Прымяненне павярхоўна-актыўных рэчываў у дарожным будаўніцтве

Павярхоўна-актыўныя рэчывы (таксама вядомыя як павярхоўна-актыўныя рэчывы) з'яўляюцца неабходнымі хімічнымі дапаможнымі рэчывамі ў развіцці прамысловасці і сельскай гаспадаркі, з перавагай дасягнення значных вынікаў пры малых дозах. Асабліва пасля Другой сусветнай вайны, з развіццём нафтахімічнай прамысловасці, хутка развіваецца прамысловасць сінтэтычных павярхоўна-актыўных рэчываў, якая яшчэ больш спрыяла прымяненню павярхоўна-актыўных рэчываў у розных галінах, такіх як нафта, тэкстыль, пестыцыды, медыцынскае лячэнне, металургія, горназдабыўная прамысловасць, машынабудаванне, будаўніцтва, дарогі, авіяцыя, харчовая прамысловасць, ахова навакольнага асяроддзя, мыццё і фарбаванне і г.д. У гэтым артыкуле будзе разгледжана прымяненне павярхоўна-актыўных рэчываў у якасці асфальтавых эмульгатараў у дарожным будаўніцтве.

1. ВызначэннеПавярхоўна-актыўныя рэчывы

У доўгатэрміновай вытворчай практыцы людзі выявілі, што растворы некаторых рэчываў могуць значна змяняць паверхневыя ўласцівасці растваральнікаў нават пры вельмі нізкіх канцэнтрацыях, што робіць іх прыдатнымі для пэўных вытворчых патрабаванняў, такіх як зніжэнне павярхоўнага нацяжэння або міжфазнага нацяжэння растваральніка, павышэнне змочвальнасці, мыйных, эмульгуючых і пенаўтваральных уласцівасцей і г.д. Мыла, якое часта выкарыстоўваецца ў паўсядзённым жыцці, з'яўляецца адным з такіх рэчываў. Характэрнай характарыстыкай такіх рэчываў, як мыла, з'яўляецца тое, што даданне невялікай колькасці ў ваду можа значна знізіць павярхоўнае нацяжэнне вады.

З развіццём навукі і тэхналогій і развіццём вытворчасці людзі правялі паглыбленыя даследаванні ўласцівасцей і функцый такіх рэчываў і далі адносна дакладнае вызначэнне павярхоўна-актыўных рэчываў. Гэта значыць, павярхоўна-актыўны рэчыва - гэта хімічнае рэчыва, якое можа значна знізіць павярхоўнае нацяжэнне (або міжфазнае нацяжэнне вадкасць-вадкасць) растваральніка (звычайна вады) пры вельмі нізкіх канцэнтрацыях, змяніць стан паверхні сістэмы, тым самым выклікаючы шэраг эфектаў, такіх як змочванне і супрацьзмочванне, эмульгаванне і дээмульгаванне, дысперсія і каагуляцыя, пенаўтварэнне і пенагашэнне, а таксама растварэнне.

2. Структурныя характарыстыкі павярхоўна-актыўных рэчываў

Малекулы павярхоўна-актыўных рэчываў складаюцца з дзвюх частак з цалкам рознымі ўласцівасцямі: адна частка — гэта ліпафільная група (таксама вядомая як гідрафобная група), якая мае падабенства да алею, а другая частка — гідрафільная група (таксама вядомая як алеафобная група), якая мае падабенства да вады. Гэтая структурная характарыстыка павярхоўна-актыўных рэчываў прыводзіць да таго, што пры іх растварэнні ў вадзе гідрафільныя групы прыцягваюцца малекуламі вады, а ліпафільныя групы адштурхоўваюцца малекуламі вады. Каб пераадолець гэты няўстойлівы стан, яны павінны займаць паверхню вадкасці, прычым ліпафільныя групы распаўсюджваюцца ў атмасферу, а гідрафільныя групы — у ваду.

Нягледзячы на ​​тое, што структурнай характарыстыкай малекул павярхоўна-актыўных рэчываў з'яўляецца тое, што яны з'яўляюцца амфіфільнымі малекуламі, не ўсе амфіфільныя малекулы з'яўляюцца павярхоўна-актыўнымі рэчывамі. Павярхоўна-актыўнымі рэчывамі з'яўляюцца толькі амфіфільныя рэчывы з дастаткова доўгай ліпафільнай часткай.

Напрыклад, у шэрагу натрыевых соляў тоўстых кіслот злучэнні з невялікай колькасцю атамаў вугляроду (напрыклад, фарміят натрыю, ацэтат натрыю, прапіянат натрыю, бутырат натрыю і г.д.) маюць ліпафільныя і гідрафільныя групы і валодаюць павярхоўнай актыўнасцю, але яны не функцыянуюць як мыла і таму не могуць называцца павярхоўна-актыўнымі рэчывамі. Толькі калі колькасць атамаў вугляроду павялічваецца да пэўнай ступені, тоўстыя кіслоты натрыю праяўляюць відавочную павярхоўную актыўнасць і валодаюць агульнымі ўласцівасцямі мыла. Большасць натуральных жывёльных і раслінных алеяў і тлушчаў - гэта эфіры тоўстых кіслот, якія змяшчаюць ад 10 да 18 атамаў вугляроду. Калі гэтыя кіслоты злучыць з гідрафільнай групай, яны стануць павярхоўна-актыўнымі рэчывамі з пэўнай ступенню ліпафільнасці і гідрафільнасці, а таксама маюць добрую растваральнасць.

3. Ужыванне павярхоўна-актыўных рэчываў уДарожнае будаўніцтва

3.1.Павярхоўна-актыўныя рэчывы іасфальтавыя эмульгатары

Асфальтавы эмульгатар — гэта тып павярхоўна-актыўных рэчываў. Эмульгатары і мыйныя рэчывы маюць такія ўласцівасці, як адсарбцыйнасць, арыентацыя, здольнасць утвараць калоідныя іёны і здольнасць зніжаць павярхоўнае нацяжэнне. Аднак, як эмульгатар, ён таксама павінен валодаць плёнкаўтваральнымі ўласцівасцямі. Асабліва асфальтавыя эмульгатары павінны ўтрымліваць алканы з адпаведным вугляродным ланцугом для лепшага эмульгавання з асфальтам.

3.2.Класіфікацыя асфальтавых эмульгатараў

Эмульгатары класіфікуюцца на іённыя і неіённыя тыпы ў залежнасці ад таго, ці нясуць гідрафільныя групы малекул эмульгатара зарады пры растварэнні эмульгатараў у вадзе. Іённыя эмульгатары далей падзяляюцца на катыённыя, аніённыя і амфатэрныя іённыя тыпы з-за адрозненняў у зарадах, якія нясуць іх гідрафільныя групы пасля іанізацыі ў вадзе.

Сыравіна для аніённых асфальтавых эмульгатараў танная і лёгкадаступная, а працэс вытворчасці просты. Таму самым раннім вырабленым эмульгаваным асфальтам быў аніённы эмульгаваны асфальт, які звычайна мае сярэднюю ступень цвёрдасці, а таксама ёсць некаторыя павольныя тыпы. Яго можна выкарыстоўваць для герметызацыі раствораў, пранікнення, апрацоўкі паверхні і г.д. Нягледзячы на ​​тое, што аніённыя эмульгатары маюць перавагі ў цане, яны аказваюць вялікі ўплыў на першапачатковыя ўласцівасці асфальту, і падчас будаўніцтва ўзнікае шмат праблем. Таму пры іх ужыванні неабходна ўлічваць комплексны ўплыў кошту, эфекту будаўніцтва і якасці будаўніцтва.

Cіённы эмульгатарaНягледзячы на ​​тое, што ён быў распрацаваны адносна позна, практыка паказала, што ён мае лепшую адгезію да розных мінеральных матэрыялаў, высокую хуткасць фармавання, высокую раннюю трываласць і нізкую дазоўку. Ён не толькі выкарыстоўвае перавагі аніённых эмульгатараў, але і кампенсуе іх недахопы, тым самым прыцягваючы вялікую ўвагу з моманту свайго распрацоўкі. Катыённыя асфальтавыя эмульгатары маюць шырокі спектр тыпаў і розных метадаў класіфікацыі. Звычайна яны класіфікуюцца ў адпаведнасці з іх хімічнай структурай, і найбольш распаўсюджанымі з іх з'яўляюцца алкіламіны, чацвярцічныя солі жалеза, лігнінаміны, імідазоліны і г.д.

Малекулы цвітэрыённых эмульгатараў утрымліваюць як кіслотныя, так і асноўныя групы і лёгка ўтвараюць «ўнутраныя солі». Характэрнай рысай водных раствораў цвітэрыённых эмульгатараў з'яўляецца тое, што іх электрычны зарад змяняецца са зменамі значэння pH. Яны валодаюць моцнай здольнасцю дысперсіі кальцыя ў жорсткай вадзе і добра сумяшчальныя з іншымі тыпамі эмульгатараў, але іх цана адносна высокая.

Большасць неіённых эмульгатараў атрымліваюць рэакцыяй аксіду этылену са злучэннямі, якія змяшчаюць актыўны вадарод (такімі як фенолы, спірты, карбонавыя кіслоты, аміны і г.д.). Іх актыўнасць звязана не толькі з гідрафобнымі алкільнымі групамі, але і з даўжынёй поліаксіэтыленавых ланцугоў. Яны валодаюць высокай павярхоўнай актыўнасцю, стабільнасцю і добрай эмульгуючай здольнасцю, праяўляюць добрую сумяшчальнасць з іншымі эмульгатарамі і іх дадаткамі, а таксама маюць пэўны хелатуючы эфект на іёны металаў. Іх актыўнасць не залежыць ад значэння pH раствора, і эмульсія, якая ўтвараецца пры тэмпературы фазавай інверсіі (PIT), з'яўляецца найбольш стабільнай.

3.3.Прынцып працы асфальтавых эмульгатараў

Калі канцэнтрацыя эмульгатара надзвычай нізкая, малекул эмульгатара вельмі мала. На мяжы паміж паветрам і вадой немагчыма назапашванне вялікай колькасці малекул эмульгатара. Паверхня амаль не знаходзіцца ў непасрэдным кантакце з паветрам і вадой, і павярхоўнае нацяжэнне застаецца практычна нязменным, усё яшчэ блізкім да павярхоўнага нацяжэння чыстай вады.

Калі канцэнтрацыя эмульгатара павялічваецца адпаведна, малекулы эмульгатара хутка збіраюцца на паверхні вады, памяншаючы плошчу кантакту паміж паветрам і вадой, тым самым прыводзячы да хуткага зніжэння павярхоўнага нацяжэння.

Калі канцэнтрацыя эмульгатара яшчэ больш павялічваецца і дасягае пэўнага значэння, вялікая колькасць малекул эмульгатара назапашваецца на паверхні воднага раствора, утвараючы монамалекулярную плёнку, якая пакрывае паверхню раствора, што цалкам ізалюе водны раствор ад паветра і стабілізуе павярхоўнае нацяжэнне. Калі канцэнтрацыю эмульгатара яшчэ крыху павялічыць, малекулы эмульгатара больш не могуць назапашвацца на паверхні вады, а замест гэтага самаканцэнтруюцца ў міцэлы або міцэлярныя агрэгаты з ліпафільнымі групамі, накіраванымі ўнутр, і гідрафільнымі групамі, накіраванымі вонкі. Мінімальная канцэнтрацыя, пры якой міцэлы або міцэлярныя агрэгаты пачынаюць утварацца, звычайна называецца крытычнай канцэнтрацыяй міцэл (ККМ).

Пасля дасягнення крытычнай канцэнтрацыі міцэл, калі канцэнтрацыя эмульгатара працягвае павялічвацца, павярхоўнае нацяжэнне больш не будзе змяншацца. Паколькі на паверхні ўжо ўтварылася монамалекулярная плёнка, малекулы эмульгатара імкнуцца злівацца і рухацца бліжэй адна да адной, працягваючы агрэгаваць у міцэлы, тым самым прыводзячы да пастаяннага павелічэння колькасці міцэл у эмульсіі.

Эмульгаванне асфальту з'яўляецца важным аспектам эмульгуючага дзеяння. Пасля дадання эмульгатара ў раствор алею і вады дзве групы эмульгатара размяшчаюцца накіравана, злучаючы дзве мяжы падзелу алею і вады, тым самым прадухіляючы іх узаемнае адштурхоўванне. Пасля змешвання і дыспергавання асфальт можа стабільна дыспергаваць у вадзе ў выглядзе дробных часціц.

Выснова

На прыкладзе асфальтавых эмульгатараў у гэтым артыкуле прадстаўлена ўсебаковае ўвядзенне і аналіз структурных характарыстык, прынцыпаў працы і спосабаў прымянення павярхоўна-актыўных рэчываў. Павярхоўна-актыўныя рэчывы могуць эфектыўна зніжаць павярхоўнае нацяжэнне вады, моцна адсарбаваць малекулы павярхоўна-актыўных рэчываў на розных іншых паверхнях падзелу і часта маюць пэўную ступень накіраванай адсорбцыі. Менавіта гэтая накіраваная адсорбцыя дазваляе павярхоўна-актыўным рэчывам выконваць мноства функцый, такіх як эмульгацыя, дээмульгацыя, пенаўтварэнне, дысперсія, каагуляцыя і змочванне. Асфальтавыя эмульгатары працуюць, выкарыстоўваючы эмульгуючы эфект павярхоўна-актыўных рэчываў. Як з пункту гледжання эканамічных паказчыкаў, так і з пункту гледжання аховы навакольнага асяроддзя, халоднае будаўніцтва, несумненна, стане важнай тэндэнцыяй у развіцці дарожнага будаўніцтва ў 21 стагоддзі, і эмульгатары з'яўляюцца асновай гэтай тэхналогіі. Даследаванне і ўдасканаленне характарыстык эмульгатараў, несумненна, акажуць значны ўплыў на халоднае будаўніцтва.