Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Mezcla ultrasónica de rejuvenecedores de asfalto

  • Los rehabilitadores y rejuvenecedores de asfalto permiten reciclar los pavimentos de asfalto existentes mediante la aplicación de agentes rejuvenecedores al material de construcción.
  • Los dispersores ultrasónicos son una poderosa técnica para mezclar nanopartículas y nano-gotas en emulsiones de asfalto y betún.
  • El ultrasonido de potencia se utiliza para fabricar aditivos de alto rendimiento para pavimentos duraderos a largo plazo.

Rehabilitación de asfalto

Mezcla ultrasónica de aditivos para asfaltoEl asfalto envejecido, secado, envejecido y agrietado ha perdido sus aceites de alquitrán originales y está dañado por la oxidación, por lo que se producen grietas, baches y surcos en el paso de rueda en la superficie. En cuanto a la gran cantidad de asfalto utilizado en la construcción, la rehabilitación y rejuvenecimiento de pavimentos y otras estructuras asfálticas es un sector importante, que ayuda a ahorrar recursos y gastos.
Las estructuras asfálticas existentes, dañadas por el clima, la edad y la carga del tráfico, pueden ser rehabilitadas y rejuvenecidas mediante la aplicación de sellos de niebla, sellos de lodo, sellos de asfalto, sellos de fregado, sellos de capa y otros rejuvenecedores de asfalto. Estas formulaciones de sellado consisten en una mezcla de agua, emulsión asfáltica, agregado (grava pequeña, también llamada viruta), polímeros y nano-aditivos.
Los pavimentos de asfalto modificado que contienen ciertas nanopartículas de refuerzo presentan las propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas deseables y, por lo tanto, han mejorado sus funcionalidades. Con el fin de reducir el coste del ligante de asfalto y el mantenimiento de carreteras y de aumentar su compatibilidad con el medio ambiente, las tecnologías alternativas como los aditivos funcionalizados y mezclados ultrasónicamente y las nuevas formulaciones de compuestos de asfalto, que tienen la capacidad de autorrepararse, son esenciales para preservar 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 surfactante emulsionante. Al ser una dispersión estable de gotas de cemento asfáltico en agua, una emulsión asfáltica puede ser bombeada, almacenada y mezclada con agregados. Una emulsión debe "romperse" rápidamente al entrar en contacto con el agregado cuando se mezcla o después de ser rociada. La rotura es la separación del agua del asfalto. Cuando el agua se ha evaporado, la emulsión se "endurece". Después de la rotura, curado y fraguado, el residuo de asfalto tiene las propiedades de adhesión, 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 surfactantes. La elección del emulsionante influye en las características de fraguado de las emulsiones asfálticas, lo que las hace de fraguado lento, fraguado medio y fraguado rápido. Aditivos, modificadores, rellenos, fibras, cauchos y otros ingredientes de formulación pueden ser agregados durante varias etapas del proceso de sonicación. – dependiendo de la formulación y de los requisitos de mezcla de los compuestos específicos.

Dispersor ultrasónico UIP4000hdT (4kW de potencia de ultrasonido)

UIP4000hdT – Mezclador ultrasónico en línea de 4000 vatios

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Grado de emulsión

El grado de emulsión de una emulsión de asfalto y rejuvenecedor de asfalto es un factor importante, que determina la velocidad de ruptura (rápida, media o lenta). El tipo (iónico / no iónico) y la concentración de los agentes emulsionantes, así como las características específicas de la formulación, como la relación emulsiones/sólidos, la porosidad, el tamaño de las partículas y la gradación, influyen en el comportamiento de fraguado. Dado que los parámetros de emulsificación ultrasónica se pueden controlar con precisión, el impacto de la sonicación en la emulsión se puede ajustar a la calidad del asfalto objetivo. Las microemulsiones, submicrones o nano-emulsiones climáticas son el objetivo, el procesamiento ultrasónico le da el control total sobre los parámetros del proceso.

reología

Las emulsiones asfálticas presentan viscosidades de aprox. 50-1000 cP a 60°C, que son considerablemente inferiores a la viscosidad del asfalto mismo (10.000-400.000 cP). Debido a su menor viscosidad, las emulsiones asfálticas pueden aplicarse utilizando técnicas de baja temperatura, que reducen las emisiones y el consumo de energía, evitan la oxidación del asfalto y son considerablemente menos peligrosas que las técnicas asfálticas en caliente. Además, la aplicación de emulsiones asfálticas es más económica y respetuosa con el medio ambiente que las técnicas en frío que utilizan asfaltos de reducción. La viscosidad y la reología de las emulsiones de una emulsión asfáltica pueden ser influenciadas y ajustadas por la concentración del emulsionante y el aporte de energía durante la emulsificación ultrasónica.

Capacidad de penetración

Las capacidades de penetración de los rejuvenecedores de asfalto son cruciales, 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, que es capaz de penetrar profundamente en el aglutinante asfáltico (betún), aumenta la flexibilidad y restaura desde el interior de modo que se consigue un autocurado del pavimento. Prepare emulsiones asfálticas altamente funcionalizadas formulando gotas de tamaño submicrónico y nanométrico con ultrasonido de potencia!

aditivos

Polímeros, caucho, rellenos, aceites y agentes rejuvenecedores se añaden a las emulsiones de asfalto para mejorar las propiedades clave del asfalto nativo, como la clasificación de rendimiento a alta y baja temperatura (PG), la viscosidad, el agrietamiento a baja temperatura, la relajación de la ductilidad y la tensión, el punto de ablandamiento y la penetración, la afinidad y la estabilidad con los polímeros, y el rejuvenecimiento del asfalto envejecido en las mezclas de RAP/RAS (pavimento de asfalto recuperado (RAP) y tablillas de asfálticas recicladas (RAS)). Los dispersores ultrasónicos mezclan sólidos y gotas como partículas monodispersas en la emulsión asfáltica. La tecnología de mezcla por ultrasonidos produce mezclas asfálticas de alto rendimiento!

Lote maestro

La emulsificación y dispersión ultrasónica es ideal para preparar lotes maestros de emulsiones asfálticas altamente concentradas. Las emulsiones preparadas ultrasónicamente con alto contenido de asfalto (hasta el 90%) se diluyen posteriormente hasta alcanzar una concentración del 70% o 60% para alcanzar la proporción de fase agua/aceite deseada en función de la aplicación final.

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

UIP16000 – 16kW de potencia de ultrasonido por unidad de mezcla ultrasónica

Ventajas de las emulsiones asfálticas ultrasónicas

La tecnología de mezcla por ultrasonidos permite desarrollar y producir formulaciones rejuvenecedoras del asfalto que son fáciles de manejar, rentables y respetuosas con el medio ambiente. La potente cavitación ultrasónica crea dispersiones y emulsiones submicrónicas y nano, que exhiben una excelente penetrabilidad, alto rendimiento y resistencia a largo plazo.
Mezcle sus emulsiones y dispersiones de pavimentación para mezclas asfálticas por ultrasonido de alta potencia!

Dispersor ultrasónico de alta potencia para emulsiones asfálticas

Célula de flujo UIP4000hdT para sonicación en línea a escala industrialHielscher Ultrasonics fabrica y suministra mezcladores ultrasónicos de alta potencia para emulsiones de asfalto y betún. Los dispersores ultrasónicos industriales para emulsificación en línea ofrecen la posibilidad de procesar una amplia gama de emulsiones asfálticas y bituminosas. La sonicación permite probar fácilmente nuevas formulaciones, que se emulsionan uniformemente para lograr una excelente estabilidad y rendimiento de la emulsión. Diversas geometrías de reactores ultrasónicos e insertos como el Cavitador multifásico permiten la fácil adaptación del procesador ultrasónico a su formulación específica de asfalto o betún.
Una premezcla gruesa de líquido y sólidos se introduce en el dispersor ultrasónico, donde las dos fases (agua + asfalto o betún + aditivos opcionales) se muelen en húmedo y se muelen uniformemente en una suspensión coloidal altamente estable. La molienda y dispersión ultrasónica es capaz de procesar grandes volúmenes en un proceso rápido.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos 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. mayor Grupo de UIP16000

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Hielscher Ultrasonics fabrica ultrasonidos de alto rendimiento para aplicaciones ecoquímicas.

Procesadores ultrasónicos de alta potencia desde laboratorio hasta escala piloto e industrial.

Literatura/Referencias

  • Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Caracterización reológica de ligantes y mezclas asfálticas modificadas con nanotubos de carbono. Documentos de la Conferencia RILEM 2016.
  • Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Formulación de emulsiones asfálticas: Estado del arte y dependencia de la formulación de las propiedades de las emulsiones. Construcción y Materiales de Construcción 123, 2016. 162–173.


Información interesante

¿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 se puede mezclar con agua. Al añadir un agente activo de superficie también conocido como emulsionante, surfactante, agente emulsionante, estabilizador) al agua antes o durante la adición del asfalto, el asfalto y el agua se vuelven mezclables. La adición de surfactante facilita la dispersión de las partículas de asfalto en la fase acuosa (agua) y la mantiene dispersa en suspensión. Para mezclar el asfalto como pequeñas partículas en la suspensión, se utilizan equipos de mezclado por cizallamiento mecánico (por ejemplo, ultrasonido, mezclador de alto cizallamiento, molino coloidal, etc.). Una emulsión asfáltica de alta calidad proporciona al pavimento resistencia a las roderas, susceptibilidad a la humedad, resistencia al agrietamiento y resistencia a la fatiga.
Definición de emulsión
"Una emulsión es un sistema heterogéneo termodinámicamente inestable formado por al menos dos fases líquidas inmiscibles, donde una se dispersa en la otra en forma de pequeñas gotas (cuentas) cuyo diámetro es generalmente superior a 0,1 µm. Este sistema tiene una estabilidad mínima que podría mejorarse añadiendo agentes adecuados, como los tensioactivos, o divididos finamente". (Becher, P. Emulsión. Teoría y práctica. 1961.)

¿Qué es el betún?

El betún es un material cementoso utilizado en la construcción como ligante del asfalto, que mantiene el asfalto unido. Tiene un punto de fusión de 180ºC. Las emulsiones de betún son un líquido de color marrón oscuro, que puede ser catiónico, donde las emulsiones tienen gotas que llevan una carga positiva, o aniónico, donde las emulsiones tienen gotas con carga negativa.

¿Qué son los Slurry Seals?

Los sellos de lechada son una formulación de agua, emulsión asfáltica, agregados y aditivos para una superficie de pavimento asfáltico existente. Un sello de lechada es similar a un sello de niebla excepto que el sello de lechada tiene agregados como parte de la mezcla. El polímero es un aditivo común que mejora las propiedades de la emulsión asfáltica. Esta mezcla combinada de la emulsión y los áridos es la llamada lechada para proteger la estructura del pavimento subyacente y proporcionar una nueva superficie de calzada.

¿Qué son los sellos de niebla?

El sellado con niebla se refiere a la aplicación de una emulsión asfáltica especial a una superficie de pavimento asfáltico existente. Una emulsión de sello de niebla consiste en una mezcla de agua-aceite, que puede ser fácilmente rociada sobre un pavimento existente, también conocido como "fogging".

¿Qué son los sellos de astillas?

La aplicación de un sello de asfalto implica una emulsión asfáltica que contiene glóbulos de asfalto de pavimentación, agua, un agente emulsionante o surfactante, polímero y, a menudo, un aditivo rejuvenecedor. Los sellos CHip se aplican en un proceso de dos pasos que incluye primero la distribución de la emulsión asfáltica y posteriormente una capa de pequeña roca triturada a una superficie de pavimento asfáltico existente. La pequeña roca triturada también se llama “patatas fritas”que da nombre al método de sellado de la viruta.

¿Qué son los sellos Scrub Seals?

El tratamiento de un sello de fregado es muy similar al de un sello de asfalto, en el que se utiliza una emulsión asfáltica y grava triturada para rehabilitar un pavimento de asfalto dañado. La única diferencia es el método de aplicación: Para la aplicación de una junta de fregado, la emulsión asfáltica se aplica mediante las llamadas escobas de fregado, que aseguran que la emulsión asfáltica penetre en las fisuras del pavimento.

¿Qué son las focas del Cabo?

El sellado de capas se refiere a la aplicación de una capa de asfalto o de una capa de asfalto con una aplicación posterior de lechada o de micropavimento. Mientras que los sellos de astillado o de fregado sellan y adhieren las grietas en el pavimento existente, el subsiguiente sellado con lechada o micropavimento mejora la retención de astillas y la suavidad de la superficie de la calzada. Los sellos de cabo se utilizan sobre todo como una solución de trabajo intermitente, utilizada para estructuras de asfalto que sólo presentan un deterioro moderado, surcos leves o nulos, y anchos de grieta moderados. El sellado de capas se utiliza principalmente como remedio para prolongar la vida útil del pavimento hasta que se lleve a cabo la rehabilitación o reconstrucción.

¿Qué es el micropavimento?

El micropavimento es un tratamiento comparable a una lechada de cemento. Para el micropavimento, se aplica una formulación consistente en agua, emulsión asfáltica, agregados y aditivos químicos a la superficie de un pavimento de hormigón asfáltico. Los aditivos poliméricos se utilizan para mejorar las propiedades de la mezcla de la emulsión asfáltica. La mayor diferencia entre el slurry seal y el micropavimento radica en la forma en que se "rompen" o endurecen. Mientras que el sellado de la lechada requiere que el agua se evapore de la emulsión asfáltica después de su distribución, la emulsión asfáltica en un recubrimiento de micropavimento contiene aditivos químicos que le permiten romperse sin depender del sol o del calor para que se produzca la evaporación. Esto hace que el micropavimento sea el tratamiento preferido para carreteras muy transitadas (poco tiempo para romper) o para climas más fríos.

¿Qué está causando el deterioro del pavimento?

A medida que el pavimento envejece comienza a deteriorarse. La rapidez con la que se descompone está influenciada por muchos factores. Los factores principales son el medio ambiente y las cargas de tráfico. La luz solar con el tiempo oxida la capa superficial y hace que se vuelva quebradiza. Si el pavimento es demasiado quebradizo, se empiezan a formar grietas como resultado de las altas repeticiones de la carga del tráfico en el pavimento. Si el pavimento no está bien sellado, el agua de lluvia o de riego puede infiltrarse en las grietas de la capa base y dañar la integridad estructural del pavimento. El agua puede erosionar o lavar las capas de base subyacentes y causar que el pavimento falle por falta de soporte.