Mezcla ultrasónica de rejuvenecedores de asfalto
Los productos de rehabilitación y rejuvenecimiento del asfalto permiten reciclar los pavimentos asfálticos existentes mediante la aplicación de agentes rejuvenecedores al material de construcción. Los dispersores ultrasónicos constituyen una técnica potente para incorporar nanopartículas y nanogotas a las emulsiones de asfalto y betún. Los ultrasonidos de potencia se utilizan para fabricar aditivos de alto rendimiento para pavimentos duraderos a largo plazo.
Rehabilitación del asfalto
El asfalto deteriorado por la intemperie, reseco, envejecido y agrietado ha perdido sus aceites de alquitrán originales y ha sufrido daños por oxidación, de modo que en la superficie aparecen grietas, baches y roderas en las zonas de paso de las ruedas. Dada la enorme cantidad de asfalto utilizada en la construcción, la rehabilitación y el rejuvenecimiento de pavimentos y otras estructuras asfálticas constituyen un sector importante que ayuda a ahorrar recursos y reducir gastos.
Las estructuras asfálticas existentes, dañadas por la intemperie, el envejecimiento y las cargas del tráfico, pueden rehabilitarse y rejuvenecerse mediante la aplicación de riegos de sellado, lechadas bituminosas, tratamientos superficiales con gravilla, sellados con cepillado, sellados combinados tipo Cape y otros rejuvenecedores de asfalto. Estas formulaciones de sellado consisten en una mezcla de agua, emulsión asfáltica, áridos (gravilla, también denominada «chips»), polímeros y nanoaditivos.
Los pavimentos asfálticos modificados que contienen determinadas nanopartículas de refuerzo presentan propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas deseables y, por tanto, una funcionalidad mejorada. Para reducir el coste del ligante asfáltico y del mantenimiento de las carreteras y mejorar su compatibilidad medioambiental, las tecnologías alternativas, como los aditivos mezclados y funcionalizados mediante ultrasonidos y las nuevas formulaciones de materiales compuestos asfálticos con capacidad de autorreparación, son esenciales para conservar y renovar los pavimentos existentes en el futuro.
Producción ultrasónica de aditivos para emulsiones asfálticas
Una emulsión asfáltica consta de tres componentes principales: asfalto, agua y un tensioactivo emulsionante. Al ser una dispersión estable de gotas de cemento asfáltico en agua, una emulsión asfáltica puede bombearse, almacenarse y mezclarse con áridos. Una emulsión debe «romper» rápidamente al entrar en contacto con los áridos durante la mezcla o después de su pulverización. La rotura es la separación del agua y el asfalto. Cuando el agua se ha evaporado, la emulsión ha «fraguado». Tras la rotura, el curado y el fraguado, el residuo asfáltico presenta las propiedades de adherencia, durabilidad y resistencia al agua del asfalto base original.
La emulsificación ultrasónica permite formular emulsiones asfálticas de alta calidad.
La técnica de emulsificación ultrasónica es compatible con múltiples formulaciones de emulsionantes y tensioactivos. La elección del emulsionante influye en las características de fraguado de las emulsiones asfálticas, dando lugar a emulsiones de fraguado lento, medio o rápido. Los aditivos, modificadores, cargas, fibras, cauchos y otros ingredientes de la formulación pueden añadirse en distintas etapas del proceso de sonicación – según la formulación y los requisitos de mezcla de los compuestos específicos.
UIP4000hdT – mezclador ultrasónico en línea de 4000 vatios
Grado de la emulsión
El grado de una emulsión asfáltica y de un rejuvenecedor de asfalto es un factor importante que determina la velocidad de rotura (fraguado rápido, medio o lento). El tipo (iónico / no iónico) y la concentración de los agentes emulsionantes, así como las particularidades de la formulación, como la relación emulsiones/sólidos, la porosidad, el tamaño de las partículas y la granulometría, influyen en el comportamiento de fraguado. Dado que los parámetros de emulsificación ultrasónica pueden controlarse con precisión, el efecto de la sonicación sobre la emulsión puede ajustarse a la calidad de asfalto deseada. Tanto si se buscan emulsiones con gotas de tamaño micrométrico como submicrométrico o nanométrico, el procesamiento ultrasónico proporciona un control total de los parámetros del proceso.
Reología
Las emulsiones asfálticas presentan viscosidades de aproximadamente 50–1000 cP a 60 °C, considerablemente inferiores a la viscosidad del propio asfalto (10.000–400.000 cP). Gracias a su menor viscosidad, las emulsiones asfálticas pueden aplicarse mediante técnicas a temperaturas más bajas, que reducen las emisiones y el consumo energético, evitan la oxidación del asfalto y resultan considerablemente menos peligrosas que las técnicas con asfalto caliente. Además, la aplicación de emulsiones asfálticas es más económica y respetuosa con el medio ambiente que las técnicas en frío que utilizan asfaltos fluidificados. La viscosidad y la reología de una emulsión asfáltica pueden modificarse y ajustarse mediante la concentración de emulsionante y el aporte de energía durante la emulsificación ultrasónica.
Capacidad de penetración
La capacidad de penetración de los rejuvenecedores de asfalto es fundamental, ya que un agente rejuvenecedor de alto rendimiento penetra en la estructura del pavimento y sella la superficie. Un rejuvenecedor de asfalto de alto rendimiento capaz de penetrar profundamente en el ligante asfáltico (betún) aumenta la flexibilidad y restaura el pavimento desde el interior, de modo que se consigue su autorreparación. ¡Prepare emulsiones asfálticas altamente funcionalizadas formulando gotas de tamaño submicrométrico y nanométrico con ultrasonidos de potencia!
Aditivos
A las emulsiones asfálticas se añaden polímeros, caucho, cargas, aceites y agentes rejuvenecedores para mejorar las propiedades clave del asfalto original, como el grado de desempeño (PG) a altas y bajas temperaturas, la viscosidad, la fisuración a bajas temperaturas, la ductilidad y la relajación de tensiones, el punto de reblandecimiento y la penetración, la afinidad y la estabilidad con polímeros y el rejuvenecimiento del asfalto envejecido en mezclas RAP/RAS (pavimento asfáltico recuperado (RAP) y tejas asfálticas recicladas (RAS)). Los dispersores ultrasónicos incorporan sólidos y gotas en forma de partículas monodispersas a la emulsión asfáltica. ¡La tecnología de mezcla ultrasónica produce mezclas asfálticas de alto rendimiento!
Mezcla concentrada
La emulsificación y la dispersión ultrasónicas son ideales para preparar mezclas concentradas de emulsiones asfálticas. Las emulsiones preparadas mediante ultrasonidos con un alto contenido de asfalto (hasta el 90%) se diluyen posteriormente hasta alcanzar una concentración del 70% o del 60%, con el fin de obtener la relación deseada entre las fases agua/aceite según la aplicación final.
UIP16000 – 16 kW de potencia ultrasónica por unidad de mezcla ultrasónica
Ventajas de las emulsiones asfálticas ultrasónicas
La tecnología de mezcla ultrasónica permite desarrollar y producir formulaciones para rejuvenecer el asfalto que son fáciles de manejar, rentables y respetuosas con el medio ambiente. La potente cavitación ultrasónica crea dispersiones y emulsiones submicrométricas y nanométricas que presentan una excelente capacidad de penetración, un alto rendimiento y una durabilidad a largo plazo.
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Dispersor ultrasónico de alta potencia para emulsiones asfálticas
Hielscher Ultrasonics fabrica y suministra mezcladores ultrasónicos de alta potencia para emulsiones de asfalto y betún. Los dispersores ultrasónicos industriales para emulsificación en línea permiten procesar una amplia variedad de emulsiones de asfalto y betún. La sonicación facilita los ensayos de nuevas formulaciones, que se emulsionan uniformemente para conseguir una excelente estabilidad y un alto rendimiento de la emulsión. Las distintas geometrías de los reactores ultrasónicos y los elementos de inserción, como el MultiPhaseCavitator permiten adaptar fácilmente el procesador ultrasónico a su formulación específica de asfalto o betún.
Una premezcla gruesa de líquido y sólidos se introduce en el dispersor ultrasónico, donde ambas fases (agua + asfalto o betún + aditivos opcionales) se someten a molienda en húmedo y se trituran uniformemente hasta formar una suspensión coloidal muy estable. La molienda y la dispersión ultrasónicas permiten procesar grandes volúmenes con rapidez.
La siguiente tabla ofrece una indicación de la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos recomendados |
|---|---|---|
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | superior | conjunto de UIP16000 |
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Bibliografía y referencias
- 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.
Información de interés
¿Qué es una emulsión asfáltica?
Una emulsión asfáltica es una mezcla de agua y asfalto. Dado que el asfalto es un compuesto oleoso e hidrófobo, no puede mezclarse con agua. Al añadir al agua un agente tensioactivo (también conocido como emulsionante, surfactante, agente emulsionante o estabilizador) antes o durante la adición del asfalto, el asfalto y el agua pueden mezclarse. La adición de un tensioactivo facilita la dispersión de las partículas de asfalto en la fase acuosa (agua) y las mantiene dispersas en suspensión. Para incorporar el asfalto a la suspensión en forma de pequeñas partículas, se utilizan equipos de mezcla mecánica por cizallamiento (por ejemplo, sonicadores, mezcladores de alto cizallamiento, molinos coloidales, etc.). Una emulsión asfáltica de alta calidad proporciona al pavimento resistencia a la formación de roderas, susceptibilidad a la humedad, resistencia a la fisuración y comportamiento frente a la fatiga.
Definición de emulsión
«Una emulsión es un sistema heterogéneo termodinámicamente inestable formado por al menos dos fases líquidas inmiscibles, en el que una se dispersa en la otra en forma de pequeñas gotas (glóbulos) cuyo diámetro suele ser superior a 0,1 µm. Este sistema presenta una estabilidad mínima que puede mejorarse mediante la adición de agentes adecuados, como tensioactivos o sólidos finamente divididos». (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
¿Qué es el betún?
El betún es un material cementante utilizado en la construcción como ligante asfáltico que mantiene unido el asfalto. Tiene un punto de fusión de 180ºC. Las emulsiones de betún son líquidos de color marrón oscuro que pueden ser catiónicos, con gotas que llevan una carga positiva, o aniónicos, con gotas de carga negativa.
¿Qué son las lechadas bituminosas?
Las lechadas bituminosas son formulaciones de agua, emulsión asfáltica, áridos y aditivos que se aplican sobre la superficie de un pavimento asfáltico existente. Una lechada bituminosa es similar a un riego de sellado, salvo que incluye áridos como parte de la mezcla. Los polímeros son aditivos habituales que mejoran las propiedades de la emulsión asfáltica. Esta mezcla de emulsión y áridos se denomina lechada y sirve para proteger la estructura subyacente del pavimento y proporcionar una nueva superficie de rodadura.
¿Qué son los riegos de sellado?
Un riego de sellado consiste en aplicar una emulsión asfáltica especialmente formulada sobre la superficie de un pavimento asfáltico existente. La emulsión para riego de sellado consiste en una mezcla de agua y aceite que puede pulverizarse fácilmente sobre un pavimento existente, una técnica también conocida como «fogging».
¿Qué son los tratamientos superficiales con gravilla?
La aplicación de un tratamiento superficial con gravilla utiliza una emulsión asfáltica que contiene glóbulos de asfalto para pavimentación, agua, un agente emulsionante o tensioactivo, un polímero y, a menudo, un aditivo rejuvenecedor. Estos tratamientos se aplican mediante un proceso de dos etapas: primero se distribuye la emulsión asfáltica y después se extiende una capa de pequeñas piedras trituradas sobre la superficie de un pavimento asfáltico existente. Estas pequeñas piedras trituradas también se denominan «chips», de donde procede el nombre inglés de este método de sellado.
¿Qué son los sellados con cepillado?
Un tratamiento de sellado con cepillado es muy similar a un tratamiento superficial con gravilla: se utilizan una emulsión asfáltica y grava triturada para rehabilitar un pavimento asfáltico dañado. La única diferencia es el método de aplicación: en el sellado con cepillado, la emulsión asfáltica se aplica mediante las denominadas escobas de cepillado, que garantizan que la emulsión penetre en las grietas del pavimento.
¿Qué son los sellados combinados tipo Cape?
El sellado combinado tipo Cape consiste en aplicar un tratamiento superficial con gravilla o un sellado con cepillado, seguido, en una fecha posterior, de una lechada bituminosa o un microaglomerado en frío. Mientras que los tratamientos con gravilla o cepillado sellan y unen las grietas del pavimento existente, la posterior lechada bituminosa o el microaglomerado en frío mejoran la retención de la gravilla y la regularidad de la superficie de rodadura. Los sellados tipo Cape se utilizan principalmente como solución provisional en estructuras asfálticas que presentan únicamente deterioro moderado, roderas leves o inexistentes y grietas de anchura moderada. El sellado tipo Cape se utiliza sobre todo para prolongar la vida útil del pavimento hasta que se lleve a cabo su rehabilitación o reconstrucción.
¿Qué es el microaglomerado en frío?
El microaglomerado en frío es un tratamiento comparable a una lechada bituminosa. Para este tratamiento, se aplica sobre la superficie de un pavimento de hormigón asfáltico una formulación compuesta por agua, emulsión asfáltica, áridos y aditivos químicos. Se utilizan aditivos poliméricos para mejorar las propiedades de la mezcla de emulsión asfáltica. La principal diferencia entre la lechada bituminosa y el microaglomerado en frío radica en cómo «rompen» o endurecen. Mientras que el sellado con lechada requiere que el agua de la emulsión asfáltica se evapore después de su distribución, la emulsión asfáltica de un revestimiento de microaglomerado en frío contiene aditivos químicos que permiten su rotura sin depender del sol o del calor para que se produzca la evaporación. Esto convierte al microaglomerado en frío en el tratamiento preferido para carreteras con tráfico intenso (tiempo de rotura corto) o climas más fríos.
¿Qué causa el deterioro del pavimento?
A medida que el pavimento envejece, comienza a deteriorarse. La rapidez con la que se degrada depende de muchos factores. Los principales son las condiciones ambientales y las cargas del tráfico. Con el tiempo, la luz solar oxida la capa superficial y la vuelve frágil. Si el pavimento es demasiado frágil, empiezan a formarse grietas como consecuencia de la repetición frecuente de las cargas del tráfico sobre él. Si el pavimento no está bien sellado, el agua de lluvia o de riego puede infiltrarse por las grietas hasta la capa base y dañar la integridad estructural del pavimento. El agua puede erosionar o arrastrar las capas base subyacentes y provocar el fallo del pavimento por falta de soporte.