Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Идрисов Марат Ринатович

Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ
<
Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Идрисов Марат Ринатович. Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ: диссертация ... кандидата технических наук: 02.00.13 / Идрисов Марат Ринатович;[Место защиты: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»].- Казань, 2014.- 124 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Научные и прикладные аспекты производства водо-битумных эмульсий (аналитический обзор) 9

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследований 34

2.1. Выбор объектов исследования 34

2.2 Методика приготовления водо-битумных эмульсий 36

2.3. Инструментальные и стандартные методы исследования 37

2.3.1. Инструментальные методы исследования 37

2.3.1.1. Метод ИК-спектроскопии 37

2.3.2. Стандартные методы исследования 38

2.3.2.1. Оценка качества водо-битумных эмульсий 38

2.3.2.2. Определение физико-механических свойств битумного вяжущего, полученного после распада эмульсии 44

ГЛАВА 3. Исследование эксплуатационных свойств водо-битумных эмульсий на основе проксанолов и катионактивных ПАВ 47

3.1. Водо-битумные эмульсии на основе неионогенных поверхностно-активных веществ класса проксанолов 47

3.1.1. Влияние электролитов и жесткости воды на стабильность водо-битумных эмульсий 57

3.2. Модификация водо-битумных эмульсий катионактивными поверхностно-активными веществами 58

3.3. Влияние ультразвукового воздействия на условную вязкость водобитумных эмульсий 62

3.4 Метод оптической микроскопии для оценки структурных изменений водо-битумных эмульсий 75

ГЛАВА 4. Исследование битумных вяжущих, выделенных после распада эмульсии 3

4.1. Характеристики битумных вяжущих, выделенных после распада эмульсий 81

4.2 Применение ИК-спектроскопии для изучения битумного вяжущего, полученного после распада эмульсии 93

ГЛАВА 5. Физико-механические свойства асфальтобетонов на основе разработанных составов битумных эмульсий, разработка технологии получения медленнораспадающихся эмульсий 100

5.1. Оценка качества асфальтобетона на основе разработанных составов водо-битумных эмульсий, стабилизированных проксанолами и катионактивными ПАВ 100

5.2. Разработка технологии производства медленнораспадающихся водо-битумных эмульсий 105

Основные результаты и выводы 108

Список используемой литературы

Инструментальные и стандартные методы исследования

Первый патент на состав и способ получения битумной эмульсии был выдан в 1890 г., однако широкое практическое значение битумные эмульсии получили лишь в двадцатые годы XX века. Родоначальниками разработки способов производства и применения битума в виде его эмульсии с водой стали французские ученые [1].

В середине 50-х годов XX века резко возросли скорости движения автомобильного транспорта, а также их грузоподъемность. Технологии на основе эмульсий уже не обеспечивали удовлетворение возросших требований к дорожным покрытиям, поэтому интерес к ним стал падать. Этот период характеризуется увеличением объемов производства асфальтобетонных смесей по традиционной горячей технологии, в то время, как битумные эмульсии использовали в основном с целью укрепления грунтов при строительстве второстепенных дорог.

В начале 1970 года в Западной Европе и США возникают трудности с переработкой нефти из-за энергетического кризиса. К этому времени накопленные научные и практические знания позволили перейти к использованию битумных эмульсий для проектирования дорожного полотна с увеличенной транспортной нагрузкой. В 1951 году проводятся первые промышленные испытания катионных эмульсий, и к 1962 году доля производства катионных эмульсий превышает 50% объема производства эмульсий, а к 1971 – до 92 % [2].

На территории России первые эмульсии были использованы в 1928 г. при строительстве участков автомобильных дорог под Москвой и Санкт-Петербургом [3]. На данный момент битумные эмульсии не пользуются широким спросом в дорожном строительстве, что главным образом объясняется недостаточным количеством эмульгаторов отечественного производства. Сейчас при создании эмульсионно-минеральных смесей применяются зарубежные эмульгаторы, такие как AKZONOBEL, Dinoram, Poliram и прочие.

В 2002 г. в свет вышла книга, в которой описываются современные представления о принципах эмульгирования битума с водой, широкие возможности регулирования свойств битумных эмульсий, а также технологические режимы и все известные технологии получения этих уникальных материалов [4]. На сегодняшний день технология производства эмульсий и материалов на их основе остается эмпирической областью. Однако, стоит отметить значительный вклад зарубежных и отечественных ученых в развитие научных основ производства водо-битумных эмульсий. В течение нескольких десятков лет исследования процессов эмульгирования битума с водой по разработке эмульгаторов, аппаратов и технологии для приготовления битумных эмульсий проводятся в отечественных научно-исследовательских институтах: ЦНИИТЭНефтехим, УГНТУ, КГАСУ, КНИТУ, МАДИ, ИрГТУ и др. В развитие технологии производства стабильных водо-битумных эмульсий существенный вклад внесли отечественные ученые Карпеко В.Ф., Егоров С.В., Нашиванко Е.М., Гольдберг Д.О., Аветикян С.М., Никишина М.Ф., Кучма М.И. и другие [5-10]. Значительных успехов достигли ученые Казанского национального исследовательского технологического университета (КНИТУ) и Казанского Федерального Университета (КФУ) Кемалов А.Ф., Кашаев Р.С., Фахрутдинов Р.З., Чекашов А.А., Дияров И.Н., Абдуллин А.И. в развитии технологий производства и контроля качества битумных эмульсий, в частности разработка новых способов экспресс-определения содержания воды в битумных эмульсиях с использованием метода ядерно-магнитной релаксометрии [11, 12].

Основная часть научных работ направлена на улучшение технологии получения битумных эмульсий на основе анионных или катионактивных поверхностно-активных веществ (ПАВ). И только незначительное количество исследований направлено на исследование влияния неионогенных ПАВ на свойства битумных эмульсий [13, 14]. C технологической точки зрения битум для производства асфальтобетонных смесей следует применять при условии минимальной вязкости битумной эмульсии, для достижения которой используются три основных способа: нагрев, смешением с нефтяными растворителями и использование битума в виде его эмульсии с водой [2, 15].

Нагрев битумного вяжущего и его последующее использование в дорожном строительстве позволяет получить асфальтобетон с высокой прочностью для проектирования дорог с интенсивным движением. Однако, этот способ производства горячих смесей значительно увеличивает затраты энергоносителей на нагрев минеральных материалов сокращает время, отведенное на устройство конструктивных слоев дорожного полотна, а также отрицательное воздействует на окружающую среду в процессе всего цикла производства.

Смешение битума с нефтяными растворителями удорожает процесс получения битумного вяжущего из-за использования весьма дорогих растворителей, которые должны испариться за короткий временной интервал что приводит к повышению пожароопасности при осуществлении производственных работ, а также загрязняет окружающую среду.

Использование битумных эмульсий обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционно используемыми битумными вяжущими [2]:

1) вязкость битумных эмульсий при комнатной температуре в несколько раз ниже вязкости исходных битумов, что способствует легкости проникновения битумного вяжущего даже в мелкие поры;

2) более высокий показатель адгезии к поверхностям с разной структурой и природы, что способствует созданию высокопрочных и стойких к оказываемым нагрузкам дорожных конструкций;

3) возможность производить смешение органоминеральной смеси и укладку дорожного полотна в условиях низких температур и высокой влажности за счет лучшего сцепления тонкой пленки битумного вяжущего с шероховатой поверхностью каменного материала;

Влияние электролитов и жесткости воды на стабильность водо-битумных эмульсий

Рабочая концентрация эмульгатора в эмульсиях, при которой возможно образование стабильных битумных эмульсий того или иного типа, бывает различной и находится в широком диапазоне концентраций в приделах от десятых долей до 5% и выше. Значение рабочей концентрации ПАВ зависит от природы и эмульгирующей активности ПАВ, а также от природы эмульгируемого битума [52]. Увеличение содержания эмульгатора сверх определенного значения будет способствовать резкому возрастанию вязкости битумной эмульсии. Это объясняется увеличением степени дисперсности эмульсии и процессом образования мицелярных структур в растворе. Агрегации молекул ПАВ в мицеллы наблюдается при концентрациях эмульгатора выше критической концентрации мицеллообразования (ККМ). За счет дифильности молекулы ПАВ в ходе протекающего процесса агрегатирования молекул мицеллы при концентрациях ПАВ выше ККМ, внутренняя часть мицелл будет формироваться из части ПАВ, не обладающей сродством к данной жидкости [36, 53].

ПАВ, молекулы которых состоят из гибких алкильных цепей с числом углеродных атомов выше семи со сбалансированной полярной группой в составе, обладают способностью к мицеллообразованию. Чем дальше полярные группы в молекуле ПАВ находятся друг от друга, тем выше ККМ, что приводит к резкому снижению возможности молекулы ПАВ к мицеллообразованию. Для ПАВ с одной полярной группой характерным является следующее предположение: возможность молекулы ПАВ к мицеллообразованию прямо пропорционально длине алкильной цепи, а также расстоянию между -углеродным атомом цепи и геометрическим центром заряда полярной группы. Низкие значения ККМ являются характерными для неионогенных ПАВ, поскольку отталкивание полярных групп в молекулах неионогенных ПАВ обусловлено стерическими затруднениями и энтропийным фактором. Растворимость неионогенных ПАВ в воде обеспечивается за счет незаряженных гидратированных полярных групп [1].

Свойства эмульсий зависят не только от типа применяемого эмульгатора, его сродства к дисперсионной среде, группового состава самого исходного битума, но также и от способа приготовления эмульсии.

Эмульсионные машины по принципу работы делятся на: 1) установки механического эмульгирования; 2) установки акустического эмульгирования [54]. В машинах первого типа процесс эмульгирования осуществляется в результате продавливания эмульгируемых сред через узкий зазор между вращающимся ротором и неподвижным статором под воздействием развиваемых центробежных сил.

Сам процесс эмульгирования на установках данного типа состоит из двух стадий: диспергирование, которое заключается в образовании частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде, и адсорбция молекул эмульгатора на поверхности раздела фаз, в результате чего происходит стабилизация битумной эмульсии. Процесс эмульгирования сопровождается образованием весьма неустойчивых капелек в форме цилиндриков, которые в свою очередь быстро распадаются на ряд более мелких капелек в силу того, что длина образующихся цилиндриков становится больше длины окружности поперечного сечения. Уменьшение площади поверхности образовавшихся капелек относительно площади поверхности исходных цилиндриков способствует распаду, который сопровождается уменьшением поверхностной энергии [36]. Данный механизм наблюдается в ходе продавливания высококонцентрированных дисперсных систем через капилляры за счет возникновения перепада давления [55, 56].

Механическое эмульгирование получило столь широкое распространение за счет применения разнообразного количества эмульгирующих аппаратов различных конструкций и метода, лежащего в основе действия. К установкам первого типа относятся коллоидные мельницы, гидродинамические излучатели. лопастные мешалки и прочие [57, 58].

П.А. Ребиндер полагал, что в процессе эмульгирования всегда образуются два типа эмульсии, прямая и обратная, но в конечном итоге остается только эмульсия, имеющая большую устойчивость и соответствующая природе примененного эмульгатора [36]. Величина межфазного поверхностного натяжения сильно влияет на затраты энергии, необходимые для процесса эмульгирования. Адсорбция эмульгатора способствует снижению поверхностного натяжения, что в свою очередь приводит к снижению работы эмульгирования. Чем больше эмульгирующая способность молекулы ПАВ, тем сильнее происходит уменьшение поверхностного натяжения, что в свою очередь благоприятно сказывается на стабильности получаемой эмульсии. Однако подобная стабильность достигается только совместно с механическими свойствами адсорбционного слоя. Наличие данного защитного слоя создает некоторое сопротивление изменению площади и формы поверхности раздела, таким образом адсорбционный слой препятствует изменению формы эмульсионных капелек и способствует стабилизации эмульсии.

Используемые при механическом эмульгировании ПАВ в несколько раз уменьшают межфазное поверхностное натяжение, но такое снижение не приводит к самопроизвольному эмульгированию [59]. П.А. Ребиндер полагал, что при снижении межфазного натяжения до нуля будет способствовать самопроизвольному, спонтанному эмульгированию. При этом даже незначительный внешние воздействия (конвекционные течения) могут создать предпосылки для процесса самопроизвольного эмульгирования.

Процесс самопроизвольного эмульгирования, как правило, сопровождается солюбилизацией, т.е. коллоидное растворение лиофобных веществ. П.А. Ребиндер уделял время на изучение процесса солюбилизации как одного из важных факторов и условий при самопроизвольном эмульгировании и образовании лиофильных систем [36].

Механическое эмульгирование позволяет создавать лиофобные дисперсные системы. Устойчивость эмульсий является кинетическим понятием, поскольку с точки зрения термодинамики дисперсные системы со значительной концентрацией свободной энергии на поверхностности межфазных слоев, являются неустойчивыми.

Применение ИК-спектроскопии для изучения битумного вяжущего, полученного после распада эмульсии

Выбор данного метода инструментального анализа объясняет высокой его чувствительностью при проведении анализов сложных органических смесей. Структурно-групповой состав исходных битумов и битумных вяжущих, полученных после распада эмульсии, был определен с применением ИК спектрофотометра производства фирмы Perkin-Elmer с использованием области спектра 4000-400 см-1.

Известно [73-75], что не все полосы поглощения являются одинаково информативными при анализе сложных битумных смесей, поэтому идентификацию и расшифровку ИК-спектров проводили по трем группам полос поглощении: 1. 3000-2800, 1460, 1380, 720 см-1 соответствует валентным и деформационным колебаниям С-Н связей в метильной и метиленовой группах. Такие колебания имеют место быть в молекулах парафиновых углеводородов; 2. 1600-1500 см-1 – колебания ароматического кольца; 3. 900-700 см-1 - колебания в замещенных производных бензола с различным положением и числом заместителей; 4. 1900-1600 см-1 – колебания карбонильных групп в кислотах, сложных эфирах, кетонах и альдегидах.

Образцы исходных битумов и битумных вяжущих, полученных после распада эмульсий, помещались между пластинками из KBr. С целью анализа высокомолекулярных соединений битумных вяжущих по величинам интенсивностей полос поглощения были рассчитаны спектральные коэффициенты: Алифатичность (СН2+СН3)/С=Саром. дает представление о доли парафиновых по отношению к ароматическим структурам. Разветвленность СН3/СН2 характеризует относительное содержание метильных и метиленовых групп.

Окисленность (С=О) дает представление о соотношении содержания карбонильных групп с полосой поглощения 1700 см-1 к связям С=С в ароматических углеводородах.

Индекс распада. Безразмерная величина, соответствующая массе минерального наполнителя, в граммах, необходимого для распада 100 г битумной эмульсии. В диссертационной работе в качестве минерального наполнителя использовался кварцевый песок с величиной удельной поверхности, равной 1000 см2/г.

Метод основан на взаимодействии битума с минеральным материалом. К определенному количеству перемешиваемой битумной эмульсии с постоянной скоростью добавляют наполнитель. После полного распада эмульсии определяют массу наполнителя.

До начала проведения испытаний наполнитель должен быть предварительно высушен при температуре (110±2) С и храниться в закрытом резервуаре.

Перед началом испытаний пробу эмульсии (250±10) г и (500±20) г наполнителя в закрытых сосудах помещают в термостат или климатическую камеру на (60±10) мин при температуре (23±3) С.

При выполнении измерения необходимо осуществить следующие операции: - определить массу чашки со шпателем с точностью до 0,1 г; - определить массу чашки со шпателем и с (100±1) г битумной эмульсии с точностью 0,1 г; - определить массу чашки со шпателем и смесью с точностью до 0,1 г; - равномерно засыпать в чашку наполнитель со скоростью около 30 г/мин, при постоянном перемешивании. В процессе перемешивания необходимо формировать комок.

Наполнитель добавляют до полного распада эмульсии, когда эмульсионно-минеральная смесь станет тестообразной и перестанет прилипать к стенкам чашки.

Если при испытании медленно распадающихся эмульсий не происходит образования комка, то это указывается в протоколе испытаний [76].

Индекс распада эмульсии ИР рассчитывают по формуле: ир = Мз2М2.100 ,22ч м2-мх v где Мi - масса чашки со шпателем; М2 - масса чашки со шпателем и эмульсией Мз - масса чашки со шпателем, эмульсией и наполнителем. Индекс распада представляет собой целое значение и определяется как среднее арифметическое двух измерений. Класс эмульсии. Класс эмульсии определяется по ее способности к образованию равномерной, однородной по цвету смеси при ее смешивании с минеральными материалами плотного и пористого зерновых составов.

Требования нормативных документов к водо-битумным эмульсиям разных классов относительно их смешиваемости с минеральными материалами разного типа приведены в таблице 2.4.

Следует подчеркнуть, что минеральные материалы плотного зернового проектируются по следующему составу: 65 г щебня, 50 г песка и 8 г минерального порошка. Перед смешениям с исследуемой эмульсией подготовленную проводят увлажнение подготовленной смеси 4 мл воды при тщательном перемешивании. При продолжении перемешивания в эталонную пористую смесь добавляют 14 мл исследуемой эмульсии.

Если после 45 с перемешивания образуется однородная смесь и зерна каменного материала равномерно покрыто сплошной пленкой битума, то эмульсия считается медленнораспадающейся. В противном случае при обнаружении битумных сгустков проверяют способность эмульсии смешиваться с минеральной смесью пористого зернового состава.

Для готовят эталонную смесь, состоящую из 80 г щебня и 45 г песка. Перед смешением с эмульсией смесь подвергается увлажнению 3 мл воды. При постоянном перемешивании в подготовленную смесь добавляют 11 мл исследуемой эмульсии.

Если после 45 с перемешивания эмульсия равномерно покрывает тонкой пленкой зерна минеральных материалов пористого зернового состава, то эмульсию считают среднераспадающейся.

Если испытуемая эмульсия не смешивается со всеми смесями указанного зернового состава, то ее относят к классу быстрораспадающейся битумной эмульсии.

Вязкость. Вязкостные свойства представляют собой одни из важнейших характеристик битумных эмульсий. Метод определения условной вязкости эмульсии заключается в фиксации времени истечения 50 мл эмульсии из вискозиметра через отверстие диаметром 3 мм.

Подготовка пробы эмульсии, а также сам процесс исследования проводится согласно нормативных и технических документов [77].

Однородность является чрезвычайно важным показателем с точки зрения хранения битумных эмульсий. В основе метода определения однородности ВБЭ лежит ситовый анализ.

Показатель однородности оценивали по массе остатка битумного вяжущего на сите с размером ячеек 0,14 мм после пропускания через него битумной эмульсии и выражали в процентах от массы исходного образца испытываемой эмульсии. Подготовленное согласно нормативным документам [77] сито взвешивали и помещали в воронку, укрепленную на штативе. Через подготовленное таким образом сито процеживали 200 г предварительно перемешанной эмульсии. Одновременно с эмульсией вливали раствор кислоты до получения прозрачных сточных вод. После высушивали сито при температуре 105–110C, охлаждали в эксикаторе и взвешивали. Значение однородности Н эмульсии определяли по массе остатка на сите, в процентах масс.:

Определение сцепления эмульсий с поверхностью щебня. Плохое сцепление пленки битумного вяжущего с поверхностью каменного материала сильно сокращает срок эксплуатации дорожных покрытий.

В связи с растущим ежегодно потоком автотранспорта и связанное с этим увеличение нагрузок, вертикальных сжатий на асфальтобетонное покрытие, а также постоянное влияние внешних факторов, к материалу дорожного полотна постоянно увеличивают требования по таким показателям, как прочность на сжатие, деформативность, морозостойкость и теплоустойчивость.

Эти свойства асфальтобетонного материала в большей степени зависят от свойств битумного вяжущего, одним из основных назначений которого является упругая фиксация минеральных частиц друг с другом, в том числе и показатель сцепления пленки битума с поверхностью каменного материала.

Методика эксперимента основывается на оценке степени покрытия поверхности каменного материала пленкой битумного вяжущего после длительного процесса кипячения в дистиллированной воде.

Навеску каменного материала массой 1 кг тщательно промывают и помещают в сушильный шкаф при температуре (105±5) С до полного высушивания. Обычно данный процесс занимает 60-70 минут. После пробу делят на четыре части на листе бумаги, из каждой части берут по одному зерну каменного материала для испытания. Зерна обвязывают ниткой или мягкой проволокой, окунают на 1-2 с в дистиллированную воду при комнатной температуре, после вынимают из воды и встряхивают капли. Далее окунают несколько раз полностью в испытываемую эмульсию и подвешивают на штативе, чтобы зерна каменного материала не касались друг друга.

Испытание зерен проводят на следующие сутки после изготовления битумной эмульсии. Дистиллированную воду доводят до состояния небурного кипения. Каждое из предварительно подготовленных зерен по очереди погружают в воду с температурой 100С на 30 мин.

Разработка технологии производства медленнораспадающихся водо-битумных

Исходя из данных оптической микроскопии был составлен график зависимости размеров частиц битумной эмульсии и степени дисперсности от содержания полиоксиэтилированных блоков в молекуле проксанолов при одной и той же концентрации проксанола в составе эмульсии (рис. 3.16). Опираясь на результаты анализа методом оптической микроскопии, можно сделать вывод, что при прочих равных условиях с увеличением содержания проксанола в составе эмульсии и содержания полиоксиэтилированных блоков в молекуле проксанолов 50 получить более однородные эмульсии. Добавление незначительного количества проксанола марки Б приводит к уменьшению размеров глобул битума до 5 мкм, в результате чего повышается и стабильность системы. Таким образом, изменяя основные характеристики ССЕ, можно влиять на дисперсность всей системы, и, следовательно, регулировать скорость распада и устойчивость эмульсий.

Поэтому введение полимера в состав эмульсии выше 2 % мас. в данном случае считается нецелесообразным, что подтверждает предыдущие выводы.

Анализ приведенных микрофотографий позволяет сделать вывод, что дисперсность эмульсий по мере увеличения времени ультразвукового воздействия, происходит увеличение доли коагуляционных процессов, что приводит к укрупнению частиц дисперсной фазы, и к потере стабильности в конечном итоге [85].

Как видно из рисунка 3.15, увеличение содержания проксанола в эмульсии выше 2,0 % мас. приводит к увеличению размеров частиц битума (дисперсной фазы). Для объяснения причин увеличения размера частиц дисперсной фазы было определено поверхностное натяжения битума и его смесей с проксанолом на границе с воздухом.

Анализ рисунка 3.17 показывает, что введение в состав битума проксанолов до 15% мас. способствует понижению поверхностного натяжение с 22 мН/м до 15 мН/м. Отсюда можно заключить, что при эмульгировании с использованием предложенных эмульгаторов размер частиц дисперсной фазы будет иметь тенденцию к уменьшению. Вследствие коагуляции частиц между собой молекулы проксанола при введении через водную будут образовывать частицы, меньшие по размеру частиц дисперсной фазы, в дальнейшем образовывая сольватные слои

Распад битумных эмульсий можно рассматривать как процесс сцепления частиц дисперсной фазы с поверхностью каменного материала. Работа адгезии является количественной мерой процесса сцепления. Увеличение показателя работы адгезии косвенно будет свидетельствовать об увеличении интенсивности процесса сцепления пленки битума с поверхностью минерального материала. Работа адгезии рассчитывается по уравнению Дюпре: (3.2) где, Wa - работа адгезии, ід - поверхностное натяжение битума на границе с воздухом, і,з - поверхностное натяжение минерального материала на границе с битумом, 2,з - поверхностное натяжение минерального материала на границе с воздухом. Величины і,з, 2,з, прямые измерения которых в большинстве случаев трудоемки, можно исключить из уравнения Дюпре путем использования уравнения Юнга [85]: a23=a12-cose + a13 (3.3) Поэтому для определения работы адгезии можно используют уравнением Дюпре-Юнга: Wa=lj2(1+cos) (3.4) где - краевой угол смачивания битума на поверхности стеклянной подложки. Краевой угол смачивания является количественной характеристикой процесса смачивания.

Смачивание является начальной стадией избирательной адсорбции и хемосорбции отдельных компонентов битума на поверхности каменного материала. При этом необходимо обращать внимание на природу взаимодействия между контактирующими поверхностями, поскольку это определяет обратимость процесса адсорбции битумного вяжущего. Если нет химического взаимодействия между контактирующими материалами, то адсорбция носит физический характер и является обратимым процессом.

Вода, проникая к поверхности каменного материала сквозь пленку битума или отдельные непокрытые битумом участки, отслаивает битум от поверхности каменного материала. Такое обнажение минеральной поверхности происходит всегда, если битум не связан с поверхностью прочными хемосорбционными связями.

Таким образом, образованию пленки битума на поверхности каменного материала предшествует процесс смачивания твердой поверхности вяжущим [89]. В процессах смачивания основную роль играют поверхностные свойства жидкости и твёрдого тела, контактирующих между собой. Явление смачивания характеризует возможность образования пленки дорожного битумного вяжущего на поверхности каменного материала.

Характеристики битумных вяжущих, выделенных после распада эмульсий Исследование свойств битумных вяжущих, выделенных после распада эмульсий, является важным этапом оценки качества водо-битумной эмульсии.

Для этого необходимо было изучить влияния изменения концентрации блок-сополимера и катионактивного ПАВ на свойства битума, остающегося после распада водо-битумной эмульсии. Битумные вяжущие из эмульсий получали методом выпаривания воды по стандартной методике [81] для последующей оценки физико-химических характеристик битумного вяжущего.

Для получения эмульсий были использованы битумы марок БНД 60/90 и БНД-НК 80/120. В качестве эмульгатора использовался проксанол марки Б, как эмульгатора, позволяющего получить наиболее устойчивые битумные эмульсии с улучшением своих эксплуатационных свойств (глава 3). Количество проксанола марки Б изменялось от 0,4 до 2,0% мас. Характеристики битумов, выделенных из эмульсий, приведены в таблице 4.1 и рисунках 4.1-4.5.

Похожие диссертации на Медленнораспадающиеся водо-битумные эмульсии, стабилизированные композициями на основе проксанолов и катионоактивных поверхностно-активных веществ