Ultrazvukové míchání rejuvenátorů asfaltu
Rehabilitační a omlazovací přípravky pro asfalt (rejuvenátory) umožňují recyklovat stávající asfaltové vozovky nanášením omlazovacích činidel na stavební materiál. Ultrazvukové disperzéry představují účinnou techniku pro vmíchávání nanočástic a nanokapek do asfaltových a bitumenových emulzí. Výkonový ultrazvuk se používá k výrobě vysoce výkonných přísad pro dlouhodobě trvanlivé vozovky.
Rehabilitace asfaltu
Zvětralý, vyschlý, zestárlý a popraskaný asfalt ztratil své původní dehtové oleje a je poškozen oxidací, takže se na povrchu objevují trhliny, výtluky a vyjeté koleje v jízdní stopě. Vzhledem k obrovskému množství asfaltu používaného ve stavebnictví je rehabilitace a omlazování vozovek a dalších asfaltových konstrukcí důležitým odvětvím, které pomáhá šetřit zdroje i náklady.
Stávající asfaltové konstrukce poškozené povětrnostními vlivy, stářím a dopravním zatížením lze rehabilitovat a omladit aplikací mlhových postřiků, kalových zákrytů, nátěrů s posypem, kartáčovaných nátěrů (scrub seal), kombinovaných nátěrů (cape seal) a dalších rejuvenátorů asfaltu. Tyto těsnicí směsi se skládají ze směsi vody, asfaltové emulze, kameniva (drobného štěrku, označovaného také jako drť), polymerů a nanopřísad.
Modifikované asfaltové vozovky, které obsahují určité vyztužující nanočástice, vykazují žádoucí tepelné, elektrické a mechanické vlastnosti, a mají tak lepší funkčnost. Aby se snížily náklady na asfaltové pojivo a údržbu silnic a zvýšila se jejich šetrnost k životnímu prostředí, jsou pro zachování a obnovu stávajících vozovek v budoucnu nezbytné alternativní technologie, jako jsou ultrazvukem míchané a funkcionalizované přísady a nové receptury asfaltových kompozitů schopné samoopravy.
Ultrazvuková výroba přísad pro asfaltové emulze
Asfaltová emulze se skládá ze tří hlavních složek: asfaltu, vody a emulgující povrchově aktivní látky. Jako stabilní disperzi kapiček asfaltového cementu ve vodě lze asfaltovou emulzi čerpat, skladovat a míchat s kamenivem. Emulze by se měla při kontaktu s kamenivem během míchání nebo po nastříkání rychle „rozpadnout“. Rozpad je oddělení vody od asfaltu. Jakmile se voda odpaří, emulze je „zatuhlá“. Po rozpadu, vytvrzení a zatuhnutí má asfaltový zbytek vlastnosti původního základního asfaltu, pokud jde o přilnavost, trvanlivost a odolnost vůči vodě.
Ultrazvuková emulgace umožňuje formulovat vysoce kvalitní asfaltové emulze
Technika ultrazvukové emulgace je kompatibilní s mnoha recepturami emulgátorů a povrchově aktivních látek. Volba emulgátoru ovlivňuje charakteristiky tuhnutí asfaltových emulzí a určuje, zda jsou pomalu tuhnoucí, středně tuhnoucí nebo rychle tuhnoucí. Přísady, modifikátory, plniva, vlákna, kaučuky a další složky receptury lze přidávat v různých fázích procesu sonikace – v závislosti na receptuře a požadavcích na míchání konkrétních složek.
UIP4000hdT – ultrazvukový inline mixér o výkonu 4000 wattů
Třída emulze
Třída emulze u asfaltové emulze a rejuvenátoru asfaltu je důležitým faktorem, který určuje rychlost rozpadu (rychle, středně nebo pomalu tuhnoucí). Chování při tuhnutí ovlivňuje typ (iontový / neiontový) a koncentrace emulgátorů, jakož i specifika receptury, jako je poměr emulze/pevné látky, pórovitost, velikost částic a zrnitost. Protože parametry ultrazvukové emulgace lze přesně řídit, lze účinek sonikace na emulzi přizpůsobit cílové kvalitě asfaltu. Ať už je cílem mikro-, submikro- nebo nanoemulze, ultrazvukové zpracování vám poskytuje plnou kontrolu nad parametry procesu.
Reologie
Asfaltové emulze vykazují viskozity přibližně 50–1000 cP při 60°C, což je podstatně méně než viskozita samotného asfaltu (10 000–400 000 cP). Díky nižší viskozitě lze asfaltové emulze aplikovat technikami za nižších teplot, které snižují emise a spotřebu energie, zabraňují oxidaci asfaltu a jsou podstatně méně nebezpečné než techniky s horkým asfaltem. Navíc je aplikace asfaltových emulzí hospodárnější a šetrnější k životnímu prostředí než techniky za studena využívající ředěné asfalty (cutback). Viskozitu a reologii asfaltové emulze lze ovlivnit a upravit koncentrací emulgátoru a energetickým vstupem během ultrazvukové emulgace.
Penetrační schopnost
Penetrační schopnosti rejuvenátorů asfaltu jsou zásadní, protože vysoce výkonné omlazovací činidlo proniká do struktury vozovky a utěsňuje její povrch. Vysoce výkonný rejuvenátor asfaltu, který dokáže proniknout hluboko do asfaltového pojiva (bitumenu), zvyšuje pružnost a obnovuje vozovku zevnitř, takže je dosaženo samohojení vozovky. Připravujte vysoce funkcionalizované asfaltové emulze se submikronovými a nanometrickými kapičkami pomocí výkonového ultrazvuku!
Přísady
Polymery, kaučuk, plniva, oleje a omlazovací činidla se přidávají do asfaltových emulzí za účelem zlepšení klíčových vlastností nativního asfaltu, jako je výkonnostní klasifikace pro vysoké a nízké teploty (PG), viskozita, praskání za nízkých teplot, tažnost a relaxace napětí, bod měknutí a penetrace, afinita k polymerům a stabilita s nimi a omlazení zestárlého asfaltu ve směsích RAP/RAS (recyklovaný asfaltový materiál z vozovek (RAP) a recyklované asfaltové šindele (RAS)). Ultrazvukové disperzéry vmíchávají pevné látky a kapičky do asfaltové emulze jako monodisperzní částice. Technologie ultrazvukového míchání a mísení vytváří vysoce výkonné asfaltové směsi!
Koncentrát (master batch)
Ultrazvuková emulgace a dispergace je ideální pro přípravu koncentrátů (master batch) vysoce koncentrovaných asfaltových emulzí. Ultrazvukem připravené emulze s vysokým obsahem asfaltu (až 90%) se později ředí na koncentraci 70% nebo 60%, aby se dosáhlo požadovaného poměru vodní a olejové fáze odpovídajícího konečné aplikaci.
UIP16000 – ultrazvukový výkon 16kW na jednu ultrazvukovou míchací jednotku
Výhody ultrazvukových asfaltových emulzí
Technologie ultrazvukového míchání umožňuje vyvíjet a vyrábět omlazovací asfaltové receptury, které se snadno zpracovávají a jsou nákladově efektivní a šetrné k životnímu prostředí. Výkonná ultrazvuková kavitace vytváří submikronové a nanodisperze a emulze, které vykazují vynikající penetrační schopnost, vysoký výkon a dlouhodobou odolnost.
Míchejte své emulze pro vozovky a disperze pro asfaltové směsi pomocí vysoce výkonné ultrazvukové sonikace!
Vysoce výkonný ultrazvukový disperzér pro asfaltové emulze
Hielscher Ultrasonics vyrábí a dodává vysoce výkonné ultrazvukové mixéry pro asfaltové a bitumenové emulze. Průmyslové ultrazvukové disperzéry pro inline emulgaci otevírají možnost zpracovávat širokou škálu asfaltových a bitumenových emulzí. Sonikace umožňuje snadné testování nových receptur, které jsou rovnoměrně emulgovány pro vynikající stabilitu a vlastnosti emulze. Různé geometrie ultrazvukových reaktorů a vložky jako MultiPhaseCavitator umožňují snadné přizpůsobení ultrazvukového procesoru vaší konkrétní asfaltové nebo bitumenové receptuře.
Hrubá předsměs kapaliny a pevných látek se přivádí do ultrazvukového disperzéru, kde se obě fáze (voda + asfalt nebo bitumen + volitelné přísady) rovnoměrně mokře melou a rozmělňují na vysoce stabilní koloidní suspenzi. Ultrazvukové mletí a dispergace dokáže v rychlém procesu zpracovat velké objemy.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje orientační přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů:
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr jednotek UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Vysoce výkonné ultrazvukové procesory od laboratorního přes pilotní až po průmyslové měřítko.
Literatura a 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.
Fakta, která stojí za to znát
Co je asfaltová emulze?
Asfaltová emulze je směs vody a asfaltu. Protože asfalt je olejovitá hydrofobní sloučenina, nelze jej s vodou smíchat. Přidáním povrchově aktivní látky (známé také jako emulgátor, surfaktant, emulgační činidlo, stabilizátor) do vody před přidáváním asfaltu nebo během něj se asfalt a voda stanou mísitelnými. Přídavek surfaktantu usnadňuje dispergaci asfaltových částic ve vodné fázi (vodě) a udržuje je dispergované v suspenzi. K vmíchání asfaltu ve formě malých částic do suspenze se používají mechanická zařízení pro smykové míchání (např. sonikátor, vysokosmykový mixér, koloidní mlýn atd.). Vysoce kvalitní asfaltová emulze dodává vozovce odolnost proti tvorbě kolejí, citlivost na vlhkost, odolnost proti praskání a únavové vlastnosti.
Definice emulze
„Emulze je heterogenní termodynamicky nestabilní systém tvořený nejméně dvěma nemísitelnými kapalnými fázemi, z nichž jedna je dispergována v druhé ve formě malých kapiček (perliček), jejichž průměr je obecně větší než 0,1µm. Takový systém má minimální stabilitu, kterou lze zlepšit přidáním vhodných činidel, jako jsou surfaktanty nebo jemně rozptýlené pevné látky“. (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
Co je bitumen?
Bitumen je pojivový materiál používaný ve stavebnictví jako asfaltové pojivo, které drží asfalt pohromadě. Má bod tání 180ºC. Bitumenové emulze jsou tmavě hnědá kapalina, která může být buď kationtová, kdy emulze obsahují kapičky nesoucí kladný náboj, nebo aniontová, kdy emulze obsahují záporně nabité kapičky.
Co jsou kalové zákryty?
Kalové zákryty jsou směsí vody, asfaltové emulze, kameniva a přísad, která se nanáší na stávající povrch asfaltové vozovky. Kalový zákryt je podobný mlhovému postřiku s tím rozdílem, že kalový zákryt obsahuje jako součást směsi kamenivo. Polymer je běžnou přísadou, která zlepšuje vlastnosti asfaltové emulze. Tato kombinovaná směs emulze a kameniva je takzvaný kal, který má chránit podkladovou konstrukci vozovky a vytvořit nový povrch vozovky.
Co jsou mlhové postřiky?
Mlhový postřik (fog sealing) označuje nanesení speciálně formulované asfaltové emulze na stávající povrch asfaltové vozovky. Emulze pro mlhový postřik se skládá ze směsi vody a oleje, kterou lze snadno nastříkat na stávající vozovku, což se označuje také jako „mlžení“ („fogging“).
Co jsou nátěry s posypem?
Aplikace nátěru s posypem zahrnuje asfaltovou emulzi, která obsahuje kapičky silničního asfaltu, vodu, emulgační činidlo nebo surfaktant, polymer a často omlazovací přísadu. Nátěry s posypem se aplikují ve dvoukrokovém procesu, který zahrnuje nejprve rozstřik asfaltové emulze a následně vrstvu drobného drceného kameniva na stávající povrch asfaltové vozovky. Drobné drcené kamenivo se nazývá také „drť“ (anglicky „chips“), od čehož je odvozen anglický název této metody – chip sealing.
Co jsou kartáčované nátěry (scrub seals)?
Kartáčovaný nátěr (scrub seal) je velmi podobný nátěru s posypem – k rehabilitaci poškozené asfaltové vozovky se používá asfaltová emulze a drcený štěrk. Jediným rozdílem je způsob aplikace: při aplikaci kartáčovaného nátěru se asfaltová emulze nanáší takzvanými zametacími kartáči (scrub brooms), které zajišťují, že asfaltová emulze pronikne do trhlin ve vozovce.
Co jsou kombinované nátěry (cape seals)?
Kombinovaný nátěr (cape sealing) označuje aplikaci nátěru s posypem nebo kartáčovaného nátěru s následnou aplikací kalového zákrytu nebo mikrokoberce v pozdějším termínu. Zatímco nátěr s posypem nebo kartáčovaný nátěr utěsňuje a spojuje trhliny ve stávající vozovce, následný kalový zákryt nebo mikrokoberec zlepšuje zachycení drti a hladkost povrchu vozovky. Kombinované nátěry se většinou používají jako přechodné řešení u asfaltových konstrukcí, které vykazují pouze mírné poškození, malé nebo žádné koleje a středně široké trhliny. Kombinovaný nátěr se většinou používá jako prostředek k prodloužení životnosti vozovky, dokud není provedena rehabilitace nebo rekonstrukce.
Co je mikrokoberec?
Mikrokoberec je úprava srovnatelná s kalovým zákrytem. Při pokládce mikrokoberce se na povrch vozovky z asfaltového betonu nanáší směs sestávající z vody, asfaltové emulze, kameniva a chemických přísad. Polymerní přísady se používají ke zlepšení vlastností směsi asfaltové emulze. Hlavní rozdíl mezi kalovým zákrytem a mikrokobercem spočívá ve způsobu, jakým se „rozpadají“ neboli tvrdnou. Zatímco kalový zákryt vyžaduje, aby se voda z asfaltové emulze po jejím rozprostření odpařila, asfaltová emulze v mikrokoberci obsahuje chemické přísady, které jí umožňují rozpadnout se, aniž by k odpaření bylo zapotřebí slunce nebo tepla. Díky tomu je mikrokoberec preferovanou úpravou pro silně zatížené silnice (krátká doba rozpadu) nebo chladnější klima.
Co způsobuje degradaci vozovky?
S přibývajícím stářím se vozovka začíná zhoršovat. Jak rychle se rozpadá, ovlivňuje mnoho faktorů. Hlavními faktory jsou prostředí a dopravní zatížení. Sluneční světlo v průběhu času oxiduje povrchovou vrstvu a způsobuje její křehnutí. Je-li vozovka příliš křehká, začínají se v důsledku vysokého počtu opakovaných dopravních zatížení vozovky tvořit trhliny. Není-li vozovka řádně utěsněna, může dešťová nebo zavlažovací voda prosakovat trhlinami do podkladní vrstvy a narušit konstrukční integritu vozovky. Voda může podkladní vrstvy erodovat nebo vyplavit a způsobit selhání vozovky v důsledku ztráty únosnosti.