Ultrazvučno miješanje asfaltnih rejuvenatora
Asfaltni rehabilitatori i rejuvenatori omogućavaju recikliranje postojećih asfaltnih kolovoza nanošenjem sredstava za pomlađivanje na građevinski materijal. Ultrazvučni dispergatori su moćna tehnika za miješanje nanočestica i nanokapljica u asfaltne i bitumenske emulzije. Snažni ultrazvuk se koristi za proizvodnju visokoučinkovitih aditiva za dugotrajno izdržljive kolovoze.
Rehabilitacija asfalta
Istrošen, osušen, ostario i napukao asfalt izgubio je svoja izvorna katranska ulja i oštećen je oksidacijom, tako da se na površini pojavljuju pukotine, udarne rupe i kolotrazi u tragu točkova. S obzirom na ogromnu količinu asfalta koja se koristi u građevinarstvu, rehabilitacija i pomlađivanje kolovoza i drugih asfaltnih konstrukcija važan je sektor, koji pomaže u uštedi resursa i troškova.
Postojeće asfaltne konstrukcije, oštećene vremenskim uticajima, starošću i saobraćajnim opterećenjem, mogu se rehabilitovati i pomladiti primjenom zaptivnih premaza (fog seal), kašastih zaptivnih slojeva (slurry seal), zaptivnih slojeva s drobljenim kamenom (chip seal), zaptivnih slojeva s utrljavanjem (scrub seal), kombinovanih zaptivnih slojeva (cape seal) i drugih asfaltnih rejuvenatora. Te formulacije zaptivnih slojeva sastoje se od mješavine vode, asfaltne emulzije, agregata (sitni šljunak, koji se naziva i drobljeni kamen), polimera i nanoaditiva
Modifikovani asfaltni kolovozi koji sadrže određene ojačavajuće nanočestice pokazuju poželjna toplotna, električna i mehanička svojstva i time imaju poboljšane funkcionalnosti. Kako bi se smanjili troškovi asfaltnog veziva i održavanja puteva te povećala njihova ekološka prihvatljivost, alternativne tehnologije, kao što su ultrazvučno umiješani i funkcionalizovani aditivi te nove formulacije asfaltnih kompozita sa sposobnošću samopopravke, od ključne su važnosti za očuvanje i obnovu postojećih kolovoza u budućnosti.
Ultrazvučna proizvodnja aditiva za asfaltne emulzije
Asfaltna emulzija sastoji se od tri glavne komponente: asfalta, vode i emulgirajućeg surfaktanta. Kao stabilna disperzija kapljica asfaltnog cementa u vodi, asfaltna emulzija se može pumpati, skladištiti i miješati s agregatima. Emulzija bi trebala brzo „puknuti“ (break) pri kontaktu s agregatom prilikom miješanja ili nakon prskanja. Pucanje je odvajanje vode od asfalta. Kada voda ispari, emulzija je „vezana“ (set). Nakon pucanja, očvršćavanja i vezivanja, asfaltni ostatak ima svojstva prianjanja, trajnosti i otpornosti na vodu kao izvorni osnovni asfalt.
Ultrazvučna emulgacija omogućava formulisanje visokokvalitetnih asfaltnih emulzija
Tehnika ultrazvučne emulgacije kompatibilna je s brojnim formulacijama emulgatora i surfaktanata. Izbor emulgatora utiče na karakteristike vezivanja asfaltnih emulzija, čineći ih sporovezujućim, srednjevezujućim i brzovezujućim. Aditivi, modifikatori, punila, vlakna, gume i drugi sastojci formulacije mogu se dodavati tokom različitih faza procesa ultrazvučne obrade (sonikacije) – ovisno o formulaciji i zahtjevima miješanja određenih komponenti.
UIP4000hdT – ultrazvučni inline mikser od 4000 vati
Razred emulzije
Razred emulzije asfaltne emulzije i asfaltnog rejuvenatora važan je faktor koji određuje brzinu pucanja (brzo, srednje ili sporo vezivanje). Vrsta (jonska / nejonska) i koncentracija emulgirajućih sredstava, kao i specifičnosti formulacije, poput omjera emulzije i čvrstih tvari, poroznosti, veličine čestica i granulometrijskog sastava, utiču na ponašanje pri vezivanju. Budući da se parametri ultrazvučne emulgacije mogu precizno kontrolisati, uticaj ultrazvučne obrade na emulziju može se prilagoditi ciljanom kvalitetu asfalta. Bez obzira na to ciljaju li se mikronske, submikronske ili nanoemulzije, ultrazvučna obrada daje vam potpunu kontrolu nad procesnim parametrima.
Reologija
Asfaltne emulzije imaju viskoznost od oko 50–1000 cP pri 60°C, što je znatno niže od viskoznosti samog asfalta (10.000–400.000 cP). Zbog niže viskoznosti, asfaltne emulzije se mogu primjenjivati tehnikama na nižim temperaturama, koje smanjuju emisije i potrošnju energije, izbjegavaju oksidaciju asfalta i znatno su manje opasne od tehnika s vrućim asfaltom. Nadalje, primjena asfaltnih emulzija ekonomičnija je i ekološki prihvatljivija od hladnih tehnika koje koriste razrijeđeni asfalt (cutback). Viskoznost i reologija asfaltne emulzije mogu se podešavati i prilagođavati koncentracijom emulgatora i unosom energije tokom ultrazvučne emulgacije.
Sposobnost penetracije
Sposobnost penetracije asfaltnih rejuvenatora presudna je, jer visokoučinkovito sredstvo za pomlađivanje prodire u strukturu kolovoza i zaptiva površinu. Visokoučinkovit asfaltni rejuvenator, koji može prodrijeti duboko u asfaltno vezivo (bitumen), povećava fleksibilnost i obnavlja iznutra, tako da se postiže samoizlječenje kolovoza. Pripremite visokofunkcionalizovane asfaltne emulzije formulisanjem submikronskih i nanometarskih kapljica pomoću snažnog ultrazvuka!
Aditivi
Polimeri, guma, punila, ulja i sredstva za pomlađivanje dodaju se asfaltnim emulzijama kako bi se poboljšala ključna svojstva izvornog asfalta, kao što su klasifikacija performansi pri visokim i niskim temperaturama (PG), viskoznost, pucanje pri niskim temperaturama, duktilnost i relaksacija napona, tačka omekšavanja i penetracija, afinitet prema polimerima i stabilnost s polimerima te pomlađivanje ostarjelog asfalta u RAP/RAS mješavinama (reciklirani asfaltni kolovoz (RAP) i reciklirane asfaltne šindre (RAS)). Ultrazvučni dispergatori miješaju čvrste čestice i kapljice kao monodisperzne čestice u asfaltnu emulziju. Tehnologija ultrazvučnog miješanja i umješavanja proizvodi visokoučinkovite asfaltne mješavine!
Master batch
Ultrazvučna emulgacija i disperzija idealna je za pripremu master batcheva visokokoncentrovanih asfaltnih emulzija. Ultrazvučno pripremljene emulzije s visokim sadržajem asfalta (do 90%) kasnije se razrjeđuju do koncentracije od 70% ili 60% kako bi se postigao željeni omjer faza voda/ulje prema konačnoj primjeni.
UIP16000 – 16kW ultrazvučne snage po jedinici za ultrazvučno miješanje
Prednosti ultrazvučnih asfaltnih emulzija
Tehnologija ultrazvučnog miješanja omogućava razvoj i proizvodnju formulacija za pomlađivanje asfalta koje su jednostavne za rukovanje, isplative i ekološki prihvatljive. Snažna ultrazvučna kavitacija stvara submikronske i nanodisperzije i emulzije, koje pokazuju odličnu penetrabilnost, visoku učinkovitost i dugotrajnu izdržljivost.
Miješajte svoje emulzije i disperzije za kolovoze i asfaltne mješavine snažnom ultrazvučnom obradom!
Ultrazvučni dispergator velike snage za asfaltne emulzije
Hielscher Ultrasonics proizvodi i isporučuje ultrazvučne miksere velike snage za asfaltne i bitumenske emulzije. Industrijski ultrazvučni dispergatori za inline emulgaciju otvaraju mogućnost obrade širokog spektra asfaltnih i bitumenskih emulzija. Ultrazvučna obrada (sonikacija) omogućava jednostavno testiranje novih formulacija, koje se ravnomjerno emulguju radi odlične stabilnosti i učinkovitosti emulzije. Različite geometrije ultrazvučnih reaktora i nastavci kao što je MultiPhaseCavitator omogućavaju lako prilagođavanje ultrazvučnog procesora vašoj specifičnoj formulaciji asfalta ili bitumena.
Grubi predmiks tekućine i čvrstih tvari dovodi se u ultrazvučni dispergator, gdje se obje faze (voda + asfalt ili bitumen + opcionalni aditivi) mokro melju i ravnomjerno usitnjavaju u visokostabilnu koloidnu suspenziju. Ultrazvučno mljevenje i dispergiranje može obraditi velike količine u brzom procesu.
Tabela u nastavku daje vam orijentacijski prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | klaster uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni procesori velike snage od laboratorijske do pilot i industrijske skale.
Literatura/reference
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Effect of sonication on high temperature properties of bituminous binders reinforced with nano-additives. Construction and Building Materials,Volume 75, 2015. 395-403. - Zhambolova, A.; Vocaturo, A.L.; Tileuberdi, Y.; Ongarbayev, Y.; Caputo, P.; Aiello, I.; Oliviero Rossi, C.; Godbert, N. (2020): Functionalization and Modification of Bitumen by Silica Nanoparticles. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Self-dispersing silica fume nanoparticles: A valuable admixture for ultra high-performance concrete. Construction and Building Materials,
Volume 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Rheological Characterization of Asphalt Binders and Mixtures Modified with Carbon Nanotubes. RILEM Conference Papers 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Asphalt emulsions formulation: State-of-the-art and dependency of formulation on emulsions properties. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
Činjenice vrijedne znanja
Šta je asfaltna emulzija?
Asfaltna emulzija je mješavina vode i asfalta. Budući da je asfalt uljno, hidrofobno jedinjenje, ne može se miješati s vodom. Dodavanjem površinski aktivne tvari (poznate i kao emulgator, surfaktant, emulgirajuće sredstvo, stabilizator) vodi prije ili tokom dodavanja asfalta, asfalt i voda postaju miješljivi. Dodavanje surfaktanta olakšava disperziju asfaltnih čestica u vodenoj fazi (vodi) i održava ih dispergovanim u suspenziji. Za miješanje asfalta u obliku sitnih čestica u suspenziju koristi se mehanička oprema za miješanje smicanjem (npr. ultrazvučni uređaj, mikser s visokim smicanjem, koloidni mlin itd.). Visokokvalitetna asfaltna emulzija daje kolovozu otpornost na kolotrage, osjetljivost na vlagu, otpornost na pucanje i otpornost na zamor.
Definicija emulzije
„An emulsion is a heterogeneous system thermodynamically unstable formed by at least two immiscible liquid phases, where one is dispersed in the other in form of little droplets (beads) whose diameter is generally higher than 0,1µm. Such a system has a minimum stability which could be improved by addition of appropriate agents, such us surfactants, or finely solid divided”. (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
Šta je bitumen?
Bitumen je cementni materijal koji se koristi u građevinarstvu kao asfaltno vezivo, koje drži asfalt na okupu. Ima tačku topljenja od 180ºC. Bitumenske emulzije su tamnosmeđa tekućina, koja može biti ili kationska, gdje emulzije imaju kapljice koje nose pozitivan naboj, ili anionska, gdje emulzije imaju negativno nabijene kapljice.
Šta su kašasti zaptivni slojevi (slurry seals)?
Kašasti zaptivni slojevi (slurry seals) su formulacija vode, asfaltne emulzije, agregata i aditiva koja se nanosi na površinu postojećeg asfaltnog kolovoza. Kašasti zaptivni sloj sličan je zaptivnom premazu (fog seal), osim što kašasti zaptivni sloj ima agregate kao dio mješavine. Polimer je čest aditiv koji poboljšava svojstva asfaltne emulzije. Ova kombinovana mješavina emulzije i agregata je takozvana kaša (slurry) koja služi za zaštitu temeljne strukture kolovoza i stvaranje nove kolovozne površine.
Šta su zaptivni premazi (fog seals)?
Zaptivanje premazom (fog sealing) odnosi se na nanošenje posebno formulisane asfaltne emulzije na površinu postojećeg asfaltnog kolovoza. Emulzija za zaptivni premaz sastoji se od mješavine vode i ulja, koja se može lako prskati na postojeći kolovoz, što je poznato i kao „fogging“.
Šta su zaptivni slojevi s drobljenim kamenom (chip seals)?
Primjena zaptivnog sloja s drobljenim kamenom (chip seal) uključuje asfaltnu emulziju koja sadrži kuglice asfalta za kolovoz, vodu, emulgirajuće sredstvo ili surfaktant, polimer i često aditiv za pomlađivanje. Zaptivni slojevi s drobljenim kamenom nanose se u dvostepenom procesu koji uključuje prvo distribuciju asfaltne emulzije, a zatim sloj sitnog drobljenog kamena na površinu postojećeg asfaltnog kolovoza. Sitni drobljeni kamen naziva se i „chips“, po čemu ova metoda zaptivanja drobljenim kamenom nosi ime.
Šta su zaptivni slojevi s utrljavanjem (scrub seals)?
Tretman zaptivnim slojem s utrljavanjem (scrub seal) vrlo je sličan zaptivanju drobljenim kamenom, pri čemu se asfaltna emulzija i drobljeni šljunak koriste za rehabilitaciju oštećenog asfaltnog kolovoza. Jedina razlika je način nanošenja: pri nanošenju zaptivnog sloja s utrljavanjem asfaltna emulzija se nanosi takozvanim metlama za utrljavanje (scrub brooms), koje osiguravaju da asfaltna emulzija prodre u pukotine kolovoza.
Šta su kombinovani zaptivni slojevi (cape seals)?
Kombinovano zaptivanje (cape sealing) odnosi se na nanošenje zaptivnog sloja s drobljenim kamenom ili utrljavanjem uz naknadno nanošenje kašastog zaptivnog sloja ili mikrosloja u kasnijem terminu. Dok zaptivni slojevi s drobljenim kamenom ili utrljavanjem zaptivaju i povezuju pukotine u postojećem kolovozu, naknadni kašasti zaptivni sloj ili mikrosloj poboljšava zadržavanje kamenih zrna i glatkoću površine kolovoza. Kombinovani zaptivni slojevi se uglavnom koriste kao povremeno privremeno rješenje za asfaltne konstrukcije koje pokazuju samo umjerena oštećenja, neznatne ili nikakve kolotrage i umjerene širine pukotina. Kombinovano zaptivanje se uglavnom koristi kao sredstvo za produženje vijeka trajanja kolovoza do izvođenja rehabilitacije ili rekonstrukcije.
Šta je mikroasfaltiranje (microsurfacing)?
Mikroasfaltiranje (microsurfacing) je tretman uporediv s kašastim zaptivnim slojem. Pri mikroasfaltiranju se formulacija koja se sastoji od vode, asfaltne emulzije, agregata i hemijskih aditiva nanosi na površinu kolovoza od asfaltbetona. Polimerni aditivi se koriste za poboljšanje svojstava mješavine asfaltne emulzije. Glavna razlika između kašastog zaptivnog sloja i mikroasfaltiranja je u tome kako „pucaju“ ili očvršćavaju. Dok kašasto zaptivanje zahtijeva da voda ispari iz asfaltne emulzije nakon njenog nanošenja, asfaltna emulzija u mikroasfaltnom sloju sadrži hemijske aditive koji joj omogućavaju da pukne bez oslanjanja na sunce ili toplotu za isparavanje. Zbog toga je mikroasfaltiranje preferirani tretman za jako opterećene puteve (kratko vrijeme do pucanja) ili hladnije klime.
Šta uzrokuje propadanje kolovoza?
Kako kolovoz stari, počinje propadati. Na brzinu njegovog propadanja utiče mnogo faktora. Primarni faktori su okolina i saobraćajna opterećenja. Sunčeva svjetlost tokom vremena oksidira površinski sloj i uzrokuje da postane krhak. Ako je kolovoz previše krhak, pukotine počinju nastajati kao posljedica čestog ponavljanja saobraćajnog opterećenja na kolovoz. Ako kolovoz nije pravilno zaptiven, kišnica ili voda za navodnjavanje može prodrijeti kroz pukotine u temeljni sloj i oštetiti strukturni integritet kolovoza. Voda može erodirati ili isprati temeljne slojeve i uzrokovati otkazivanje kolovoza zbog nedostatka oslonca.