ВОДА КАК КОМПОНЕНТ ДИСПЕРСИОННОЙ СРЕДЫ БИТУМНЫХ ЭМУЛЬСИЙ. МОДИФИКАЦИЯ ВОДНОЙ ФАЗЫ
Отдельное рассмотрение вопросов, связанных с составом и свойствами дисперсионной среды битумных эмульсий, вызвано» тем, что она во многом предопределяет важные физико-химические свойства системы в целом, и если свойства битумной пленки, образующейся на поверхности при распаде эмульсии, определяются в основном свойствами вяжущего, то свойства самой эмульсии во многом определяются свойствами воды как важнейшего компонента дисперсионной среды. Достаточно обратить внимание на тот факт, что вязкость большинства битумных эмульсий при 20°С сопоставима с вязкостью именно воды, являющейся основной массовой составляющей дисперсионной среды, но никак не с битумом.
В общем случае, дисперсионная среда битумных эмульсий состоит из следующих компонентов:
· вода: составляет до 95 и более % от массы дисперсионной среды. Жесткость воды , идущей на приготовление битумных эмульсий, не должна превышать 6 мг-экв/л. Это требование связано с тем, что большее количество электролитов способно вызвать разрушение АСС, коагуляцию битума и, как результат, разрушение эмульсии. По этой же причине не допускается присутствия в воде, идущей на производство битумных эмульсий, различного рода механических примесей (ила, песка, глины), на поверхности которых может начаться неконтролируемый распад эмульсии, что спровоцирует в конечном счете ее расслоение. Кипячением и дистилляцией смягчать воду экономически нецелесообразно, а введение химических реагентов нежелательно, поскольку это повысит концентрацию электролитов а воде, что может повлиять на устойчивость эмульсии. Поэтому единственной стадией подготовки воды к производству битумных эмульсий является ее фильтрация для очистки от грубых примесей;
|
|
|
· эмульгатор: представляет собой катионо- или анионоактивное ПАВ, более подробно рассматривается в главе 2.3;
· кислота или щелочь: предназначены для перевода соответственно катионо- или анионоактивных эмульгаторов в ионную форму (соль или мыло), подробнее см. главу 2.4;
· стабилизатор: применяют неорганические полиэлектролиты (например, СаС12) или органические стабилизаторы (хлоргидраты аминов, четвертичные аммониевые соли), более подробно использование стабилизаторов освещено в главе 2.4;
· модифицирующая добавка: авторами предлагается вводить в дисперсионную среду битумных эмульсий различные водорастворимые полимеры в количестве 0.01-2.0% для улучшения реологических характеристик эмульсий и покрытий, созданных с их использованием; некоторые аспекты модификации водной фазы рассмотрены ниже в этой главе.
Изучению и описанию различных физико-химических и термодинамических свойств воды посвящено огромное количество работ, а потому здесь мы очень кратко остановимся лишь на общих положениях. Как известно, вода бесцветная прозрачная жидкость без на паха и вкуса. Многие факты говорят о том, что вода в жидком состоянии наряду с "простыми" молекулами Н2О и в равновесии с ними содержит более сложные молекулы состава (Н20)х. Такие ассоциаты появляются вследствие полярности простых молекул, которые притягиваются друг к другу своими разноименными полю-га ми, образуя сложные. Причиной возникновения таких ассоциатов является образование так называемых "водородных" связей между молекулами.
|
|
|
Изучение жидкостей, и в частности воды, показывает, что они обладают некоторой внутренней упорядоченностью, которая не так сильно выражена, как у твердых тел. В то же время модель бесструктурного газа также неприменима для описания жидкостей. По внутренней структуре жидкости занимают промежуточное положение между твердыми телами и газами. Наиболее последовательно модель строения жидкостей развита Я. Френкелем [34] и Г. Эйрингом [35] в так называемой "дырочной" теории.
Важно, что если в процессах применения битумных эмульсий их свойства, а, точнее, свойства образующейся пленки вяжущего, практически полностью определяются составом и свойствами дисперсной фазы (битума), то свойства самой эмульсии в большей мере определяются свойствами дисперсионной среды, естественно, с некоторыми характерными особенностями. Как и любые дисперсные системы, битумные эмульсии подчиняются законам физико-химической механики [36], объединяющей ряд проблем реологии, молекулярной физики и механики материалов. Механические свойства дисперсных систем (вязкость, упругость и т.п.) называются реологическими и позволяют поставить битумную эмульсию между двумя крайними простейшими типами систем: ньютоновской жидкостью и гуковским твердым телом.
|
|
|
В заключение остановимся на проблеме модификации дисперсионной среды битумных эмульсий. Данный вопрос применительно к битумным эмульсиям в России до настоящего времени не изучался, да и в зарубежных источниках содержатся лишь отрывочные данные, что свидетельствует о неизученности данного направления. Справедливости ради следует отметить, что некоторыми зарубежными фирмами запатентованы составы битумных эмульсий, в которых соответствующим образом модифицированы и дисперсная фаза и дисперсионная среда. В частности, фирма Smid & Hollander (Голландия) имеет патент на эмульсию для поверхностной обработки, в составе которой есть и специальный латекс для битума и специальный латекс для водной фазы. Однако ни о составе, ни о свойствах, ни о задачах применения ничего не известно, вероятно, в связи с патентной политикой фирмы. Практически все наработки относительно модификации касаются именно дисперсной фазы битумных эмульсий, но не дисперсионной среды.
|
|
|
Однако во многих случаях в практике применения битумных эмульсий сталкиваются с необходимостью изменения некоторых их свойств и, в частности, - повышения вязкости эмульсий для поверхностной обработки. Иногда бывает достаточным повышение содержания битума до 65-70 % масс, но в большинстве случаев требуется принципиально другой подход. В качестве "загустителя" эмульсий авторы исследовали много самых разнообразных добавок и пришли к выводу, что оптимальным модификатором водной фазы могут служить некоторые водорастворимые полимеры, в частности - акриламиды. Введение акриламидов в количестве 0.1-2 % в водную фазу позволяет в достаточно широких пределах регулировать вязкость эмульсий. Однако основным результатом модификации водной фазы является не только и не столько некоторое загущение эмульсий. Важно, что при распаде эмульсии модификатор водной фазы выделяется совместно с битумом, тем самым улучшая его эксплуатационные характеристики, и, соответственно, повышая качество всей дорожной конструкции. Акриламиды при совместном выделении с битумом при распаде эмульсии на поверх-ности повышают адгезию вяжущего, трещиностойкость покрытия и снижают чувствительность системы "вяжущее + каменный агрегат" к воздействию климатических факторов. Наиболее успешные результаты были получены при одновременной модификации и дисперсной фазы и дисперсионной среды битумных эмульсий. Авторы разработали ряд "парных" модификаторов, среди которых можно отметить" "ДСТ +полиакриламид", "полиэтилен + политиленимин", "ПВХ + полиоксиэтилен". Улучшение адгезии и других положительных характеристик битумных пленок, образующихся при разрушении эмульсий на поверхности, авторы склонны объяснять синергетическим действием правильно подобранной пары полимеров. Здесь уместно провести аналогию со стерической стабилизацией, которая будет рассмотрена в главе 2.3.2. Отметим, что, вообще говоря, любой полимер, растворимый в дисперсионной среде, может выступить в качестве стабилизирующего фрагмента, другой, нерастворимый в среде полимер - в качестве якорного фрагмента. Важно лишь, чтобы полимер, вводимый в дисперсную фазу, являлся эффективным модификатором битума в плане улучшения его рабочих характеристик.
Описанное интересное направление требует дальнейшей проработки в плане поиска оптимальных сочетаний и количеств вводимых в битум и водную фазу полимеров, а также в отработке практического использования модификаторов и в области формулирования механизма действия таких добавок.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 589; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!