Сларри Сил и Микросурфесинг
Slurry Seal & Microsurfacing
Руководство к действию
Компания Akzo Nobel «Asphalt Applications» предлагает полный спектр высококачественных эмульгаторов для технологий Slurry Seal и Microsurfacing разработанных для разных погодных условий и под разные, доступные клиентам, материалы.
Задача этого руководства заключается в оказании помощи при разработке состава и характеристик смесей. Мы кратко рассмотрим как оценить качество конечной продукции, и считаем, что это руководство будет хорошей помощью для инженеров и лаборантов.
Дополнительную информацию, касающуюся подбора состава смеси, можно найти также на сайте ISSA www.slurry.org.
В этом руководстве мы используем термин slurry (сларри) как общий термин и только в конкретных случаях используем термины Slurry Seal и Microsurfacing. Эти две технологии можно объединить рядом характеристик, но также существуют и различия.
Slurry Seal это метод устройства тонких литых слоев по существующему дорожному покрытию. Эта холодная смесь состоит из плотного минерального материала с наполнителем, обычно портландцементом, перемешанная до однородной консистенции с битумной эмульсией и водой. После того как произойдет так называемое «время высыхания» поверхность становится непроницаемой для воды, улучшается коэффициент трения, таким образом, старое покрытие защищается от воздействия воды, окисления и дальнейшего разрушения. Существует разделение на несколько типов по гранулометрии каменного материала в соответствии с ISSA I, II и III, каждый тип может быть уложен только в один слой толщиной не превышающей 1,5 раза максимальный размер толщины камня для каждого типа.
Slurry Seal обычно классифицируется от времени формирования и открытия движения по поверхности:
• Медленная скорость формирования - зависит от испарения воды из поверхности слоя, и от погодных условий; открытие движения по поверхности через 2-4 часа.
• Средняя скорость формирования - зависит от химической природы компонентов; открытие движения может быть через 1-2 часа.
• Быстрая скорость формирования - зависит только от химических процессов распада эмульсии и взаимодействия с компонентами смеси; открытие движения по поверхности не позже чем через 1 час и раньше. Это также является главным требованием для Microsurfacing.
Microsurfacing - это модифицированное полимерами покрытие типа slurry, по классификации ISSA грансостав каменного материала относится к II или III типу. Грансостав и полимерные добавки позволяют получить покрытие в один слой толщиной более чем в 1,5 раза превышающей размер максимального зерна каменного материала. Полимер позволяет получить покрытие с хорошей текстурой, устойчивое к интенсивным нагрузкам.
Microsurfacing применяют там, где необходимо открыть движение максимум через час.
Slurry Seal выполняет ту же задачу, что и поверхностная обработка (chip seal). Это улучшение состояния верхнего слоя покрытия и защита поверхности от вредного воздействия воды, проникающей в поверхность дороги через микротрещины. Такое покрытие обладает преимуществом в том, что нет выброса щебня, как в поверхностной обработке из-за стекания эмульсии, а также позволяет получить покрытие с меньшим шумом от движения по нему.
Microsurfacing дает возможность получать покрытия более толстые и использовать на дорогах с большой интенсивностью движения. Жидкое начальное состояние позволяет выравнивать дефекты поверхности, например колейность. Такое покрытие, как правило, применяют на асфальтированных дорогах, иногда на бетонных покрытиях, которые находятся в хорошем состоянии, а покрытие необходимо для профилактической защиты верхнего слоя, а также для улучшения текстуры поверхности. Из-за жидкого начального состояния происходит заполнение поверхностей трещин, но герметизации на всю глубину трещины не происходит. Поэтому необходимо проводить предварительный ремонт трещин
Выбор материалов и подбор состава
Очень важно тщательно подобрать составы битумной эмульсии и каменного материала так, чтобы они хорошо взаимодействовали.
Экономически целесообразно подобрать правильный эмульгатор под имеющиеся у подрядчика битум
Битум и каменный материал. Однако, как показывает практика наилучшие результаты показывают хорошо проверенные материалы, позволяющие минимизировать корректировку состава в процессе работы
В мире различают два основных типа битума, с высоким показателем кислотности (из Венесуэльской нефти) и с низкий показателем кислотности (из Российской и Арабской нефти). Эти битумы работают в битумной эмульсии по-разному. Иногда, нафтеновые кислоты или другие жирные кислоты добавляют в битум с низкой кислотностью, в попытке улучшить перемешивание и качество производимой из него эмульсий. Это, однако, редко дает удовлетворительные результаты. Есть много вариантов рецептов для этих двух основных типов битумов, которые могут повлиять на качество эмульсии, а также на смешивание суспензии и даже на конечную прочность получаемого покрытия.
Каменный материал
Первое требование - это соответствие грансостава каменного материала определенному типу по спецификации.
Так называемая «реакционная способность» каменного материала, влияет на тип и концентрацию эмульгатора, для получения оптимального времени перемешивания системы «mix time». Для определения «реакционной способности» каменного материала используют метод «methylene blue» и метод песчаного эквивалента. Однако, единственным по-настоящему значимым методом, является метод смешивания суспензии по стандарту ISSA TB 113.
Тип | I | II | III |
Размер части | % просев | % просев | % просев |
9.50 mm | 100 | 100 | 100 |
4.75 mm | 100 | 90-100 | 70-90 |
2.36 mm | 90-100 | 65-90 | 45-70 |
1.18 mm | 65-90 | 45-70 | 28-50 |
0.60 mm | 40-65 | 30-50 | 19-34 |
0.30 mm | 25-42 | 18-30 | 12-25 |
0.15 mm | 15-30 | 10-21 | 7-18 |
0.075 mm | 10-20 | 5-15 | 5-15 |
Тип наполнителя
Расход цемента (%) |
|
Нормальный результат Альтернативный результат |
Добавление наполнителя оказывает важный эффект на время смешивания и процесс нанесения, а также на качество суспензии. Обычно используют Портланд цемент от 0,5 до 2%, но можно также использовать и другие виды цемента, и гашеную известь. Очень важно оценить влияние добавляемого наполнителя в тесте на смешиваемость. Это обычно означает подбор и концентрацию добавляемого наполнителя, что влияет на оптимальное содержание вяжущего.
Но необходимо знать, что в некоторых составах цемент может оказывать или не оказывать влияние на время смешивания смеси
Тип эмульгатора
Выбор эмульгатора зависит изначально от требуемого типа системы, т. е. медленный, средний или быстрый набор прочности, а также от типа битума. Активность каменного материала и наполнителя также имеет важное влияние на выбор типа и концентрацию эмульгатора.
Подбор концентрации и типа эмульгатора, а также тип используемой кислоты и степень дисперсности эмульсии – все это может оказывать влияние на производительность укладки и качество покрытия.
Общая зависимость показателей (изображенных на графиках) была определена на базе многочисленных подборов и исследований, но не означает, что в конкретном случае она будет такой же.
Более высокая концентрация эмульгатора дает больше времени перемешивания.
Низкий рН и маленькая степень дисперсности, как правило, дают более короткое время смешивания и более выраженный распад и улучшенную когезию.
pH | 1 1,5 2 2,5 | Размер частиц в эмульсии | 2 4 6 8 |
(микрон) |
Латекс
Латексы могут быть введены в эмульсию либо на стадии эмульгирования, либо в готовую эмульсию. Добавление натурального или синтетического полимерного латекса может улучшить консистенцию и когезию системы slurry и оказывать влияние на прочность сформированного покрытия slurry.
Было доказано, что для оптимальной работы концентрация должна быть такой, чтобы образовалась «полимерная сетка» в суспензии. Как правило, это от 3 до 5% по сухому остатку латекса на битумную часть в эмульсии.
Натуральный латекс является анионным, поэтому необходимо инвертировать его заряд перед введением в катионную эмульсию. Этого можно достигнуть путем использования поверхностно-активного вещества и доведением рН до нужного уровня. Синтетический латекс может быть катионным SBR. Он уже содержит поверхностно-активное. Тип и количество поверхностно-активного вещества в латексе может влиять на когезию при формировании slurry.
Латексы могут быть введены либо через водную фазу перед коллоидной мельницей, либо в готовую эмульсию после производства. При длительном хранении эмульсии часть латекса всплывает на поверхность эмульсии, это - нормальное явление, которое восстанавливается перемешиванием.
Твердые полимеры, такие как SBS и EVA, могут быть использованы для модификации битума чтобы повысить его долговечность. Эти полимеры вводятся в битум до приготовления эмульсии. Однако эмульсия на ПБВ очень замедляет когезию в Slurry Seal. Необходимо также учитывать, что ПБВ должно быть определенного состава и качества, чтобы получить эмульсию.
Вода
Важно использовать чистую воду без содержания солей и примесей – обычно это питьевая вода.
Волокна
Задача волокна - дополнительно улучшить структуру slurry. Хороший эффект получают при введении более 1 кг / м2 в процессе укладки. Обычно это достигается путем добавления гидрофобного целлюлозного волокна в количестве от 0,2 до 0,3% от веса смеси.
Улучшить структуру и предел прочности при растяжении конечного покрытия можно также с помощью полипропиленовых или других волокон.
Пигменты
Синтетические бесцветные вяжущие, могут быть использованы с железоокисными пигментами для получения цветного покрытия slurry. Пигменты вводятся в процессе смешивания на стадии жидкой фазы.
Slurry – рецептура эмульсии и испытания совместимости материалов
В первую очередь необходимо разработать «микс дизайн» состав смеси, для этого подбирают эмульгатор и его концентрацию, а также добавку для продления времени смешивания. Это обеспечит хорошее качество эмульсии и достаточное время перемешивания с выбранными материалами при рабочей температуре.
Чтобы сэкономить время на подбор концентрации эмульгатора в эмульсии, готовят две эмульсии с концентрацией эмульгатора 0,5% и 2%, а затем смешивают эти эмульсии в разных соотношениях. Таким образом, подбирают наиболее приемлемую концентрацию эмульгатора. Эмульсию по выбранному рецепту приготавливают для дальнейших полномасштабных испытаний.
10°С 20°С |
Необходимо вычислить оптимальное количество вяжущего для конкретного каменного материала определенного гран состава.
Добавка для продления смешивания должна быть запроектирована в состав смеси по температурному критерию от самой низкой предполагаемой рабочей температуры. Когда температура окружающей среды возрастает с момента начала производства работ в полевых условиях, добавка для продления смешивания может быть добавлена, а когда температура понижается, добавку прекращают подавать, поскольку времени смешивания должно быть достаточно и без нее. Влияние добавки и температуры определяется по консистенции смеси, и тестируется в разных моделируемых условиях в лаборатории.епта эмульсий с разными концентрациями эмульгатора, на «холодный» и «жаркий» период работ. Эти эмульсии могут также различаться и пенетрацией битума и содержанием растворителей.для проведения дальнейших испытаний. Для контроля над временем смешивания в полевых условиях наиболее популярна добавка для продления смешивания. Но необходимо знать, что ее использование оптимально только для изменения времени смешивания в течении рабочего дня, когда меняются погодные условия. Для разных сезонных условий лучше иметь два рецепта эмульсий с разными концентрациями эмульгатора, на «холодный» и «жаркий» период работ. Эти эмульсии могут также различаться и пенетрацией битума и содержанием растворителей.
Добавку для продления времени смешивания добавляют через отдельный блок в сларри-машине. Можно также добавить ее в емкость с водой, но тогда невозможно контролировать процесс. Если же добавку ввести в эмульсию, то эффекта не будет, поскольку она адсорбируется на разделе вода/битум. Добавка для продления смешивания обычно пагубно влияет на процесс формирования Slurry Seal - когезию. А также может влиять на прочность конечного покрытия, и это необходимо проверять в лаборатории при тестировании и подборе.
Мы предлагаем рассмотреть 2 типа добавок для продления смешивания:
0 0,05 0,1 0,15 |
|
Расход стабилизатора (%) |
- Четвертичный тип. Эти добавки достаточно эффективные, легко растворяются в воде без подкисления, однако из-за низкой температуры вспышки они пожароопасные.
Мы производим негорючие четвертичные добавки, на водном растворителе, чтобы минимизировать опасность возгорания - это Redicote 611 . Все четвертичные добавки продления смешивания создают мелкую пену, которая помогает продлить время смешивания, но может препятствовать быстрому набору когезии. - Имидозолиновый тип. Эти добавки продления времени смешивания не очень хорошо растворимы в воде и требуют дополнительного подкисления воды для лучшей растворимости. Мы поставляем специально разработанную добавку имидозолинного типа хорошо растворимую в воде - Diamin OLBS. Имидозолинные добавки лучше влияют на процесс когезии, чем четвертичные. Поэтому, несмотря на трудность в их применении, они более предпочтительны в использовании.
Другой способ управления временем смешивания в процессе работы - это иметь два типа битумной эмульсии с разной концентрацией эмульгатора, и в процессе работы смешивать эти два типа эмульсии в разных пропорциях в зависимости от требуемого времени перемешивания при разных температурных условиях укладки и формирования покрытия сларри.
Различные типы наполнителей тоже влияют на время смешивания и, регулируя их концентрацию, можно также контролировать это время. Разные эмульгаторы ведут себя по-разному с различными наполнителями. Если влияние наполнителя очевидно, то необходимо проверить это влияние во всем приемлемом диапазоне концентрации наполнителя и выявить зависимость в лаборатории для точного контроля за временем смешивания и когезией.
Тест на смешивание по ISSA TB 102 является важным инструментом для оценки смеси и всей характеристики системы сларри. Основное субъективное требование теста – получить достаточно жесткую смесь с минимальным добавлением воды. Тщательно наблюдайте за консистенцией в течении первых 30 секундах перемешивания, чтобы определить ложную суспензию . Необходимо четко определить точку по времени окончания перемешивания, для того чтобы понимать предельное время смешивания в машине, пока жесткость смеси не достигнет предела удобоукладываемости смеси. Slurry-машины могут производить суспензию в течении минимум 1 минуты, поэтому время перемешивания смеси определенное в лаборатории должно быть подобрано в диапазоне минимум 1,5 – 2 минуты, для того чтобы в полевых условиях процесс протекал правильно. Более длительное время перемешивания до 5 минут, позволяет произвести работы ручным способом и дает время на корректировку покрытия и исправление дефектов.
Во время теста на когезию и смешивание получается очень много неудачных образцов, это вполне нормальное явление. Это необходимо, чтобы четко определить время смешивания и точку начала схватывания смеси. Выделение чистой воды, отделяемой при когезионном схватывании смеси, это признак правильности работы системы и распада эмульсии.
Правильную когезию можно наблюдать после того как пройдет период времени смешивания, и из смеси можно сформировать колобок, который будет набирать прочность, и если его бережно сжимать в руке, то начнет отделятся вода. Если же на этом этапе колобок рассыпается и не формируется, это означает, что когезии нет, и необходимо делать новые подборы смеси и компонентов. При правильном формировании колобок получается пластичным и твердым.
Для наблюдения за дальнейшим набором прочности и когезии шарик сбрасывают на пол с высоты уровня груди и смотрят, образу
Если при трех испытаниях не образуется не одной трещины – это говорит о хорошей когезии и правильном смесеобразовании и формировании смеси. Далее колобок может быть разломан для оценки внутренне состояния и покрытия каменного материала вяжущим. Плохое покрытии может означать проблемы с адгезией вяжущего к каменному материалу.ются ли трещины.
Прибор Когезиометр, ISSA TB 139, позволяет оценить развитие когезионной прочности во времени для того, чтобы понять через какое время можно открывать транспортное движение по новому покрытию.
Понятие «когезия» - это набор прочности при формировании покрытия в следствии распада эмульсии и образования монолитной структуры вяжущего, полимера и каменного материала. Величина когезии зависит от физико-химических свойств используемых материалов и их соотношения.
Заливка образца |
Удаление формовочного кольца |
Проверка состояния через 5 минут |
Измерение когезии |
График определения типа сларри:
Важные результаты при подборе состава можно получить с помощью методики на «влажное истирание» по стандарту ISSA TB-100. В новой версии стандарта образцы отливаются и хранятся при комнатной температуре одни сутки (не высушиваются до постоянного веса), а затем испытываются на «влажное истирание». Если образец выдерживает истирание, то это указывает на хорошую когезионную прочность покрытия. Более расширенные испытания на «влажное истирание» могут проводиться после погружения образцов в воду на 6 дней, это позволяет оценить устойчивость к воде – водостойкость при длительном водонасыщении.
Состав смеси (Mix Design) и характеристики
После того, как был подобран рецепт эмульсии и состав смеси, можно проводить испытания будущего покрытия для оценки его долговечности.
Тест на «влажное истирание» позволяет оценить минимальное количество вяжущего (битума) в смеси, а тест ISSA TB-109 «нагруженное колесо» позволяет оценить максимальное количество вяжущего (битума) в системе. По этим двум тестам определяют оптимальное необходимое количество вяжущего.
Графики определения оптимального содержания битума в составе смеси сларри
Приготовление образцов на «влажное истирание»
Заливка образца |
Распределение по поверхности |
Сушка до постоянного веса |
Погружение в воду на 24 часа или 6 суток |
Испытание на влажное истирание |
Сравнительная оценка образцов |
Испытание на «нагруженное колесо»
Заливка образца |
Образец после испытаний |
Тест на нагруженное колесо |
Оценка состояния образца после испытаний |
Как наносится «Сларри»
Смесь «сларри» наносится на дорогу с помощью специальной машины, оборудованной бункером для каменного материала, емкостью для битумной эмульсии, воды, стабилизирующей добавки и бункером для наполнителя. Все компоненты дозируются в определенном соотношении с помощью дозаторов. После непрерывного предварительного смешивания всех компонентов в смесителе, готовая смесь вытекает в распределительный короб, который находится на дороге и установлен так, чтобы при протягивании его по дорожному полотну оставалось покрытие установленной толщины. В распределительном коробе имеются шнеки, которые распределяют смесь по всему объему.
Время, которое необходимо для предварительного смешивания в смесителе и распределения по коробу, называется временем смешивания смеси «mix time», оно подбирается лабораторным методом подбора состава смеси и рецептом битумной эмульсии. Это время – важный показатель, так как после его истечения смесь становится неподвижной и начинаются процессы схватывания (когезии) и распада эмульсии.
Время, которое необходимо для открытия движения по покрытию называется «traffic time». Это время предварительно определяется лабораторным путем и зависит от состава смеси сларри, рецепта эмульсии, а также от погодных условий и времени суток укладки.
Устройство машины для укладки
Компания AkzoNobel разработала эмульгатор, который позволяет получить длительное «время смешивания» в смесителе и в коробе распределителе, быстрый набор когезии, и сократить время открытия движения по покрытию. В некоторых случаях можно открывать движение с ограниченной скоростью уже через 15-20 минут после укладки.
Этот эмульгатор Redicote C-320, был специально разработан под Российские типы битумов БНД, БДУ с учетом их химического состава и низкой кислотности. Эмульсия на его основе обладает четким распадом после определенного времени перемешивания в смеси со всеми необходимыми компонентами. Хорошее водоотделение позволяет быстро набирать когезионную прочность и формировать монолитную структуру каменного материала, связанную битумным вяжущим. Присутствие цемента и мелкой фракции ≥0,75мм образуют с битумом асфальто-битумное вяжущее, а наличие в эмульсии полимеров придает этому вяжущему пластичные свойства в широком диапазоне температур.
Эмульгатор Redicote C-320 активируется с помощью ортофосфорной кислоты, которая обладает положительным влиянием на битумы с низкой кислотностью, и придает им дополнительные пластифицирующие свойства, а также улучшает адгезию к каменному материалу.
Когда применяют Сларри.
Покрытие типа сларри – это защитный слой износа, который позволяет продлить срок эксплуатации дороги до капитального ремонта на десятки лет. Само покрытие сларри может износиться через 2-3 года после его устройства, и это нормально, это покрытие принимает на себя все нагрузки от движения транспорта, погодных изменений, и воздействия уборочной техники. Но оно выполняет свое предназначение, как защитный слой основного покрытия, уберегая его от разрушения. Этот слой настолько мал, что после его износа можно наносить следующий слой, не применяя фрезерование. Наши шведские коллеги сравнивают покрытие сларри-майкро с краской и шпатлевкой. Когда изнашивается слой краски на автомобиле, а при запущенном процессе этого износа появляются дефекты в виде трещин и коррозии, и при механических воздействиях неровности, то требуется ремонт и восстановление покрытия. Дорога - это как автомобиль без краски. Чтобы та и другая долго могли служить (металл и дорожное полотно) их нужно защитить. Машину мы красим, а дорогу покрываем слоем износа - сларри тип I. Если прошло несколько лет эксплуатации, то могут образовываться дефекты – требуется шпатлевка и покраска. На дороге мы применяем в этом случае тип II и тип III. Ухаживая таким образом за машиной и за дорогой, мы можем длительное время пользоваться ими. Это намного экономичнее, чем каждый раз менять машину или строить дорогу заново!
Базовая рецептура и состав смеси
Состав эмульсии | % |
Битум БНД 90/130 | 60,0 |
Butonal NX4190 | 3,5 |
Redicote C-320 | 1,4 |
Diamin OLBS | 0,05 |
H3PO4 по рН | 2,2рН |
Н2О | 34,5 |
итого | 100 |
Состав смеси
Щебень тип II | Цемент м 500 | Вода |
Стабилизирующая добавка |
Эмульсия |
Время смешивания |
Открытие движения |
частей | частей | частей | частей | частей | секунд | минут |
100 | 0,5 | 8 | 0 | 12 | 180 | 15-20 |
Комментарий
Если использовать стабилизирующую добавку, то можно значительно сократить расход эмульгатора, но важно понимать, что не все стабилизирующие добавки хорошо влияют на процесс когезии.
Время смешивания можно уменьшить за счет уменьшения концентрации эмульгатора в эмульсии.
Рецепт выбран как универсальный, который может позволить получить сразу хороший результат.