает в реакцию с аминами
Обратите внимание на очень низкий p H , так как Si-O – будет понижать клейкость
p H эмульсии 2.3
- Si-O- [NH3-R] + + Cl- + H+

ПРИМЕНЕНИЕ
Эмульсии быстрого распада
Поверхностная обработка
Подгрунтовка
Эмульсии среднего распада
Смеси подлежащие хранению
Эмульсии медленного распада
Гравэмульсии
Сларри Сил

Фильм SFERB
ПОДГРУНТОВКА

ЭМУЛЬСИИ БЫСТРОГО РАСПАДА
Поверхностная обработка и подгрунтовка

ТИП ФОРМУЛЫ
ПОВЕРХНОСТНАЯ ОБРАБОТКА
Пенетрация битума 70/100
Эмульсия
Формула
Эмульсамин Л 60
Однослойная обработка

ОДНОСЛОЙНАЯ ОБРАБОТКА С ДВОЙНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЩЕБНЯ
ДВУСЛОЙНАЯ ОБРАБОТКА

ПОВЕРХНОСТНАЯ ОБРАБОТКА
Фильм SFERB

ПОВЕРХНОСТНАЯ ОБРАБОТКА
Фильм SFERB

ЭМУЛЬСИИ МЕДЛЕННОГО РАСПАДА
Гравэмульсия
заполнители
вода эмульсия
смеситель
с

Фильм SFERB
ГРАВЭМУЛЬСИЯ

График спецификации эмульсионной гравийно-песчаной смеси 0/14
Процентное соотношение совокупных проходов
мелкий песок
крупный песок
гравий
Крупнозернис-
тый гравий

ЭМУЛЬСИИ МЕДЛЕННОГО РАСПАДА
Холодные литые асфальтобетоны (Сларри Сил)
Эмульгатор
Добавка контроля распада:
Эмульсия

Холодные литые покрытия
Фильм SFERB

Гранулометрическая кривая песчаных составов для холодных литых асфальтобетонов и битумных строительных смесей
Процентное соотношение совокупных проходов
Холодные литые асфальтобетоны
Холодные литые асфальтобетоны
Битумные строительные смеси

Влияние параметров

КОЛЛОИДНАЯ МЕЛЬНИЦА (одинаковый зазор)
1
T ЭМУЛЬСИИ 60/X/2 DINORAM S,
HCl
Диаметр
(микроны)

Воздействие CaCl2
ЭМУЛЬСИЯ 60/2/2 DINORAM S, HCl
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
0
25
0,5
0,75
1
1,5
2
2,5
ХЛОРИД КАЛЬЦИЯ, 2 H2О кг/т эмульсии
кг Динорама S в водной фазе
Эволюция капельки,
содержащей соль
Реальное содержание воды
Очевидное содержание воды
Капелька битума
Ø = 3 μm
Кристалл Соли
Ø =1/10 μm
Капелька битума
Ø = 3 μm + E
Вода, абсорбированная кристаллом соли

40°C
50°C
70°C
60°C
ДИНОРАМ S
плотность в зависимости от T°C
0.840
0.800
0.820

20°C
40°C
60°C
ЭМУЛЬСАМИН L60
плотность в зависимости от T°C
0.920
0.880
0.900

ПОЛИРАМ S
Плотность в зависимости от Т°C
40°C
50°C
70°C
60°C
0.870
0.830
0.850

20°C
40°C
60°C
ПОЛИРАМ SL
Плотность в зависимости от T°C
0.920
0.890
0.900
0.910

2.2г продукта в 300г водной фазы + 700 г битума
Нейтрализация ЭМУЛЬСАМИНА LZ / HCl
г кислоты (d = 1.16 - 32% -20° B)
p H

8 г индустриального продукта в 400 г водной фазы + 600 г битума
Нейтрализация ПОЛИРАМА S / HCl
p H
3
4
5
6
7
8
9
10
г кислоты (d = 1.16 - 32% -20° B)
0
1
2
0
1
2
4
6
7
8
9
10
11

8 г индустриального продукта в 400 г водной фазы + 600 г битума
Нейтрализация ПОЛИРАМА SL / H3PO4
г кислоты (d = 1.16 - 32% -20° B)

Представляется совершенно необходимым в большей мере рассматривать содержание остаточного вяжущего в слое подгрунтовки (битума остающегося на поверхности контакта после ухода воды), чем содержание битумной эмульсии, чье содержание в битуме может варьироваться в зависимости от национальных условий применения.
Поверхность контакта: не обработанные гравийно-песчаные смеси / битумные гравийно-песчаные смеси
Не обработанная гравийно-песчаная смесь, после уплотнения, пропитывается на поверхности скрепляющего слоя 1,2 кг/мІ битумной эмульсии и закрывается минеральным материалом фракции 4/6 мм.
Перед укладкой слоя битумной гравийно-песчаной смеси наносится слой подгрунтовки с содержанием 0,2 кг/мІ остаточного вяжущего.
Поверхность контакта: битумная гравийно-песчаная смесь / битумная гравийно-песчаная смесь
Слой подгрунтовки систематичен, даже если нижний слой гравийно-песчаной смеси был уложен недавно. Используемое содержание составляет 0,2 кг/мІ.
Поверхность контакта: битумная гравийно-песчаная смесь / битумные покрытия толщиной больше 50 мм
Для такого применения содержание составляет порядка 0,250 кг/мІ.
Поверхность контакта: битумная гравийно-песчаная смесь / битумные тонкослойные покрытия
Случай дренирующих покрытий
В этом случае слой подгрунтовки должен выполнять функцию водонепроницаемого слоя, чтобы защитить существующую дорогу от любого проникновения воды в структуру дорожных одежд.
Процесс укладки очень близок к процессу устройства поверхностной обработки, с использованием минерального материала фракции 4/6, хотя содержание остаточного вяжущего в данном случае важнее, чем при поверхностной обработке.
Иногда, для того чтобы ограничить неудобства потребителя, на платных автодорогах, накануне укладки дренирующего покрытия, укладываются холодные литые асфальтобетоны. На холодных литых асфальтобетонах движение возобновляется быстро, позволяя таким образом ограничить неудобства и обеспечить великолепное склеивание и водонепроницаемость.
Случай очень тонких битумных покрытий
В этом случае слой сцепления намного более важен для того, чтобы приклеить покрытие на существующее дорожное полотно. Содержание равно 0,400 кг/мІ, а иногда и больше.
Применение битумной эмульсии систематизировано для сильного движения (свыше 350 грузовых автомобилей в день по самой загруженной полосе).
⮚Заключение
Проведенное исследование выявило то, что во всем мире, вопреки некоторым противникам, слой подгрунтовки является основным элементов в строительстве дорог, и что он оказывает влияние, несмотря на свою низкую стоимость, на долговечность структуры дороги.
А также, нам очень хочется, чтобы в ходе дальнейших исследований для данной технологии был определен более рациональный подход, для того, чтобы лучше характеризовать слой подгрунтовки в начале его срока службы, а также позволить показать его долгосрочное воздействие и эффективность.
Это должно также, согласно с местными условиями, сделать его дозирование более точным и оптимальным, в зависимости от различных типов и использования битумных покрытий

ДОБАВКА MP2

Смесь амидо полиаминов
и имидазо полиаминов
в органическом растворителе
Комплекс окислен с целью придания
катионного характера продукту

Гидрофобная часть возвращается в битум
Гидрофильная часть с зарядом + реагирует на
силикатном минеральном заполнителе с зарядом -
Повышение слипания битум / минеральный
заполнитель

2 применения
Добавка поверхности контакта
: de 2.5 à 5g / m2
Обработка материалов:0.1 à 0.2 %

Добавка MP 2 является классифицированным продуктом :
-риск воспламенения, связанный с присутствием растворителя
- провоцирует тяжелые ожоги (амины и кислота) R 35
- чувствительно при контакте с кожей (аллергии) R 43
- вредно при контакте с кожей, вдыхании и попадании внутрь R 20,21,22

Необходимость соблюдения элементарных
правил личной защиты
- перчатки
- очки
- соответствующая одежда

Разведенная до содержания <до 9% в воде, ДОБАВКА MP 2 становится :
Раздражающая и больше R35
Продукт не классифицируется для транспорта
- Не вреден
Мы вам советуем предварительно указывать
на этикетке бочки XI , R 36 R 38 чтобы знать:
Раздражает глаза и кожу
-остается чувствительным для кожи