Первым способом обычно пользуются для производства горячих смесей с предварительным нагревом исходных минеральных материалов, а также при устройстве поверхностной обработки и подгрунтовки разливом горячего битума на холодную поверхность. Горячие смеси хранят, транспортируют и используют только в нагретом виде. Окончательную прочность дорожное покрытие приобретает после охлаждения используемых материалов.

Достоинство «горячего способа» - возможность получения высокопрочного асфальтобетона при использовании битумов с высокой вязкостью для дорог с интенсивным движением большегрузного транспорта.

Второй способ, как правило, дороже из-за высокой стоимости растворителей. Окончательная прочность материала устанавливается только после полного растворения растворителя, что ведет к загрязнению атмосферного воздуха и к повышенной пожароопасности при производстве работ.

Битумные эмульсии (третий способ) обеспечивают альтернативный подход, при котором битум приобретает жидкую форму за счет дисперсии в воде. Низкая вязкость битумных эмульсий обеспечивает хорошую способность обработки каменных материалов без их сушки и нагрева. Окончательная прочность дорожного покрытия устанавливается после распада эмульсии, удаления воды путем впитывания в дорожное основание и испарения. Твердая битумная фаза образуется в виде непрерывной тонкой пленки. Такие технологические свойства битумных эмульсий наряду с экономичностью и высокой безопасностью проведения работ, способствуют все более широкому их использованию. Кроме того, значительно снижаются выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. В экономически развитых странах мира до 30% битума, применяемого в дорожном строительстве, используют в виде битумных эмульсий.

Кроме того, битумные эмульсии применяют для гидроизоляции зданий и сооружений, а также для устройства и ремонта мягких кровель.

Битумные эмульсии - это дисперсия битума в воде. Чтобы система из этих двух взаимно несмешивающихся жидкостей была устойчивой необходим третий компонент - эмульгатор. Эмульгатор - это поверхностно активное вещество (ПАВ), ионизированные молекулы которого состоят из гидрофильной «головной» катионной или анионной функциональной группы и гидрофобного липофильного «хвоста», представляющего собой длинную углеводородную цепочку. Ионы молекул эмульгатора адсорбируются на поверхности битумных капель углеводородными липофильными «хвостами» внутрь, а гидрофильными ионными группами наружу. Это создает электрический и пространственно отталкивающий энергетический барьер между каплями, препятствует их тесному сближению и слиянию. ПАВ снижают поверхностное натяжение и облегчают эмульгирование битума. Размер битумных капель, взвешенных в воде - от 1 до 6 мкм.

Схема периодического производства битумной эмульсии

Визуально битумные эмульсии представляют собой однородную темно-коричневую жидкость, изменяющую при распаде свой цвет на черный. В зависимости от типа эмульгатора битумные эмульсии разделяют на катионные и анионные. В катионных (кислых) эмульсиях капли битума приобретают положительный заряд, а в анионных (щелочных) - отрицательный.

Большинство минеральных материалов, используемых в дорожном строительстве, содержат диоксид кремния, который в присутствии воды ионизируется с образованием анионов кремневых кислот, т.е. эти минералы имеют кислую природу. Поверхность таких материалов в воде приобретает незначительный отрицательный заряд. В то же время минеральные материалы щелочной природы, содержащие углекислый кальций, в воде приобретают незначительный положительный заряд.

Анионные битумные эмульсии смешиваются только с минеральными материалами щелочной природы. Взаимодействие происходит за счет электростатического притяжения отрицательно заряженных капель битума к положительно заряженной поверхности каменного материала, т.е. в результате физической адсорбции. Сцепление вяжущего, выделенного из эмульсии, с твердой поверхностью в этом случае получается не очень прочным.

Катионные битумные эмульсии универсальны и взаимодействуют с минеральными материалами как кислой, так и щелочной природы. Это взаимодействие обусловлено как физической адсорбцией за счет электростатического притяжения, так и протеканием химических реакций на границе раздела фаз с образованием нерастворимых в воде соединений. В результате сцепление битума, выделенного из катионных эмульсий, с каменным материалом получается достаточно прочным. С минералами кислой природы катионные битумные эмульсии реагируют быстрее, чем с каменными материалами щелочной природы. Благодаря своей универсальности и хорошей адгезии эмульгированного битума к поверхности минеральных материалов кислой и щелочной природы в мировой практике широкое распространение получили катионные битумные эмульсии.

По смешиваемости с минеральными материалами (скорости распада) эмульсии делятся на три класса: быстро-, средне- и медленнораспадающиеся. Скорость распада эмульсии зависит от вида и количества эмульгатора, величины показателя концентрации водородных ионов (pН), свойств битума и способа эмульгирования, свойств взаимодействующих с эмульсией минеральных материалов и погодных условий.

Быстрораспадающиеся эмульсии не смешиваются с минеральными смесями пористого и плотного зернового составов. Они активно взаимодействуют с минеральным материалом и их распад происходит ориентировочно через 10-30 минут после соприкосновения. Эти эмульсии применяют в технологиях, основывающихся на ее разливе: для устройства поверхностных обработок, подгрунтовки, ямочного ремонта способами пропитки и струйно-инъекционным, пропиток.

Среднераспадающиеся эмульсии смешиваются с минеральными смесями пористого состава и не смешиваются со смесями плотного зернового составов. Такие эмульсии взаимодействуют с минеральным материалом со средней активностью и распадаются через 30-60 минут после начала контакта. Эти эмульсии применяют для устройства тонкослойных покрытий из литого микроасфальта, приготовления черного щебня и пористых эмульсионно-минеральных смесей (в т.ч. складируемых для ямочного ремонта), пропитки, подгрунтовки, устройства оснований (покрытий) способом холодного рисайклинга, ямочного ремонта струйно-инъекционным способом.

Медленнораспадающиеся эмульсии смешиваются с минеральными смесями пористого и плотного зернового составов. Они взаимодействуют с минеральными материалами с малой активностью. Их распад основан, главным образом, на испарении содержащейся в эмульсиях воды. Эти эмульсии используют для приготовления плотных эмульсионно-минеральных смесей, холодного асфальтобетона, литых холодных асфальтобетонов, регенерированного асфальтобетона, укрепления грунтов.

Минеральный материал оказывает существенное влияние на распад эмульсии. Чем выше содержание в минеральной смеси пылеватых и глинистых фракций, наиболее интенсивно влияющих на коагуляцию битума, тем быстрее распад эмульсии.

Битумные эмульсии производят с помощью диспергирующих устройств. Чаще всего для этого применяют коллоидные мельницы.

Производство битумных эмульсий осуществляют отдельными партиями либо непрерывно.

Производство битумных эмульсий партиями включает в себя как минимум два этапа: подготовку водной фазы и собственно процесс эмульгирования. Водная фаза - это водный раствор эмульгатора, реагента для перевода эмульгатора в ионную форму (кислоты - для катионных эмульсий, щелочи - для анионных) и, при необходимости, других компонентов, улучшающих свойства эмульсий. Водную фазу готовят в емкостях с мешалками в соответствии с заданной рецептурой (объем, температура, РН, дозировка составляющих компонентов). Заранее приготовленная водная фаза и горячий битум дозируются в коллоидную мельницу для смешивания. При необходимости битум можно разжижать дозированным впрыскиванием разжижителя в битумный трубопровод.

При непрерывном производстве битумных эмульсий дозировка компонентов водной фазы и разжижителя осуществляется автоматически индивидуальными насосами в соответствующие трубопроводы.