Clasificación de las emulsiones bituminosas

Las emulsiones bituminosas son directas e inversas. Además, de acuerdo con la velocidad de descomposición, las emulsiones bituminosas y de alquitrán se dividen en descomposición rápida, descomposición media y descomposición lenta.

Las primeras son emulsiones, cuya descomposición se produce poco después del contacto con el material mineral. En este caso, cuanto más pequeñas sean las partículas del material mineral, más rápida será la descomposición. Las emulsiones de descomposición media se desintegran solo después de un cierto período de tiempo después del contacto con la superficie de las partículas del material mineral procesado. Las emulsiones de descomposición lenta durante el tratamiento de los materiales minerales se descomponen solo después de que una parte del agua de ellos se evapora o se perfila en los poros, lo que lleva un período de tiempo considerable.

Debe saber que la velocidad de descomposición de las emulsiones depende en gran medida de las propiedades del material que se procesa y su distribución del tamaño de partícula, y por lo tanto, la descomposición de la misma emulsión puede ocurrir a diferentes velocidades. En consecuencia, la misma emulsión puede descomponerse rápidamente cuando se procesa uno y medio o descomponerse  lentamente cuando se procesa otro material mineral.

Las emulsiones de rápida descomposición se caracterizan por una velocidad de descomposición del 100-60%, de descomposición media (60-30%) y de descomposición lenta (menos del 30%). Las primeras se utilizan para el tratamiento de superficies, la segunda, cuando se mezcla con el suelo en las instalaciones, y la tercera, directamente en la carretera. Las emulsiones de descomposición lenta se utilizan para fortalecer los suelos cuando se construyen cimientos de carreteras.

Dependiendo del tipo de material de unión, las emulsiones se dividen en betún (de betún de petróleo o pizarra) y alquitrán (de alquitrán de hulla).

Las emulsiones se fabrican mediante la mezcla mecánica de un aglutinante calentado en un estado líquido con agua tibia, en el que el emulsionante se disuelve previamente, en mezcladores dispersadores con una velocidad de 1500-10000 por minuto o agitadores con una velocidad de 50-200 por minuto.

El proceso de fabricación de emulsión bituminosa es el siguiente. El agua con un emulsionante se alimenta a la caldera, donde se calienta a 60-70 °. Una solución acuosa del emulsionante es bombeada por una bomba centrífuga al dispersador. La cantidad de solución entrante se controla de acuerdo con las indicaciones del medidor de agua. El betún se alimenta a la caldera, donde se calienta a una temperatura de 110-120 ° y se bombea mediante una bomba de presión a través del medidor de flujo hacia el dispersador de la misma manera que una solución emulsionante acuosa. Para mejorar el rendimiento del dispersador, los componentes pueden suministrarse por la fuerza con la ayuda de bombas de inyección. La emulsión terminada del dispersador se descarga en el tanque receptor.

Cualquier agua es adecuada para la preparación de emulsiones ácidas; para ciertos tipos de emulsiones alcalinas se utiliza agua blanda con una dureza que no exceda del 8%.

Un requisito común para los emulsionantes es su solubilidad en agua, a veces se utilizan aditivos disolventes (álcalis, ácidos, etc.) para lograr esto.

Emulsiones bituminosas alcalinas

Las emulsiones bituminosas alcalinas se producen en emulsionantes aniónicos, en los que las partes de hidrocarburo de cadena larga de las moléculas forman parte del anión. Los emulsionantes alcalinos son compuestos como sales de jabones de ácido carboxílico.

Dependiendo del tipo de emulsionante alcalino y la dosis, las emulsiones bituminosas se fabrican en forma de descomposición rápida, media y lenta.

El betún, en su mayoría viscoso, con un contenido de agua de hasta 5-8% (el agua se tiene en cuenta en la receta) está en la emulsión 55-60%. Se calienta a una temperatura de 95-120 °.

Emulsiones bituminosas ácidas

Las emulsiones catiónicas activas se fabrican en betunes: con baja viscosidad, en estado líquido o líquido viscoso. Los compuestos de amina activos superficiales catiónicos se utilizan como emulsionantes en emulsiones bituminosas ácidas.

Las aminas se forman mediante la sustitución en las moléculas de amoníaco de uno, dos o tres átomos de hidrógeno por un radical hidrocarburo, obteniendo metilamina, dimetilamina y trimetilamina, respectivamente.

Las emulsiones se fabrican utilizando dispersantes. La emulsión final es fina, tiene un color marrón oscuro, cuando se almacena durante dos meses no precipita y no se descompone. La concentración de betún se puede aumentar a 70-75%. En la práctica, la emulsión se produce con una dosis de betún del 55-60%.

Las emulsiones bituminosas ácidas o de alquitrán suelen tener una rápida descomposición, que aumenta con el crecimiento de la superficie específica del material mineral que se está tratando, en particular, se relaciona con los suelos. La velocidad de descomposición se puede reducir utilizando aditivos especiales, como la clorohidramina.

Las emulsiones ácidas de descomposición lenta, para tratar suelos, se obtienen combinando aditivos, por ejemplo, aminas en combinación con sales de ácidos orgánicos e inorgánicos, cloruros de ácidos alifáticos o aromáticos, compuestos de cloruro de zinc, calcio y otros metales polivalentes, etc.

La capacidad de la emulsión ácida para mezclarse con arena y tierra fina, y la velocidad de su descomposición, también se puede ajustar diluyendo el aglutinante, seleccionando un diluyente y su cantidad.

Emulsiones de alquitrán inversas

Las emulsiones de alquitrán inversas utilizadas para el tratamiento de grava húmeda están hechas de alquitrán de hulla o resina bituminosa de pizarra en agitadores.

Dependiendo de la temperatura a la que se trata el material de piedra, se utiliza un aglutinante diferente para hacer emulsiones. Por lo tanto, cuando la temperatura del aire es cercana a cero, se usan más aglutinantes líquidos, y a una temperatura de 10-15 ° C y más, más viscosa.

La proporción de la solución acuosa y el material aglutinante en las emulsiones se establece según el contenido de humedad del material de piedra: con un contenido de humedad de hasta el 2%, es 30:70, a mayor humedad – 25:75 y 20:80.

Emulsiones de carretera dobles

Para la fabricación de emulsiones dobles, utilizan alquitrán de carbón viscoso y betún líquido. La concentración total de aglomerante en una doble emulsión es de alrededor del 70%. Se prepara una solución acuosa sobre soda cáustica, cuya cantidad es igual al 2% del peso del aglutinante. El aditivo es un producto químico de alquil-aril-sulfonato, aproximadamente el 5% del volumen total de emulsión.

Se puede utilizar un mezclador para preparar una doble emulsión. El alquitrán, calentado a una temperatura de 50-60 °, con la ayuda de una bomba de engranajes se introduce en el mezclador. Luego se vierte una solución acuosa de hidróxido de sodio, se agrega una solución de alquil-aril-sulfonato y se introduce betún. La solución se agita durante 15-20 minutos. La emulsión terminada se vierte en tanques. Dicha emulsión es resistente al frío y resiste el almacenamiento a largo plazo. Casi no se disuelve en el agua, lo que hace posible procesar el material de piedra en el clima lluvioso. A la temperatura normal del aire, es bastante espesa, por lo que antes de usarla, debe calentarse a una temperatura de 60-80 °. El tratamiento del material de grava se realiza en mezcladores de concreto de tipo abierto, incluso a bajas temperaturas (pero sin corteza de hielo).

Pastas bituminosas

Las pastas bituminosas se fabrican en mezcladores directamente en la construcción de materiales minerales de grano fino (arena, polvo de cal o harina de cal) sin tierra fina, aglomerante orgánico y agua. Se utilizan para el dispositivo mediante el método de impregnación de pavimentos, en forma de una capa de desgaste o tratamiento superficial con capas de pequeño espesor (3,5-6 mm).

Los estudios han demostrado que la composición de la parte mineral de las pastas debe incluir partículas que no superen los 2 mm y toda la gama de partículas más pequeñas hasta 0,0006 mm, es decir, arena 0,09-2 mm y polvo mineral con partículas menores que 0,09 mm.  Los componentes se seleccionan según el principio de una mezcla densa de composición de grano diferente de granos triturados o harina de cal, además del cemento, pero con la menor fracción posible de las partículas más pequeñas. El agua en la pasta al crear una mezcla densa juega un papel de apoyo. La película de agua llena las irregularidades en las partículas minerales. Las partículas ásperas y angulares requieren más humedad que las redondeadas. El consumo de agua es aproximadamente 1.8-2.5 veces más que un aglutinante. Su consumo máximo se muestra al utilizar cemento.

En el proceso de solidificación, la pasta húmeda se comprime. Cuando se distribuye en capas delgadas, la contracción de la capa superficial se produce de manera uniforme.

Las pastas se preparan en mezcladores. En apariencia, la pasta final debe ser mate, homogénea y fina. Antes de usar, la pasta debe mezclarse y, si es necesario, agregarle agua.

La adhesión de la pasta se produce debido a la evaporación del agua, y la película de agua se reemplaza por una bituminosa con una adhesión hidrófoba muy fuerte. Durante la adhesión, la pasta debe estar en reposo. En condiciones normales, con una temperatura del aire de 20 ° C y viento moderado, la adhesión dura solo 30 minutos. En clima frío, la congelación gradual no interfiere con la adhesión.