1. Органические вяжущие

Вязкий битум превращают в эмульсию с целью снижения его вязкости на время смешения с минеральными материалами и уплотнения получившейся битумоминеральной смеси.

После смешения и уплотнения смеси эмульсия распадается, вода отделяется и первоначальная вязкость битума восстанавливается.

Для приготовления эмульсий используют следующие материалы:

- Битум вязкий марок

- Вода мягкая или средней жесткости

- Эмульгатор

По виду вяжущего эмульсии подразделяют на битумные и дегтевые, по виду эмульгаторов - на анионные и катионные,

- по концентрации диспергированного битума в водной среде

• 
  концентрированными и высококонцентрированными,
  
• 
  по скорости распада - быстро-, средне и медленно распадающиеся,
  
• 
  с твердыми эмульгаторами производят битумные пасты.
  

Битум диспергирован до размеров частиц от 0,1 до мкм и эти частицы плавают в воде, не растворяясь в ней и не слипаясь.

Слипанию частиц битума препятствует эмульгатор - поверхностно-активное вещество, создающее на каждой частице битума слой, заряженный статическим электричеством. Одноименность зарядов приводит к взаимному отталкиванию частиц, вследствие чего они не слипаются.

На рис. показана схема молекулы эмульгатора, состоящая из активной полярной части (СООН,NH₂ ) и неполярной углеводородной группы.

Частицы диспергированного битума неполярны, вода - полярная среда, поэтому в эмульсии неполярными сторонами молекулы обращены к битуму, полярными - к воде.

Эмульгаторы - это поверхностно активные вещества (ПАВ), молекулы которых биполярны, т.е. имеют полярную и неполярную части (рис. )

В эмульсии молекулы эмульгатора ориентированы на границе раздела битум- вода своей неполярной частью к неполярным частицам битума, полярной - к полярной воде.

Вследствие такой ориентации молекул эмульгатора частицы битума приобретают заряд статического электричества, отрицательный - при анионактивном эмульгаторе, положительный - при катионактивном.

Водорастворимые органические эмульгаторы анионактивные - щелочные соли органических кислот, ЛСТ, хлопковый гудрон;

катионактивные - катионовые мыла: амины, катапины.

Анионактивные эмульсии - щелочные, катионактивные - кислые.

Твердые эмульгаторы - тонкомолотые порошки глины, извести, цемента.

В зависимости от вида вяжущего дорожные эмульсии бывают битумными и дегтевыми.

Кроме того эмульсии подразделяют на анионные и катионные, прямые и обратные, концентрированные, высококонцентрированные и пасты, быстро-, средне-, медленно распадающиеся.

Схема молекулы Схема анионной
катионного эмульгатора эмульсии
При взаимодействии эмульсии с минеральными материалами поверхность камня адсорбирует эмульгатор, эмульсия распадается.

Скорость распада регулируют введением в эмульсию различных реагентов.

Эмульсии применяют как вяжущее в различных дорожно-строительных работах:

• 
  при смешении с каменными материалами на дороге и в установке,
  
• 
  при пропитке и поверхностной обработке,
  
• 
  в качестве подгрунтовки при асфальтировании.
  

• 
  количество битума с эмульгатором,
  
• 
  - смешиваемость эмульсии с минеральными смесями плотность и пористость зернового состава,
  
• 
  однородность,
  
• 
  устойчивость при хранении и транспортировании ,
  
• 
  вязкость,
  
• 
  сцепление битума с камнем кипячения
  
• 
  глубина проникания иглы, температура размягчения битума, оставшегося при выпаривании воды.
  

Эмульгаторы анионного типа -ПАВ типа высших органических кислот и их солей (мыла).

Эмульгаторы катионного типа - ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей.

По структуре эмульсии могут быть прямыми и обратными.

В прямых эмульсиях в воде ( среда) распыление битума (фаза), в обратных - в битуме (среда) содержится вода в распыленном виде.

По количеству битума эмульсии подразделяют на концентрированные, в которых битум содержится в количестве 45-55% и высококонцентрированные, с содержанием битума до 70%.

Анионные эмульсии - щелочные, катионные - кислотные, поэтому при приготовлении ЭБА применяют едкий натр или жидкое стекло, для ЭБК - соляную, уксусную или ортофосфорную кислоту.

Примерный состав эмульсий ЭБА :

Битум БНД 130/200 - 50-60%

Асидол мылонафт -1%

Едкий натр -0,16%

Жидкое стекло - 0,20%

Вода - 45-50%

По смешиваемости с минеральными материалами каждый вид эмульсий подразделяют на 3 класса:

ЭБА-1, ЭБА-2, ЭБА-3

ЭБК-1, ЭБК-2, ЭБК-3.

Содержание битума с эмульгатором в эмульсиях должно быть в пределах 45-55%.

Вязкость при 20^оС должна быть не более 35 с.

В однородных эмульсиях частиц битума крупнее 0,14 должно быть не больше 0,5%.

Вязкость определяют на стандартном вискозиметре с отверстием 3 мм при температуре 20^оС.
Таблица

Наименование минеральных смесей	Классы эмульсий
	ЭБА-1, ЭБК-1	ЭБА-2, ЭБК-2	ЭБА-3, ЭБК-3
Смешиваемость со смесями минеральных материалов:
- пористого зернового состава	не смешивается	смешивается	смешивается
- плотного зернового состава	не смешивается	не смешивается	смешивается

Устойчивость эмульсии при ее хранении в течение 7 и 30 суток определяют процеживанием через сито с отверстиями 0,14 мм.

Доля битума, оставшегося на сите не должна быть больше указанной в таблице

Таблица

Класс эмульсии	ЭБА	ЭБК
Через 7 суток, %	0,8	1,2
Через 30 суток, %	0,5	0,8

Эмульсии должны быть устойчивыми не только при хранении, но так же и при транспортировании.

Устойчивые эмульсии при транспортировании не распадаются.

Эмульсии классов ЭБА-1 и ЭБА-2 должны хорошо объединяться со щебнем.

После кипячения не менее 75% площади щебенок должны быть покрыты слоем битума, в катионных эмульсиях всех трех классов битум при кипячении должен удерживаться на 95% поверхности щебенок.

Битум, выделенный из эмульсии кипячением должен иметь показатели глубины проникания, температуры размягчения и растяжимости, отличающиеся от соответствующих показателей исходного битума, изменившиеся более, чем на 15%.

• 
  Содержание битума с эмульгатором определяют выпариванием воды и взвешиванием остатка,
  
• 
  Смешиваемость с плотными и пористыми минеральными смесями определяют визуально по равномерности объединения битума с поверхностью минеральных зерен.
  

Плотная минеральная смесь -
Щебень 5 - 20 мм	- 270 г
Песок	- 200 г
Минеральный порошок	- 30 г
Вода	- 15 мл
Эмульсия	- 55 мл
Пористая минеральная смесь -
Щебень 5-20 мм	- 325 г
Песок	- 175 г
Вода	- 10 мл
Эмульсия	- 45 мл

Эмульсии анионного типа заряженные отрицательно, хорошо смешиваются с карбонатными горными породами, например , с известняком, имеющим положительный заряд поверхности.

С кислыми горными породами, например, с гранитом, имеющим отрицательный заряд, хорошо объединяется положительно заряженная эмульсия катионного типа.

На силу сцепления эмульгированного битума с поверхностью камня влияет не только знак заряда, но и степень заряженности поверхности камня.

По этому признаку можно расположить, например, кислые горные породы в следующий ряд:

Базальт	- 50% отрицательных зарядов
Диорит	- 60%
Гранит	- 70%
Песчаник	- 80%
Кварц	- 90%

Прочность сцепления эмульгированного битума с поверхностью этих пород растет так же, как и величина заряда.

Разноименность зарядов камня и эмульсии приводит к тому, что они взаимно притягиваются, диспергированный битум прилипает к поверхности камня, образуя сплошную пленку, вода отделяется от битума, эмульсия распадается.

При хранении и транспортировании эмульсии не должны распадаться.

После смешения с минеральными материалами желателен быстрый распад эмульсий.

Скорость распада регулируют свойствами и количеством эмульгатора.

Эмульсии делятся на быстрораспадающиеся, распадающиеся со средней скоростью, медленно распадающиеся.

Приготовление эмульсий .

Эмульсии готовят различными методами и механизмами: механическим, гидродинамическим, химическим.