خلط مجددات الأسفلت بالموجات فوق الصوتية
تتيح مواد إعادة تأهيل الأسفلت وتجديده إعادة تدوير الرصف الأسفلتي القائم عن طريق تطبيق عوامل التجديد على مادة البناء. وتُعد أجهزة التشتيت بالموجات فوق الصوتية تقنية قوية لخلط الجسيمات النانوية والقطيرات النانوية في مستحلبات الأسفلت والبيتومين. وتُستخدم الموجات فوق الصوتية عالية القدرة لإنتاج إضافات عالية الأداء لرصف متين يدوم طويلًا.
إعادة تأهيل الأسفلت
يفقد الأسفلت المتأثر بالعوامل الجوية والجاف والمتقادم والمتشقق زيوت القطران الأصلية الموجودة فيه، ويتضرر بفعل الأكسدة، فتظهر على سطحه شقوق وحفر وتخددات في مسار العجلات. ونظرًا إلى الكميات الهائلة من الأسفلت المستخدمة في البناء، تُعد إعادة تأهيل الرصف والمنشآت الأسفلتية الأخرى وتجديدها قطاعًا مهمًا يساعد على توفير الموارد والنفقات.
يمكن إعادة تأهيل المنشآت الأسفلتية القائمة المتضررة بفعل العوامل الجوية والتقادم والأحمال المرورية وتجديدها بتطبيق طبقات الختم الضبابي، والختم بالملاط، والختم بالحصى، والختم بالفرك، وختم كيب، وغيرها من مجددات الأسفلت. وتتكون تركيبات الختم هذه من مزيج من الماء ومستحلب الأسفلت والركام (حصى صغير يُسمى أيضًا رقائق حجرية) والبوليمرات والإضافات النانوية.
تُظهر طبقات الرصف الأسفلتي المعدلة التي تحتوي على جسيمات نانوية معينة للتقوية خصائص حرارية وكهربائية وميكانيكية مرغوبة، مما يحسن أداءها الوظيفي. ولخفض تكلفة المادة الرابطة الأسفلتية وصيانة الطرق وزيادة توافقها البيئي، تُعد التقنيات البديلة، مثل الإضافات الممزوجة والمعدلة وظيفيًا بالموجات فوق الصوتية وتركيبات مركبات الأسفلت الجديدة القادرة على الإصلاح الذاتي، ضرورية للحفاظ على الرصف القائم وتجديده مستقبلًا.
إنتاج إضافات مستحلبات الأسفلت بالموجات فوق الصوتية
يتكون مستحلب الأسفلت من ثلاثة مكونات رئيسية: الأسفلت والماء ومادة خافضة للتوتر السطحي تعمل على الاستحلاب. وبما أن مستحلب الأسفلت عبارة عن تشتت مستقر لقطيرات الأسمنت الأسفلتي في الماء، فيمكن ضخه وتخزينه وخلطه بالركام. وينبغي أن «ينكسر» المستحلب بسرعة عند ملامسته الركام أثناء الخلط أو بعد رشه. ويعني الانكسار انفصال الماء عن الأسفلت. وعندما يتبخر الماء، يكون المستحلب قد «تماسك». وبعد الانكسار والمعالجة والتماسك، تتمتع بقايا الأسفلت بخصائص الالتصاق والمتانة ومقاومة الماء التي يتمتع بها الأسفلت الأساسي الأصلي.
يتيح الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية تحضير مستحلبات أسفلت عالية الجودة.
تتوافق تقنية الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية مع تركيبات متعددة من عوامل الاستحلاب والمواد الخافضة للتوتر السطحي. ويؤثر اختيار عامل الاستحلاب في خصائص تماسك مستحلبات الأسفلت، فيجعلها بطيئة التماسك أو متوسطة التماسك أو سريعة التماسك. ويمكن إضافة الإضافات والمعدلات ومواد الحشو والألياف والمواد المطاطية وغيرها من مكونات التركيبة خلال مراحل مختلفة من عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية – وفقًا للتركيبة ومتطلبات خلط المركبات المعنية.
UIP4000hdT – خلاط بالموجات فوق الصوتية يعمل ضمن خط المعالجة بقدرة 4000 واط
درجة المستحلب
تُعد درجة مستحلب الأسفلت ومجدد الأسفلت عاملًا مهمًا يحدد سرعة الانكسار (تماسك سريع أو متوسط أو بطيء). ويؤثر نوع عوامل الاستحلاب (أيونية / غير أيونية) وتركيزها، فضلًا عن خصائص التركيبة مثل نسبة المستحلبات/المواد الصلبة والمسامية وحجم الجسيمات وتدرجها، في سلوك التماسك. وبما أنه يمكن التحكم بدقة في معلمات الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية، يمكن ضبط تأثير المعالجة بالموجات فوق الصوتية في المستحلب لتحقيق جودة الأسفلت المستهدفة. وسواء كان الهدف مستحلبات ميكرونية أو دون ميكرونية أو نانوية، تمنحك المعالجة بالموجات فوق الصوتية تحكمًا كاملًا في معلمات العملية.
الريولوجيا
تتراوح لزوجة مستحلبات الأسفلت تقريبًا بين 50–1000 cP عند 60°C، وهي أقل بكثير من لزوجة الأسفلت نفسه (10,000–400,000 cP). وبفضل لزوجتها المنخفضة، يمكن تطبيق مستحلبات الأسفلت باستخدام تقنيات تعمل عند درجات حرارة أقل، فتخفض الانبعاثات واستهلاك الطاقة، وتتجنب أكسدة الأسفلت، وتكون أقل خطورة بكثير من تقنيات الأسفلت الساخن. علاوة على ذلك، يُعد تطبيق مستحلبات الأسفلت أكثر اقتصادية وتوافقًا بيئيًا من التقنيات الباردة التي تستخدم الأسفلت المخفف بالمذيبات. ويمكن التأثير في لزوجة مستحلب الأسفلت وريولوجيته وضبطهما من خلال تركيز عامل الاستحلاب والطاقة المدخلة أثناء الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية.
القدرة على الاختراق
تُعد قدرات مجددات الأسفلت على الاختراق بالغة الأهمية، لأن عامل التجديد عالي الأداء يخترق بنية الرصف ويحكم إغلاق السطح. ويزيد مجدد الأسفلت عالي الأداء، القادر على الاختراق عميقًا داخل المادة الرابطة الأسفلتية (البيتومين)، المرونة ويعيد التأهيل من الداخل، مما يحقق الالتئام الذاتي للرصف. حضّر مستحلبات أسفلت ذات تعديل وظيفي متقدم من خلال تكوين قطيرات دون ميكرونية ونانوية باستخدام الموجات فوق الصوتية عالية القدرة!
الإضافات
تُضاف البوليمرات والمطاط ومواد الحشو والزيوت وعوامل التجديد إلى مستحلبات الأسفلت لتحسين الخصائص الأساسية للأسفلت الأصلي، مثل تصنيف الأداء عند درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة (PG)، واللزوجة، والتشقق عند درجات الحرارة المنخفضة، والمطيلية واسترخاء الإجهاد، ونقطة التليّن والاختراق، والتآلف مع البوليمرات والاستقرار معها، وتجديد الأسفلت المتقادم في خلطات RAP/RAS (الرصف الأسفلتي المسترجع (RAP) وألواح التسقيف الأسفلتية المعاد تدويرها (RAS)). وتخلط أجهزة التشتيت بالموجات فوق الصوتية المواد الصلبة والقطيرات في مستحلب الأسفلت على هيئة جسيمات أحادية التشتت. وتنتج تقنية الخلط والمزج بالموجات فوق الصوتية خلطات أسفلت عالية الأداء!
الخلطة المركزة
يُعد الاستحلاب والتشتيت بالموجات فوق الصوتية مثاليين لتحضير خلطات مركزة من مستحلبات الأسفلت عالية التركيز. وتُخفف المستحلبات المحضرة بالموجات فوق الصوتية ذات المحتوى المرتفع من الأسفلت (حتى 90%) لاحقًا للوصول إلى تركيز 70% أو 60%، بهدف تحقيق النسبة المطلوبة بين طوري الماء والزيت وفقًا للتطبيق النهائي.
UIP16000 – قدرة موجات فوق صوتية تبلغ 16kW لكل وحدة خلط بالموجات فوق الصوتية
مزايا مستحلبات الأسفلت المحضرة بالموجات فوق الصوتية
تتيح تقنية الخلط بالموجات فوق الصوتية تطوير وإنتاج تركيبات لتجديد الأسفلت سهلة الاستخدام وفعالة من حيث التكلفة ومتوافقة بيئيًا. ويُنشئ التجويف القوي بالموجات فوق الصوتية مشتتات ومستحلبات دون ميكرونية ونانوية تتمتع بقدرة ممتازة على الاختراق وأداء عالٍ وتحمل طويل الأمد.
اخلط مستحلبات ومشتتات الرصف المخصصة للخلطات الأسفلتية باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة!
جهاز تشتيت بالموجات فوق الصوتية عالي القدرة لمستحلبات الأسفلت
تصنع Hielscher Ultrasonics وتورد خلاطات بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة لمستحلبات الأسفلت والبيتومين. وتتيح أجهزة التشتيت الصناعية بالموجات فوق الصوتية المستخدمة للاستحلاب ضمن خط المعالجة إمكانية معالجة مجموعة واسعة من مستحلبات الأسفلت والبيتومين. وتتيح المعالجة بالموجات فوق الصوتية اختبار التركيبات الجديدة بسهولة، مع استحلابها بصورة متجانسة لتحقيق استقرار وأداء ممتازين للمستحلب. وتتيح الأشكال الهندسية المختلفة للمفاعلات فوق الصوتية والقطع المُدخلة مثل MultiPhaseCavitator تكييف جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية بسهولة مع تركيبة الأسفلت أو البيتومين الخاصة بك.
يُغذّى جهاز التشتيت بالموجات فوق الصوتية بمزيج أولي خشن من السائل والمواد الصلبة، حيث يُطحن الطوران (الماء + الأسفلت أو البيتومين + إضافات اختيارية) طحنًا رطبًا ومتجانسًا لتكوين معلق غروي عالي الاستقرار. ويمكن للطحن والتشتيت بالموجات فوق الصوتية معالجة أحجام كبيرة في عملية سريعة.
يقدم الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أعلى | مجموعة من UIP16000 |
تواصل معنا! / اسألنا!
أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة، من النطاق المخبري إلى النطاق التجريبي والصناعي.
المصادر والمراجع
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
تأثير المعالجة بالموجات فوق الصوتية في خصائص المواد الرابطة البيتومينية المقواة بإضافات نانوية عند درجات الحرارة المرتفعة. Construction and Building Materials، المجلد 75، 2015. 395–403. - Zhambolova, A.; Vocaturo, A.L.; Tileuberdi, Y.; Ongarbayev, Y.; Caputo, P.; Aiello, I.; Oliviero Rossi, C.; Godbert, N. (2020): التعديل الوظيفي للبيتومين وتعديله باستخدام جسيمات السيليكا النانوية. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): جسيمات دخان السيليكا النانوية ذاتية التشتت: إضافة قيّمة للخرسانة فائقة الأداء. Construction and Building Materials،
المجلد 383، 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): التوصيف الريولوجي للمواد الرابطة والخلطات الأسفلتية المعدلة بأنابيب الكربون النانوية. أوراق مؤتمر RILEM 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): صياغة مستحلبات الأسفلت: أحدث ما توصل إليه المجال واعتماد التركيبة على خصائص المستحلبات. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
حقائق جديرة بالمعرفة
ما هو مستحلب الأسفلت؟
مستحلب الأسفلت هو مزيج من الماء والأسفلت. وبما أن الأسفلت مركب زيتي كاره للماء، فلا يمكن خلطه بالماء. وعند إضافة عامل نشط سطحيًا (يُعرف أيضًا بالمستحلب أو المادة الخافضة للتوتر السطحي أو عامل الاستحلاب أو المثبت) إلى الماء قبل إضافة الأسفلت أو أثناءها، يصبح الأسفلت والماء قابلين للخلط. وتسهل إضافة المادة الخافضة للتوتر السطحي تشتيت جسيمات الأسفلت في الطور المائي (الماء)، وتحافظ على تشتتها في المعلق. ولخلط الأسفلت على هيئة جسيمات صغيرة في المعلق، تُستخدم معدات الخلط بالقص الميكانيكي (مثل جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية، وخلاط عالي القص، ومطحنة غروية، وغيرها). ويمنح مستحلب الأسفلت عالي الجودة الرصف مقاومة التخدد، وقابلية التأثر بالرطوبة، ومقاومة التشقق، وأداء الكلال.
تعريف المستحلب
«المستحلب نظام غير متجانس وغير مستقر ديناميكيًا حراريًا، يتكون من طورين سائلين غير قابلين للامتزاج على الأقل، يتشتت أحدهما في الآخر على هيئة قطيرات صغيرة (حبيبات) يزيد قطرها عمومًا على 0.1µm. ويتمتع هذا النظام بحد أدنى من الاستقرار يمكن تحسينه بإضافة عوامل مناسبة، مثل المواد الخافضة للتوتر السطحي أو المواد الصلبة الدقيقة التجزئة». (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
ما هو البيتومين؟
البيتومين مادة إسمنتية تُستخدم في البناء بوصفها مادة رابطة أسفلتية تُبقي الأسفلت متماسكًا. وتبلغ نقطة انصهاره 180ºC. ومستحلبات البيتومين سائل بني داكن، يمكن أن يكون كاتيونيًا، حيث تحتوي المستحلبات على قطيرات تحمل شحنة موجبة، أو أنيونيًا، حيث تحتوي المستحلبات على قطيرات سالبة الشحنة.
ما هي طبقات الختم بالملاط؟
طبقات الختم بالملاط هي تركيبة من الماء ومستحلب الأسفلت والركام والإضافات تُطبق على سطح رصف أسفلتي قائم. وتشبه طبقة الختم بالملاط طبقة الختم الضبابي، إلا أن الختم بالملاط يحتوي على ركام ضمن المزيج. ويُعد البوليمر إضافة شائعة تحسن خصائص مستحلب الأسفلت. ويُسمى هذا المزيج المركب من المستحلب والركام بالملاط، ويُستخدم لحماية بنية الرصف الكامنة تحته وتوفير سطح جديد للطريق.
ما هي طبقات الختم الضبابي؟
يشير الختم الضبابي إلى تطبيق مستحلب أسفلت مُصاغ خصيصًا على سطح رصف أسفلتي قائم. ويتكون مستحلب الختم الضبابي من مزيج من الماء والزيت يمكن رشه بسهولة على الرصف القائم، وتُعرف هذه العملية أيضًا باسم «الرش الضبابي».
ما هي طبقات الختم بالحصى؟
يتضمن تطبيق الختم بالحصى استخدام مستحلب أسفلت يحتوي على كريات من أسفلت الرصف، وماء، وعامل استحلاب أو مادة خافضة للتوتر السطحي، وبوليمر، وغالبًا إضافة مجددة. وتُطبق طبقات الختم بالحصى بعملية من خطوتين تشمل أولًا توزيع مستحلب الأسفلت، ثم وضع طبقة من الحجر المكسر الصغير على سطح الرصف الأسفلتي القائم. ويُسمى الحجر المكسر الصغير أيضًا «رقائق حجرية»، ومنه جاءت تسمية طريقة الختم هذه.
ما هي طبقات الختم بالفرك؟
تشبه المعالجة بالختم بالفرك إلى حد كبير الختم بالحصى، حيث يُستخدم مستحلب الأسفلت والحصى المكسر لإعادة تأهيل الرصف الأسفلتي المتضرر. ويكمن الاختلاف الوحيد في طريقة التطبيق: لتطبيق طبقة الختم بالفرك، يُوزع مستحلب الأسفلت باستخدام ما يُسمى مكانس الفرك، التي تضمن اختراق مستحلب الأسفلت لشقوق الرصف.
ما هي طبقات ختم كيب؟
يشير ختم كيب إلى تطبيق طبقة ختم بالحصى أو بالفرك، يتبعها تطبيق طبقة ختم بالملاط أو طبقة تغطية سطحية دقيقة في وقت لاحق. وبينما تحكم طبقات الختم بالحصى أو بالفرك إغلاق شقوق الرصف القائم وتربطها، تحسن طبقة الختم بالملاط أو التغطية السطحية الدقيقة اللاحقة تثبيت الحصى ونعومة سطح الطريق. وتُستخدم طبقات ختم كيب غالبًا كتدبير مؤقت للمنشآت الأسفلتية التي تُظهر تضررًا متوسطًا فقط، وتخددات طفيفة أو معدومة، وشقوقًا متوسطة العرض. ويُستخدم ختم كيب في الغالب كمعالجة لإطالة عمر الرصف إلى حين إجراء إعادة التأهيل أو إعادة الإنشاء.
ما هي التغطية السطحية الدقيقة؟
التغطية السطحية الدقيقة معالجة مماثلة للختم بالملاط. وفي التغطية السطحية الدقيقة، تُطبق تركيبة تتكون من الماء ومستحلب الأسفلت والركام والإضافات الكيميائية على سطح رصف من الخرسانة الأسفلتية. وتُستخدم الإضافات البوليمرية لتحسين خصائص مزيج مستحلب الأسفلت. ويكمن الفرق الرئيسي بين الختم بالملاط والتغطية السطحية الدقيقة في كيفية «انكسارهما» أو تصلبهما. فبينما يتطلب الختم بالملاط تبخر الماء من مستحلب الأسفلت بعد توزيعه، يحتوي مستحلب الأسفلت في طبقة التغطية السطحية الدقيقة على إضافات كيميائية تسمح له بالانكسار دون الاعتماد على الشمس أو الحرارة لحدوث التبخر. وهذا يجعل التغطية السطحية الدقيقة المعالجة المفضلة للطرق كثيفة الاستخدام (وقت قصير للانكسار) أو في المناخات الأكثر برودة.
ما الذي يسبب تدهور الرصف؟
يبدأ الرصف بالتدهور مع تقادمه. وتتأثر سرعة تدهوره بعوامل عديدة، أهمها البيئة والأحمال المرورية. ويؤكسد ضوء الشمس الطبقة السطحية بمرور الوقت ويجعلها هشة. وإذا أصبح الرصف شديد الهشاشة، تبدأ الشقوق بالتكون نتيجة التكرار الكبير للأحمال المرورية عليه. وإذا لم يُحكم إغلاق الرصف بصورة صحيحة، فقد تتسرب مياه الأمطار أو الري عبر الشقوق إلى طبقة الأساس وتضر بالسلامة الإنشائية للرصف. ويمكن للماء أن ينحت طبقات الأساس الكامنة أو يجرفها، مما يؤدي إلى فشل الرصف نتيجة فقدان الدعم.