Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.8.10.001-2020 "Методические рекомендации по технологиям импортозамещения при приготовлении катионных битумно-полимерных эмульсий" (рекомендован распоряжением Федерального дорожного агентства от 17 февраля 2021 г. N 566-р)

Предисловие

1 Разработан ООО "Автодорис" в соответствии с государственным контрактом от 07.11.2017 N ФДА 47/135

2 Внесен Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства.

3 Издан на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от "17" февраля 2021 N 566-р.

4 Носит рекомендательный характер.

5 Введен впервые.

1 Область применения

1.1 Настоящий ОДМ содержит рекомендации по технологиям импортозамещения при приготовлении катионных битумно-полимерных эмульсий, используемых для выполнения дорожных работ.

1.2 Предназначен для применения в дорожных организациях, выпускающих и использующих катионные битумно-полимерные эмульсии, проектных организациях и организациях, выполняющих функции Заказчика.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 12.1.007-76*. Государственный стандарт Союза ССР. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности

ГОСТ Р 58577-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Правила установления нормативов допустимых выбросов загрязняющих веществ проектируемыми и действующими выбросов загрязняющих веществ проектируемыми и действующими хозяйствующими субъектами и методы определения этих нормативов

ГОСТ 450-77. Государственный стандарт Союза ССР. Кальций хлористый технический. Технические условия

ГОСТ 857-95. Межгосударственный стандарт. Кислота соляная синтетическая техническая. Технические условия

ГОСТ 3134-78. Государственный стандарт Союза ССР. Уайт-спирит. Технические условия

ГОСТ 6968-76. Межгосударственный стандарт. Кислота уксусная лесохимическая. Технические условия

ГОСТ 10678-76. Государственный стандарт Союза ССР. Кислота ортофосфорная термическая. Технические условия

ГОСТ 14710-78. Межгосударственный стандарт. Толуол нефтяной. Технические условия

ГОСТ 23732-2011. Межгосударственный стандарт. Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия

ГОСТ 33133-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические требования

ГОСТ 33137-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения динамической вязкости ротационным вискозиметром

ГОСТ Р 52056-2003. Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия

ГОСТ Р 58952.1-2020 Дороги автомобильные общего пользования. Эмульсии битумные дорожные. Технические требования

ГОСТ Р 58952.3-2020 Дороги автомобильные общего пользования. Эмульсии битумные дорожные. Метод извлечения битумного вяжущего путем выпаривания

СП 34.13330.2012. Свод правил. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*

СП 78.13330.2012. Свод правил. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85

СП 243.1326000.2015 Проектирование и строительство автомобильных дорог с низкой интенсивностью движения

3 Термины, определения, обозначения и сокращения

В настоящем методическом документе применены следующие термины, определения, обозначения и сокращения:

3.1 водный раствор эмульгатора (водная фаза, мыльная фаза): Раствор, содержащий в себе воду, эмульгатор, кислоту и другие добавки, необходимые для приготовления битумной эмульсии.

3.2 извлеченное (остаточное) вяжущее: Материал, остающийся после выпаривания битумной эмульсии при условиях, описанных в приложении Г.

3.3 катионная битумно-полимерная эмульсия (ЭБПК): Однородная, маловязкая жидкость темно-коричневого цвета рационально подобранного состава, получаемая эмульгированием в присутствии катионного эмульгатора битума, содержащего полимер (полимерно-битумного вяжущего), или введением водной дисперсии полимера (латекса) непосредственно в диспергатор (коллоидную мельницу) или в водный раствор эмульгатора в процессе производства или в готовую битумную эмульсию. Коллоидная система, в которой дисперсионной средой является водный раствор катионного эмульгатора, а дисперсной фазой - все остальные компоненты.

3.4 коалесценция: Слияние мелких капель дисперсной фазы в битумных эмульсиях с образованием крупных капель, в результате которого эмульсия разрушается.

3.5 латекс искусственный: Водная дисперсия полимера, получаемая, как правило, методом эмульгирования растворов предварительно синтезированных полимеров в водном растворе поверхностно-активного вещества с последующей отгонкой органического растворителя из эмульсии.

3.6 латекс синтетический: Водная дисперсия полимера, получаемая методом радикальной полимеризации мономеров в водной эмульсии в присутствии поверхностно-активного вещества.

3.7 латексоподобная дисперсия: Коллоидная система, в которой дисперсной фазой является смесь модификаторов, используемых для приготовления ПБВ, а дисперсионной средой - водный раствор катионного ПАВ.

3.8 литая эмульсионно-минеральная смесь (ЛЭМС): Смесь, состоящая из каменного материала, битумной эмульсии, минерального наполнителя, воды и специальных добавок, подобранных в определенных пропорциях и смешанных при помощи специализированного оборудования.

3.9 полимерно-битумное вяжущее (ПБВ): Вяжущее, полученное введением, диспергированием и равномерным распределением полимера, а при необходимости - пластификатора и ПАВ в битуме.

3.10 предельно допустимая концентрация (ПДК): Такая максимальная концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.

3.11 распад эмульсии (распад): Процесс выделения битума из эмульсии после нанесения на поверхность дорожного покрытия или объединения битумной эмульсии и минерального материала. В случае нарушения технологий приготовления, хранения и транспортирования - необратимый процесс разделения битумной эмульсии на водную фазу и битумное вяжущее.

3.12 разжижитель: летучий органический продукт, используемый для снижения вязкости битумного вяжущего и облегчения его диспергирования в дисперсионной среде при приготовлении катионных битумно-полимерных эмульсий, который, в отличие от пластификатора, способен испаряться из остаточного вяжущего, не меняя его свойств.

3.13 стабилизатор: продукт, предназначенный для замедления седиментации катионных битумных эмульсий, продления срока их хранения и увеличения стабильности при транспортировании.

3.14 эмульгатор катионный: Катионное поверхностно-активное вещество (ПАВ), способствующее диспергированию расплава битума в воде и обеспечивающее устойчивость эмульсии к распаду на стадии хранения и транспортирования, придающее частицам битума положительный заряд.

3.15 эмульсия битумная дорожная: Дисперсная система, состоящая из двух взаимно нерастворимых жидкостей, представляющая собой однородную маловязкую жидкость тёмно-коричневого или черного цвета. Одна из жидкостей (дисперсная фаза-битум) тонко измельчена (диспергирована) и находится в другой жидкости (дисперсионной среде - водном растворе эмульгатора).

3.16 эмульсия битумная дорожная катионная (ЭБК, ЭБДК): Однородная, маловязкая жидкость темно-коричневого цвета или черного цвета, рационально подобранного состава, получаемая диспергированием расплава битума в катионном водном растворе эмульгатора.

4 Общие положения

В настоящее время большинство производителей катионных битумно-полимерных эмульсий используют исключительно импортные катионные латексы и преимущественно импортные эмульгаторы. Данный документ рекомендует основные положения технологий импортозамещения, предусматривающей применение исключительно отечественного сырья.

Полимерно-битумная эмульсия - битумная эмульсия, имеющая в своем составе полимер в виде водной дисперсии или модифицирующей добавки к битуму в количестве, достаточном для обеспечения необходимых свойств остаточного вяжущего.

Катионные битумно-полимерные эмульсии получают введением катионной водной дисперсии полимера (латекса) или эмульгированием полимерно-битумного вяжущего (ПБВ).

Ввод латекса для модификации эмульсии осуществляют одним из приведенных ниже способов:

- ввод латекса непосредственно в коллоидную мельницу вместе с мыльным раствором и битумом;

- ввод латекса в водную фазу (в бак или в трубу подачи водной фазы);

- ввод латекса в эмульсию после изготовления.

Введение латекса непосредственно в коллоидную мельницу или в водную фазу предпочтительно, поскольку позволяет получить лучшие свойства остаточного вяжущего.

Свойства остаточного вяжущего в битумно-полимерных эмульсиях, приготовленных с использованием ПБВ, как правило, соответствуют свойствам исходного полимерно-битумного вяжущего.

Использование битумно-полимерных эмульсий позволяет существенно повысить срок службы элементов дорожных одежд, выполненных на их основе.

При распаде катионных битумно-полимерных эмульсий формирование пленки битума идет за счет испарения воды и за счет электрохимического взаимодействия частиц битума с каменными материалами. Катионные эмульсии хорошо взаимодействуют как с кислыми, так и с основными каменными породами.

При устройстве шероховатой поверхностной обработки и слоев износа из литых эмульсионно-минеральных смесей типа "Сларри Сил" и "Микросюрфейсинг" битумно-полимерную эмульсию используют при фактической интенсивности движения свыше 6000 автомобилей в сутки и при интенсивности движения свыше 3000 автомобилей в сутки, если это необходимо по климатическим условиям района применения и обосновано результатами подбора составов.

Катионные битумно-полимерные эмульсии выпускают в соответствии с разработанными составами, обеспечивающими необходимые свойства, учитывающими особенности технологии их приготовления и применения, специфику используемых минеральных материалов. Разработку составов осуществляют в лабораториях, располагающих оборудованием, воспроизводящим процесс приготовления битумных эмульсий и необходимыми приборами для контроля качества. При этом свойства битумно-полимерной эмульсии должны соответствовать действующей нормативной документации.

5 Технические требования к дорожным битумно-полимерным эмульсиям

5.1 Классификация битумно-полимерных эмульсий

По скорости распада битумные дорожные эмульсии делятся на три класса:

- быстрораспадающиеся;

- среднераспадающиеся;

- медленнораспадающиеся.

Скорость распада эмульсий определяет их применение для различных видов дорожных работ.

В соответствии с ГОСТ Р 58952.1-2020 катионные битумно-полимерные дорожные эмульсии имеют обозначения ЭБПК-1, 2 или 3, где цифра характеризует скорость распада эмульсии (1 - быстрораспадающаяся, 2 - среднераспадающаяся, 3 - медленно распадающаяся). Показатели смешиваемости битумно-полимерных эмульсий различных классов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели смешиваемости эмульсий различных классов с минеральными материалами

Наименование показателей	Классы эмульсий
	ЭБПК-1	ЭБПК-2	ЭБПК-3
Смешиваемость со смесями минеральных материалов:
пористого зернового состава	Не смешивается	Смешивается	Смешивается
плотного зернового состава	Не смешивается	Не смешивается	Смешивается

По способу модификации вяжущего полимером катионные битумно-полимерные эмульсии делят на:

- приготовленные с использованием полимерно-битумного вяжущего;

- приготовленные с использованием битума и катионного латекса или катионной латексоподобной дисперсии.

5.2 Требования к свойствам катионных битумно-полимерных эмульсий

Катионные битумно-полимерные эмульсии выпускают в соответствии с технологическим регламентом, утвержденным в установленном порядке.

Катионные дорожные битумно-полимерные эмульсии должны соответствовать ГОСТ Р 58952.1-2020 с нижеизложенными дополнениями.

Свойства остаточного вяжущего должны соответствовать климатическим условиям района ее применения. Свойства остаточного вяжущего необходимо уточнять в соответствии с технологией ее использования. При этом фактические свойства остаточного вяжущего, регламентируемые ГОСТ Р 58952.1-2020 должны быть не ниже значений соответствующих показателей, предусмотренных ГОСТ Р 52056.

Содержание модификатора в остаточном вяжущем битумно-полимерной эмульсии должно составлять не менее 2,5% по массе.

Содержание вяжущего с эмульгатором и вязкость эмульсии могут быть увеличены относительно требований ГОСТ Р 58952.1-2020, если это необходимо в соответствии с технологиями выполнения дорожных работ.

Однородность (остаток на сите) катионных битумно-полимерных эмульсий, приготовленных с использованием полимерно-битумного вяжущего, должна быть не более 0,4%.

Изменение водородного показателя pH в процессе хранения в течение недели не должно превышать 0,3.

5.3 Требования к исходным компонентам

Для производства битумных эмульсий используются следующие материалы:

- битумные вяжущие (битум или ПБВ);

- вода;

- эмульгаторы;

- адгезионные добавки;

- стабилизаторы;

- кислоты;

- латекс или латексоподобная дисперсия;

- разжижители.

Требования к исходным материалам, обеспечивающие получение битумных эмульсий, соответствующих ГОСТ Р 58952.1-2020, приведены ниже. В некоторых случаях эти требования выходят за рамки данного стандарта.

5.3.1 Требования к битумным вяжущим

Для приготовления дорожных битумных эмульсий применяют битумы нефтяные дорожные вязкие, соответствующие требованиям ГОСТ 33133-2014, и полимерно-битумные вяжущие по ГОСТ Р 52056, обеспечивающие получение битумно-полимерных эмульсий, соответствующих требованиям настоящих методических рекомендаций.

Полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) готовят на основе вязких дорожных битумов введением полимеров-блок-сополимеров типа СБС (ДСТ 30, СБС 30 или их аналогов).

Содержание твердых парафинов в битуме не должно превышать 3%.

Марка используемого полимерно-битумного вяжущего должна соответствовать климатическим условиям района применения.

5.3.2 Требования к воде

Используемая для производства битумных эмульсий вода должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 58952.1-2020.

Водородный показатель (рН) воды должен быть как можно ближе к 7, не превышая данное значение.

5.3.3 Требования к эмульгаторам

В качестве эмульгаторов применяют ПАВ катионного типа, соответствующие техническим требованиям, установленным предприятием-изготовителем.

Эмульгатор должен соответствовать виду, классу и типу приготавливаемой эмульсии и обеспечивать ее необходимые свойства.

Эмульгатор должен быть удобным в употреблении, при прочих равных условиях предпочтительным должен быть эмульгатор, не требующий специального дополнительного оборудования для использования.

Эмульгатор должен иметь достаточный гарантийный срок.

Эмульгатор должен отвечать требованиям экономической эффективности и иметь наименьшую стоимость на единицу продукции.

5.3.4 Требования к адгезионным добавкам

Для получения необходимой адгезии битумной эмульсии к каменным материалам и поверхности дорожного покрытия в их состав при необходимости вводят катионные адгезионные добавки, которые должны отвечать техническим требованиям предприятия-изготовителя.

Как правило, использование адгезионных добавок необходимо при производстве битумных эмульсий первого и второго классов для обеспечения требований ГОСТ Р 58952.1-2020 к показателю сцепления с минеральными материалами.

Используют адгезионные добавки, вводимые в битум, и добавки, которые вводят в водную фазу.

Адгезионная добавка должна обеспечивать получение эмульсии с характеристиками, соответствующими нормативным требованиям.

Адгезионная добавка должна быть удобной в употреблении, при прочих равных условиях предпочтительной должна быть добавка, не требующая специального дополнительного оборудования для ее использования.

5.3.5 Требования к стабилизаторам

Стабилизаторы, обычно растворы солей, служат для стабилизации эмульсий, замедления их седиментации, продления срока хранения и увеличения транспортной стабильности. Наиболее широко применяемым стабилизатором катионных битумных эмульсий является хлористый кальций по ГОСТ 450.

Дозировка хлористого кальция в пересчете на сухое вещество не должна превышать 0,1% от массы готовой эмульсии.

5.3.6 Требования к кислотам

Как правило, используемые для приготовления катионных эмульсий эмульгаторы представляют собой нерастворимые в воде соединения. В результате их взаимодействия с кислотами образуются растворимые соли, используемые для эмульгирования битума. Кислоты также используют для регулирования рН водного раствора катионных эмульсий. Для производства катионных битумных эмульсий используют соляную кислоту по ГОСТ 857, ортофосфорную - по ГОСТ 10678 или уксусную - по ГОСТ 6968.

Кислоты не должны содержать ингибиторов коррозии, используемых для защиты металлов в металлургии.

Концентрация соляной кислоты должна составлять .

Концентрация ортофосфорной кислоты должна составлять .

Концентрация уксусной кислоты должна составлять не менее 80%.

ГАРАНТ:

Нумерация подразделов приводится в соответствии с источником

5.3.8 Требования к латексам и латексоподобным дисперсиям

В технологии импортозамещения для приготовления битумно-полимерных эмульсий рекомендуется использовать отечественные латексы и латексоподобные дисперсии модификаторов.

Применяемые для производства катионной битумной эмульсии латексы и латексоподобные дисперсии также должны быть катионными. Общие требования к отечественным латексам и латексоподобным дисперсиям модификаторов приведены в таблице 2

Таблица 2 - Общие требования к латексам и латексоподобным дисперсиям

Наименование показателя	Норма
Внешний вид	Однородная жидкость без комков и посторонних включений
Массовая доля сухого вещества, %	45,0-65,0
Показатель концентрации водородных ионов, рН	2,0-5,0
Условная вязкость, с, не более	45,0
Механическая стабильность, % коагулюма, не более	0,2
Поверхностное натяжение, мН/м, не более	45,0
Массовая доля летучих органических соединений,%, не более	0,2
Средний диаметр частиц, нм, не более	700
Дзета-потенциал частиц, мВ, не менее	+50
Относительное удлинение латексной пленки при разрыве, %, не менее	600

Гарантийный срок хранения должен быть не менее 6 месяцев.

Латексы и латексоподобные дисперсии должны храниться при температуре от 5°С до 50°С в защищенном от воздействия прямых ультрафиолетовых лучей месте.

Рекомендации по приготовлению катионной латексоподобной дисперсии приведены в Приложении А.

5.3.9 Требования к разжижителям

Для снижения вязкости используемого битумного вяжущего и улучшения его дисперсности в дисперсионной среде при приготовлении катионных битумно-полимерных эмульсий может быть использован разжижитель (флюксант).

Используемый разжижитель должен быть летучим, чтобы не оказывать отрицательного влияния на свойства остаточного вяжущего.

В качестве разжижителя целесообразно использовать керосин по ТУ 38.401-58-10-90 [1], уайт-спирит по ГОСТ 3134, другие совместимые с битумом вещества, соответствующие нормативной документации предприятия-изготовителя и имеющие температуру самовоспламенения не ниже 200°С.

6 Приготовление катионных битумно-полимерных эмульсий

6.1 Требования к используемому оборудованию

Наиболее эффективным способом приготовления дорожных катионных битумных эмульсий является метод механического диспергирования, реализуемый с помощью специального оборудования [2]. Производство катионных битумно-полимерных эмульсий возможно: как на оборудовании с циклическим производством водного раствора эмульгатора, так и на оборудовании с непрерывным производством водного раствора эмульгатора.

При этом в состав оборудования для производства катионных битумно-полимерных эмульсий должны входить следующие обязательные системы, требования к которым приведены ниже:

- система водного раствора эмульгатора, включающая дозаторы эмульгатора, кислоты, воды и стабилизатора;

- система перемешивания водного раствора эмульгатора (для непрерывного оборудования - статический спиральный смеситель, для циклического оборудования - механическая мешалка в каждой емкости для приготовления водной фазы);

- система введения адгезионных добавок, включающая дозатор и линию подачи. В случае введения адгезионной добавки в водную фазу данная система может быть совмещена с системой водного раствора эмульгатора;

- производственный блок, содержащий коллоидную мельницу, линии и насосы подачи битума и водной фазы;

- система ввода латекса для модификации эмульсии (при приготовлении битумно-полимерной эмульсии с использованием водной дисперсии полимера);

- система охлаждения готовой эмульсии в теплообменнике с использованием подогревшейся воды из теплообменника для приготовления мыльного раствора. При приготовлении битумной эмульсии ЭБПК с использованием ПБВ применение теплообменника является обязательным. Теплообменник устанавливают между коллоидной мельницей и обратным клапаном на ее выходе. При необходимости, теплообменник может обеспечивать снижение температуры эмульсии до заданного уровня, соответствующего температуре использования эмульсии. Нагревшаяся вода, охлаждавшая эмульсию, может направляться в систему приготовления мыльного раствора;

- система управления производством;

- система контроля за технологическим процессом, включающая датчики температуры водного раствора эмульгатора, битумного вяжущего и готовой эмульсии; встроенный рН-метр или пробоотборник для контроля рН мыльного раствора внешним рН-метром, датчики давления.

Вспомогательные и обеспечивающие системы:

- система подогрева воды для приготовления мыльного раствора;

- система термостатирования воды (поддержание постоянной температуры воды на выходе при подаче горячей и холодной воды на вход) для приготовления мыльного раствора;

- система подогрева и термостатирования битума в расходной емкости.

- источник электроэнергии;

- источник тепла для обогрева оборудования, трубопроводов, нагрева воды и битума, подогрева (при необходимости) готовой эмульсии;

- трубопроводы для перекачки битума, воды, готовой эмульсии, химических реагентов;

- расходные емкости с подогревом для воды и битума, емкости для хранения битума, химических реагентов;

- емкости для хранения готовых эмульсий;

- оборудование для отгрузки готовой продукции (насосы с трубопроводами или высокая эстакада, на которой установлены емкости для хранения эмульсий для отгрузки самотеком).

Для снижения вязкости используемого битумного вяжущего и улучшения, при необходимости, технологических свойств битумных эмульсий в состав оборудования включают дополнительную систему ввода разжижителя (флюксанта) в битумное вяжущее.

При этом указанные системы и оборудование должны соответствовать приведенным ниже требованиям.

Система приготовления водного раствора эмульгатора должна:

- обеспечивать точность дозирования реагентов в пределах от фактического количества;

- обеспечивать точность дозирования воды в пределах от фактического количества;

- точность измерения температуры мыльной фазы должна быть в пределах ;

- точность измерения рН не должна превышать интервал ;

- емкости мыльной системы, трубопроводы мыльного раствора и кислот и трубопроводная арматура должны быть изготовлены из коррозионностойких материалов. Мыльная система, входящая в оборудование циклического типа, должна быть закрытой, емкости мыльной системы должны быть оборудованы датчиками уровня, переполнения и низкого уровня раствора в емкости и вытяжной вентиляцией;

- для работы с вязкими и пастообразными эмульгаторами должна быть предусмотрена система подогрева емкости с эмульгатором, трубопроводов, насосов и трубопроводной арматуры с защитой от перегрева.

Коллоидная мельница должна соответствовать следующим требованиям:

- обеспечивать диспергирование битумного вяжущего при рабочих температурах с медианой распределения размеров коллоидных частиц не более пяти мкм;

- мельница и подводящий трубопровод битума должны иметь систему обогрева (масляную, паровую или электрическую); мельницы с консольным креплением ротора на валу (оба подшипника с одной стороны ротора) должны иметь систему регулировки осевого зазора с удобным доступом;

- привод должен иметь достаточную мощность для работы мельницы во всем диапазоне допустимых температур и содержаний битумного вяжущего в эмульсии и защиту на случай заклинивания ротора мельницы;

- мельница должна быть оборудована датчиком давления и амперметром тока привода для контроля режима работы;

- на трубопроводах всех компонентов эмульсии перед входом в мельницу должны быть установлены обратные клапаны.

Битумный насос:

- должен обеспечивать подачу битума в коллоидную мельницу во всем диапазоне рабочих температур при всех допустимых содержаниях битума в эмульсии;

- насос должен быть оборудован системой обогрева, перепускным (предохранительным) клапаном, датчиком оборотов или/и расходомером битума;

- насос должен иметь регулируемый частотный привод (за исключением оборудования с постоянной подачей битума в мельницу).

Насос водной фазы:

- должен обеспечивать подачу мыльного раствора в коллоидную мельницу при всех допустимых содержаниях мыла в эмульсии;

- насос должен быть оборудован перепускным (предохранительным) клапаном, датчиком оборотов или/и расходомером мыльного раствора;

- насос должен иметь регулируемый частотный привод (за исключением оборудования с дроссельными регуляторами подачи мыльного раствора в мельницу).

Насос флюксанта (разжижителя):

- должен обеспечивать подачу флюксанта в статический смеситель в битумной линии перед битумным насосом при всех допустимых содержаниях флюксанта в битуме при различном содержании битумного вяжущего в эмульсии;

- насос должен быть оборудован перепускным (предохранительным) клапаном, датчиком оборотов или/и расходомером флюксанта;

- насос должен иметь регулируемый частотный привод;

- на трубопроводе флюксанта перед входом в статический смеситель в битумной линии должен быть установлен обратный клапан.

Насос латекса должен:

- обеспечивать перекачку латекса без коагуляции (необходимо использовать перистальтический, винтовой или аналогичный насосы);

- обеспечивать подачу латекса в коллоидную мельницу, линию водной фазы или готовую эмульсию во всем диапазоне планируемого расхода;

- насос должен быть оборудован перепускным (предохранительным) клапаном, датчиком оборотов или/и расходомером латекса;

- насос должен иметь регулируемый частотный привод;

- в конце трубопровода латекса должен быть установлен обратный клапан;

- в конструкции латексной линии должна быть предусмотрена система промывки латексного насоса и трубопроводов водой по окончании приготовления эмульсии.

Органы управления:

- органы управления оборудованием и контрольные приборы должны быть расположены в одном месте на пульте управления оператора и обеспечивать регулировку содержания всех компонентов битумной эмульсии и поддержание его на заданном уровне;

- система управления должна обеспечивать при работе в ручном режиме получение битумной эмульсии с заданным содержанием битума в процентах с отклонением не более .

Трубопроводы и трубопроводная арматура:

- все трубопроводы должны быть изготовлены из материалов, соответствующих перекачиваемым материалам по коррозионной, механической и термической стойкости;

- на входе всех трубопроводов в эмульсионный завод должны быть установлены фильтры, доступные для осмотра, прочистки или промывки;

- трубопроводы, арматура битумных линий, включая фильтр, битумный насос должны быть оборудованы рубашками обогрева (в случае масляного или парового обогрева), либо системой электроподогрева;

- на выходном трубопроводе коллоидной мельницы должен быть установлен обогреваемый обратный клапан для защиты мельницы от обратного давления из хранилища эмульсии, датчик давления с изолированной мембраной и термометр.

Теплообменник должен быть оборудован насосом подачи воды с регулируемой производительностью, датчиками температуры на входе и выходе воды и эмульсии, датчиком давления на входе и выходе эмульсии, а выходной эмульсионный трубопровод должен быть оборудован регулируемым обогреваемым регулятором потока для поддержания давления в теплообменнике, входить в емкость для хранения эмульсии в верхней части и иметь антисифонный разрыв в верхней точке внутри емкости для хранения, для предотвращения отсасывания эмульсии обратно в теплообменник.

Расходные емкости для битума:

- завод по производству битумной эмульсии должен быть оборудован, по меньшей мере, одной расходной емкостью для битума, имеющей объем, достаточный для непрерывной работы завода в течение полной рабочей смены;

- расходная емкость должна иметь двухуровневую систему подогрева и термостатирования битума (нижний уровень - вблизи дна, верхний - в средней части емкости). Система подогрева может быть масляной, паровой или электрической. Расходные емкости должны иметь теплоизоляцию и внешнюю оболочку, предохраняющую от попадания влаги в теплоизоляцию;

- точность поддержания температуры должна быть не более ;

- для выравнивания температуры во всем объеме емкости должна быть предусмотрена система циркуляции битума с помощью битумного насоса;

- битум при циркуляции должен отбираться в нижней точке емкости и возвращаться в верхнюю точку;

- емкости должны быть оборудованы датчиками температуры и уровня битума, показания датчиков должны выводиться на дисплей в месте, хорошо видимом с рабочего места оператора;

- трубопроводы, соединяющие расходную емкость с эмульсионным заводом, должны допускать циркуляцию битума через завод и его возвращение обратно в емкость. Забор битума должен производиться в нижней части емкости, а возвращаться - в верхнюю.

Емкости для хранения битумной эмульсии:

- на заводе, производящем битумные эмульсии, должно быть количество емкостей для хранения готовой эмульсии не менее, чем типов производимой эмульсии;

- объем емкостей должен быть не менее объема сменного выпуска продукции;

- емкости для хранения эмульсии должны быть, по возможности, вертикальными, так как вертикальные емкости имеют ряд преимуществ;

- емкости должны быть оборудованы индикаторами уровня эмульсии и датчиками температуры, в каждой емкости должен быть предусмотрен кран-пробоотборник для слива образцов эмульсии для лабораторных испытаний;

- при производстве эмульсии под давлением между хранилищем и коллоидной мельницей должен быть установлен теплообменник, отвечающий изложенным выше требованиям;

- емкости для хранения эмульсий, используемых в подогретом состоянии, должны иметь в нижней части регистры масляного или парового обогрева с температурой теплоносителя не выше 95°С с обязательным контролем температуры и теплоизоляцию;

- емкости для хранения эмульсий, используемых при температуре окружающей среды (как правило, это медленнораспадающиеся эмульсии), не должны иметь теплоизоляции и могут не иметь регистров подогрева;

- емкости должны быть оборудованы низкооборотными механическими мешалками для перемешивания эмульсий во избежание седиментации;

- отгрузка эмульсии потребителям должна осуществляться из нижней части емкости на небольшом (порядка 200 мм) расстоянии от дна емкости во избежание попадания в отгружаемую эмульсию осадка;

- загрузка эмульсии в емкость должна осуществляться по трубе, входящей сверху в емкость, имеющей в верхней точке противосифонный разрыв и не доходящей до дна емкости на 200-300 мм во избежание пенообразования;

- емкости должны быть оборудованы закрывающимся люком сверху и люком для очистки емкости с герметичной крышкой снизу (сбоку).

6.2 Технология приготовления катионных битумно-полимерных эмульсий с использованием полимерно-битумного вяжущего

Процесс приготовления катионной битумно-полимерной эмульсии (ЭБПК) можно разбить на несколько этапов:

- разработка состава ЭБПК;

- подготовка компонентов ЭБПК к производству эмульсии;

- подготовка оборудования для производства ЭБПК;

- процесс производства ЭБПК.

6.2.1 Разработка состава ЭБПК

При разработке состава катионной битумно-полимерной эмульсии осуществляют выпуск лабораторной партии на лабораторной эмульсионной установке, моделирующей процесс промышленного производства.

При разработке состава ЭБПК:

- выбирают эмульгатор, обеспечивающий получение битумной эмульсии необходимого класса;

- назначают дозировку эмульгатора;

- определяют ориентировочное количество кислоты для получения необходимого значения водородного показателя (рН);

- выпускают и испытывают лабораторную партию катионной битумно-полимерной эмульсии;

- при получении положительных результатов испытаний переходят к выпуску эмульсии на промышленной установке;

- назначают объем выпускаемой партии ЭБПК и определяют объем водной фазы с учетом ее дополнительного расхода при запуске и промывке эмульсионной установки;

- составляют рецепты битумной эмульсии и водной фазы для ее приготовления.

Промышленную партию катионной битумно-полимерной эмульсии выпускают, руководствуясь инструкцией по эксплуатации эмульсионной установки и нижеизложенными рекомендациями.

6.2.2 Подготовка исходных компонентов к производству битумно-полимерной эмульсии

Подготовка компонентов к производству эмульсии включает определение их физических свойств и условий, в которых эти свойства будут оптимальными для производства эмульсии, приготовление достаточных количеств компонентов эмульсии и приведение компонентов эмульсии в состояние, обеспечивающее оптимальный процесс эмульгирования.

Важнейшим параметром вяжущего для эмульгирования является его динамическая вязкость. Поэтому для получения оптимальных условий эмульгирования необходимо построить график зависимости динамической вязкости по ГОСТ 33137. Оптимальная вязкость для битумного вяжущего находится в пределах от 0,2 до 0,3 и может быть скорректирована при наличии данных производителя коллоидной мельницы.

Для обеспечения стабильности получаемой на основе ПБВ битумно-полимерной эмульсии необходимо обеспечить минимальную температуру эмульсии на выходе мельницы, которая должна быть не ниже температуры битумного вяжущего, при которой его вязкость не превышает 20 . Измерения зависимости вязкости полимерно-битумного вяжущего от температуры необходимо произвести в диапазоне от 0,15 до 20 . Измерения вязкости битума (при использовании водных дисперсий полимера при получении эмульсий ЭБПК) достаточно выполнить в диапазоне от 0,15 до 0,50 .

Температуру выпускаемой битумной эмульсии можно определить по формуле:

, (1)

где:

- расчетная температура эмульсии на выходе установки, °С;

n - количество компонентов эмульсии;

- масса i-того компонента эмульсии, кг;

- теплоемкость i-того компонента эмульсии;

- температура i-того компонента эмульсии, °С;

- процентное содержание i-того компонента битумной эмульсии.

Температуру водного раствора эмульгатора можно определить по формуле:

(2)

где

- необходимая температура водного раствора эмульгатора, °С;

- расчетная температура эмульсии на выходе установки, °С;

- содержание водного раствора эмульгатора в эмульсии в, %;

- содержание битума в эмульсии, %;

- температура битума, °С.

При использовании полимерно-битумного вяжущего минимальная температура эмульсии на выходе установки принимается равной температуре, обеспечивающей вязкость используемого ПБВ ниже 20 .

При использовании полимерно-битумного вяжущего минимальная температура эмульсии на выходе мельницы может превышать температуру кипения воды. Для предотвращения разрушения эмульсии при закипании требуется ее принудительное охлаждение под давлением.

В таблице 3 приведены данные о температуре кипения воды при различных давлениях.

Таблица 3 - Зависимость температуры кипения воды от давления

Абсолютное давление, МПа	Манометрическое давление, МПа	Температура кипения воды, °C
0,1013	0,0013	100
0,1034	0,0034	101
0,1103	0,0103	102
0,1172	0,0172	104
0,1241	0,0241	106
0,1310	0,0310	107
0,1379	0,0379	109
0,1517	0,0517	112
0,1655	0,0655	114
0,1793	0,0793	117
0,1931	0,0931	119
0,2068	0,1068	121
0,2206	0,1206	123
0,2344	0,1344	125
0,2482	0,1482	127
0,2620	0,1620	129
0,2758	0,1758	131
0,2896	0,1896	132
0,3034	0,2034	134
0,3172	0,2172	135
0,3309	0,2309	137
0,3447	0,2447	138
0,3585	0,2585	140
0,3723	0,2723	141
0,3861	0,2861	142
0,3999	0,2999	144
0,4137	0,3137	145
0,4275	0,3275	146
0,4413	0,3413	147
0,4551	0,3551	148
0,4688	0,3688	149

Для предотвращения разрушения полимерно-битумной эмульсии вследствие закипания воды рекомендуется обеспечить давление в трубопроводе после коллоидной мельницы не ниже значений, приведенных в таблице 3.

Охлаждение эмульсии может быть выполнено тремя способами:

- с использованием проточного теплообменника и охлаждением эмульсии до заданного уровня;

- с использованием неутепленной емкости для хранения, в которой создается избыточное давление, с охлаждением эмульсии до заданного уровня;

- комбинированным способом с использованием теплообменника для охлаждения эмульсии от 20°С до 40°С (более резкое охлаждение может вызвать распад эмульсии) с последующим охлаждением в неутепленной емкости для хранения (без избыточного давления) до заданного уровня при медленном перемешивании.

Выбор теплообменника осуществляют в соответствии с рекомендациями приложения Б.

Схемы эмульсионных установок периодического и непрерывного действия, используемых для приготовления битумно-полимерных эмульсий на основе ПБВ представлены в приложении В.

При втором способе охлаждения емкость для охлаждения эмульсии оборудуют манометром, который показывает избыточное (манометрическое) давление и аварийным клапаном для сброса избыточного давления. Давление задают и обеспечивают с некоторым запасом на случай непредвиденного повышения температуры компонентов эмульсии и с учетом возможного дополнительного нагрева эмульсии при диспергировании, но не выше давления нагнетания мельницы. При использовании второго способа охлаждения целесообразно обеспечивать давление в емкости 0,14 МПа. При закачке эмульсии в закрытую емкость, следует учитывать, что давление в ней повышается за счет дополнительного сжатия воздуха.

Все элементы эмульсионной установки должны обеспечивать ее работу с заданным давлением.

При приготовлении водного раствора эмульгатора (дисперсионной среды) на установке периодического действия в подогретую воду заливают некоторое количество соответствующей кислоты (от 50% до 60% от расчетного количества), а далее в раствор кислоты вводят полностью все предусмотренные рецептом компоненты.

После перемешивания контролируют водородный показатель (рН) и, чередуя перемешивание с добавлением части оставшейся по рецепту кислоты, доводят рН до заданного уровня. Для получения воспроизводимых результатов после выбора рН его фактические значения обеспечивают с погрешностью не более .

Количество водного раствора эмульгатора для изготовления партии эмульсии определяют исходя из ее объема, содержания водной фазы в эмульсии и количества, необходимого для промывки оборудования по окончании цикла производства.

В установке непрерывного действия компоненты водного раствора с помощью дозирующих насосов подают в поток предварительно нагретой воды, где они перемешиваются и поступают в коллоидную мельницу.

Перед началом производства нагревают ПБВ и водный раствор эмульгатора до необходимых температур. Температуру полимерно-битумного вяжущего назначают на основе результатов определения динамической вязкости, температуру водного раствора эмульгатора рассчитывают с помощью формулы 2.

6.2.3 Подготовка оборудования и производство ЭБПК

Для производства эмульсии в соответствии с разработанным рецептом настраивают насосы водного раствора эмульгатора и полимерно-битумного вяжущего на необходимую производительность.

Перед запуском в работу все краны и переключатели эмульсионной установки должны быть установлены в исходное положение согласно инструкции по эксплуатации.

С помощью регулятора температуры битумных линий необходимо задать температуру обогрева битумных трубопроводов, при которой не происходит потеря температуры полимерно-битумного вяжущего при перекачке его от бака до мельницы (температура должна быть максимально приближена к рабочей температуре вяжущего).

Выпуск партии битумно-полимерной эмульсии осуществляют в соответствии с инструкцией по эксплуатации эмульсионного завода с учетом изложенных в данном подразделе технологических параметров и рекомендаций [2].

6.3 Технология приготовления катионных битумно-полимерных эмульсий с использованием латекса и латексоподобных дисперсий

Технология производства битумно-полимерных эмульсий отличается от технологии приготовления битумных эмульсий наличием одного дополнительного компонента - латекса или латексоподобной дисперсии. Параметры технологического процесса при этом такие же, как и при производстве катионных битумных эмульсий.

Как и при использовании полимерно-битумного вяжущего, оптимальная вязкость битума при эмульгировании находится в пределах от 0,2 до 0,3 и может быть скорректирована при наличии данных производителя коллоидной мельницы. Температура битума при приготовлении битумной эмульсии должна обеспечивать выполнение данного условия.

При приготовлении ЭБПК с использованием битума и водной дисперсии полимера температура выпускаемой эмульсии должна находиться в пределах от 87°С до 93°С. Исходя из указанных условий, по формуле (2) определяют необходимую температуру приготовления водного раствора эмульгатора.

Используемое для производства оборудование должно отвечать требованиям подраздела 6.1 настоящих методических рекомендаций.

Выпуск партии битумно-полимерной эмульсии осуществляют в соответствии с инструкцией по эксплуатации эмульсионного завода с учетом изложенных в данном подразделе технологических параметров и рекомендаций [2].

7 Требования безопасности и охраны окружающей среды

Требования безопасности принимают в соответствии с ГОСТ Р 58952.1-2020.

С целью защиты атмосферного воздуха от выбросов загрязняющих веществ при производстве смесей должна быть организована система контроля за предельно допустимыми выбросами в соответствии с ГОСТ Р 58577-2019.

ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны при производстве смесей должно соответствовать требованиям ГН 2.2.5.3532-18 [3].

Эффективными мерами защиты природной среды являются герметизация оборудования и предотвращение разливов используемой битумной эмульсии.

8 Правила приемки

Приемку дорожной битумной эмульсии выполняют партиями по ГОСТ Р 58952.1-2020.

9 Контроль качества

При выпуске катионных битумно-полимерных эмульсий осуществляют производственный контроль, включающий:

- входной контроль;

- операционный контроль;

- приемочный контроль.

На стадии входного контроля определяют соответствие свойств используемых материалов нормативным требованиям.

Рекомендуемая схема операционного контроля приведена в Приложении Г.

Приемочный контроль осуществляют в соответствии с разделом 8 настоящих рекомендаций.

Для контроля качества битумной эмульсии используют методы контроля, предусмотренные ГОСТ Р 58952.1-2020.

Выделение остаточного вяжущего из битумных эмульсий выполняют в соответствии с Приложением Д.

10 Транспортирование и хранение

Битумные эмульсии должны храниться в специальных емкостях с соблюдением следующих условий:

- емкости должны быть изготовлены из стали (углеродистой или нержавеющей) или полимерных материалов. Не допускается использование емкостей из цветных металлов;

- предпочтительно использование вертикальных емкостей для хранения битумных эмульсий. Их преимущества перед горизонтальными емкостями: постоянство площади контакта открытой поверхности эмульсии, контактирующей с воздухом, как правило, меньшая площадь открытой поверхности, простота определения количества эмульсии в емкости;

- емкости для хранения эмульсий, используемых в горячем состоянии, должны иметь теплоизоляцию и регистры обогрева. Предпочтительно использовать для обогрева эмульсии горячую воду, так как нагрев водой не может привести к закипанию эмульсии и распаду ее на поверхности регистров обогрева;

- для предотвращения седиментации и коалесценции эмульсии при хранении, емкости должны быть оборудованы низкоскоростными (несколько оборотов в минуту) механическими лопастными мешалками. Не рекомендуется для перемешивания эмульсии использовать циркуляцию с помощью шестеренчатых насосов;

- не допускается хранение битумных эмульсий при температурах около и ниже 0°С;

- оптимальную температуру хранения необходимо принимать в соответствии с таблицей 4. Целесообразно обеспечивать температуру хранения максимально близкой к рекомендуемой температуре использования битумной эмульсии;

- емкости для хранения должны проходить ежегодную очистку и промывку от осадка и загрязнений, а также ежемесячную промывку со сливом осадка;

- для повышения стабильности при длительном (более одной недели) хранении на верхней поверхности эмульсии в емкости необходимо устраивать "керосиновый затвор" - тонкий слой керосина - 3-5 мм (из расчета 0,5 ), препятствующий контакту эмульсии с воздухом и образованию корки из битума.

Таблица 4 - Рекомендуемые температурные режимы хранения эмульсий

Класс эмульсии	Температура хранения, °С
	минимум	максимум
ЭБПК-1	55	80
ЭБПК-2	50	70
ЭБПК-3	10	40

Перед загрузкой эмульсии в емкости для хранения или транспортные цистерны необходимо убедиться в их чистоте и отсутствии остатков ранее хранившихся материалов. Перед загрузкой в емкость для транспортирования катионную битумно-полимерную эмульсию необходимо перемешать.

В таблице 5 приведена информация о совместимости битумных эмульсий с некоторыми материалами.

Таблица 5 - Совместимость катионных битумно-полимерных эмульсий с некоторыми материалами

Продукт, который был ранее в цистерне	Загружаемый продукт - катионная битумно-полимерная эмульсия
Битум	Очистить от ранее загруженного продукта
Разведенный битум	Очистить от ранее загруженного продукта
Катионная битумная эмульсия	Можно загружать
Анионная битумная эмульсия	Тщательно промыть
Сырая нефть, мазут	Тщательно промыть
Продукты, не упомянутые выше	Тщательно промыть

Транспортирование битумных эмульсий осуществляют в специальных закрытых цистернах, гудронаторах, металлических и пластиковых бочках и емкостях с соблюдением следующих условий:

- при перевозке битумные эмульсии должны загружаться только в чистые емкости, перечисленные выше, с учетом требований к совместимости согласно таблице 5;

- емкости должны быть оборудованы перегородками, предотвращающими плескание эмульсии внутри них;

- загрузка эмульсии в емкости должна осуществляться снизу, а при невозможности - через верхний люк емкости. При этом рукав, по которому производится загрузка, должен быть опущен как можно ближе к дну емкости во избежание пенообразования;

- перевозка должна осуществляться с равномерной скоростью, без рывков и толчков;

- перевозка битумных эмульсий автомобильным транспортом продолжительностью свыше трех часов и по железной дороге допускается только при условии введения в эмульсию в процессе приготовления стабилизирующих добавок;

- емкость для транспортирования должна заполняться доверху с целью исключения взбалтывания и преждевременного разрушения эмульсии. Выполнение этого положения особенно важно при осуществлении перевозок на дальние расстояния.

Библиография

[1]	ТУ 38.401-58-10-90.	Керосины осветительные
[2]	Методические рекомендации по приготовлению и применению катионных битумных эмульсий
[3]	ГН 2.2.5.3532-18	Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны