ОЦЕНКА АДГЕЗИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ВОДНО-МАСЛЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ

ESTIMATION OF ADHESION CAPACITY OF WATER-OIL EMULSION

Anastasia Volkova

student, Department of Highways and Urban Cadastre, T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University,

Russia, Kemerovo

Mikhail Sokolov

Ph.D. of Engineering Sciences, Associate Professor, Department of Highways and Urban Cadastre, T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University,

Russia, Kemerovo

АННОТАЦИЯ

Целью статьи является изучение физико-химического взаимодействия водно-масляной эмульсии с дорожно-строительным материалом. Адгезия системы «эмульсия - каменный материал» играет важную роль при проведении пылеподавляющих мероприятий. Проведен эксперимент для определения адгезионной способности эмульсии к щебню и ее наилучшего способа нанесения на поверхность каменного материала. По итогам эксперимента сделаны заключения об эффективности использования водно-масляной эмульсии, в состав которой входит техническое масло И-50.

ABSTRACT

The purpose of the article is to study the physicochemical interaction of water-oil emulsion with road-building material. The adhesion of the «emulsion-stone material» system plays an important role in dust suppression measures. An experiment was carried out to determine the adhesive ability of the emulsion to crushed stone and its best way to apply it to the surface of the stone material. Based on the results of the experiment, conclusions were made about the effectiveness of using a water-oil emulsion, which includes technical oil I-50.

Ключевые слова: пылеподавление, адгезия, водно-масляная эмульсия, щебень.

Keywords: dust suppression, adhesion, water-oil emulsion, crushed stone.

Пылеподавление, в условиях строительства новых объектов дорожного хозяйства, содержания существующих автомобильных дорог общего пользования и технологических дорог на производстве, а также использования грунтовых дорог в сельскохозяйственной деятельности, является одной из проблем весенне-летне-осеннего периода. Пыль – это мелкие твёрдые частицы органического или минерального происхождения диаметром до 0,05 мм [1, с. 1]. Под механическим воздействием колес транспортных средств на покрытие с переходным типом, образуется облако пыли - покрытие изнашивается, что влияет на ухудшение видимости в пределах дороги, на развитие неизлечимых заболеваний у людей и ухудшение работоспособности, на снижение объемов урожая сельскохозяйственных культур. В настоящее время имеется большое количество различных материалов и методов обеспыливания покрытий дорог, включающие смачивание водой, обработка химическими растворами солей и продуктами переработки нефти, и другими отходами химического производства. Каждый метод имеет свои достоинства и недостатки. В связи с особенностями, известных методов обеспыливания, был разработан материал на основе водно-масляных эмульсий. Проверка эффективности эмульсии осуществлялась в лабораторных условиях, путем продувки контрольных образцов с предварительно разрыхленной поверхностью в разработанной установке, при визуальной оценке. Было отмечено снижение уровня запыленности помещения и осевших пылеватых частиц в испытательной установке [2, с.4]. Однако исследование об эффективности пылеулавливающей способности водно-масляной эмульсии было направлено на изучение конечных свойств эмульсии без учета специфики физико-химического взаимодействия компонентов системы с дорожно-строительным материалом [3, с.3]. Важным свойством обеспыливающей эмульсии является ее адгезия к каменному материалу, для определения адгезионной способности эмульсии был проведен эксперимент.

Эксперимент заключался в оценке качества сцепления водно-масляной эмульсии со щебнем и определении наилучшего способа ее нанесения. Приготовление эмульсии производилось на основе данных предыдущих исследований. Для определения качества сцепления из средней пробы щебня были отобраны двенадцать зерен размером не менее 10 мм. Шесть зерен щебня погружались в водно-масляную эмульсию, а другие шесть были обработаны из пульверизатора до полного покрытия поверхности щебня эмульсией. После чего обработанный щебень оставался подвешенным на штативе для стекания лишней эмульсии. Через один час каждый образец помещался в химический стакан с водой, нагретой до 50°С на 3 минуты. По истечении времени образцы вынимались из воды и помещались на бумажную поверхность до полного высыхания при комнатной температуре.

В момент погружения щебня в горячую воду наблюдалось резкое ее помутнение белого оттенка, на поверхности воды появлялись малые масляные капли, а также, масленые кольца на стенках химического стакана (рис. 1).

а)                                                             б)

Рисунок 1. Изменения горячей воды при погружении обработанных образцов: а) помутнение вод; б) масляное пятно на поверхности воды

Оценка результатов эксперимента на адгезионную способность проводилась в соответствии с ГОСТ 12801-98 [4, с. 26]. Условный критерий приведен в таблице 1.

Таблица 1.

Оценка качества сцепления эмульсии со щебнем

Таблица 2.

Оценка качества сцепления эмульсии со щебнем

а)                                                                              б)

Рисунок 2. Образцы щебня после эксперимента:

а) образец с наименьшей оценкой; б) образец с наибольшей оценкой

При распылении водно-масляной эмульсии из пульверизатора на поверхности одного из образцов пленка эмульсии покрыла чуть более 50% поверхности, тогда как при погружении все образцы получили более равномерное покрытие и, как следствие, наивысшую оценку качества сцепления.

После оценки результатов качества сцепления водно-масляной эмульсии с поверхностью щебня образцы были оставлены на бумаге формата А4 на 7 дней.

а)

б)

Рисунок 3. Образцы щебня спустя 7 дней после эксперимента: а) при погружении; б) при распылении водно-масляной эмульсии

На рисунке 3 видно, что бумажная подложка пропитана маслом, значит, адгезии водно-масляной эмульсии к поверхности щебня мала. Эмульсия не задерживается на поверхности каменного материала, что может привести к прилипанию масла на шины автомобилей и снижению безопасности дорожного движения.

По результатам проведенного эксперимента отмечается способность водно-масляной эмульсии к обеспыливанию каменного материала, при этом, эффективность сильно зависит от способа нанесения состава. Однако, эмульсия не способна задерживаться на каменном материале и свободно отделяется от него при нормальных условиях. Таким образом, применение водно-масляной эмульсии на основе технического масла И-50 на автомобильных дорогах не целесообразно, т.к. отсутствует долгосрочный эффект обеспыливания и снижается безопасность движения автомобиля.

Список литературы:

1. Геращенко, Е.А. Обеспыливание грунтовых и щебеночных дорожных покрытий / Е.А. Геращенко, Сиротюк В.В. - Текст: электронный // Образование. Транспорт. Инновации. Строительство. – 2018. – С. 363-369. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=35240450 (дата обращения: 21.02.2021)
2. Применение водно-органической эмульсии для обеспыливания автомобильных дорог Кузбасса / С.Н. Шабаев, М.В. Соколов, А.Р. Аманбакиев. – Текст: электронный // Россия молодая – 2017. – URL: https://docplayer.ru/89468260-Primenenie-vodno-organicheskoy-emulsii-dlya-obespylivaniya-avtomobilnyh-dorog-kuzbassa.html (дата обращения: 09.03.2021)
3. Киреева, Е.В. Пылеулавливающие составы на основе водных дисперсий растительных полимеров / Е.В. Киреева, Н.К. Кондрашева, О.В. Зырянова, А.С. Дринберг, Г.Р. Недведский. – Текст: электронный // ИННОВАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ В ДИЗАЙНЕ. - 2018. – С. 68-69. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=32820406 (дата обращения: 12.01.2021)
4. ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства / разработан Трансстрой. – Москва: Госстрой России, 1998. – 51с. - URL: https://meganorm.ru/Index2/1/4293745/4293745683.htm – Текст: электронный. (дата обращения: 01.04.2021)
5. Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов / М.Н. Першин, А.П. Платонов, Л.А. Марков, Ю.Н. Розов. – Москва: Транспорт, 1993. - 145 с. - URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01001668975 - Текст электронный. (дата обращения: 15.02.2021)
6. Богданова, Ю.Г. Адгезия и ее роль в обеспечении прочности полимерных композитов: учебное пособие / Ю.Г. Богданова. – Москва: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2010. – 68 с. – URL: http://nano.msu.ru/files/master/I/materials/adhesion.pdf - Текст электронный. (дата обращения: 11.02.2021)
7. Кошкаров, В.Е. Разработка технологии обеспыливания карьерных автодорог на основе битумно-полимерных материалов / В. Е. Кошкаров, Д. Г. Неволин. - Текст: электронный // Инновационный транспорт. – 2015. – № 2 (16). – С.64-71. – URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23644194 (дата обращения: 25.01.2021)
8. Разработка органической эмульсии и комплекса мероприятий по обеспыливанию автомобильных дорог Кузбасса / С.Н. Шабаев, М.В. Соколов, Е.М. Вахьянов, С.А. Иванов. - Текст электронный // КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ – 2016. – С. 82-85. - URL: http://lib.kemsu.ru/userfiles/file/PP/029.pdf (дата обращения: 21.02.2021)
9. ОДМ 218.8.009-2017 Методические рекомендации по технологии обеспыливания автомобильных дорог с переходным типом покрытия с использованием битумной эмульсии / разработан ИПНГ СО РАН. – Москва: РОСАВТОДОР, 2017. – 60с. - URL: https://meganorm.ru/Index2/1/4293745/4293745683.htm – Текст: электронный (дата обращения: 18.03.2021)