Квалификационная работа бакалавра по направлению



страница11/34
Дата10.09.2019
Размер0.78 Mb.
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   34
Свойства водной фазы.

Водная фаза эмульсий – это смесь воды и эмульгатора, в которой диспергируется битумное вяжущее. Для обеспечения этого процесса необходимо уравнять поверхностное натяжение обеих фаз – битума и воды, т.е. понизить его на границе раздела фаз. Для этого в водную фазу вводится в определенном количестве эмульгатор. При этом необходимо учитывать, что у каждого эмульгатора имеется нижний предел его концентрации, при котором еще возможно эмульгирование. Слишком большое его количество также нежелательно, так как замедляется скорость распада эмульсии и увеличивается время, за которое адгезионно-когезионные связи достигнут необходимого для открытия движения транспортных средств уровня.

Реализация функций эмульгатора достигается путем химической реакции его с кислотой (в катионных эмульсиях) или щелочью (в анионных) и получения в результате ее водорастворимых соединений, диссоциирующих в воде на ионы, что обеспечивает образование адсорбционного слоя вокруг капелек битума.

В процессе эмульгирования вследствие обмена ионами между битумом и водной фазой рН эмульсии также будет отличаться от рН водной фазы, иногда на довольно значительную величину, что может привести к преждевременному распаду эмульсии.

Эти процессы обусловлены реакциями взаимодействия эмульгатора с кислотой в водной среде и с активными полярными (функциональными) группами эмульгируемого битума.

Таким образом, процесс эмульгирования будет зависеть от:

- взаимодействия эмульгатора и кислоты в водной фазе;

- наличия активных полярных групп в битуме, т.е. от его типа .

Поэтому проектирование состава эмульсии начинается с выбора пары эмульгатор – кислота. Правильный выбор этой пары предопределяет характер взаимодействия эмульсии с минеральными материалами и величину ее адгезии.

Принцип подбора кислоты и эмульгатора состоит в учете особенностей реакций сильной (HCl) или слабой (Н3РО4) кислоты и активных групп эмульгатора. Чаще всего в дорожных организациях применяют сильную кислоту HCl, которая быстро изменяет рН водного раствора. Кислота Н3РО4 используется реже, в случаях, когда необходим замедленный, постепенный подъем рН среды.

Соединения, входящие в состав эмульгатора, по-разному реагируют с этими кислотами.

Для катионных эмульсий применяют несколько основных химических соединений в качестве эмульгаторов – полиамины, амидоамины, имидазолины и четвертичный аммоний.

Эмульгаторы, реагируя с кислотой или щелочью, образуют соли, диссоциирующие в воде на ионы, которые в свою очередь реагируют с активными (функциональными) группами битума и с минеральным материалом.

Катионные эмульгаторы, имеющие активные группы –NH2 или -NН4, обладают свойствами оснований, причем аминная группа (-NН2) – более сильное основание, чем аммониевая (-NН4). Поэтому при введении этих групп эмульгаторов (Полирам, Стабирам, Редикот и т.п.), при реакции их с кислотой, образуются легко диссоциирующие на ионы соли. Однако, в зависимости от применяемой кислоты, реакция идет с разной скоростью: для пары эмульгатор – HCl быстрее, для пары эмульгатор – Н3РО4 медленнее. В процессе реакции рН среды повышается, и для доведения его до требуемого уровня необходимо дополнительное введение кислоты в количестве наибольшем для пары амин – HCl и наименьшем – для пары аммоний – Н3РО4.

В эмульгаторах группы амидоаминов (например, Эмульсамин L и т.п.) имеются две активные группы – амины (-NН2) и амиды. Благодаря наличию амидогруппы, эти эмульгаторы дают легко диссоциирующие соли только с сильными кислотами (HCl). При этом рН водного раствора «стабилизуется» достаточно быстро.

Для эмульгаторов, в основе которых содержатся имидазолины (Азол, Дорос, Секабаз, Эмульсамин GE и т.п.), из-за присутствия в их химической формуле гетероциклов характерна неполная диссоциация в кислой среде, несмотря на наличие активных гидроксильных групп -ОН. Поэтому эмульгаторы этой группы, реагируя с любой из кислот, меньше меняют рН водной фазы, но окончательное «стабилизированное» значение рН устанавливается более длительное время [1].

Следует отметить, что все водорастворимые ПАВ, одинаково понижая поверхностное натяжение, по-разному адсорбируются на поверхности раздела фаз. Нерастворимые ПАВ для достижения того же эффекта требуют большей концентрации, чем растворимые. При этом со снижением растворимости ПАВ уменьшается изменение рН среды.

Под дисперсностью эмульсии понимают степень раздробленности ДФ в ДС. Размер частиц в полидисперсной битумной эмульсии типа М/В колеблется от 0,1 до 100 мкм, а в эмульсиях на твердых эмульгаторах более 100 мкм (см. рис.5). Важной характеристикой дисперсности служит функция распределения частиц по размерам, которая обычно представляет собой нормальное распределение Гаусса.

На гранулометрию и дисперсность эмульсии оказывает влияние большое  количество факторов:

- тип и вязкость применяемого битума:

- характеристики водной фазы;

- тип и количество эмульгатора;

- рН водной фазы и взаимодействие пары кислота –эмульгатор;

- режим приготовления эмульсии;

- тип и технические характеристики оборудования для приготовления эмульсий;

- температура битумной и водной фаз;

- поверхностное натяжение на границе фаз битум – вода.

Битумные эмульсии, как и все эмульсионные системы, термодинамически нестабильны из-за стремления системы минимизировать свою свободную поверхность. Этот процесс выражается уменьшением межфазной поверхности битум – водная фаза, т.е. укрупнением частиц битума.

Устойчивость при хранении зависит прежде всего от рН водной фазы и состава эмульсии. Устойчивые анионные эмульсии обычно имеют рН = 7-11, а катионные – 2-5. С увеличением рН устойчивость анионных эмульсий повышается, а катионных– уменьшается. Исключение составляют эмульсии, приготовленные с помощью эмульгаторов на основе алкалинов, которые нечувствительны к изменениям рН и допускают повышение его значения до 6-7.





      1. Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   34


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница