Катионоактивная эмульсия для дорожного строительства

 

Изобретение относится к катионоактивным битумным эмульсиям, применяемым в дорожном строительстве. Катионоактивная эмульсия для дорожного строительства включает битум, соляную или уксусную кислоту, аминный эмульгатор и воду, причем в качестве аминного эмульгатора она содержит гидроксилсодержащий алифатический полиамин общей формулы RCH(ОН)СН₂NHR¹NH₂, где R - алифатический радикал С_20-26 или С_26-28 R¹- -(СН₂)₆-, или -(СН₂СН₂NH)_nСН₂СН₂-, где n= 1,2, при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 45-65, эмульгатор 0,1-4, соляная или уксусная кислота 0,05-0,6, вода до 100%. Достигается улучшение показателя сцепления пленки вяжущего с минеральным материалом без применения дополнительной адгезионной добавки при сохранении высокой стабильности эмульсии при хранении. 3 табл.

Изобретение относится к катионоактивным битумным эмульсиям, применяемым в дорожном строительстве.

Известен состав битумных водных эмульсий, включающих битум, воду и крекинг-остаток /а. с. СССР 72898, кл. С 08 L 95/00/. Эмульсии характеризуются сравнительно низкими показателями стабильности и сцепления пленки вяжущего с минеральным материалом (адгезии).

Образование эмульсии, стабильность эмульсии и основные эксплуатационные свойства битумных эмульсий и получаемых на их основе дорожных покрытий обеспечивают эмульгаторы, стабилизирующие поверхность раздела между битумом и водой, а адгезию, т.е. показатель сцепления пленки вяжущего с минеральным материалом, - специальные адгезионные добавки.

Наиболее близкой предлагаемому изобретению является битумная эмульсия для дорожного строительства, включающая битум, соляную или уксусную кислоту, аминный эмульгатор и воду /а. с. СССР 1359281, кл. С 08 L 95/00, С 04 В 26/26/. Причем в качестве аминного эмульгатора она содержит четвертичное аммониевое соединение общей формулы где R₁ - радикал алифатического углеводорода с содержанием атомов углерода 16-18; R₂ и R₃ - радикал СН₃- или C₂H₅-, или атом водорода; R₄ - радикал СН₃- или С₂Н₅-, А - анион CH₃SO₄ ^-, С₂Н₅SO₄ ^-, x+y≤10 и по крайней мере один компонент из группы: алкоксилированный алкилфенол, алкоксилированный алканол с содержанием в цепи 10-16 атомов углерода и алкоксилированный алкиламин с числом алкоксилирования 3-8 и/или по крайней мере компонент из группы алкиламин, содержащий в цепи 10-16 атомов углерода и четвертичное аммониевое соединение, содержащее в цепи 8-22 атомов углерода при следующем соотношении компонентов, мас. %: Битум - 45-75 Соляная или уксусная кислота - 0,03-5,0 Четвертичное аммониевое соединение - 0,05-4,8 Указанный компонент из группы: алкоксилированный алкилфенол, алкоксилированный алканол и алкоксилированный алкиламин - 0,01-3,0 Указанный компонент из группы: алкиламин и четвертичное аммониевое соединение - 0,01-3,0 Вода - Остальное
Эмульсия обладает повышенной стабильностью при хранении. Однако недостатком данной эмульсии является то, что она, обладая высокой степенью обволакивания, имеет низкий показатель сцепления пленки вяжущего с минеральным материалом, т.е. показатель адгезии (не более 50% площади). Для повышения его в данном случае требуется дополнительное использование специальных добавок, так называемых адгезивов.

Задачей изобретения является улучшение показателя сцепления пленки вяжущего с минеральным материалом (адгезии) без применения дополнительной адгезионной добавки, т.е. с использованием такого эмульгатора, который обладает и эмульгирующей способностью, и адгезионным эффектом, при сохранении повышенной стабильности эмульсии при хранении.

Поставленная задача достигается разработкой катионоактивной эмульсии для дорожного строительства, включающей битум, соляную или уксусную кислоту, аминный эмульгатор и воду. Причем, в качестве аминного эмульгатора она содержит гидроксилсодержащий алифатический полиамин общей формулы RCH(OН)CH₂NHR¹NH₂, где R - алифатический радикал С_20-26 или С_26-28, а R¹- -(СН₂)₆-, или -(CH₂CH₂NH)_nCH₂CH₂-, где n - 1, 2, при следующем соотношении компонентов, мас. %: битум 45-65, эмульгатор 0,1-4, соляная или уксусная кислота 0,05-0,6, вода до 100%.

Обозначения применяемых эмульгаторов, имеющих разные радикалы R и R¹, приведены в табл. 1
Эмульгаторы ПАВ-1, ПАВ-2 и ПАВ-3 синтезировали путем окисления фракций олефинов, соответственно С_26-28 и С_20-26 с последующим аминированием полученного эпоксипроизводного с полиэтиленполиамином и гексаметилендиамином, соответственно (см. табл. 1). Основные колдоидно-химические свойства синтезированных эмульгаторов приведены в табл. 2.

Для приготовления эмульсии применяли битумы дорожных марок со значениями пенетрации от 40 до 230 мм^-1.

Количественное содержание компонентов приведено из расчета 1000 кг эмульсии (100%).

Готовили эмульсии в коллоидной мельнице.

Пример 1. В мешалке при 45^oС перемешивают 548,5 кг воды, 0,5 кг концентрированной соляной кислоты и 1 кг эмульгатора со структурной формулой ПАВ-1 (табл. 1) до полной однородности. Полученный раствор в коллоидной мельнице соединяют с 450 кг битума с пенетрацией 100 мм^-1, нагретым до 100^oС. Полученная эмульсия имеет следующий состав, мас.%: битум 45, эмульгатор ПАВ-1 0,1, концентрированная соляная кислота 0,05, вода 54,85.

Примеры 2-5 готовят аналогично примеру 1, с тем же эмульгатором (ПАВ-1), но при различных соотношениях компонентов.

Пример 6. В мешалке при 45^oС перемешивают 548 кг воды, 1 кг концентрированной уксусной кислоты, 1 кг эмульгатора со структурной формулой ПАВ-1 (табл. 1). Этот раствор в коллоидной мельнице соединяют с 450 кг битума с пенетрацией 150 мм^-1, нагретым до 100^oС. Готовая эмульсия имеет следующий состав, мас. %: битум 45, эмульгатор ПАВ-1 0,1, концентрированная уксусная кислота 0,1, вода 54,8.

Примеры 7-9 готовят аналогично примеру 6, с тем же эмульгатором (ПАВ-1), но при различных соотношениях компонентов.

Пример 10. В мешалке при 45^oС перемешивают 548,5 кг воды, 0,5 кг концентрированной соляной кислоты, 1 кг эмульгатора со структурной формулой ПАВ-2 (табл. 1). Этот раствор в коллоидной мельнице соединяют с 450 кг битума с пенетрацией 40 мм^-1, нагретым до 100^oС. Готовая эмульсия имеет следующий состав, мас.%: битум 45, эмульгатор ПАВ-2 0,1, концентрированная соляная кислота 0,05, вода 54,85.

Примеры 11-14 готовят аналогично примеру 10 с тем же эмульгатором (ПАВ-2), но при различных соотношениях компонентов.

Пример 15. В мешалке при 45^oС перемешивают 548 кг воды, 1 кг концентрированной уксусной кислоты, 1 кг эмульгатора со структурной формулой ПАВ-2 (табл. 1). Этот раствор в коллоидной мельнице соединяют с 450 кг битума с пенетрацией 230 мм^-1, нагретым до 100^oС. Готовая эмульсия имеет следующий состав, мас. %: битум 45, эмульгатор ПАВ-2 0,1, концентрированная уксусная кислота 0,1, вода 54,8.

Примеры 16-18 готовят аналогично примеру 15, с тем же эмульгатором (ПАВ-2), но при различных соотношениях компонентов.

Пример 19. В мешалке при 45^oС перемешивают 585 кг воды, 0,5 кг концентрированной соляной кислоты, 1 кг эмульгатора со структурной формулой ПАВ-3 (табл. 1). Этот раствор в коллоидной мельнице соединяют с 450 кг битума с пенетрацией 190 мм^-1, нагретым до 100^oС. Готовая эмульсия имеет следующий состав, мас. %: битум 45, эмульгатор ПАВ-3 0,1, концентрированная уксусная кислота 0,1, вода 54,85.

Примеры 20-23 готовят аналогично примеру 19, с тем же эмульгатором (ПАВ-3), но при различных соотношениях компонентов.

Пример 24. В мешалке при 45^oС перемешивают 548 кг воды, 1 кг концентрированной уксусной кислоты, 1 кг ПАВ со структурной формулой ПАВ-3. Этот раствор в коллоидной мельнице соединяют с битумом с пенетрацией 200 мм^-1, нагретым до 100^oС. Готовая эмульсия имеет следующий состав, мас.%: битум 45, эмульгатор ПАВ-2 0,1, концентрированная уксусная кислота 0,1, вода 54,8.

Примеры 25-26 готовят аналогично примеру 24, с тем же эмульгатором (ПАВ-3), но при различных соотношениях компонентов.

Готовые образцы тонкодисперсной эмульсии коричневого цвета собирают в сборниках и подвергают анализу.

Определение рН растворов проводят с помощью рН-метра марки РН-121 или другим прибором аналогичного назначения.

Стабильность определяют по времени распада при перемешивании 100 г кварцевого порфира 0/5 мм с 10 г воды и 12,5 г эмульсии, с.

Сцепление определяют по величине поверхности щебенки (%), предварительно обработанной эмульсией, на которой сохранилась битумная пленка после кипячения в дистиллированной воде (ГОСТ 18659-81).

Устойчивость при хранении определяют по изменению однородности эмульсии, характеризуемой остатком битума на сите (г.) при процеживании через него эмульсии, хранившейся при комнатной температуре в точение 8 недель (ГОСТ 18659-81).

Степень обволакивания кварцевого порфира определяли после 24-часовой воздушной сушки и 24-часовой выдержки в воде при 22^oС (%).

Свойства полученных битумных эмульсий приведены в табл. 3.

Экспериментальные данные покатывают, что разработанные эмульсии в заявляемых пределах обладают высоким показателем сцепления пленки вяжущего с минеральными материалами (82-100% площади), в то время как для прототипа этот показатель не превышает 50% площади. При этом разработанные эмульсии обладают высокой стабильностью и устойчивостью при хранении и не уступают по данным показателям прототипу. Заявляемые составы могут иметь различное время распада, что существенно для их дальнейшего использования.

Формула изобретения

Катионоактивная эмульсия для дорожного строительства, включающая битум, соляную или уксусную кислоты, аминный эмульгатор и воду, отличающаяся тем, что содержит в качестве аминного эмульгатора гидроксилсодержащий алифатический полиамин общей формулы
RCH(ОН)СН₂NHR¹NH₂,
где R - алифатический радикал С_20-26 или С_26-28, R¹--(СН₂)₆- или -(СН₂СН₂NH)_nСН₂СН₂-, где n = 1,2,
при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Битум - 45-65
Соляная или уксусная кислота - 0,05-0,6
Эмульгатор - 0,1-4,0
Вода - До 100%

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4