Asfaldi noorendajate ultraheli segamine
Asfaldi taastajad ja noorendajad võimaldavad olemasolevaid asfaltkatteid ringlusse võtta, kandes ehitusmaterjalile noorendavaid aineid. Ultraheli dispergeerijad on võimas meetod nanoosakeste ja nanotilkade segamiseks asfalt- ja bituumenemulsioonidesse. Võimsat ultraheli kasutatakse suure jõudlusega lisandite valmistamiseks pikaealiste katete jaoks.
Asfaldi taastamine
Ilmastikumõjude all kannatanud, kuivanud, vananenud ja pragunenud asfalt on kaotanud oma algsed tõrvaõlid ning seda kahjustab oksüdatsioon, mistõttu tekivad pinnale praod, lüngad ja roopad rattajäljes. Arvestades ehituses kasutatava asfaldi tohutut kogust, on katete ja muude asfaltkonstruktsioonide taastamine ja noorendamine oluline valdkond, mis aitab säästa ressursse ja kulusid.
Ilmastiku, vanuse ja liikluskoormuse poolt kahjustatud olemasolevaid asfaltkonstruktsioone saab taastada ja noorendada udukihtide (fog seal), lahuskihtide (slurry seal), killustikkihtide (chip seal), hõõrdkihtide (scrub seal), kombineeritud kihtide (cape seal) ja muude asfaltnoorendajate abil. Need kattesegud koosnevad vee, asfaltemulsiooni, täiteaine (väike kruus, mida nimetatakse ka killustikuks), polümeeride ja nanolisandite segust
Modifitseeritud asfaltkatted, mis sisaldavad teatud tugevdavaid nanoosakesi, omavad soovitavaid termilisi, elektrilisi ja mehaanilisi omadusi ning seeläbi paranenud funktsionaalsust. Asfaltsideaine ja teehoolduse kulude vähendamiseks ning nende keskkonnasõbralikkuse suurendamiseks on olemasolevate katete säilitamiseks ja uuendamiseks tulevikus hädavajalikud alternatiivsed tehnoloogiad, näiteks ultraheliga segatud ja funktsionaliseeritud lisandid ning uued asfaltkomposiitide koostised, millel on isetaastumisvõime.
Asfaltemulsioonide lisandite ultraheli abil valmistamine
Asfaltemulsioon koosneb kolmest põhikomponendist: asfaltist, veest ja emulgeerivast pindaktiivsest ainest. Kuna asfaltemulsioon on asfaltbituumeni tilkade stabiilne dispersioon vees, saab seda pumbata, ladustada ja täiteainetega segada. Emulsioon peaks segamisel täiteainega kokku puutudes või pärast pihustamist kiiresti „lagunema“. Lagunemine on vee eraldumine asfaldist. Kui vesi on aurustunud, on emulsioon „seadunud“. Pärast lagunemist, kövenemist ja seadumist on asfaldijäägil algse baasasfaldi nakkuvus, vastupidavus ja veekindlus.
Ultraheliemulgeerimine võimaldab valmistada kvaliteetseid asfaltemulsioone
Ultraheliemulgeerimise meetod sobib kasutamiseks mitmesuguste emulgaatorite ja pindaktiivsete ainete koostistega. Emulgaatori valik mõjutab asfaltemulsioonide seadumisomadusi, muutes need aeglaselt, keskmiselt või kiiresti seaduvaks. Lisandeid, modifikaatoreid, täiteaineid, kiude, kummi ja muid koostisosi saab lisada ultraheli töötluse (sonikeerimise) protsessi erinevates etappides – olenevalt koostisest ja konkreetsete ühendite segamisnõuetest.
UIP4000hdT – 4000-vatine ultraheli läbivoolusegisti
Emulsiooni klass
Asfaltemulsiooni ja asfaltnoorendaja emulsiooniklass on oluline tegur, mis määrab lagunemiskiiruse (kiire, keskmine või aeglane seadumine). Seadumiskäitumist mõjutavad emulgeerivate ainete tüüp (ioonne / mitteioonne) ja kontsentratsioon ning koostise eripärad, nagu emulsiooni ja tahkete osakeste suhe, poorsus, osakeste suurus ja granulomeetriline koostis. Kuna ultraheliemulgeerimise parameetreid saab täpselt kontrollida, saab ultraheli töötluse mõju emulsioonile kohandada soovitud asfaldikvaliteedi järgi. Olenemata sellest, kas eesmärgiks on mikron-, submikron- või nanoemulsioonid, annab ultraheli töötlus täieliku kontrolli protsessiparameetrite üle.
Reoloogia
Asfaltemulsioonide viskoossus on ligikaudu 50–1000 cP temperatuuril 60°C, mis on oluliselt madalam kui asfaldi enda viskoossus (10 000–400 000 cP). Madalama viskoossuse tõttu saab asfaltemulsioone kasutada madalama temperatuuriga tehnikatega, mis vähendavad heitmeid ja energiatarbimist, väldivad asfaldi oksüdeerumist ning on oluliselt vähem ohtlikud kui kuuma asfaldi tehnikad. Lisaks on asfaltemulsioonide kasutamine ökonoomsem ja keskkonnasõbralikum kui külmtehnikad, kus kasutatakse vedeldatud asfalte (cutback). Asfaltemulsiooni viskoossust ja reoloogiat saab mõjutada ja reguleerida emulgaatori kontsentratsiooni ning ultraheliemulgeerimisel antava energiasisendi abil.
Tungimisvõime
Asfalti noorendavate ainete tungimisvõime on ülioluline, kuna suure jõudlusega noorendav aine tungib sillutise struktuuri ja tihendab pinna. Suure jõudlusega asfaldi noorendaja, mis suudab tungida sügavale asfaldisideainesse (bituumenisse), suurendab paindlikkust ja taastab materjali seestpoolt, nii et sillutis saavutab isetaastumise. Valmistage suure funktsionaalsusega asfaltemulsioone, moodustades submikron- ja nanosuuruses tilku võimsa ultraheli abil!
Lisandid
Asfaltemulsioonidele lisatakse polümeere, kummi, täiteaineid, õlisid ja noorendavaid aineid, et parandada looduslikule asfaldile omaseid võtmeomadusi, nagu kõrge- ja madalatemperatuuriline toimivusklass (PG), viskoossus, madalatemperatuuriline pragunemine, venivus ja pingerelaksatsioon, pehmenemispunkt ja penetratsioon, afiinsus polümeeridega ja stabiilsus nendega ning vananenud asfaldi noorendamine RAP/RAS segudes (taaskasutatud asfaltkate (RAP) ja taaskasutatud asfaltkatuseplaadid (RAS)). Ultraheli dispergeerijad segavad tahked osakesed ja tilgad monodisperssete osakestena asfaltemulsiooni. Ultraheliga segamise ja hajutamise tehnoloogia annab suure jõudlusega asfaltsegusid!
Emulsioonikontsentraat (master batch)
Ultraheliemulgeerimine ja -dispergeerimine sobib suurepäraselt kõrgelt kontsentreeritud asfaltemulsioonide põhisegude (master batch) valmistamiseks. Ultraheliga valmistatud kõrge asfaldisisaldusega emulsioonid (kuni 90%) lahjendatakse hiljem 70% või 60% kontsentratsioonini, et saavutada lõppkasutuseks sobiv soovitud vee/õli faasisuhe.
UIP16000 – 16kW ultraheli võimsust ühe ultraheli segamisseadme kohta
Ultraheliga valmistatud asfaltemulsioonide eelised
Ultraheliga segamise tehnoloogia võimaldab välja töötada ja toota asfalti noorendavaid koostisi, mida on lihtne käsitseda ning mis on kuluefektiivsed ja keskkonnasõbralikud. Võimas ultraheli kavitatsioon loob submikron- ja nanodispersioone ning -emulsioone, millel on suurepärane tungimisvõime, kõrge jõudlus ja pikaajaline vastupidavus.
Segage oma teedeehitusemulsioonid ja dispersioonid asfaltsegude jaoks suure võimsusega ultraheliga!
Suure võimsusega ultraheli dispergaator asfaltemulsioonidele
Hielscher Ultrasonics toodab ja tarnib suure võimsusega ultraheli segisteid asfalt- ja bituumenemulsioonidele. Tööstuslikud ultraheli dispergaatorid inline-emulgeerimiseks avavad võimaluse töödelda paljusid erinevaid asfalt- ja bituumenemulsioone. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) võimaldab uusi koostisi hõlpsalt katsetada ning need emulgeeritakse ühtlaselt, tagades suurepärase emulsiooni stabiilsuse ja toimivuse. Erinevad ultraheli reaktori geomeetriad ja lisandid, nagu MultiPhaseCavitator – need võimaldavad ultraheli protsessori lihtsalt kohandada teie konkreetse asfalt- või bituumenikoostisega.
Vedeliku ja tahkete osakeste jäme eelsegu juhitakse ultraheli dispergaatorisse, kus mõlemad faasid (vesi + asfalt või bituumen + valikulised lisandid) jahvatatakse märgjahvatusega ja hõõrutakse ühtlaselt väga stabiilseks kolloidseks suspensiooniks. Ultraheliga jahvatamine ja dispergeerimine suudab töödelda suuri mahtusid kiires protsessis.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster: UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Suure võimsusega ultraheliprotsessorid laborist pilootmastaapi ja tööstusliku mastaabini.
Kirjandus ja viited
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Sonikeerimise mõju nanolisanditega tugevdatud bituumensideainete kõrgtemperatuurilistele omadustele. 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): Bituumeni funktsionaliseerimine ja modifitseerimine ränidioksiidi nanoosakestega. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Isehajuvad ränimuda nanoosakesed: väärtuslik lisand ülikõrge jõudlusega betoonile. 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.
Teadmisi, mida tasub teada
Mis on asfaldiemulsioon?
Asfaldiemulsioon on vee ja asfaldi segu. Kuna asfalt on õline hüdrofoobne ühend, ei saa seda veega segada. Kui vette lisatakse enne asfaldi lisamist või selle ajal pindaktiivne aine (tuntud ka emulgaatori, tensiidi, emulgeeriva aine või stabilisaatorina), muutuvad asfalt ja vesi segatavaks. Tensiidi lisamine hõlbustab asfaldiosakeste dispergeerumist vesifaasis (vees) ja hoiab need suspensioonis dispergeerituna. Asfaldi segamiseks väikeste osakestena suspensiooni kasutatakse mehaanilisi nihkesegamisseadmeid (nt sonikaator, suure nihkejõuga segisti, kolloidveski jne). Kvaliteetne asfaldiemulsioon annab katendile roopakindluse, niiskustundlikkuse, pragunemiskindluse ja väsimuskindluse.
Emulsiooni definitsioon
“Emulsioon on heterogeenne termodünaamiliselt ebastabiilne süsteem, mis koosneb vähemalt kahest omavahel mittesegunevast vedelfaasist, kus üks on teises dispergeeritud väikeste tilkade (kuulikeste) kujul, mille läbimõõt on üldjuhul suurem kui 0,1µm. Sellisel süsteemil on minimaalne stabiilsus, mida saab parandada sobivate ainete, näiteks pindaktiivsete ainete või peenelt jaotatud tahkete osakeste lisamisega”. (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
Mis on bituumen?
Bituumen on tsementeeriv materjal, mida kasutatakse ehituses asfaldisideainena ja mis hoiab asfalti koos. Selle sulamispunkt on 180ºC. Bituumenemulsioonid on tumepruun vedelik, mis võib olla kas katioonne, kus emulsiooni tilkadel on positiivne laeng, või anioonne, kus emulsiooni tilkadel on negatiivne laeng.
Mis on slurry seal -pinnakatted?
Slurry seal -pinnakatted on vee, asfaldiemulsiooni, täitematerjali ja lisandite koostis, mida kantakse olemasolevale asfaltkattega pinnale. Slurry seal on sarnane fog seal -pinnakattega, kuid slurry seal sisaldab segu osana täitematerjali. Polümeer on levinud lisand, mis parandab asfaldiemulsiooni omadusi. See emulsiooni ja täitematerjali kombineeritud segu on niinimetatud slurry ehk bituumensegu, mis kaitseb aluspõhjaks olevat katendistruktuuri ja loob uue teepinna.
Mis on fog seal -pinnakatted?
Fog sealing tähendab spetsiaalselt koostatud asfaldiemulsiooni kandmist olemasolevale asfaltkattega pinnale. Fog seal -emulsioon koosneb vee ja õli segust, mida saab hõlpsasti pihustada olemasolevale katendile; seda nimetatakse ka “udustamiseks” (“fogging”).
Mis on chip seal -pinnakatted?
Killustikkatte (chip seal) paigaldamisel kasutatakse asfaldiemulsiooni, mis sisaldab sillutisasfaldi kerakesi, vett, emulgaatorit ehk pindaktiivset ainet, polümeeri ja sageli noorendavat lisaainet. Killustikkatteid paigaldatakse kaheetapilise protsessina, mis hõlmab esmalt asfaldiemulsiooni jaotamist ja seejärel peene purustatud kivi kihi laotamist olemasoleva asfaltkatte pinnale. Peent purustatud kivi nimetatakse ka „chips“ ehk killustikuks, millest on saanud killustikkatte (chip seal) meetod oma nime.
Mis on hõõrdkatted (scrub seal)?
Hõõrdkatte (scrub seal) töötlus on killustikkattega (chip seal) väga sarnane: kahjustatud asfaltkatte taastamiseks kasutatakse asfaltiemulsiooni ja purustatud kruusa. Ainus erinevus on paigaldusmeetod: hõõrdkatte paigaldamisel kantakse asfaltiemulsioon peale nn hõõrdluudadega (scrub broom), mis tagavad, et asfaltiemulsioon tungib katte pragudesse.
Mis on kombineeritud katted (cape seal)?
Kombineeritud kate (cape seal) tähendab killustikkatte või hõõrdkatte paigaldamist, millele järgneb hiljem pindamine suspensioonkattega (slurry seal) või mikropindamine. Kui killustikkate või hõõrdkate tihendab ja seob olemasoleva katte praod, siis järgnev suspensioonkate või mikropindamine parandab killustiku kinnipidamist ja sõidutee pinna siledust. Kombineeritud katteid kasutatakse enamasti ajutise abinõuna asfaltkonstruktsioonide puhul, millel esineb vaid mõõdukaid kahjustusi, kerged roopad või üldse mitte ühtegi roobast ning mõõdukad pragude laiused. Kombineeritud katet kasutatakse enamasti vahendina katte eluea pikendamiseks, kuni teostatakse taastamine või rekonstrueerimine.
Mis on mikropindamine?
Mikropindamine on suspensioonkattega (slurry seal) võrreldav töötlus. Mikropindamisel kantakse asfaltbetoonkatte pinnale koostis, mis koosneb veest, asfaltiemulsioonist, täitematerjalist ja keemilistest lisaainetest. Polümeerlisandeid kasutatakse asfaltiemulsiooni segu omaduste parandamiseks. Peamine erinevus suspensioonkatte ja mikropindamise vahel seisneb selles, kuidas need „lagunevad“ ehk kõvenevad. Kui suspensioonkatte puhul on vaja, et vesi aurustuks asfaltiemulsioonist pärast selle laotamist, siis mikropindamiskattes sisaldab asfaltiemulsioon keemilisi lisaaineid, mis võimaldavad sel laguneda ilma, et aurustumiseks oleks vaja päikest või soojust. See teeb mikropindamisest eelistatud töötluse tugevalt koormatud teedele (lühike lagunemisaeg) või külmemas kliimas.
Mis põhjustab katte lagunemist?
Katte vananedes hakkab see lagunema. Kui kiiresti see laguneb, sõltub paljudest teguritest. Peamised tegurid on keskkond ja liikluskoormus. Päikesevalgus oksüdeerib aja jooksul pealmist kihti ja muudab selle hapraks. Kui kate on liiga habras, hakkavad tekkima praod, mis on tingitud liikluskoormuse suurest kordumissagedusest katte peal. Kui kate ei ole korralikult tihendatud, võib vihmavesi või kastmisvesi pragude kaudu tungida aluskihti ja kahjustada katte konstruktsiooni terviklikkust. Vesi võib uhtuda või erodeerida aluskihte ning põhjustada katte purunemist toetuse puudumise tõttu.