Ultrazvučno miješanje sredstava za pomlađivanje asfalta
Sredstva za obnovu i pomlađivanje asfalta omogućuju recikliranje postojećih asfaltnih kolnika nanošenjem sredstava za pomlađivanje na građevni materijal. Ultrazvučni dispergatori moćno su sredstvo za umješavanje nanočestica i nanokapljica u asfaltne i bitumenske emulzije. Ultrazvuk velike snage upotrebljava se za proizvodnju visokoučinkovitih aditiva za dugotrajno izdržljive kolnike.
Obnova asfalta
Asfalt koji je istrošen vremenskim utjecajima, isušen, ostario i ispucao izgubio je svoja izvorna katranska ulja te je oštećen oksidacijom, zbog čega na površini nastaju pukotine, udarne rupe i kolotrazi duž putanje kotača. S obzirom na golemu količinu asfalta koja se upotrebljava u građevinarstvu, obnova i pomlađivanje kolnika i drugih asfaltnih konstrukcija važan su sektor koji pomaže uštedjeti resurse i smanjiti troškove.
Postojeće asfaltne konstrukcije, oštećene vremenskim utjecajima, starenjem i prometnim opterećenjem, mogu se obnoviti i pomladiti primjenom površinskih obrada raspršivanjem emulzije, tankoslojnih emulzijsko-mineralnih prevlaka, površinskih obrada s kamenim posipom, površinskih obrada utrljavanjem emulzije četkama, kombiniranih površinskih obrada tipa Cape i drugih sredstava za pomlađivanje asfalta. Te formulacije za brtvljenje sastoje se od mješavine vode, asfaltne emulzije, agregata (sitnog šljunka, koji se naziva i kameni posip), polimera i nanoaditiva
Modificirani asfaltni kolnici koji sadržavaju određene ojačavajuće nanočestice pokazuju poželjna toplinska, električna i mehanička svojstva te stoga imaju poboljšana funkcionalna svojstva. Kako bi se smanjili troškovi asfaltnog veziva i održavanja cesta te povećala njihova prihvatljivost za okoliš, alternativne tehnologije, poput ultrazvučno umiješanih i funkcionaliziranih aditiva te novih formulacija asfaltnih kompozita koje imaju sposobnost samopopravljanja, ključne su za buduće očuvanje i obnovu postojećih kolnika.
Ultrazvučna proizvodnja aditiva za asfaltne emulzije
Asfaltna emulzija sastoji se od triju glavnih sastavnica: asfalta, vode i emulgirajuće površinski aktivne tvari. Budući da je stabilna disperzija kapljica asfaltnog veziva u vodi, asfaltna emulzija može se pumpati, skladištiti i miješati s agregatima. Emulzija bi se trebala brzo „raspasti” pri dodiru s agregatom tijekom miješanja ili nakon raspršivanja. Raspad je odvajanje vode od asfalta. Kada voda ispari, emulzija je „vezana”. Nakon raspada, očvršćivanja i vezivanja, asfaltni ostatak ima svojstva prianjanja, trajnosti i otpornosti na vodu izvornog osnovnog asfalta.
Ultrazvučno emulgiranje omogućuje formuliranje visokokvalitetnih asfaltnih emulzija
Tehnika ultrazvučnog emulgiranja kompatibilna je s brojnim formulacijama emulgatora i površinski aktivnih tvari. Izbor emulgatora utječe na svojstva vezivanja asfaltnih emulzija, zbog čega one mogu biti sporovezujuće, srednjevezujuće i brzovezujuće. Aditivi, modifikatori, punila, vlakna, gume i drugi sastojci formulacije mogu se dodavati tijekom različitih faza postupka sonikacije – ovisno o formulaciji i zahtjevima miješanja pojedinih spojeva.
UIP4000hdT – ultrazvučna protočna miješalica snage 4000 vata
Razred emulzije
Razred asfaltne emulzije i sredstva za pomlađivanje asfalta važan je čimbenik koji određuje brzinu raspada (brzo, srednje ili sporo vezivanje). Vrsta (ionska / neionska) i koncentracija emulgatora, kao i specifičnosti formulacije poput omjera emulzije i krutih tvari, poroznosti, veličine čestica i granulometrijskog sastava, utječu na ponašanje pri vezivanju. Budući da se parametri ultrazvučnog emulgiranja mogu precizno kontrolirati, učinak sonikacije na emulziju može se prilagoditi ciljanoj kvaliteti asfalta. Bez obzira na to jesu li cilj emulzije s kapljicama mikrometarskih, submikrometarskih ili nanometarskih veličina, ultrazvučna obrada daje vam potpunu kontrolu nad procesnim parametrima.
Reologija
Asfaltne emulzije imaju viskoznost od približno 50–1000 cP pri 60°C, što je znatno niže od viskoznosti samog asfalta (10.000–400.000 cP). Zbog niže viskoznosti asfaltne emulzije mogu se primjenjivati tehnikama pri nižim temperaturama, koje smanjuju emisije i potrošnju energije, sprječavaju oksidaciju asfalta i znatno su manje opasne od tehnika s vrućim asfaltom. Osim toga, primjena asfaltnih emulzija ekonomičnija je i prihvatljivija za okoliš od hladnih tehnika koje upotrebljavaju razrijeđene bitumene. Na viskoznost i reologiju asfaltne emulzije može se utjecati te ih se može prilagoditi koncentracijom emulgatora i unosom energije tijekom ultrazvučnog emulgiranja.
Sposobnost prodiranja
Sposobnost prodiranja sredstava za pomlađivanje asfalta ključna je jer visokoučinkovito sredstvo za pomlađivanje prodire u strukturu kolnika i brtvi površinu. Visokoučinkovito sredstvo za pomlađivanje asfalta, koje može prodrijeti duboko u asfaltno vezivo (bitumen), povećava fleksibilnost i obnavlja kolnik iznutra, čime se postiže njegovo samozacjeljivanje. Pripremite visokofunkcionalizirane asfaltne emulzije stvaranjem kapljica submikronskih i nanometarskih veličina ultrazvukom velike snage!
Aditivi
Polimeri, guma, punila, ulja i sredstva za pomlađivanje dodaju se asfaltnim emulzijama radi poboljšanja ključnih svojstava izvornog asfalta, kao što su razred uporabnih svojstava pri visokim i niskim temperaturama (PG), viskoznost, pucanje pri niskim temperaturama, duktilnost i relaksacija naprezanja, točka omekšavanja i penetracija, afinitet prema polimerima i stabilnost u njihovoj prisutnosti te pomlađivanje ostarjelog asfalta u mješavinama RAP/RAS (glodani asfaltni kolnik (RAP) i reciklirane asfaltne šindre (RAS)). Ultrazvučni dispergatori umješavaju krutine i kapljice u asfaltnu emulziju u obliku monodisperznih čestica. Tehnologija ultrazvučnog miješanja i umješavanja omogućuje proizvodnju asfaltnih mješavina visokih uporabnih svojstava!
Koncentrirana predsmjesa
Ultrazvučno emulgiranje i dispergiranje idealni su za pripremu koncentriranih predsmjesa visokokoncentriranih asfaltnih emulzija. Ultrazvučno pripremljene emulzije s visokim udjelom asfalta (do 90%) naknadno se razrjeđuju do koncentracije od 70% ili 60% kako bi se postigao željeni omjer vodene i uljne faze u skladu s konačnom primjenom.
UIP16000 – 16kW ultrazvučne snage po jedinici za ultrazvučno miješanje
Prednosti ultrazvučno pripremljenih asfaltnih emulzija
Tehnologija ultrazvučnog miješanja omogućuje razvoj i proizvodnju formulacija za pomlađivanje asfalta kojima se lako rukuje, koje su isplative i prihvatljive za okoliš. Snažna ultrazvučna kavitacija stvara submikronske i nanodisperzije i emulzije koje odlikuju izvrsna sposobnost prodiranja, visoka učinkovitost i dugotrajna postojanost.
Miješajte svoje emulzije za kolnike i disperzije za asfaltne mješavine sonikacijom velike snage!
Ultrazvučni dispergator velike snage za asfaltne emulzije
Hielscher Ultrasonics proizvodi i isporučuje ultrazvučne miješalice velike snage za asfaltne i bitumenske emulzije. Industrijski ultrazvučni dispergatori za emulgiranje u protoku omogućuju obradu širokog raspona asfaltnih i bitumenskih emulzija. Sonikacija omogućuje jednostavno ispitivanje novih formulacija, koje se jednoliko emulgiraju radi izvrsne stabilnosti i učinkovitosti emulzije. Različite geometrije ultrazvučnih reaktora i umetci kao što je MultiPhaseCavitator omogućuju jednostavnu prilagodbu ultrazvučnog procesora vašoj specifičnoj asfaltnoj ili bitumenskoj formulaciji.
Gruba predsmjesa tekućine i krutina dovodi se u ultrazvučni dispergator, gdje se obje faze (voda + asfalt ili bitumen + neobvezni aditivi) ravnomjerno mokro melju i usitnjavaju u vrlo stabilnu koloidnu suspenziju. Ultrazvučno mljevenje i dispergiranje omogućuju brzu obradu velikih volumena.
Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni procesori velike snage za laboratorijsko, pilotno i industrijsko mjerilo.
Literatura i reference
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Utjecaj sonikacije na svojstva bitumenskih veziva ojačanih nanoaditivima pri visokim temperaturama. Construction and Building Materials, svezak 75, 2015. 395-403. - Zhambolova, A.; Vocaturo, A.L.; Tileuberdi, Y.; Ongarbayev, Y.; Caputo, P.; Aiello, I.; Oliviero Rossi, C.; Godbert, N. (2020): Funkcionalizacija i modifikacija bitumena nanočesticama silicijeva dioksida. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Samodispergirajuće nanočestice silicijske prašine: vrijedan dodatak betonu ultravisokih svojstava. Construction and Building Materials,
svezak 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Reološka karakterizacija asfaltnih veziva i mješavina modificiranih ugljikovim nanocijevima. Radovi s konferencije RILEM 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Formuliranje asfaltnih emulzija: trenutačno stanje razvoja i ovisnost formulacije o svojstvima emulzija. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
Korisne činjenice
Što je asfaltna emulzija?
Asfaltna emulzija mješavina je vode i asfalta. Budući da je asfalt uljasta, hidrofobna tvar, ne može se miješati s vodom. Dodavanjem površinski aktivne tvari (poznate i kao emulgator, surfaktant, sredstvo za emulgiranje ili stabilizator) u vodu prije ili tijekom dodavanja asfalta omogućuje se miješanje asfalta i vode. Dodatak surfaktanta olakšava dispergiranje čestica asfalta u vodenoj fazi (vodi) i održava ih dispergiranima u suspenziji. Za umješavanje asfalta u obliku sitnih čestica u suspenziju upotrebljava se mehanička oprema za miješanje smičnim silama (npr. ultrazvučni uređaj, miješalica s visokim smičnim silama, koloidni mlin itd.). Visokokvalitetna asfaltna emulzija daje kolniku otpornost na nastajanje kolotraga, osjetljivost na vlagu, otpornost na pucanje i svojstva pri zamoru.
Definicija emulzije
“Emulzija je heterogeni, termodinamički nestabilan sustav koji čine najmanje dvije tekuće faze koje se međusobno ne miješaju, pri čemu je jedna dispergirana u drugoj u obliku sitnih kapljica (kuglica) čiji je promjer općenito veći od 0,1µm. Takav sustav ima minimalnu stabilnost koja se može poboljšati dodavanjem odgovarajućih sredstava, poput surfaktanata ili fino usitnjenih čvrstih tvari”. (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
Što je bitumen?
Bitumen je vezivni materijal koji se u građevinarstvu upotrebljava kao asfaltno vezivo koje drži asfalt na okupu. Talište mu je 180ºC. Bitumenske emulzije tamnosmeđe su tekućine koje mogu biti kationske, s kapljicama koje nose pozitivan naboj, ili anionske, s negativno nabijenim kapljicama.
Što su brtveni premazi od asfaltne kaše?
Brtveni premazi od asfaltne kaše formulacije su vode, asfaltne emulzije, agregata i aditiva koje se nanose na postojeću površinu asfaltnog kolnika. Brtveni premaz od asfaltne kaše sličan je brtvenom premazu raspršivanjem, osim što premaz od asfaltne kaše sadržava agregat kao dio mješavine. Polimer je uobičajen aditiv koji poboljšava svojstva asfaltne emulzije. Ta mješavina emulzije i agregata takozvana je asfaltna kaša koja služi za zaštitu kolničke konstrukcije ispod nje i stvaranje nove površine kolnika.
Što su brtveni premazi raspršivanjem?
Brtvljenje raspršivanjem odnosi se na nanošenje posebno formulirane asfaltne emulzije na postojeću površinu asfaltnog kolnika. Emulzija za brtveni premaz raspršivanjem sastoji se od mješavine vode i ulja koja se lako može raspršiti po postojećem kolniku, a taj je postupak poznat i kao “zamagljivanje”.
Što su površinske obrade posipom kamene sitneži?
Pri površinskoj obradi posipom kamene sitneži upotrebljava se asfaltna emulzija koja sadrži kapljice asfalta za kolnike, vodu, emulgator ili površinski aktivnu tvar, polimer i često dodatak za pomlađivanje. Površinska obrada posipom kamene sitneži provodi se u dva koraka: najprije se na postojeću površinu asfaltnog kolnika nanosi asfaltna emulzija, a zatim sloj sitnog drobljenog kamena. Sitni drobljeni kamen naziva se i „kamena sitnež”, po čemu je ova metoda površinske obrade dobila naziv.
Što su površinske obrade utrljavanjem?
Površinska obrada utrljavanjem vrlo je slična površinskoj obradi posipom kamene sitneži, pri kojoj se asfaltna emulzija i drobljeni šljunak upotrebljavaju za sanaciju oštećenog asfaltnog kolnika. Jedina je razlika u načinu nanošenja: pri površinskoj obradi utrljavanjem asfaltna emulzija nanosi se takozvanim četkama za utrljavanje, koje osiguravaju prodiranje asfaltne emulzije u pukotine kolnika.
Što su površinske obrade Cape?
Površinska obrada Cape podrazumijeva površinsku obradu posipom kamene sitneži ili utrljavanjem, nakon koje se naknadno izvodi brtveni sloj od emulzijske kaše ili mikroasfaltiranje. Dok površinske obrade posipom kamene sitneži ili utrljavanjem zatvaraju i povezuju pukotine u postojećem kolniku, naknadni brtveni sloj od emulzijske kaše ili mikroasfaltiranje poboljšava zadržavanje kamene sitneži i ravnost površine kolnika. Površinske obrade Cape uglavnom se primjenjuju kao privremeno prijelazno rješenje za asfaltne konstrukcije koje pokazuju samo umjerena oštećenja, plitke kolotrage ili ih uopće nemaju te pukotine umjerene širine. Površinska obrada Cape uglavnom se upotrebljava kao mjera za produljenje vijeka trajanja kolnika do provedbe sanacije ili rekonstrukcije.
Što je mikroasfaltiranje?
Mikroasfaltiranje je postupak usporediv s izvedbom brtvenog sloja od emulzijske kaše. Pri mikroasfaltiranju na površinu kolnika od asfaltnog betona nanosi se formulacija koja se sastoji od vode, asfaltne emulzije, agregata i kemijskih dodataka. Polimerni dodaci upotrebljavaju se za poboljšanje svojstava mješavine asfaltne emulzije. Glavna razlika između brtvenog sloja od emulzijske kaše i mikroasfaltiranja jest način na koji se emulzije „razbijaju” ili stvrdnjavaju. Dok je pri izvedbi brtvenog sloja od emulzijske kaše potrebno da voda ispari iz asfaltne emulzije nakon njezina nanošenja, asfaltna emulzija u sloju za mikroasfaltiranje sadrži kemijske dodatke koji omogućuju njezino razbijanje bez oslanjanja na sunce ili toplinu za isparavanje. Zbog toga je mikroasfaltiranje poželjan postupak za ceste s velikim prometnim opterećenjem (kratko vrijeme razbijanja emulzije) ili za hladniju klimu.
Što uzrokuje propadanje kolnika?
Kako kolnik stari, počinje propadati. Na brzinu njegova propadanja utječu brojni čimbenici. Glavni su čimbenici okoliš i prometna opterećenja. Sunčeva svjetlost s vremenom oksidira površinski sloj i uzrokuje njegovu krhkost. Ako je kolnik previše krhak, počinju nastajati pukotine zbog velikog broja ponavljanja prometnog opterećenja na kolniku. Ako kolnik nije pravilno zabrtvljen, kišnica ili voda za navodnjavanje može kroz pukotine prodrijeti u nosivi sloj i narušiti strukturnu cjelovitost kolnika. Voda može erodirati ili isprati donje nosive slojeve te uzrokovati otkazivanje kolnika zbog nedostatka potpore.