5.2 Требования к материалам

5.2.1 Содержание полуторных окислов (АlO+FeO) в горных породах и промышленных отходах производства, используемых при приготовлении порошков, и в порошковых отходах промышленного производства, используемых в качестве порошков, не должно превышать, % по массе:

7,0 - для активированных порошков;

1,7 - для неактивированных порошков.

5.2.2 В битуминозных породах и горючих сланцах, используемых для приготовления активированных порошков, содержание органического вещества должно быть от 2% до 15% по массе.

5.2.3 В твердых промышленных отходах производства, используемых для приготовления порошков, и в порошковых промышленных отходах производства, используемых в качестве порошков, допускается содержание, % по массе:

активных СаО+MgO - не более 3;

водорастворимых соединений - не более 6.

5.2.4 Содержание РОв фосфоросодержащих отходах промышленного производства, используемых для приготовления порошков, не должно быть более 2% по массе.

5.2.5. Потери при прокаливании в твердых отходах промышленного производства, используемых для приготовления порошков, и в порошковых промышленных отходах, используемых в качестве порошков (например, золах-уноса и золошлаковых смесях тепловых электростанций), должны быть не более 20% массы.

5.2.6 В качестве активирующих веществ, используемых для производства активированных порошков, применяют:

- анионные ПАВ типа высших карбоновых кислот (госсиполовая смола, жировой гудрон, окисленный петролатум, синтетические жирные кислоты и др.), соответствующие установленным в нормативной документации требованиям;

- катионные ПАВ типа аминов, диаминов или их производных, соответствующие установленным в нормативной документации требованиям;

- нефтяной битум по #M12291 1200003410ГОСТ 22245#S.

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

ХАРАКТЕРИСТИКИ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Минеральные (неорганические) вяжущие материалы – порошкообразные вещества, которые после затворения водой, а в отдельных случаях слабым раствором некоторых солей способны постепенно переходить из тестообразного (вязко-жидкого) состояния в твердое, приобретая свойства камня.

По характеру твердения минеральные вяжущие делят на две группы:

- воздушного твердения (воздушные вяжущие материалы), обладающие способностью после затворения водой твердеть в сухой среде (воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие и растворимое стекло);

- водного твердения (гидравлические вяжущие материалы), после затворения их водой твердеют на воздухе и в воде, причем во влажной среде приобретают большую прочность. Представителями этой группы являются цементы.

Гидравлическая известь и ромацемент по составу и особенностям процессов твердения занимают промежуточное место между воздушными и гидравлическими. После затворения водой, начав твердеть на воздухе, они продолжают твердеть как на воздухе, так и во влажной среде.

ВОЗДУШНАЯ ИЗВЕСТЬ

Воздушная известь получается в результате обжига до возможно полного разложения чистых или доломитизированных известняков или мела, содержащих глинистых веществ не более 6 – 8 %. Полученную таким способом известь СаО в виде белого или сероватого цвета называют негашеной (комовой или кипелкой).

Если в извести примеси окиси магния не более 5 %, ее называют кальциевой, от 5 % до 20 % - магнезиальной, от 20 % до 35 % - доломитизированной.

Чем чище используемые известняки, тем лучше, «жирнее» известь и наоборот, чем больше примесей, тем более «тощая» получается известь.

В процессе обжига известняк (или мел), нагреваясь до температуры 900 – 1200 ^оС, диссоциируется с большим поглощением тепла по реакции:

СаСО₃+180 кДжСаО + СО₂

Если исходная порода содержит примеси глинистого вещества, помимо САО образуется небольшое количество силикатов, алюминатов и ферритов кальция.

Обжиг ведут таким образом, чтобы все куски были равномерно обожжены, так как недожиг (СаСО₃) является балластом и должен в последующем удаляться, а наличие пережога (1200^оС) снижает качество извести в следствие медленного гашения при затворении водой. Наличие зерен пережога в строительном растворе приводит к тому, что при гидратации зерен связанное с этим увеличение объема вызывает растрескивание уже затвердевшего раствора..

Для использования в строительстве воздушную известь гасят, т.е. переводят в гашеную или известковое тесто. При гашении протекает следующая реакция:

СаО + Н₂ОСа(ОН)₂+ 65,52 кДж,

с выделением значительного количества тепла. В этом случае гидратная известь приобретает тонкомучнистое состояние (размер зерен менее 0,01 мм) с увеличением объема в 3 – 3,5 раза для жирной и в 1,5 – 2 раза для тощей извести. Полученная при гашении малым количеством воды гидратная известь называется пушонкой. Для гидратации необходимо добавлять около 33 % воды, однако в зависимости от состава извести, размера кусков и температуры количество воды увеличивают в 2 раза.

Кроме гашеной извести может использоваться молотая негашеная известь. Комовую ть размалывают в мельницах до тонкого мучнистого состояния (зерен размером менее 0,08 мм должно быть 85 %). Применение молотой извести имеет ряд преимуществ:

- используется вся комовая известь, устраняется вредное влияние и достигается рациональное использование пережога;

- утилизируется тепло, что ускоряет процессы ее схватывания и твердения.

Саморазогревание материала (бетон или раствор) способствует росту прочности, что особенно важно при работе в зимний период.

Недостатком является то, что:

- молотая негашеная известь при хранении на воздухе теряет свои вяжущие свойства, поэтому ее используют сразу после помола;

- пыльность и вредность, что вызывает необходимость работать в специальных масках или респираторах.

При затворении оптимальным количеством воды известь на воздухе начинает медленно схватываться и твердеть. Известково-песчаный раствор строительный раствор при твердении в сухой среде нВ возрасте 28 суток достигает прочности 0,2 – 0,5 МПа, а 90 суток – 0,4 – 0,8 МПа. В процессе твердения вначале испаряется свободная, физически несвязанная вода, в результате тесто уплотняется, а затем из насыщенного раствора начинает кристаллизоваться Са(ОН)₂. Вследствие взаимодействия гидратной извести с углекислым газом воздуха на поверхности происходит процесс карбонизации с выделением воды по реакции

Са(ОН)₂+ СО₂= СаСО₃+ Н₂О.

Образовавшаяся на поверхности корочка карбоната кальция затрудняет проникновение СО₂вглубь, поэтому в более глубоких слоях происходит кристаллизация преимущественно Са(ОН)₂. Таким образом, дальнейшее нарастание прочности известкового теста обуславливается уплотнением студнеобразной массы при ее высыхании, кристаллизацией Са(ОН)₂и ее карбонизацией.

Сорта извести устанавливаются по активности и количеству непогасившихся зерен в соответствии с ГОСТ 9179-77 «Известь техническая. Технические условия».

ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Гипсовые вяжущие материалы по технологии обжига делят на две группы:

- низкообжиговые гипсовые вяжущие являются быстротвердеющими, их получают при нагреве гипс СаSО₄2Н₂О до 150 – 180^оС, при этом происходит только частичная дегидратация гипса (СаSО₄0,5Н₂О);

- высокообжиговые гипсовые вяжущие – медленнотвердеющие. Получают при более высокой температуре (700 – 1000^оС), при которой происходит полное отщепление химически связной воды. В результате продукт обжига переходит в ангидрит СаSО₄).

Основным сырьем для производства гипсовых вяжущих служат природный двуводородный гипс (гипсовый камень СаSО₄Н₂О)

К низкообжиговым гипсовым вяжущим относят строительный и высокопрочный гипс. Строительным гипсом называют порошкообразный материал, состоящий преимущественно из полуводного гипса. Такой гипс обладает повышенной водопотребностью (60 – 65 % воды). Высокопрочный гипс образуется при тепловой обработке СаSО₄2Н₂О паром под давлением 0,2 – 0,3 МПа в герметических аппаратах и последующей сушке при 160 – 180^оС. В этом случае вода из гипсового камня выделяется не в виде пара, а в жидком состоянии. В результате снижается водопотребность гипса и увеличивается прочность гипсового камня (до 40 МПа в возрасте 7 суток).

Технология производства строительного гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки гипсового камня.

При смешении полуводного гипса с водой образуется пластичное тесто, которое впоследствии превращается в твердое тело. Это превращение условно можно разделить на три периода.

- Вначале при затворении водой происходит растворение полуводного гипса с одновременным течением реакции

СаS₄0,5Н₂О + 1,5Н₂О = СаSО₄2Н₂О.

При этом образуется насыщенный раствор по отношении к полуводному гипсу и перенасыщенный к двуводному гипсу.

- В последующем наступает процесс уплотнения и кристаллизации гипса с постепенным превращением студня в кристаллический сросток.

- Последний период может быть ускорен умеренным подсушиванием при температуре не выше 65 ^оС. Чем тоньше помол, тем быстрее протекают указанные процессы, чем меньше воды взято для затворения, тем выше прочность затвердевшего гипса.

Гипс является быстросхватывающимся и быстротвердеющим вяжущим материалом. Скорость схватывания измеряется минутами. По срокам схватывания гипсовые вяжущие делят на три группы:

- А – быстросхватывающиеся (2 – 15 мин.);

- Б – нормально схватывающиеся (6 – 30 мин.);

- В – медленносхватывающиеся (начало схватывания не ранее 20 мин.).

Для замедления схватывания гипсового теста вводят добавки сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 0,1 -0,3 % от массы гипса, а также кератинового или известняково-кератинового клея. На свойства гипсового камня большое влияние оказывает количество воды затворения. Для химической реакции требуется только 18 % воды от массы гипса, а по технологическим требованиям вводят 50 – 70 % воды, что заметно снижает прочность гипсового камня.

Все гипсовые вяжущие по прочности разделяют на 12 марок: от Г-2 до Г-25 в соответствии с ГОСТ 125-79 «Вяжущие гипсовые. Технические условия».

Строительный гипс применяют для приготовления гипсовых и смешанных растворов, в качестве добавки к некоторым минеральным вяжущим, для изготовления архитектурных и строительных деталей (работающих на сухом месте), производства сухой штукатурки.

Формовочный гипс отличается от строительного более тонким помолом и большей прочностью. Применяют для изготовления форм, моделей, архитектурных изделий.

К высокообжиговым гипсовым материалам относят ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс.

Ангидритовый цемент получают обжигом духводного гипса при 600 – 700 ^оС и последующим помолом совместно с добавками-катализаторами в виде извести, смеси бисульфата и сульфата натрия, обожженного доломита и основного гранулированного шлака. Марки ангидритового цемента по прочности при сжатии – 50; 100; 150; 200. Ангидритовый цемент применяют для приготовления строительных растворов и бетонов, производства теплоизоляционных материалов, строительных деталей, искусственного мрамора.

Высокообжиговый гипс получают обжигом двуводного гипса при температуре 800 – 1000 ^ос с последующим тонким измельчением. При этом происходит частичное разложение ангидрита. Данный гипс применяют аналогично ангидритовому цементу.

МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА, РАСТВОРИМОЕ СТЕКЛО,

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИЗВЕСТЬ И РОМАНЦЕМЕНТ

Магнезиальные вяжущиеполучают при обжиге магнезита (каустического магнезита) и доломита (каустического доломита).

Каустический магнезитизготавливают при обжиге магнезита при 650 – 850^оС. Данное вяжущее упаковывают в стальные бочки, так как при хранении на воздухе оно быстро теряет активность. Каустический магнезит затворяют раствором хлористого магния или сернокислого магния. . Начало твердения на воздухе не более 20 мин., конец схватывания 6 часов. Предел прочности при сжатии образцов состоящих из трех частей магнезита и одной части опилок, в возрасте 28 суток равен 40 – 60 МПа.

Каустический доломитизготавливают обжигом горной породы – доломита по той же технологии, что и магнезит. Обжиг происходит пи температуре 900^оС. После охлаждения продукт обжига размалывают и упаковывают в стальные бочки. Каустический доломит обладает меньшей активностью по сравнению с каустическим магнезитом.

Магнезиальные вяжущие применяют для приготовления штукатурных растворов, изготовления строительных деталей и пенобетона.

Растворимое стекло – коллоидный раствор силиката натрия и калия, который получают путем сплавления в стекловарных печах при температуре 1300 – 1400^оС кварцевого песка с водой, поташом или сульфатом натрия. Расплав выпускают на металлические листы. При быстром охлаждении стеклянная масса распадается на силикат-глыбы, практически нерастворимые в воде.

Растворимое стекло применяют в растворенном состоянии, поэтому его часто называют жидким стеклом. Для перевода в жидкое состояние силикат-глыбу дробят, загружают в автоклав, подают пар, создают давление 0,5 – 0,6 МПа и силикат глыба переходит в коллоидный раствор.

Растворимое стекло применяют разной вязкости. Разжижают его мягкой водой. При твердении на воздухе раствор образует клеющую тонкую пленку, которая со временем может разрушаться под воздействием воды.

Растворимое стекло применяют для изготовления кислото-, жаро- и огнеупорных бетонов, предохранения поверхности камня от воды и коррозии, укрепления плывунных песков.

Гидравличекая известь– продукт умеренного обжига мергелистых известняков с содержанием глинистых веществ в количестве от 8 % до 20 %, при 900 – 1000^оС. После охлаждения ее размалывают до тонкого порошка.

Гидравлическая известь – порошок серого цвета, с тонкость помола – на сите № 008 не должно оставаться более 10 % материала и плотностью 2,5 – 3,0 г/см³. Предел прочности при сжатии образцов состава 13 с нормальным песком при комбинированном хранении (7 суток во влажном воздухе, 21 сутки в воде) должен составлять не менее 2,5 МПа.

Гидравлическую известь применяют для приготовления кладочных растворов, как вяжущее для бутовой кладки и для бетонов низких марок.

Романцемент– продукт тонкого помола обожженных при температуре 900 -1100^оС известняковых или магнезиальных мергелей, содержащих более 20 % глинистого вещества. Состоит из 2СаОSiО_2, СаОАl₂О₃, 5СаО3аl₂О₃, 2СаоFe₂О₃и некоторого количества СаО. Романцемент изготавливают трех марок: 25, 50 и 100. Предел прочности при сжатии образцов состава 13 в возрасте 28 суток должен составлять соответственно с марками не менее 2,5; 5 и 10 МПа.

Романцемент применяют для приготовления штукатурных и кладочных строительных растворов и бетонов низких марок. Первые 3 – 5 суток свежеуложенный бетон необходимо защищать от воздействия воды.

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее, получаемое тонким помолом цементного клинкера, минеральных добавок и природного гипса. Цементный клинкер получают путем обжига до спекания природных мергелей определенного химического состава или искусственных смесей известняка с глиной (доменным шлаком) при температуре 1300 – 1450 ^оС. Обычно клинкер имеет следующий химический состав: СаО – 63-67 %,Al₂O₃– 4-7 %,SiO₂– 20-24 %,Fe₂O₃-2-6 %,MgО иSО₃– 1,5-3 %. Гипс добавляют для регулирования сроков схватывания.

Технология производства портландцемента

Процесс производства включает:

- добычу и доставку на завод сырьевых материалов;

- приготовление сырьевой смеси;

- обжиг ее до спекания – получение клинкера;

помол клинкера с добавкой гипса – получение портландцемента;

- силосование цемента с целью приобретения равномерности изменения объема при твердении;

- упаковку и отгрузку цемента потребителю.

Сырьевыми материалами для производства клинкера являются известняки, мел, мергели и глинистые породы. Соотношение между карбонатными и глинистыми компонентами составляет 3:1. Кроме этого могут использоваться побочные отходы промышленного производства – доменные шлаки и нефелиновый шлам. Приготовление сырьевой смеси можно осуществлять сухим и мокрым способами.

Сухой способсостоит в совместном измельчении и однородном смешивании высушенных в барабанах сырьевых материалов, после чего получается сырьевая мука. Он а направляется в силосы, где корректируется химический состав и создается запас для бесперебойной работы печи. При сухом способе подготовки сырьевой смеси затраты топлива на обжиг клинкера снижаются на 30 – 40 %. Сухой способ особенно выгоден при использовании сырья с невысокой влажностью, однородного состава и структуры, что обеспечивает получение гомогенной смеси при сухом помоле. Ввиду меньшей энергоемкости этот способ получает наибольшее применение.

Мокрый способприменяют в том случае, когда сырьем служат влажные и мягкие горные породы, содержащие грубые примеси. Смесь в необходимом соотношении загружают в болтушку, где она измельчается перемешивается и освобождается от механических примесей. Хорошо перемешанная вязкая грубая суспензия (шлам) поступает в трубную мельницу, а далее тонкоразмолотая однородная смесь с содержанием воды до 35 – 45 % поступает в шламбассейн для корректирования химического состава. Для снижения расхода топлива влагосодержание сырьевого шлама можно снизить двумя способами: химическим – введение разжижителей шлама и механический – обезвоживание шлама в барабанных или дисковых фильтрах. Каждый процент снижения влажности шлама повышает производительность печи на 1,5 % и снижает расход тепла на 1 %.

Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производится во вращательных печах, представляющих собой цилиндр 5 – 7 м и длинной до 230 м, сваренный из листовой стали с огнеупорной футеровкой внутри. Печи устанавливают наклонно под углом 2 – 5 ^о, чтобы при вращении со скоростью 1 – 2 об/мин сырье медленно передвигалось к нижнему концу. Сырьевая база, поступая навстречу горячим газам, проходит по длине печи несколько температурных зон, превращаясь в цементный клинкер, который на выходе из печи охлаждается с 1000 до 100 – 200^оС в холодильниках воздухом. Клинкер выдерживают на складе несколько дней.

Помол цементного клинкера производится в шаровых мельницах, работающих по открытому или замкнутому циклу. При помоле к клинкеру добавляется природный гипс в количестве до 3,5 % для замедления схватывания цемента. Готовый цемент направляется в силосы для хранения, охлаждения и гашения остатков свободной окиси кальция, которое происходит под действием влаги воздуха.

Минералогический состав и твердение портландцемента

В состав портландцемента в основном входят следующие минералы:

- алит– в основном состоит из трекальциевого силиката 3СаОSiО₂. При затворении водой он быстро твердеет с большим выделением тепла;

- белит– двухкальциевый силикат 2СаОSiО₂с примесью с алюмината 3СаОAl₂О₃. При затворении водой белит твердеет медленно и только на 14 – 28 сутки более заметно. При твердении белита выделяет в 2 раза больше тепла, чем алит.

- целит– имеет темно-коричневый цвет, образуясь из затвердевшей жидкой фазы. Обладает разнообразным составом и чаще состоит из четырехкальциевого алюмоферрита 4СаОAl₂О₃Fe₂O₃с примесями 3СаОAl₂О₃и 2СаОSiО₂. Твердеет медленнее чем алит, но быстрее, чем силикаты кальция с малым экзометрическим эффектом.

- алюминат- 3СаОAl₂О₃– быстротвердеющий минерал с большим тепловыделением. В результате взаимодействия с водой алюминат образует непрочные и недолговечные кристаллы.

В портландцементе состав клинкерных минералов следующий:

- трехкальциевый силикат С₃S37 – 60 %;

- двухкальциевый силикат С₂S15 – 37 %;

- трехкальциевый алюминат С₃А 5 – 15 %;

- четырехкальциевый алюмоферрит С₄АF10 – 18 %.

Содержание свободной извести не должно превышать 0,5 %, так как она может вызвать растрескивание затвердевшего цементного камня.

При смешении цемента с водой возникают сложные физико-химические процессы взаимодействия, в результате чего образуется пластичная масса, которая начинает уплотняться и густеть (начало схватывания), а затем, утрачивая пластичную консистенцию, постепенно переходит в твердое тело (конец схватывания). В дальнейшем при положительной температуре и наличии воды в свободном состоянии прочность постепенно нарастает, т.е. происходит процесс твердения.

Процессы схватывания и твердения портландцемента проходят в три периода:

1. подготовительный – растворение;

2. коллоидации – образование коагуляционной структуры;

3. кристаллизации – образование кристаллизационной структуры.

Полученный в результате твердения цементный камень («микробетон» по В.Н. Юнгу) состоит из гелевых и кристаллических продуктов гидратации цемента, многочисленных включений в виде негидратированных зерен клинкера. Степень гидратации цемента зависит от тонкости помола, влажности и температуры среды, в которой твердеет цементный камень.

Свойства портландцемента и его применение

Свойства портландцемента зависят от его минералогического состава, наличия добавок и тонкости помола клинкера.

1. Тонкость помола в соответствии с требованиями ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента через сито № 008 проходило не менее 85 % массы просеиваемой пробы.

2. Удельная поверхность обычных портландцементов 2000 – 3000 см²/г, быстротвердеющих 35000 – 5000 см²/г.

3. Плотность составляет 3000 – 3200 кг/м³, насыпная объемная масса 900 – 1300 кг/м³. При расчете вместимости складов принимают объемную массу портландцемента равной 1200, а при его дозировании для приготовления бетонов – 1300 кг/м³.

4. Активность – способность затвердевать при затворении водой, превращаясь в прочное камневидное тело. Активность и марку цемента характеризуют показатели прочности при изгибе образцов-балочек и их половинок при сжатии в возрасте 28 суток. Предел прочности при изгибе определяют на балочках размером 4040160 мм, изготовленных из раствора пластичной консистенции состава 1:3 – одна часть цемента и три части песка (крупностью зерен 0,53 – 0,85 мм) по массе при водоцементном отношении 0,4, уплотненных на виброплощадке и выдержанных в воде при температуре 203^оС 28 суток. Нарастание прочности поисходит неравномерно: через 3 суток – 50 %, через 7 суток – до 70 % от прочности в 28-суточном возрасте. В зависимости от активности и предела прочности при изгибе портландцементы подразделяют на марки: 300, 400, 500, 550, 600.

5. Водопотребность цемента характеризуют показателем нормальной густоты – количеством воды, которое необходимо для достижения заданной пластичности. Обычно для портландцемента нормальная густота составляет 21 – 28 5. Чем меньше водопотребность, тем выше качество цемента.

6. Скорость схватывания цемента является существенной технологической характеристикой. У портландцемента начало схватывания должно наступать не ранее 45 минут, а конец - не позднее 12 часов от начала затворения. Обычно начало схватывания через 2 – 3 часа, а конец – через 5 – 8 часов. Быстрое и медленное схватывание затрудняет и усложняет организацию производства строительных работ.

7. Процессы схватывания и твердения цемента сопровождаются выделением тепла. Чем тоньше помол и меньшее количество воды затворения, тем больше выделяется тепла и интенсивней протекает твердение. Повышенное тепловыделение полезно при зимнем бетонировании изделий и вредно при бетонировании массивных сооружений.

8. Равномерность изменения объема при твердении определяют путем испытания цементных лепешек стандартного размера кипячением их в парах воды. Неравномерность изменения объема может быть обусловлена наличием в цементе окиси кальция, магния и гипса. Цемент, неравномерно изменяющий объем при твердении, является недоброкачественным.

Портландцемент применяют при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций и изделий для наземных и подводных сооружений (за исключением агрессивной среды), устройства бетонных дорожных и аэродромных покрытий, приготовления строительных растворов, укрепления грунтов.

При длительном хранении активность цемента снижается за счет соприкосновения с влажным воздухом. В среднем активность портландцемента снижается через 3 месяца на 10 – 20 %, через 6 месяцев на 15 – 30 % и через 12 месяцев на 25 – 40 % в зависимости от минералогического состава и тонкости помола.

Коррозия цементного камня

Затвердевший в элементах сооружений портландцемент под влиянием физико-химического воздействия окружающей среды может подвергаться коррозии (разрушению). Основные причины коррозии делят на три группы:

1) Разложение составляющих цементного камня и растворение и вымывание гидрата окиси кальция (выщелачивающая коррозия). Бетон, находящийся в проточных водах. Подвергаются разрушению из-за растворения и вымывания свободной гидратной извести. Выщелачивание Са(ОН)₂в количестве 15 – 30 % от общего содержания в цементном камня вызывает понижение его прочности на 40 – 50 %.

Мерами борьбы против выщелачивающей коррозии являются: введение в цемент активных минеральных добавок, повышение плотности бетона за счет снижения В/Ц, благоприятных условий твердения, защиты поверхности бетона водонепроницаемыми пленками.

2) Образование легкорастворимых солей в результате взаимодействия гидроокиси кальция и других составных частей цементного камня с агрессивными веществами и вымывание этих солей (кислотная, магнезиальная коррозия). Выдерживание бетонных изделий на воздухе способствует карбонизации в поверхностном слое при взаимодействии с СО₂и образованию малорастворимых солей, что замедляет коррозию.

3. Образование в порах новых соединений, занимающих больший объем, чем исходные продукты реакции, что вызывает появление внутренних напряжений в бетоне и его растрескивание (сульфоалюминатная коррозия). При взаимодействии с минеральными и органическими кислотами объем новообразований увеличивается в 2 раза. Мерами защиты против данного вида коррозии являются: применение сульфатостойких цементов; создание плотных структур цементного камня; защита поверхности водонепроницаемыми пленками (битумными, полимерными веществами); облицовка поверхности устойчивыми материалами.

ОСОБЫЕ ВИДЫ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Для применения в инженерных конструкциях, работающих в различных природных условиях, вызвало необходимость производства цементов, которые обладают требуемыми для этих целей свойствами. Изменение свойств можно достигнуть путем изменения минералогического состава, тонкости помола, введения различных добавок.

1. Быстротвердеющий портландцементпредставляет собой минеральное вяжущее, которое содержит, в котором суммарное содержание трехкальциевого силиката (С₃S) и трехкальциевого алюмината (С₃А) должно быть не менее 60 – 65 %. Тонкость помола увеличивают до удельной поверхности, равной 3500 – 4000 см²/г. Содержание активных добавок не превышает 10 %. Быстротвердеющий портландцемент обладает более интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения (1 сутки – не менее 20 МПа, 3 суток – не менее 30 МПа).

При тонком помоле цемента увеличивается поверхность для создания условий более быстрого протекания сложных физико-механических процессов, а следовательно, и более полного использования зерен цемента. С увеличением удельной поверхности зерен цемента предел его прочности в возрасте 28 суток возрастает с 40 МПа до 55 МПа. При тонкости помола более оптимального, увеличивается количество воды затворения, увеличивается тепловыделение, что при быстром протекании твердения может привести к возникновению усадочных деформаций и трещинообразованию. Цементы большой тонкости помола быстрее снижают активность при хранении.

2. Пластифицированный цементприготавливают путем введения при помоле клинкера поверхностно-активных пластифицирующих добавок. В качестве пластификатора обычно применяют сульфитно-дрожжевую бражку (сдб) в количестве 0.15 – 0,25 % в пересчете на сухое вещество. Пластифицирующие добавки придают цементному тесту большую подвижность, что позволяет снизить количество воды затворения и соответственно несколько уменьшить расход цемента в строительном растворе и бетоне.

Пластифицированные цементы в первое время твердеют несколько медленнее, чем обычные, однако в дальнейшем они приобретают ту же прочность. В первые сутки твердения они более чувствительны к пересыханию, поэтому нуждаются в тщательном соблюдении влажного режима. Пластифицированные цементы выпускают марок 400 и 500. Они более экономичны, применяются для тех же целей, что и обычные портландцементы, особенно для элементов, подвергающихся попеременному увлажнению и пересыханию, замораживанию и оттаиванию (бетоны дорожных и аэродромных покрытий и гидротехнических сооружений).

3. Гидрофобный портландцементизготавливают совместным помолом цементного клинкера и гидрофобных поверхностно-активных добавок (0,15 – 0,3 %). В качестве таких добавок применяют мылонафт, асидол, олеиновую кислоту. Эти вещества создают гидрофобную пленку, которая понижает способность цемента взаимодействовать с влагой воздуха. В результате гидрофобный цемент не снижает активность и не комкуется при хранении и менее чувствителен к влажной воздушной среде.

При затворении водой поверхностно-активные вещества всиупают в реакцию Са(ОН)₂, образуют микропены, в результате чего происходит воздухововлечение. При этом цементное тесто получается более пластичным, а цементный камень более морозостойким.

4. Сульфатостойкий портландцемент– продукт тонкого помола клинкера, имеющего пониженное содержание С₃А (не более 5 %), с введением активных добавок до 10 – 20 %. Сульфатостойкий портландцемент выпускают марок 400 и 500. Его применяют для бетонных и железобетонных элементов сооружений, подвергающихся воздействию агрессивных (сульфатных) вод, а также переменному увлажнению и высыханию, замараживанию и оттаиванию.

5. Пуццолановый цемент– гидравлическое вяжущее, получаемое совместным помолом портландцементного клинкера повышенного качества с 20 – 50 % активных добавок и природного гипса. В качестве добавок используются природные активные добавки (трепел, диатомит, опока) и добавки вулканического происхождения (вулканический пепел, вулканические туфы, пемзы). Количество вводимой добавки зависит от ее активности (природные – 20 – 30 %, вулканического происхождения 25 – 40 %).

Марки выпускаемого цемента 300 и 400. Сроки схватывания примерно те же, что и портландцемента, однако процесс твердения до 30 суток протекает медленнее, а затем в условиях достаточной влажности и температуре выше 10 ^оС становится несколько интенсивнее. Для получения теста нормальной густоты пуццолановые цементы требуют больше воды (30 – 40 %), причем тесто обладает большей вязкостью, а бетонная смесь на этом цементе менее подвижна. Область применения – подводные и подземные элементы сооружений, работающих в слабоагрессивной среде.

Для повышения сульфатостойкости пуццолановый портландцемент изготавливают из клинкера с пониженным содержанием трехкальциевого алюмината (не более 8 %). Такой цемент называют сульфатостойким пуццолановым портландцементом. Его предпочтительно применять для элементов сооружений, работающих в морской воде.

6. Шлаковые цементы.

а) Шлакопортландцемент– продукт тонкого совместного помола портландцементного клинкера с 20 – 60 % доменного гранулированного шлака и гипса. В основном шлакопортландцемент имеет те же показатели, что и пуццолановый портландцемент. Выпускают марок 300, 400 и 500. Применяется в строительстве как и пуццолановые цементы. Активность со временем быстро понижается, поэтому не рекомендуется долго хранить его на складах.

б) Быстротвердеющий шлакопортландцементимеет высокую тонкость помола (3500 – 4500 см²/г. На 3 сутки твердения нормального раствора характеризуется прочностью при сжатии 20 и при изгибе 3,5 МПа.

в) Известково-шлаковый цемен– это медленно схватывающийся и медленнотвердеющий цемент. Выпускают марок 50, 100, 150, 200. Известково-шлаковый цемент утрачивает активность при длительном хранении, поэтому рекомендуется проверять их качество через каждые 2 месяца. Эти цементы применяют для приготовления строительных растворов и бетонов низких марок.

г) Сульфатно-шлаковый цемент– продукт совместного помола доменного гранулированного шлака (75 – 85 %) и гипса (15 – 20 %) с добавками портландцементного клинкера (до 5 %) или извести (до 2%). Применяют для приготовления строительных растворов и бетонов, для подземных и подводных сооружений, подвергающихся воздействию углекислых и сульфатных вод.

д) Шлакощелочной цемент. Получают с использованием основных и кислых шлаков. Для повышения активности в смесь добавляют молотые стеклоподобные горные породы или молотые стекла искусственного происхождения. На основе шлакощелочных вяжущих можно получить легкие и тяжелые бетоны с прочностью от 2,5 до 100 МПа. Вследствие того, что компоненты вяжущего вступают во взаимодействие с глинистыми минералами, в качестве заполнителей в таких бетонах можно использовать мелкие пески, супеси, легкие суглинки.

7. Глиноземистые цементы.

а) Глиноземистый цемент.Для производства используют бокситы, состоящие преимущественно из гидратов глинозема с примесью гидрата окиси железа и кварца. Это быстротвердеющий вяжущий материал. Выпускают марки 400, 500, 600, которые устанавливают по показателю прочности нормального раствора на 3 сутки. Применяют при срочных бетонных работах, при производстве работ зимой, восстановительных работах, для тампонажных работ и элементов бетонных сооружений, находящихся в зоне агрессивных вод.

б) Гипсоглиноземистый расширяющийся цементполучают тщательным смешиванием тонкоизмельченных высокоглинистых доменных шлаков и природного двухводного гипса. Данный вид цемента необходим для заделки стыков сборных железобетонных и бетонных элементов, для зачеканки тюбингов, труб, изготовления безусадочных и расширяющихся, водонепроницаемых бетонов и растворов.

в) Напрягающийся цемент– это быстросхватывающийся и быстротвердеющий вяжущий материал, получаемый путем совместного измельчения портландцементного клинкера (65 – 70 %), вясокоглиноземистого шлака (16 – 20 %) и двухводного гипса (14 – 16 %). С помощью этого цемента можно напрягать арматуру одновременно во многих направлениях, что трудно сделать другими способами. Напрягающий цемент целесообразно применять для изготовления напорных железобетонных труб, водонепроницаемых резервуаров, а также для устройства дорожных и аэродромных цементобетонных покрытий.

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ

КЛАССИФИКАЦИИ

Органические вяжущие – группа природных или искусственных твердых, вязко-пластичных или жидких веществ, состоящих из смеси органических высокомолекулярных соединений. Сырьем для производства органических вяжущих являются продукты органического происхождения: нефть, каменный уголь, горючие сланцы, торф, древесина. Физико-химическая переработка такого сырья дает наряду с ценными продуктами смолообразные остатки. В результате дополнительной переработки таких остатков получают органические вещества..

Основными требованиями, которые предъявляются к органическим вяжущим, состоят в том, чтобы они:

- легко объединялись с каменными материалами, образую прочную водоустойчивую пленку;

- обладали вязкостью, позволяющей в период объединения с материалом хорошо его обволакивать, а в период работы связывать минеральные частицы в прочный монолит.

В зависимости от свойств, химического состава, вида сырья и технологии получения органические вяжущие можно классифицировать следующим образом:

- битумы (природные, нефтяные, сланцевые) – вещества состоящие из углеводородов нафтенового, ароматического и метанового рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных;

- дегти (каменноугольные, торфяные, древесные) – вещества, состоящие в основном из смеси ароматических углеводородов и их производных

По строительным свойствам и консистенции орагнические вяжущие условно делят на следующие группы:

- твердые битумы и дегти (пеки) – при 20 – 25 ^оС обладают вязко-упругими свойствами;

- вязкие битумы и дегти – при 20 – 25 ^оС обладают вязкими и пластичными свойствам;

- жидкие битумы и дегти – при 20 – 25 ^оС текучие. Обладают способностью загустевать по мере испарения летучих углеводородов;

- битумные эмульсии и суспензии – дисперсные системы.

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ

СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Органические вяжущие представляют собой систему соединений различных по составу углеводородов и их неметаллических производных.

Элементарный состав битума дает весьма приближенное представление о возможных химических соединениях, входящих в его состав, поэтому было предложено определять групповой состав, т.е. содержание различных групп углеводородов.

Групповой состав битумов:

1. Масла– вещества светло-желтого цвета, плотность ниже 1000 кг/см². Молекулярная масса 300 – 800. Придают вяжущему подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость и снижают температуру размягчения. В битумах содержится 40 – 60 % масел.

2. Смолы– вещества темно-коричневого цвета, плотностью около 1000 кг/см²и молекулярной массой 600 – 2000. в смолах сконцентрирована основная масса сернистых, кислородных и азотистых соединений, которые в большинстве случаев полярные, поверхностно-активные и хорошо прилипают к поверхности каменных материалов, образуя водоустойчивые пленки. Содержаться в количестве 20 – 40 % и обуславливают растяжимость и эластичность.

3. Асфальтены– твердые неплавкие вещества, с молекулярной массой 1000 – 5000. Влияют на процессы структурообразования в битуме. Содержатся в количестве 10 – 25 % и определяют температурную устойчивость, вязкость и твердость (хрупкость) вяжущих материалов.

4. Карбены и карбоидывстречаются в битумах сравнительно редко, преимущественно в крекинг-битумах в количестве 1 – 3 %. Их содержание повышает вязкость и хрупкость битума.

5. Асфальтогеновые кислоты и их ангидриты– вещества коричнево-серого цвета, обладают густой маслянистой или смолистой консистенцией. Это наиболее полярные компоненты вяжущего, а следовательно, и наиболее поверхностно-активные. Их содержание определяет интенсивность прилипания битумов к каменным материалам, особенно к основным карбонатным породам. Содержится в количестве до 1 %.

6. Парафины относятся к твердым метановым углеводородам. Его содержание в битумах зависит т исходного сырья. Парафины снижают растворимость асфальтенов в других компонентах битумов, что связано с нарушением структуры битумов. При содержании парафина до 3,5 % он не оказывает существенного влияния на свойства битума. Большее его содержание снижает растяжимость и повышает температуру затвердевания.

Примерный групповой состав каменноугольных дорожных дегтей следующий:

1. Дегтевые масла – 60 – 80 %.

2. Вязко пластические смолы – 10 – 15 %.

3. Твердые смолы – 2 – 25 %.

4. Нафталин – 7 %.

5. Атрацен – 10 %.

6. Фенолы – 5 %. Выполняют роль ПАВ.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ

Органические вяжущие занимают промежуточное место между твердыми и жидкими веществами. При приложению нагрузки в них одновременно возникают как упругие (обратимые), так и пластические (необратимые) деформации. В зависимости от преобладания одних видов деформаций над другими материалы разделяют на вязко-упругие, вязко-пластичные, пластичные и описывают их различными реологическими моделями.

Главными показателями для органических вяжущих, характеризующими их работу в дорожном покрытии являются: вязкость, пластичность и прочность.

Вязкость битума изменяется от температуры. При пониженных температурах (минусовых) вязкость битума относительно велика и он приобретает свойства твердого тела. С увеличением температуры вязкость уменьшается и битум переходит в жидкое состояние.

В состоянии покоя через некоторое время в битуме разрушенные структурные связи восстанавливаются. Это явление называется тиксотропия. Кроме того вязко-пластичные материалы обладают способностьюрелаксации, т.е. если в таком материале задать некоторую деформацию и поддерживать ее постоянно, то напряжение постепенно будет убывать. По времени релаксации можно судить о степени пластичности материала.

Определить реологические свойства трудно, поэтому для характеристики физико-механических свойств органических вяжущих в производственных условиях принято определять ряд условных показателей, которые лишь косвенно характеризуют реологические свойства.

Для характеристики вязкости твердых и вязких битумов пользуются условными показателями:

1. Глубина проникания иглы. Данный показатель определяют на специальном приборе – пенетрометре в соответствии с методикой ГОСТ 11501-78 «Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы»:

- при температуре 25 ^оС под действием на иглу груза 100 г в течение 5 секунд;

- при температуре 0 ^оС под действием груза 200 г в течение 60 секунд.

Пенетрация выражается в градусах (1^о = 0,1 мм). По пенетрации в соответствии с ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия» битумы делят на марки:

Наименование показателя	БНД 200/300	БНД 130/200	БНД 90/130	БНД 60/90	БНД 40/60	БН 200/300	БН 130/200	БН 90/130	БН 60/90
1. Глубина проникания иглы, 0,1 мм:
при 25 °С	201-300	131-200	91-130	61-90	40-60	201-300	131-200	91-130	60-90
при 0 °С, не менее	45	35	28	20	13	24	18	15	10

Вязкость жидких битумов и дегтей определяют с помощью стандартного вискозиметра ВУБ-1 по времени истечения вяжущего через калибровочное отверстие при температуре 60 ^оС в соответствии с методикой ГОСТ 11503-74 «Битумы нефтяные. Метод определения условной вязкости».

В зависимости от класса и вязкости устанавливаются следующие марки жидких битумов:

Наименование показателя	СГ 40/70	CГ 70/130	СГ 130/200	МГ 40/70	МГ 70/130	МГ 130/200	МГО 40/70	МГО 70/130	МГО 130/200
1. Условная вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при 60 °С, с:
	40-70	71-130	131-200	40-70	71-130	131-200	40-70	71-130	131-200

2. Растяжимость битумов определяют с помощью прибора дуктилометра путем растяжения шейки образцов, имеющих форму «восьмерки». Показателем растяжимости битумов служит величина деформации образца в момент разрыва, выраженная в сантиметрах. Это испытание проводят в соответствии с ГОСТ 11505-75 «Битумы нефтяные. Метод определения растяжимости» при скорости деформации 5 см/мин и температурах 25 ^оС и 0 ^оС. Дорожные вязкие битумы имеют растяжимость в пределах Д₂₅ 40 см и Д₀ от 1 до 20 см.

3. Когезия характеризует прочность межмолекулярных связей и определяется на когезиометре, состоящем из двух пластинок, склеенных слоем битума толщиной 10 мкм. Прочность при скорости деформации 200 мм/мин, выраженная в МПа, характеризует когезию. Для вязких битумов БНД 90/130 и БНД 60/90 когезию колеблется от 0,07 до 0,3 МПа и зависит в основном от содержания в битуме смол.

Вязкость, растяжимость битумов и когезия зависят от температуры, группового состава и характера структуры. Высокие пластические свойства вязких битумов наблюдаются при значительном содержании смол, оптимальном содержании асфальтенов и масел и незначительном содержании карбенов и карбоидов.

Битум при изменении температуры сильно меняет свои свойства. При t = 40 – 50 ^ОC битум переходит в жидкообразное состояние. При t = -20 – -30 ^ОC у битума настолько повышается вязкость, что он становится хрупким. Переход из жидкого в вязко-пластичное, а затем в твердое (хрупкое) состояние и обратно протекает в определенном интервале температур (-30 - +60 ^оС), называемом интервалом превращения, а интенсивность изменения вязко-пластичных свойств характеризует теплоустойчивость битумов и определяется интервалом пластичности.

Чувствительность органических вяжущих к изменению температуры определяется следующими показателями:

4. Температура размягчения определяется на приборе «кольцо и шар» по методике ГОСТ 11506-73 «Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару». Кольцо заполняют битумом, на его поверхности укладывают шарик и помещают в водяную баню с начальной температурой 5  1 ^оС, подогреваемую со скоростью нагрева воды 5  0,5 ^оС в минуту. Температура размягчения определяется по температуре водяной бани, когда битум размягчается и шарик опустится на нижнюю полку прибора. Температура размягчения колеблется в пределах от 30 ^оС до 50 ^оС.

5. Температура хрупкости определяется на приборе Фрааса. По методике ГОСТ 11507-78 «Битумы нефтяные. Метод определения хрупкости по Фраасу».

1 - сосуд Дьюара; 2 - пластинка; 3 - пробирка; 4 – устройство для сгибания пластинки;

5 – термометр а - начальное положение пластинки; б - конечное положение пластинки

Тонкий слой битума наносят на латунную пластинку и постепенно охлаждают. За температуру хрупкости принимают показания термометра в момент появления первой трещины на битуме при изгибании пластинки. Температура хрупкости дорожных битумов колеблется в пределах от – 12 ^оС до -25 ^оС. Покрытия на битумах с более низкой температурой хрупкости считаются наиболее морозоустойчивыми и меньше подвержены трещинообразованию.

6. Индекс пенетрации. Для битумов характер изменения вязкости в зависимости от температуры принято определять на основании двух характеристик: глубины проникания иглы П₂₅ и температуры размягчения t_р. Для этой цели определяют индекс пенетрации, выражающий вышеуказанный интервал в виде отвлеченного числа:

, где

На практике индекс пенетрации определяется в соответствии с Приложением 2 ГОСТ 22245-90 по таблице 3.

Для вязких битумов марок БНД индекс пенетрации нормируется в пределах от – 1,0 до +1,0. Для вязких битумов марок БН данный показатель должен находится в пределах от – 1,5 до +1,0.

7. Изменение температуры размягчения после прогрева.По данному показателю определяют устойчивость при нагревании органических вяжущих. Методика прогрева битума прописана в ГОСТ 18180-72 и заключается в выдерживании пробы битума в сушильном шкафу при температуре 163^оС в течение 5 часов. По истечении 5 часов на приборе «кольцо и шар» определяют температуру размягчения испытываемого битума. Разница между первоначальной температурой размягчения и температурой размягчения после прогрева нормируется в ГОСТ 22245-90, таблица 1 и имеет следующие значения:

#G0 Наимено- вание показателя	Норма для битума марки
	БНД 200/300	БНД 130/200	БНД 90/130	БНД 60/90	БНД 40/60	БН 200/300	БН 130/200	БН 90/130	БН 60/90
Изменение темпе-ратуры размягчения после прогрева, °С, не более	7	6	5	5	5	8	7	6	6

Изменение свойств при нагреве объясняется испарением части легких масел, а также процессами окисления, протекающими при прогреве более интенсивно. По изменениям можно судить о стабильности свойств вяжущих во времени.

8. Температура вспышки – это температура, при которой пары вяжущих, образующихся при прогреве битума в открытом тигле, воспламеняются от поднесенного к ним пламени. Метод определения температуры вспышки описан в ГОСТ 4333-87 «Нефтепродукты. Метод определения температуры вспышки и воспламенения в открытом тигле». Данный показатель для вязких битумов должен быть не ниже 220 – 240 ^ос в зависимости от марки, для жидких битумов марок СГ и МГ – не ниже 45 – 110 ^оС, марок МГО – не ниже 120 – 180 ^оС.

9. Сцепление битума. Данный показатель позволяет оценить адгезионные качества битума, т.е. способность удерживаться на предварительно покрытой им поверхности минерального материала при воздействии внешних факторов. Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ 11508-74 «Битумы нефтяные. Методы определения сцепления битума с мрамором или песком». Суть метода заключается в выдерживании в кипящей воде в течение 30 минут специально подготовленной битумоминеральной смеси. При этом кипение воды не должно быть бурным. По истечение времени пробу битумоминеральной смеси извлекают из кипящей воды и переносят в стакан с холодной водой на 3 – 5 минут, после чего смесь переносят на фильтровальную бумагу.

Для оценки сцепления битума с поверхностью минерального материала испытанную смесь сравнивают с фотографиями контрольных образцов (ГОСТ 11508-74).

Битумная эмульсия – это дисперсные системы, в которых одна жидкость (фаза) в виде мельчайших капель размером 0,1 мкм диспергирована (раздроблена в другой жидкости (среде), не смешиваясь с ней. Дорожные битумные эмульсии представляют собой жидкость темно-коричневого цвета. Битумы (дегти ) не растворяются в полярной водной среде, поэтому они могут создавать дисперсную систему – эмульсию. Образование и устойчивость эмульсии достигается путем введения в нее эмульгаторов – ПАВ или тонкодисперсных веществ. Эмульгаторы препятствуют слипанию капелек вяжущего в воде (рис.)

Органический эмульгатор (ПАВ) на поверхности битумной частички своей полярной частью ориентируется к водной среде, а радикалом к битуму. Происходит понижение поверхностного натяжения на границе раздела битум – вода. Одноименные заряды на поверхности частичек битума отталкиваются друг от друга, создавая условия препятствия их слипания и устойчивости эмульсии. Минеральный эмульгатор выполняет ту же роль, создавая на поверхности капель битума защитные оболочки.

Для изготовления дорожных эмульсий применяют главным образом органические эмульгаторы или твердые минеральные порошкообразные вещества.

По химической природе ПАВ, применяемого в качестве эмульгатора, битумные и битумно-полимерные эмульсии подразделяют на виды:

анионные – ЭБА, ЭБПА;

катионные – ЭБК, ЭБПК

Анионоактивные эмульсии (щелочные) изготавливаются с применением следующих эмульгаторов:

• щелочные соли нафтеновых кислот;

• смоляных органических кислот;

• ССБ (сульфитно-спиртовая барда) и др.

Эти соединения содержаться в некоторых отходах лесохимической и топливной промышленности.

В качестве эмульгаторов для катионоактивных эмульсии (кислые) используют:

• тонкоизмельченные порошки (глина, цемент, сажа, уголь);

• водорастворимые - катионовые мыла (производные четвертично замещенного аммония, соли аминов).

Содержание водорастворимых эмульгаторов не превышает 3 %, твердых 5-15 %.

В зависимости от свойств и содержания эмульгатора, а также количества битума можно получать эмульсии двух типов:

- прямые, когда капли битума диспергированны в воде;

- обратные, когда вода диспергированна в битуме.

В дорожном строительстве применяют главным образом прямые (катионоактивные) эмульсии.

Производство битумных эмульсий осуществляться на установках непрерывного или периодического действия (рис.1-2.).

Рис.1. Принципиальная схема установки периодического действия

Рис.2. Принципиальная схема установки непрерывного действия

В соответствии с технологическими условиями применения дорожных эмульсий к ним применяются следующие требования в соответствии с ГОСТ Р 52128-2003 «Эмульсии битумные дорожные. Технические условия»:

1.Скорость распада– нарушение равновесия дисперсной системы при взаимодействии эмульсии с каменным материалом за счет адсорбции эмульгатора, испарения и поглощения воды. Скорость распада эмульсии можно регулировать путем введения соответствующих добавок. Скорость распада определяют при смешении ее минеральными материалами

По устойчивости при перемешивании с минеральными материалами эмульсии подразделяют на классы:

1 - быстрораспадающиеся (анионные: ЭБА-1, ЭБПА-1; катионные: ЭБК-1 и ЭБПК-1);

2 - среднераспадающиеся (анионные: ЭБА-2, ЭБПА-2; катионные: ЭБК-2 и ЭБПК-2);

3 - медленнораспадающиеся (анионные: ЭБА-3, ЭБПА-3; катионные: ЭБК-3 и ЭБПК-3).

2. Вязкость эмульсии выбирают в зависимости от условий и способа обработки минеральных материалов. Условную вязкость определяют на вискозиметре типа ВУ со сточным отверстием 3 мм при температуре 202 ^оС. Сущность метода заключается в определении времени истечения 50 мл эмульсии из вискозиметра через сточное отверстие.

3.Содержание битума с эмульгатором характеризует концентрацию эмульсии и определяется в процентах как отношение массы битума с эмульгатором к массе битума. Сущность метода заключается в определении массовой доли вяжущего с эмульгатором после выпаривания из эмульсии воды.

4. Однородность эмульсии определяют процеживанием ее навески через сито № 014. Однородность устанавливают в процентах, как отношение остатка на сите к навеске эмульсии.

5. Устойчивость эмульсии при хранении. Сущность метода заключается в определении остатка на сите с сеткой N 014 после процеживания через него эмульсии, хранившейся при комнатной температуре в течение 7 и 30 сут.

6. Устойчивость при транспортировании. Сущность метода заключается в оценке способности эмульсии не распадаться на воду и вяжущее после испытания ее встряхиванием в специальном приборе в течение 2 ч.

7. Физико-механические свойства остатка битума после испарения воды из эмульгатора.

Требования к эмульсиям представлены в таблицах

Таблица 1 - Требования к анионным эмульсиям

#G0Наименование показателя	Значение для эмульсии класса
	ЭБА-1	ЭБА-2	ЭБА-3	ЭБПА-1	ЭБПА-2	ЭБПА-3
Устойчивость при перемешивании со смесями минеральных материалов:
пористого зернового состава	Не смешивается	Смешивается	Смешивается	Не смешивается	Смешивается	Смеши- вается
плотного зернового состава	То же	Не смешивается	"	То же	Не смешивается	"
Содержание вяжущего с эмульгатором, % по массе	От 40 до 55	От 50 до 55	От 50 до 55	От 50 до 65	От 55 до 60	От 55 до 60
Условная вязкость при 20 °С, с	От 8 до 15	От 10 до 15	От 10 до 15	От 10 до 40	От 15 до 25	От 15 до 25
Сцепление с минеральными материалами, балл, не менее	4	4	3	4	4	3
Остаток на сите с сеткой N 014, % по массе, не более	0,5	0,5	0,5	0,6	0,6	0,6
Устойчивость при хранении (остаток на сите с сеткой N 014), % по массе, не более:
через 7 сут	0,6	0,6	0,6	0,8	0,8	0,8
через 30 сут	1,0	1,0	1,0	1,2	1,2	1,2
Устойчивость при транспортировании	Эмульсии не должны распадаться на воду и вяжущее
Физико-механические свойства остатка после испарения воды из эмульсии:
глубина проникания иглы, 0,1 мм, не менее:
при 25 °С	60	90	90	60	90	90
при 0 °С	20	28	28	32	40	40
температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже	47	43	43	54	51	51
растяжимость, см, не менее:
при 25 °С	55	65	65	25	30	30
при 0 °С	3,5	4	4	11	15	15
эластичность при 25 °С, %, не менее	Не нормируется			40	40	40

Таблица 2 - Требования к катионным эмульсиям

#G0Наименование показателя	Значение для эмульсии класса
	ЭБК-1	ЭБК-2	ЭБК-3	ЭБПК-1	ЭБПК-2	ЭБПК-3
Устойчивость при перемешивании со смесями минеральных материалов:
пористого зернового состава	Не смешивается	Смешивается	Смешивается	Не смешивается	Смешивается	Смеши- вается
плотного зернового состава	То же	Не смешивается	"	То же	Не смешивается	"
Содержание вяжущего с эмульгатором, % по массе	От 50 до 70	От 50 до 60	От 55 до 60	От 55 до 70	От 55 до 65	От 55 до 60
Условная вязкость при 20 °С, с	От 10 до 65	От 10 до 25	От 15 до 25	От 15 до 65	От 15 до 40	От 15 до 25
Сцепление с минеральными материалами, балл, не менее	5	5	4	5	5	4
Остаток на сите N 014, % по массе, не более	0,25	0,25	0,25	0,3	0,3	0,3
Устойчивость при хранении (остаток на сите с сеткой N 014), % по массе, не более:
через 7 сут	0,3	0,3	0,3	0,5	0,5	0,5
через 30 сут	0,5	0,5	0,5	0,8	0,8	0,8
Устойчивость при транспортировании	Эмульсии не должны распадаться на воду и вяжущее
Физико-механические свойства остатка после испарения воды из эмульсии:
глубина проникания иглы, 0,1 мм, не менее:
при 25 °С	60	90	90	60	90	90
при 0 °С	20	28	28	32	40	40
температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже	47	43	43	54	51	51
растяжимость, см, не менее:
при 25 °С	55	65	65	25	30	30
при 0 °С	3,5	4,0	4,0	11	15	15
эластичность при 25 °С, %, не менее	Не нормируется			80	85	85