Hielscher Ultraschalltechnik

Ultraschallmischen von Asphaltverjüngern

  • Asphalt-Sanierer und -Renovierer ermöglichen es, vorhandene Asphaltbeläge zu recyceln, indem sie dem Baustoff Verjüngungsmittel auftragen.
  • Ultraschalldispergierer sind eine leistungsstarke Technik, um Nanopartikel und Nanotropfen in Asphalt- und Bitumenemulsionen zu mischen.
  • Mit dem Leistungsultraschall werden Hochleistungsadditive für langlebige Fahrbahnen hergestellt.

Asphaltsanierung

Ultraschallmischen von AsphaltzusätzenVerwitterter, getrockneter, gealterter und gerissener Asphalt hat seine ursprünglichen Teeröle verloren und wird durch Oxidation beschädigt, so dass Risse, Schlaglöcher und Spurrinnen im Radweg an der Oberfläche entstehen. Angesichts der großen Menge an Asphalt, die im Bauwesen verwendet wird, ist die Sanierung und Verjüngung von Gehwegen und anderen Asphaltbauwerken ein wichtiger Sektor, der dazu beiträgt, Ressourcen und Ausgaben zu sparen.
Bestehende Asphaltbauwerke, die durch Witterung, Alter und Verkehrsbelastung beschädigt werden, können durch den Einsatz von Nebeldichtungen, Gülledichtungen, Spänedichtungen, Schrubbendichtungen, Kapdichtungen und anderen Asphaltverjüngern saniert und verjüngt werden. Diese Dichtungsformulierungen bestehen aus einer Mischung aus Wasser, Asphaltemulsion, Zuschlagstoff (kleiner Kies, auch Späne genannt), Polymeren und Nano-Additiven.
Modifizierte Asphaltbeläge, die bestimmte verstärkende Nanopartikel enthalten, weisen wünschenswerte thermische, elektrische und mechanische Eigenschaften auf und haben dadurch verbesserte Funktionalitäten. Um die Kosten für Asphaltbinder und Straßeninstandhaltung zu senken und ihre Umweltfreundlichkeit zu erhöhen, sind alternative Technologien wie ultraschallgemischte und funktionalisierte Additive und neue Asphaltverbundrezepturen, die die Fähigkeit zur Selbstreparatur haben, unerlässlich, um bestehende Fahrbahnen in Zukunft zu erhalten und zu erneuern.

Ultraschallproduktion von Additiven für Asphaltemulsionen

Eine Asphaltemulsion besteht aus drei Hauptkomponenten: Asphalt, Wasser und einem emulgierenden Tensid. Da es sich um eine stabile Dispersion von Asphaltzementtröpfchen in Wasser handelt, kann eine Asphaltemulsion gepumpt, gelagert und mit Zuschlagstoffen vermischt werden. Eine Emulsion sollte beim Kontakt mit dem Zuschlagstoff beim Mischen oder nach dem Sprühen schnell "brechen". Brechen ist die Trennung des Wassers vom Asphalt. Wenn das Wasser verdunstet ist, wird die Emulsion "ausgehärtet". Nach dem Brechen, Aushärten und Abbinden weist der Asphaltrest die Haftfähigkeit, Haltbarkeit und Wasserdichtigkeit des ursprünglichen Basisasphalts auf.
Die Ultraschallemulgierung ermöglicht die Formulierung hochwertiger Asphaltemulsionen.
Die Ultraschall-Emulgiertechnik ist mit mehreren Emulgator- und Tensidformulierungen kompatibel. Die Wahl des Emulgators beeinflusst die Abbindeeigenschaften von Asphaltemulsionen, so dass sie langsam, mittelhärtend und schnell abbinden. Additive, Modifikatoren, Füllstoffe, Fasern, Kautschuke und andere Formulierungsbestandteile können in verschiedenen Phasen des Sondierungsprozesses zugesetzt werden. – abhängig von der Formulierung und den Mischungsanforderungen der spezifischen Mischungen.

Ultraschalldispergierer UIP4000hdT (4kW Ultraschallleistung)

UIP4000hdT – 4000 Watt Ultraschall-Inline-Mischer

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Emulsionsklasse

Die Emulsionsklasse einer Asphaltemulsion und eines Asphaltverjüngers ist ein wichtiger Faktor, der die Auflösegeschwindigkeit (schnell, mittel oder langsam abbindend) bestimmt. Die Art (ionisch / nichtionisch) und Konzentration der Emulgatoren sowie die Formulierungsspezifika wie Emulsion/Feststoff-Verhältnis, Porosität, Partikelgröße und Gradation beeinflussen das Abbindeverhalten. Da die Parameter der Ultraschall-Emulgierung präzise gesteuert werden können, kann die Schallausbreitung auf die Emulsion an die gewünschte Asphaltqualität angepasst werden. Ob Mikron-, Submikron- oder Nanoemulsionen, die Ultraschallverarbeitung gibt Ihnen die volle Kontrolle über die Prozessparameter.

Rheologie

Asphaltemulsionen weisen Viskositäten von ca. 50-1000 cP bei 60°C auf, was deutlich niedriger ist als die Viskosität des Asphalts selbst (10.000-400.000 cP). Aufgrund ihrer niedrigeren Viskosität können Asphaltemulsionen mit Techniken bei niedrigeren Temperaturen aufgetragen werden, die Emissionen und Energieverbrauch reduzieren, die Oxidation von Asphalt vermeiden und wesentlich weniger gefährlich sind als die Heißasphalttechnik. Darüber hinaus ist das Auftragen von Asphaltemulsionen wirtschaftlicher und umweltfreundlicher als das Kaltverfahren mit reduzierten Asphalten. Die Viskosität und Rheologie einer Asphaltemulsion kann durch die Emulgatorkonzentration und den Energieeintrag bei der Ultraschallemulgierung beeinflusst und eingestellt werden.

Durchdringungsfähigkeit

Die Penetrationsfähigkeit von Asphaltregeneratoren ist entscheidend, da ein leistungsstarkes Verjüngungsmittel in die Fahrbahnstruktur eindringt und die Oberfläche versiegelt. Ein leistungsstarker Asphaltregenerator, der tief in das Asphaltbindemittel (Bitumen) eindringen kann, erhöht die Flexibilität und stellt von innen wieder her, so dass eine Selbstheilung der Fahrbahn erreicht wird. Bereiten Sie hochfunktionalisierte Asphaltemulsionen zur Formulierung von Tröpfchen in Submikron- und Nanogröße mit Power-Ultraschall vor!

Additive

Polymere, Gummi, Füllstoffe, Öle und Verjüngungsmittel werden Asphaltemulsionen zugesetzt, um die wichtigsten Eigenschaften von nativem Asphalt zu verbessern, wie z.B. Hoch- und Tieftemperatur-Leistungsgradierung (PG), Viskosität, Tieftemperaturrisse, Duktilität und Spannungsrelaxation, Erweichungspunkt und Penetration, Affinität und Stabilität zu Polymeren und Verjüngung von gealtertem Asphalt in RAP/RAS-Mischungen (Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) und Recycled Asphalt Schindeln (RAS)). Ultraschalldispergierer mischen Feststoffe und Tröpfchen als monodisperse Partikel in die Asphaltemulsion. Die Ultraschallmisch- und Mischtechnik erzeugt leistungsstarke Asphaltmischungen!

Master Batch

Die Ultraschallemulgierung und -dispersion ist ideal zur Herstellung von Masterbatches aus hochkonzentrierten Asphaltemulsionen. Ultraschallpräparierte Emulsionen mit hohem Asphaltgehalt (bis zu 90%) werden später auf 70% oder 60% verdünnt, um das gewünschte Wasser-/Ölphasenverhältnis für die Endanwendung zu erreichen.

UIP16000 (16kW) is Hielscher's most powerful ultrasonic extraction equipment.

UIP16000 – 16kW Ultraschallleistung pro Ultraschallmischgerät

Vorteile von Ultraschall-Asphalt-Emulsionen

Die Ultraschallmischtechnik ermöglicht die Entwicklung und Herstellung von Asphaltverjüngungsrezepturen, die einfach zu handhaben, kostengünstig und umweltfreundlich sind. Durch die leistungsstarke Ultraschallkavitation entstehen Submikron- und Nanodispersionen und -emulsionen, die eine ausgezeichnete Durchlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Langzeitbeständigkeit aufweisen.
Mischen Sie Ihre Pflasteremulsionen und Dispersionen für Asphaltmischungen mit leistungsstarkem Ultraschall!

Leistungsstarker Ultraschalldispergierer für Asphaltemulsionen

UIP4000hdT Ultraschallreaktor für die Inline-Beschallung im industriellen MaßstabHielscher Ultrasonics produziert und liefert leistungsstarke Ultraschallmischer für Asphalt- und Bitumenemulsionen. Industrielle Ultraschalldispergierer für die Inline-Emulgierung bieten die Möglichkeit, eine breite Palette von Asphalt- und Bitumenemulsionen zu verarbeiten. Die Sondierung ermöglicht die einfache Prüfung neuer Formulierungen, die gleichmäßig emulgiert sind, um eine hervorragende Emulsionsstabilität und -leistung zu gewährleisten. Verschiedene Ultraschall-Reaktorgeometrien und Einsätze wie z.B. die MultiPhaseCavitator ermöglichen eine einfache Anpassung der Ultraschallprozessoren an Ihre spezifische Asphalt- oder Bitumenrezeptur.
Eine grobe Vormischung aus Flüssigkeit und Feststoffen wird in den Ultraschalldispergierer eingebracht, wo die beiden Phasen (Wasser + Asphalt oder Bitumen + optionale Zusatzstoffe) nass gemahlen und gleichmäßig zu einer hochstabilen kolloidalen Suspension gemahlen werden. Die Ultraschallmahlung und -dispergierung ist in der Lage, große Mengen in einem schnellen Prozess zu verarbeiten.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000hdT
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschallgeräte für sonochemische Anwendungen her.

Leistungsstarke Ultraschallprozessoren vom Labor- über den Pilot- bis zum industriellen Maßstab.

Literatur

  • Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Rheologische Charakterisierung von Asphaltbindemitteln und Mischungen, die mit Kohlenstoff-Nanoröhren modifiziert sind. RILEM Konferenzbeiträge 2016.
  • Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Formulierung von Asphaltemulsionen: Stand der Technik und Abhängigkeit der Formulierung von den Eigenschaften der Emulsionen. Bau und Baustoffe 123, 2016. 162–173.


Wissenswertes

Was ist eine Asphaltemulsion?

Eine Asphaltemulsion ist eine Mischung aus Wasser und Asphalt. Da Asphalt eine ölige, hydrophobe Verbindung ist, kann er nicht mit Wasser vermischt werden. Durch die Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels, auch Emulgator, Tensid, Emulgator, Stabilisator genannt) zum Wasser vor oder während der Zugabe des Asphalts werden Asphalt und Wasser mischbar. Die Zugabe von Tensid erleichtert die Dispersion von Asphaltpartikeln in der wässrigen Phase (Wasser) und hält sie in Suspension. Um den Asphalt als kleine Partikel in die Suspension einzumischen, werden mechanische Schermischanlagen (z.B. Ultraschallmischer, Schnellmischer, Kolloidmühle etc.) eingesetzt. Eine hochwertige Asphaltemulsion verleiht der Fahrbahn Spurrinnenbeständigkeit, Feuchtigkeitsempfindlichkeit, Rissbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit.
Definition der Emulsion
"Eine Emulsion ist ein heterogenes, thermodynamisch instabiles System, das aus mindestens zwei nicht mischbaren flüssigen Phasen besteht, wobei eine in der anderen in Form von kleinen Tröpfchen (Perlen) dispergiert ist, deren Durchmesser im Allgemeinen größer als 0,1 µm ist. Ein solches System weist eine minimale Stabilität auf, die durch Zugabe geeigneter Mittel, wie z.B. Tenside, oder feinteilig" verbessert werden könnte. (Becher, P. Emulsion. Theorie und Praxis. 1961.)

Was ist Bitumen?

Bitumen ist ein zementartiges Material, das im Bauwesen als Asphaltbinder verwendet wird, der den Asphalt zusammenhält. Es hat einen Schmelzpunkt von 180ºC. Bitumenemulsionen sind eine dunkelbraune Flüssigkeit, die entweder kationisch sein kann, wobei die Emulsionen Tröpfchen haben, die eine positive Ladung tragen, oder anionisch, wobei die Emulsionen negativ geladene Tröpfchen haben.

Was sind Slurry Seals?

Slurry Seals sind eine Formulierung aus Wasser, Asphaltemulsion, Zuschlagstoffen und Additiven für eine bestehende Asphaltdecke. Eine Slurry-Seal ist ähnlich wie eine Nebeldichtung, außer dass die Slurry-Seal Aggregate als Teil des Gemischs aufweist. Polymer ist ein üblicher Zusatzstoff, der die Eigenschaften der Asphaltemulsion verbessert. Diese kombinierte Mischung aus Emulsion und Zuschlagstoffen ist die sogenannte Aufschlämmung, um die darunterliegende Fahrbahnstruktur zu schützen und eine neue Fahrbahnoberfläche zu schaffen.

Was sind Nebeldichtungen?

Unter Nebelabdichtung versteht man das Auftragen einer speziell formulierten Asphaltemulsion auf eine vorhandene Asphaltdecke. Eine Nebeldichtungsemulsion besteht aus einem Wasser-Öl-Gemisch, das sich leicht auf einen vorhandenen Belag sprühen lässt, auch bekannt als "Fogging".

Was sind Chip-Dichtungen?

Bei der Anwendung einer Späneabdichtung handelt es sich um eine Asphaltemulsion, die Kugeln aus Asphalt, Wasser, einem Emulgator oder Tensid, Polymer und oft einem Verjüngungszusatz enthält. Spanabdichtungen werden in einem zweistufigen Verfahren aufgebracht, das zunächst die Verteilung der Asphaltemulsion und anschließend eine Schicht aus kleinem Schotter auf eine vorhandene Asphaltdecke beinhaltet. Das kleine Schottergestein wird auch als „Chips“was dem Spanabdichtungsverfahren seinen Namen gibt.

Was sind Scrub Seals?

Eine Schrubbversiegelung ist der Spanversiegelung sehr ähnlich, bei der eine Asphaltemulsion und Schotter zur Sanierung einer beschädigten Asphaltdecke verwendet werden. Der einzige Unterschied ist die Applikationsmethode: Für den Auftrag einer Schrubbversiegelung wird die Asphaltemulsion mit sogenannten Schrubbbesen aufgebracht, die dafür sorgen, dass die Asphaltemulsion in die Fahrbahnrisse eindringt.

Was sind Cape Seals?

Unter Cape-Sealing versteht man das Aufbringen einer Chip- oder Schrubbversiegelung mit anschließendem Aufbringen von Slurry-Seal oder Microsurfacing zu einem späteren Zeitpunkt. Während Späne- oder Schrubbversiegelungen die Risse im bestehenden Belag abdichten und verkleben, verbessert die anschließende Slurry-Versiegelung oder Mikrobeschichtung die Spänehaltung und Glätte der Fahrbahnoberfläche. Cape seals a re wird hauptsächlich als intermittierender Workaround verwendet, für Asphaltbauwerke, die nur eine moderate Belastung, leichte oder keine Spurrillen und moderate Rissbreiten aufweisen. Die Kapselung wird meist als Abhilfe verwendet, um die Lebensdauer der Fahrbahn bis zur Sanierung oder Rekonstruktion zu verlängern.

Was ist Microsurfacing?

Microsurfacing ist eine Behandlung, die mit einer Slurry-Versiegelung vergleichbar ist. Für die Mikrobeschichtung wird eine Formulierung, bestehend aus Wasser, Asphaltemulsion, Zuschlagstoffen und chemischen Zusätzen, auf die Oberfläche einer Asphaltbetonfahrbahn aufgebracht. Um die Mischungseigenschaften der Asphaltemulsion zu verbessern, werden Polymeradditive eingesetzt. Der Hauptunterschied zwischen Slurry Seal und Microsurfacing besteht darin, wie sie "brechen" oder härten. Während die Versiegelung der Aufschlämmung erfordert, dass das Wasser nach der Verteilung aus der Asphaltemulsion verdunstet, enthält die Asphaltemulsion in einer Mikrobeschichtung chemische Zusätze, die es ihr ermöglichen, zu brechen, ohne sich auf die Sonne oder Wärme für die Verdunstung zu verlassen. Dies macht Microsurfacing zur bevorzugten Behandlung für stark befahrene Straßen (kurze Pausenzeiten) oder kälteres Klima.

Was ist die Ursache für die Verschlechterung des Gehweges?

Mit zunehmendem Alter des Bürgersteigs beginnt er zu verfallen. Wie schnell sie zusammenbricht, wird von vielen Faktoren beeinflusst. Die Hauptfaktoren sind die Umwelt und die Verkehrsbelastung. Sonnenlicht oxidiert im Laufe der Zeit die Oberflächenschicht und lässt sie spröde werden. Bei zu spröder Fahrbahn entstehen durch hohe Wiederholungen der Verkehrsbelastung auf der Fahrbahn Risse. Wenn der Belag nicht richtig abgedichtet ist, kann Regen- oder Bewässerungswasser die Risse in die Tragschicht eindringen und die strukturelle Integrität des Belags beeinträchtigen. Wasser kann die darunter liegenden Tragschichten erodieren oder abwaschen und dazu führen, dass der Belag aus Mangel an Halt ausfällt.