اختلاط فراصوتی جوان‌سازهای آسفالت
مواد بهسازی و جوان‌ساز آسفالت، با اعمال عوامل جوان‌ساز به مصالح ساختمانی، بازیافت روسازی‌های آسفالتی موجود را امکان‌پذیر می‌کنند. پراکنده‌سازهای فراصوتی روشی قدرتمند برای مخلوط کردن نانوذرات و نانوقطرات در امولسیون‌های آسفالت و قیر هستند. از فراصوت پرتوان برای تولید افزودنی‌هایی با عملکرد بالا جهت ساخت روسازی‌هایی با دوام طولانی‌مدت استفاده می‌شود.
بهسازی آسفالت
آسفالت هوازده، خشک‌شده، پیرشده و ترک‌خورده، روغن‌های قطرانی اولیهٔ خود را از دست داده و بر اثر اکسیداسیون آسیب دیده است؛ در نتیجه ترک، چاله و شیارشدگی در مسیر چرخ‌ها روی سطح آن پدید می‌آید. با توجه به حجم عظیم آسفالت مصرفی در ساخت‌وساز، بهسازی و جوان‌سازی روسازی‌ها و دیگر سازه‌های آسفالتی حوزه‌ای مهم است که به صرفه‌جویی در منابع و هزینه‌ها کمک می‌کند.
سازه‌های آسفالتی موجود که بر اثر شرایط جوی، گذشت زمان و بار ترافیکی آسیب دیده‌اند، با اجرای فوگ‌سیل، اسلاری‌سیل، چیپ‌سیل، اسکراب‌سیل، کیپ‌سیل و دیگر مواد جوان‌ساز آسفالت قابل بهسازی و جوان‌سازی هستند. فرمولاسیون این پوشش‌های آب‌بند شامل مخلوطی از آب، امولسیون آسفالت، سنگدانه (شن ریز که چیپس نیز نامیده می‌شود)، پلیمرها و نانو‌افزودنی‌هاست.
روسازی‌های آسفالتی اصلاح‌شده که حاوی نانوذرات تقویت‌کنندهٔ مشخصی هستند، خواص حرارتی، الکتریکی و مکانیکی مطلوبی نشان می‌دهند و در نتیجه قابلیت‌های عملکردی بهتری دارند. برای کاهش هزینهٔ چسبانندهٔ آسفالتی و نگهداری راه و افزایش سازگاری آن‌ها با محیط‌زیست، فناوری‌های جایگزین، مانند افزودنی‌های مخلوط‌شده و عامل‌دارشده با فراصوت و فرمولاسیون‌های جدید کامپوزیت آسفالتی با قابلیت خودترمیمی، برای حفظ و نوسازی روسازی‌های موجود در آینده ضروری هستند.
تولید فراصوتی افزودنی‌های امولسیون آسفالت
امولسیون آسفالت از سه جزء اصلی تشکیل می‌شود: آسفالت، آب و یک سورفکتانت امولسیون‌کننده. امولسیون آسفالت، به‌عنوان پراکنه‌ای پایدار از قطرات سیمان آسفالتی در آب، قابلیت پمپاژ، ذخیره‌سازی و اختلاط با سنگدانه‌ها را دارد. امولسیون باید هنگام اختلاط یا پس از پاشش، به‌محض تماس با سنگدانه به‌سرعت «بشکند». شکست به معنای جدا شدن آب از آسفالت است. هنگامی که آب تبخیر شده باشد، امولسیون «گیرش یافته» است. پس از شکست، عمل‌آوری و گیرش، باقیماندهٔ آسفالت دارای خواص چسبندگی، دوام و مقاومت در برابر آبِ آسفالت پایهٔ اولیه است.
امولسیون‌سازی فراصوتی امکان فرمول‌بندی امولسیون‌های آسفالتی باکیفیت را فراهم می‌کند.
روش امولسیون‌سازی فراصوتی با فرمولاسیون‌های گوناگون امولسیون‌کننده و سورفکتانت سازگار است. انتخاب امولسیون‌کننده بر ویژگی‌های گیرش امولسیون‌های آسفالت تأثیر می‌گذارد و آن‌ها را به انواع دیرگیر، متوسط‌گیر و زودگیر تبدیل می‌کند. افزودنی‌ها، اصلاح‌کننده‌ها، پرکننده‌ها، الیاف، لاستیک‌ها و دیگر اجزای فرمولاسیون را می‌توان در مراحل مختلف فرایند فراصوت‌دهی اضافه کرد – بسته به فرمولاسیون و الزامات اختلاط ترکیبات موردنظر.
UIP4000hdT – میکسر فراصوتی درون‌خطی 4000 وات
ردهٔ امولسیون
ردهٔ امولسیون در امولسیون آسفالت و جوان‌ساز آسفالت، عامل مهمی است که سرعت شکست را تعیین می‌کند (گیرش سریع، متوسط یا کند). نوع (یونی / غیریونی) و غلظت عوامل امولسیون‌کننده، همچنین ویژگی‌های فرمولاسیون مانند نسبت امولسیون‌ها/جامدات، تخلخل، اندازهٔ ذرات و دانه‌بندی، بر رفتار گیرش تأثیر می‌گذارند. از آنجا که پارامترهای امولسیون‌سازی فراصوتی را می‌توان به‌دقت کنترل کرد، تأثیر فراصوت‌دهی بر امولسیون را می‌توان متناسب با کیفیت هدف آسفالت تنظیم کرد. چه هدف تولید امولسیون‌های میکرونی باشد، چه زیرمیکرونی یا نانویی، پردازش فراصوتی کنترل کامل پارامترهای فرایند را در اختیار شما قرار می‌دهد.
رئولوژی
امولسیون‌های آسفالت در 60°C گرانروی‌هایی حدود 50–1000 cP دارند که به‌طور قابل‌توجهی کمتر از گرانروی خود آسفالت (10٬000–400٬000 cP) است. به دلیل گرانروی کمتر، امولسیون‌های آسفالت را می‌توان با روش‌های دماپایین‌تر اجرا کرد؛ این روش‌ها انتشار آلاینده‌ها و مصرف انرژی را کاهش می‌دهند، از اکسیداسیون آسفالت جلوگیری می‌کنند و نسبت به روش‌های آسفالت گرم به‌مراتب کم‌خطرتر هستند. افزون بر این، استفاده از امولسیون‌های آسفالت در مقایسه با روش‌های سرد مبتنی بر آسفالت‌های محلول، اقتصادی‌تر و سازگارتر با محیط‌زیست است. گرانروی و رئولوژی امولسیون آسفالت را می‌توان با غلظت امولسیون‌کننده و انرژی ورودی حین امولسیون‌سازی فراصوتی تحت تأثیر قرار داد و تنظیم کرد.
قابلیت نفوذ
قابلیت نفوذ جوان‌سازهای آسفالت بسیار مهم است، زیرا عامل جوان‌ساز با عملکرد بالا به ساختار روسازی نفوذ می‌کند و سطح را آب‌بندی می‌کند. جوان‌ساز آسفالت با عملکرد بالا که می‌تواند به عمق چسبانندهٔ آسفالتی (قیر) نفوذ کند، انعطاف‌پذیری را افزایش می‌دهد و ترمیم را از درون انجام می‌دهد تا خودترمیمی روسازی حاصل شود. با فرمول‌بندی قطرات زیرمیکرونی و نانومتری به کمک فراصوت پرتوان، امولسیون‌های آسفالتی با درجهٔ بالای عامل‌دارشدن تهیه کنید!
افزودنی‌ها
پلیمرها، لاستیک، پرکننده‌ها، روغن‌ها و عوامل جوان‌ساز به امولسیون‌های آسفالت افزوده می‌شوند تا خواص کلیدی آسفالت اولیه بهبود یابد؛ از جمله رده‌بندی عملکردی در دماهای بالا و پایین (PG)، گرانروی، ترک‌خوردگی در دمای پایین، شکل‌پذیری و آسودگی تنش، نقطهٔ نرمی و نفوذ، تمایل به ترکیب با پلیمرها و پایداری در حضور آن‌ها، و جوان‌سازی آسفالت پیرشده در مخلوط‌های RAP/RAS (روسازی آسفالتی بازیافتی (RAP) و شینگل‌های آسفالتی بازیافتی (RAS)). پراکنده‌سازهای فراصوتی، جامدات و قطرات را به‌صورت ذرات تک‌پراکنش در امولسیون آسفالت مخلوط می‌کنند. فناوری اختلاط و آمیختن فراصوتی، مخلوط‌های آسفالتی با عملکرد بالا تولید می‌کند!
مستربچ
امولسیون‌سازی و پراکنده‌سازی فراصوتی برای تهیهٔ مستربچ‌های امولسیون آسفالت با غلظت بسیار بالا ایدئال است. امولسیون‌هایی که با فراصوت تهیه شده‌اند و محتوای آسفالت بالایی دارند (تا 90%)، بعداً تا غلظت 70% یا 60% رقیق می‌شوند تا نسبت مطلوب فاز آب/روغن متناسب با کاربرد نهایی حاصل شود.
UIP16000 – توان فراصوتی 16kW به‌ازای هر واحد اختلاط فراصوتی
مزایای امولسیون‌های آسفالت فراصوتی
فناوری اختلاط فراصوتی امکان توسعه و تولید فرمولاسیون‌های جوان‌ساز آسفالت را فراهم می‌کند که کار با آن‌ها آسان است، مقرون‌به‌صرفه‌اند و با محیط‌زیست سازگارند. کاویتاسیون قدرتمند فراصوتی، پراکنه‌ها و امولسیون‌های زیرمیکرونی و نانویی ایجاد می‌کند که نفوذپذیری عالی، عملکرد بالا و دوام طولانی‌مدت دارند.
امولسیون‌ها و پراکنه‌های روسازی خود را برای مخلوط‌های آسفالتی با فراصوت‌دهی پرتوان مخلوط کنید!
پراکنده‌ساز فراصوتی پرتوان برای امولسیون‌های آسفالت
Hielscher Ultrasonics میکسرهای فراصوتی پرتوان برای امولسیون‌های آسفالت و قیر تولید و عرضه می‌کند. پراکنده‌سازهای فراصوتی صنعتی برای امولسیون‌سازی درون‌خطی، امکان پردازش طیف گسترده‌ای از امولسیون‌های آسفالت و قیر را فراهم می‌کنند. فراصوت‌دهی امکان آزمایش آسان فرمولاسیون‌های جدید را فراهم می‌کند؛ این فرمولاسیون‌ها به‌طور یکنواخت امولسیون می‌شوند تا پایداری و عملکرد عالی امولسیون حاصل شود. هندسه‌های گوناگون راکتور فراصوتی و قطعات الحاقی مانند MultiPhaseCavitator امکان تطبیق آسان پردازشگر فراصوتی با فرمولاسیون خاص آسفالت یا قیر شما را فراهم می‌کنند.
یک پیش‌مخلوط درشت از مایع و جامدات به پراکنده‌ساز فراصوتی تغذیه می‌شود؛ در آنجا هر دو فاز (آب + آسفالت یا قیر + افزودنی‌های اختیاری) به‌طور یکنواخت آسیاب‌تر و خرد می‌شوند و به سوسپانسیون کلوئیدی بسیار پایداری تبدیل می‌گردند. آسیاب‌کردن و پراکنده‌سازی فراصوتی می‌تواند حجم‌های بالا را در فرایندی سریع پردازش کند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش دستگاه‌های فراصوتی ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
پردازشگرهای فراصوتی پرتوان از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی.
منابع و مراجع
- 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.
نکات دانستنی
امولسیون آسفالت چیست؟
امولسیون آسفالت مخلوطی از آب و آسفالت است. از آنجا که آسفالت ترکیبی روغنی و آب‌گریز است، نمی‌توان آن را با آب مخلوط کرد. با افزودن یک مادهٔ فعال سطحی (که با نام‌های امولسیون‌کننده، سورفکتانت، عامل امولسیون‌کننده و پایدارکننده نیز شناخته می‌شود) به آب، پیش از افزودن آسفالت یا هم‌زمان با آن، آسفالت و آب قابل اختلاط می‌شوند. افزودن سورفکتانت، پراکندگی ذرات آسفالت در فاز آبی (آب) را تسهیل می‌کند و آن‌ها را در سوسپانسیون به‌صورت پراکنده نگه می‌دارد. برای مخلوط کردن آسفالت به‌صورت ذرات کوچک در سوسپانسیون، از تجهیزات اختلاط برشی مکانیکی (مانند دستگاه فراصوتی، میکسر با برش بالا، آسیاب کلوئیدی و غیره) استفاده می‌شود. یک امولسیون آسفالت باکیفیت، مقاومت در برابر شیارشدگی، حساسیت به رطوبت، مقاومت در برابر ترک‌خوردگی و عملکرد خستگی را به روسازی می‌بخشد.
تعریف امولسیون
«امولسیون سامانه‌ای ناهمگن و از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است که از دست‌کم دو فاز مایع امتزاج‌ناپذیر تشکیل شده است؛ یکی از این فازها به‌شکل قطرات کوچک (دانه‌ها) در دیگری پراکنده شده و قطر این قطرات معمولاً بیش از 0٫1µm است. چنین سامانه‌ای حداقلی از پایداری دارد که می‌توان آن را با افزودن عوامل مناسب، مانند سورفکتانت‌ها یا مواد جامد ریزتقسیم‌شده، بهبود بخشید». (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
قیر چیست؟
قیر ماده‌ای چسباننده است که در ساخت‌وساز به‌عنوان چسبانندهٔ آسفالتی استفاده می‌شود و اجزای آسفالت را کنار هم نگه می‌دارد. نقطهٔ ذوب آن 180ºC است. امولسیون‌های قیر مایعی به رنگ قهوه‌ای تیره هستند که می‌توانند کاتیونی باشند، یعنی قطرات امولسیون بار مثبت داشته باشند، یا آنیونی باشند، یعنی قطرات امولسیون دارای بار منفی باشند.
اسلاری‌سیل چیست؟
اسلاری‌سیل فرمولاسیونی از آب، امولسیون آسفالت، سنگدانه و افزودنی‌هاست که روی سطح روسازی آسفالتی موجود اجرا می‌شود. اسلاری‌سیل مشابه فوگ‌سیل است، با این تفاوت که سنگدانه‌ها نیز بخشی از مخلوط اسلاری‌سیل هستند. پلیمر افزودنی رایجی است که خواص امولسیون آسفالت را بهبود می‌بخشد. این مخلوط ترکیبی از امولسیون و سنگدانه‌ها، دوغاب نامیده می‌شود و برای محافظت از ساختار روسازی زیرین و ایجاد سطحی جدید برای راه به کار می‌رود.
فوگ‌سیل چیست؟
فوگ‌سیل به اجرای امولسیون آسفالتی با فرمولاسیون ویژه بر سطح روسازی آسفالتی موجود گفته می‌شود. امولسیون فوگ‌سیل از مخلوط آب و روغن تشکیل می‌شود که می‌توان آن را به‌آسانی روی روسازی موجود پاشید؛ این عمل «مه‌پاشی» نیز نامیده می‌شود.
چیپ‌سیل چیست؟
اجرای چیپ‌سیل شامل استفاده از امولسیون آسفالتی است که حاوی گویچه‌های آسفالت روسازی، آب، عامل امولسیون‌کننده یا سورفکتانت، پلیمر و اغلب یک افزودنی جوان‌ساز است. چیپ‌سیل طی فرایندی دومرحله‌ای اجرا می‌شود که ابتدا شامل پخش امولسیون آسفالت و سپس پخش لایه‌ای از سنگ شکستهٔ ریز روی سطح روسازی آسفالتی موجود است. سنگ شکستهٔ ریز «چیپس» نیز نامیده می‌شود و نام روش چیپ‌سیل از همین واژه گرفته شده است.
اسکراب‌سیل چیست؟
عملیات اسکراب‌سیل بسیار شبیه چیپ‌سیل است؛ در آن از امولسیون آسفالت و شن شکسته برای بهسازی روسازی آسفالتی آسیب‌دیده استفاده می‌شود. تنها تفاوت در روش اجراست: برای اجرای اسکراب‌سیل، امولسیون آسفالت با جاروهایی موسوم به جاروهای اسکراب پخش می‌شود که نفوذ امولسیون آسفالت به ترک‌های روسازی را تضمین می‌کنند.
کیپ‌سیل چیست؟
کیپ‌سیل به اجرای چیپ‌سیل یا اسکراب‌سیل و سپس اجرای اسلاری‌سیل یا میکروسرفیسینگ در زمانی بعد گفته می‌شود. در حالی که چیپ‌سیل یا اسکراب‌سیل ترک‌های روسازی موجود را آب‌بندی کرده و به هم پیوند می‌دهد، اسلاری‌سیل یا میکروسرفیسینگِ پس از آن، نگهداشت سنگدانه‌های ریز و همواری سطح راه را بهبود می‌بخشد. کیپ‌سیل بیشتر به‌عنوان راهکاری موقت برای سازه‌های آسفالتی به کار می‌رود که تنها خرابی متوسط، شیارشدگی اندک یا بدون شیارشدگی، و ترک‌هایی با عرض متوسط دارند. کیپ‌سیل عمدتاً راهکاری برای افزایش عمر روسازی تا زمان انجام بهسازی یا بازسازی است.
میکروسرفیسینگ چیست؟
میکروسرفیسینگ روشی قابل‌مقایسه با اسلاری‌سیل است. در میکروسرفیسینگ، فرمولاسیونی شامل آب، امولسیون آسفالت، سنگدانه و افزودنی‌های شیمیایی روی سطح روسازی بتن آسفالتی اجرا می‌شود. از افزودنی‌های پلیمری برای بهبود خواص مخلوط امولسیون آسفالت استفاده می‌شود. تفاوت اصلی اسلاری‌سیل و میکروسرفیسینگ در نحوهٔ «شکستن» یا سخت شدن آن‌هاست. در حالی که اسلاری‌سیل مستلزم تبخیر آب از امولسیون آسفالت پس از پخش آن است، امولسیون آسفالت در پوشش میکروسرفیسینگ حاوی افزودنی‌های شیمیایی است که به آن امکان می‌دهند بدون اتکا به خورشید یا گرما برای وقوع تبخیر، بشکند. به همین دلیل، میکروسرفیسینگ برای راه‌های پرتردد (به دلیل زمان کوتاه شکست) یا اقلیم‌های سردتر، روش ترجیحی است.
چه عواملی باعث خرابی روسازی می‌شوند؟
با افزایش عمر روسازی، روند خرابی آن آغاز می‌شود. سرعت تخریب آن تحت تأثیر عوامل بسیاری است. عوامل اصلی، محیط و بارگذاری ترافیکی هستند. نور خورشید به‌مرور زمان لایهٔ سطحی را اکسید می‌کند و باعث شکننده شدن آن می‌شود. اگر روسازی بیش از حد شکننده باشد، بر اثر تکرار زیاد بارگذاری ترافیکی روی آن، ترک‌ها شروع به شکل‌گیری می‌کنند. اگر روسازی به‌درستی آب‌بندی نشده باشد، آب باران یا آب آبیاری می‌تواند از طریق ترک‌ها به لایهٔ اساس نفوذ کند و به یکپارچگی سازه‌ای روسازی آسیب برساند. آب می‌تواند لایه‌های اساس زیرین را فرسوده کند یا بشوید و با خود ببرد و بر اثر نبود تکیه‌گاه، موجب گسیختگی روسازی شود.