Ultraschallmischen von Asphalt Rejuvenators
- Asphaltsanierer und -veredler ermöglichen die Wiederverwendung bestehender Asphaltbeläge durch Auftragen von Veredelungsmitteln auf das Baumaterial.
- Ultraschall-Dispergierer sind eine leistungsstarke Technik zum Einmischen von Nanopartikeln und Nanotröpfchen in Asphalt- und Bitumenemulsionen.
- Power-Ultraschall wird zur Herstellung von Hochleistungsadditiven für langfristig haltbare Beläge eingesetzt.
Asphaltsanierung
Verwitterter, getrockneter, gealterter und rissiger Asphalt hat seine ursprünglichen Teeröle verloren und ist durch Oxidation geschädigt, so dass sich an der Oberfläche Risse, Schlaglöcher und Spurrillen bilden. In Anbetracht der großen Menge an Asphalt, die im Bauwesen verwendet wird, ist die Sanierung und Verjüngung von Fahrbahnen und anderen Asphaltstrukturen ein wichtiger Bereich, der hilft, Ressourcen und Ausgaben zu sparen.
Bestehende Asphaltstrukturen, die durch Witterung, Alter und Verkehrsbelastung geschädigt sind, können durch die Anwendung von Nebeldichtungen, Slurry Seals, Chip Seals, Scrub Seals, Cape Seals und anderen Asphaltverjüngungsmitteln saniert und verjüngt werden. Diese Versiegelungsformulierungen bestehen aus einer Mischung aus Wasser, Asphaltemulsion, Zuschlagstoffen (kleiner Kies, auch Splitt genannt), Polymeren und Nano-Zusatzstoffen.
Modifizierte Asphaltbeläge, die bestimmte verstärkende Nanopartikel enthalten, weisen wünschenswerte thermische, elektrische und mechanische Eigenschaften auf und haben dadurch verbesserte Funktionalitäten. Um die Kosten für Asphaltbindemittel und Straßeninstandhaltung zu senken und ihre Umweltfreundlichkeit zu erhöhen, sind alternative Technologien wie ultraschallgemischte und funktionalisierte Zusatzstoffe und neue Asphaltverbundformulierungen, die die Fähigkeit zur Selbstreparatur besitzen, für die Erhaltung und Erneuerung bestehender Beläge in der Zukunft unerlässlich.
Herstellung von Zusatzstoffen für Asphaltemulsionen mit Ultraschall
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 gemischt werden. Eine Emulsion sollte beim Kontakt mit den Zuschlagstoffen beim Mischen oder nach dem Aufsprühen schnell "brechen". Unter Brechen versteht man die Trennung des Wassers vom Asphalt. Wenn das Wasser verdunstet ist, ist die Emulsion "abgebunden". Nach dem Brechen, Aushärten und Abbinden besitzt der Asphaltrest die Haftfähigkeit, Haltbarkeit und Wasserbeständigkeit des ursprünglichen Basisasphalts.
Die Ultraschallemulgierung ermöglicht die Formulierung hochwertiger Asphaltemulsionen
Das Ultraschall-Emulgierverfahren ist mit verschiedenen Emulgator- und Tensidformulierungen kompatibel. Die Wahl des Emulgators beeinflusst die Aushärtungseigenschaften von Asphaltemulsionen, so dass sie langsam, mittel und schnell aushärten. Additive, Modifikatoren, Füllstoffe, Fasern, Kautschuk und andere Bestandteile der Formulierung können in verschiedenen Stadien des Beschallungsprozesses hinzugefügt werden – abhängig von der Formulierung und den Mischungsanforderungen der spezifischen Verbindungen.
UIP4000hdT – 4000-Watt-Ultraschall-Inline-Mischer
Emulsion Klasse
Der Emulsionsgrad einer Asphaltemulsion und eines Asphalt-Rejuvenators ist ein wichtiger Faktor, der die Abbindegeschwindigkeit (schnelles, mittleres oder langsames Abbinden) bestimmt. Die Art (ionisch/nichtionisch) und die Konzentration der Emulgatoren sowie die Rezepturspezifika wie Emulsions-/Feststoffverhältnis, Porosität, Partikelgröße und -abstufung beeinflussen das Abbindeverhalten. Da sich die Parameter der Ultraschallemulgierung präzise steuern lassen, kann der Einfluss der Beschallung auf die Emulsion an die angestrebte Asphaltqualität angepasst werden. Ob Mikron-, Submikron- oder Nano-Emulsionen angestrebt werden, die Ultraschallverarbeitung gibt Ihnen die volle Kontrolle über die Prozessparameter.
Rheologie
Asphaltemulsionen weisen eine Viskosität von ca. 50-1000 cP bei 60°C auf, was deutlich niedriger ist als die Viskosität von Asphalt selbst (10.000-400.000 cP). Aufgrund ihrer geringeren Viskosität können Asphaltemulsionen bei niedrigeren Temperaturen aufgetragen werden, was Emissionen und Energieverbrauch reduziert, die Oxidation des Asphalts vermeidet und deutlich weniger gefährlich ist als Heißasphaltverfahren. Darüber hinaus ist das Auftragen von Asphaltemulsionen wirtschaftlicher und umweltfreundlicher als Kaltverfahren mit geschnittenem Asphalt. Viskosität und Rheologie einer Asphaltemulsion können durch die Emulgatorkonzentration und den Energieeintrag während der Ultraschallemulgierung beeinflusst und eingestellt werden.
Fähigkeit zur Durchdringung
Die Penetrationsfähigkeit von Asphaltverjüngern ist entscheidend, da ein Hochleistungs-Verjüngungsmittel in die Belagsstruktur eindringt und die Oberfläche versiegelt. Ein Hochleistungs-Asphaltverjünger, der in der Lage ist, tief in das Asphaltbindemittel (Bitumen) einzudringen, erhöht die Flexibilität und stellt von innen her wieder her, so dass eine Selbstheilung des Belags erreicht wird. Bereiten Sie hochfunktionalisierte Asphaltemulsionen vor, indem Sie submikron- und nanoskalige Tröpfchen mit Power-Ultraschall formulieren!
Additive
Polymere, Kautschuk, Füllstoffe, Öle und Verjüngungsmittel werden Asphaltemulsionen zugesetzt, um die Schlüsseleigenschaften von nativem Asphalt zu verbessern, z. B. die Leistungseinstufung bei hohen und niedrigen Temperaturen (PG), die Viskosität, die Rissbildung bei niedrigen Temperaturen, die Duktilität und Spannungsrelaxation, den Erweichungspunkt und die Penetration, die Affinität zu und die Stabilität mit Polymeren sowie die Verjüngung von gealtertem Asphalt in RAP/RAS-Mischungen (recycelter Asphaltbelag (RAP) und recycelte Asphaltschindeln (RAS)). Ultraschalldispergierer mischen Feststoffe und Tröpfchen als monodisperse Partikel in die Asphaltemulsion. Mit der Ultraschall-Misch- und Verschnitttechnologie werden Hochleistungs-Asphaltmischungen hergestellt!
Vormischung
Das Emulgieren und Dispergieren mit Ultraschall ist ideal für die Herstellung von Masterbatches hochkonzentrierter Asphaltemulsionen. Mit Ultraschall hergestellte Emulsionen mit hohem Asphaltgehalt (bis zu 90 %) werden später auf eine Konzentration von 70 % oder 60 % verdünnt, um das gewünschte Wasser/Öl-Phasenverhältnis für die Endanwendung zu erreichen.
UIP16000 – 16kW Ultraschallleistung pro Ultraschallmischeinheit
Vorteile von Asphaltemulsionen mit Ultraschall
Die Ultraschall-Mischtechnologie ermöglicht die Entwicklung und Herstellung von Asphaltverjüngungsformulierungen, die einfach zu handhaben, kostengünstig und umweltfreundlich sind. Durch leistungsstarke Ultraschallkavitation werden Submikron- und Nanodispersionen und -emulsionen erzeugt, die sich durch eine hervorragende Durchdringbarkeit, hohe Leistungsfähigkeit und Langzeitbeständigkeit auszeichnen.
Mischen Sie Ihre Pflasteremulsionen und Dispersionen für Asphaltmischungen mit Hochleistungs-Ultraschall!
Hochleistungs-Ultraschall-Dispergierer für Asphaltemulsionen
Hielscher Ultrasonics fertigt und liefert Hochleistungs-Ultraschallmischer für Asphalt- und Bitumenemulsionen. Industrielle Ultraschall-Dispergierer für die Inline-Emulgierung bieten die Möglichkeit, eine breite Palette von Asphalt- und Bitumenemulsionen zu verarbeiten. Die Beschallung ermöglicht das einfache Testen neuer Formulierungen, die gleichmäßig emulgiert werden und eine hervorragende Emulsionsstabilität und -leistung aufweisen. Verschiedene Ultraschallreaktorgeometrien und Einsätze wie der MultiPhaseCavitator ermöglichen die einfache Anpassung des Ultraschallprozessors an Ihre spezifische Asphalt- oder Bitumenrezeptur.
Ein grobes Vorgemisch aus Flüssigkeit und Feststoffen wird in den Ultraschall-Dispergierer gegeben, wo die beiden Phasen (Wasser + Asphalt oder Bitumen + optionale Additive) nass gemahlen und gleichmäßig zu einer hochstabilen kolloidalen Suspension vermahlen werden. Das Ultraschall-Mahl- und Dispergierverfahren ist in der Lage, große Mengen in einem schnellen Prozess zu verarbeiten.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
| 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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Leistungsstarke Ultraschallprozessoren vom Labor- und Technikumsmaßstab bis zur industriellen Produktion.
Literatur
- 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: Stand der Technik und Abhängigkeit der Formulierung von den Emulsionseigenschaften. Construction and Building Materials 123, 2016. 162-173.
Wissenswertes
Was ist eine Asphaltemulsion?
Eine Asphaltemulsion ist ein Gemisch aus Wasser und Asphalt. Da Asphalt eine ölige, hydrophobe Verbindung ist, lässt er sich nicht mit Wasser mischen. Durch 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 Tensiden erleichtert die Dispersion der Asphaltpartikel in der wässrigen Phase (Wasser) und hält sie in der Schwebe. Um den Asphalt als kleine Partikel in die Suspension zu mischen, werden mechanische Schermischgeräte (z. B. Ultraschallgerät, Schnellmischer, Kolloidalmühle usw.) verwendet. Eine hochwertige Asphaltemulsion verleiht dem Belag Spurrillenfestigkeit, Feuchtigkeitsanfälligkeit, Rissbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit.
Definition von Emulsion
"Eine Emulsion ist ein heterogenes, thermodynamisch instabiles System, das aus mindestens zwei nicht mischbaren flüssigen Phasen besteht, von denen 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 Mindeststabilität auf, die durch Zugabe geeigneter Mittel, wie Tenside oder fein verteilte Feststoffe, verbessert werden kann". (Becher, P. Emulsion. Theorie und Praxis. 1961.)
Was ist Bitumen?
Bitumen ist ein zementartiges Material, das im Baugewerbe als Asphaltbindemittel verwendet wird, das den Asphalt zusammenhält. Es hat einen Schmelzpunkt von 180ºC. Bitumenemulsionen sind eine dunkelbraune Flüssigkeit, die entweder kationisch, d. h. mit positiv geladenen Tröpfchen, oder anionisch, d. h. mit negativ geladenen Tröpfchen, sein kann.
Was sind Gülledichtungen?
Slurry Seals sind ein Gemisch aus Wasser, Asphaltemulsion, Zuschlagstoffen und Additiven auf einer bestehenden Asphaltdecke. Eine Slurry-Versiegelung ähnelt einer Nebeldichtung, mit dem Unterschied, dass die Slurry-Versiegelung Zuschlagstoffe als Teil der Mischung enthält. Das Polymer ist ein übliches Additiv, das die Eigenschaften der Asphaltemulsion verbessert. Diese kombinierte Mischung aus Emulsion und Zuschlagstoffen wird als Slurry bezeichnet, um die darunter liegende Fahrbahnstruktur zu schützen und eine neue Fahrbahnoberfläche zu schaffen.
Was sind Nebeldichtungen?
Unter Nebelversiegelung versteht man das Auftragen einer speziell formulierten Asphaltemulsion auf eine bestehende Asphaltdecke. Eine Nebelversiegelungsemulsion besteht aus einem Wasser-Öl-Gemisch, das einfach auf einen bestehenden Belag aufgesprüht werden kann, auch bekannt als "Vernebeln".
Was sind Chip-Seals?
Bei der Aufbringung einer Splittversiegelung wird eine Asphaltemulsion verwendet, die Asphaltkügelchen, Wasser, einen Emulgator oder ein Tensid, ein Polymer und häufig einen Verjüngungszusatz enthält. Splittversiegelungen werden in einem zweistufigen Verfahren aufgebracht, bei dem zunächst die Asphaltemulsion und anschließend eine Schicht aus kleinem Schotter auf die vorhandene Asphaltdecke aufgetragen wird. Der Kleinzerkleinerer wird auch als „Chips“was der Methode der Chip-Versiegelung ihren Namen gibt.
Was sind Scrub Seals?
Eine Scrub-Seal-Behandlung ist der Splittversiegelung sehr ähnlich, bei der eine Asphaltemulsion und gebrochener Kies verwendet werden, um einen beschädigten Asphaltbelag zu sanieren. Der einzige Unterschied besteht in der Auftragsmethode: Bei einer Scheuer-Versiegelung wird die Asphaltemulsion mit sogenannten Scheuerbesen aufgetragen, die dafür sorgen, dass die Asphaltemulsion in die Risse der Fahrbahn eindringt.
Was sind Kap-Robben?
Unter Kapversiegelung versteht man das Aufbringen einer Splitt- oder Schrubbversiegelung mit anschließender Aufbringung einer Gülleversiegelung oder eines Mikrobelags zu einem späteren Zeitpunkt. Während die Splitt- oder Schrubbversiegelung die Risse in der bestehenden Fahrbahn abdichtet und verbindet, verbessert die anschließende Slurry-Versiegelung oder der Mikrobelag die Haftung des Splitts und die Ebenheit der Fahrbahnoberfläche. Kapversiegelungen werden meist als intermittierende Abhilfemaßnahme für Asphaltstrukturen verwendet, die nur mäßige Schäden, geringe oder keine Spurrillen und mäßige Rissbreiten aufweisen. Kapversiegelungen werden meist als Abhilfemaßnahme eingesetzt, um die Lebensdauer der Fahrbahn zu verlängern, bis eine Sanierung oder ein Neubau durchgeführt wird.
Was ist Microsurfacing?
Mikrobelag ist eine Behandlung, die mit einer Slurry Seal vergleichbar ist. Bei der Mikroversiegelung wird eine Formulierung aus Wasser, Asphaltemulsion, Zuschlagstoffen und chemischen Zusätzen auf die Oberfläche einer Asphaltbetondecke aufgetragen. Zur Verbesserung der Mischungseigenschaften der Asphaltemulsion werden polymere Zusatzstoffe verwendet. Der Hauptunterschied zwischen Slurry Seal und Microsurfacing besteht darin, wie sie "brechen" oder aushärten. Während bei der Slurry-Versiegelung das Wasser nach der Verteilung aus der Asphaltemulsion verdampfen muss, enthält die Asphaltemulsion in einem Mikrobelag chemische Zusätze, die es ihr ermöglichen, zu brechen, ohne dass die Sonne oder die Hitze für die Verdampfung erforderlich sind. Dies macht den Mikrobelag zur bevorzugten Behandlung für stark befahrene Straßen (kurze Zeit zum Brechen) oder bei kälterem Klima.
Was ist die Ursache für die Verschlechterung der Straßenbeläge?
Mit zunehmendem Alter verschlechtert sich der Zustand von Straßenbelägen. Wie schnell er sich abbaut, hängt von vielen Faktoren ab. Die wichtigsten Faktoren sind die Umwelt und die Verkehrsbelastung. Sonnenlicht oxidiert mit der Zeit die Oberflächenschicht und lässt sie spröde werden. Wenn der Belag zu spröde ist, bilden sich Risse, die durch die wiederholte Verkehrsbelastung entstehen. Wenn der Belag nicht ordnungsgemäß abgedichtet ist, kann Regen- oder Bewässerungswasser durch die Risse in die Tragschicht eindringen und die strukturelle Integrität des Belags beschädigen. Das Wasser kann die darunter liegenden Tragschichten erodieren oder wegspülen und dazu führen, dass der Belag aufgrund mangelnder Tragfähigkeit versagt.