Miscelazione a ultrasuoni dei rigeneranti per asfalto
I prodotti per il ripristino e la rigenerazione dell’asfalto consentono di riciclare le pavimentazioni asfaltate esistenti applicando agenti rigeneranti al materiale da costruzione. I dispersori a ultrasuoni rappresentano una tecnica potente per incorporare nanoparticelle e nanogocce nelle emulsioni di asfalto e bitume. Gli ultrasuoni di potenza vengono utilizzati per produrre additivi ad alte prestazioni per pavimentazioni durevoli nel tempo.
Ripristino dell’asfalto
L’asfalto esposto agli agenti atmosferici, essiccato, invecchiato e fessurato ha perso i suoi oli di catrame originari ed è danneggiato dall’ossidazione, con conseguente formazione di fessure, buche e ormaie lungo le traiettorie delle ruote sulla superficie. Considerata l’enorme quantità di asfalto utilizzata nelle costruzioni, il ripristino e la rigenerazione delle pavimentazioni e delle altre strutture in asfalto costituiscono un settore importante, che contribuisce a risparmiare risorse e a ridurre le spese.
Le strutture in asfalto esistenti, danneggiate dagli agenti atmosferici, dall’invecchiamento e dai carichi del traffico, possono essere ripristinate e rigenerate mediante l’applicazione di trattamenti fog seal, slurry seal, chip seal, scrub seal, cape seal e altri rigeneranti per asfalto. Queste formulazioni sigillanti sono costituite da una miscela di acqua, emulsione di asfalto, aggregati (ghiaietto, detto anche graniglia), polimeri e nanoadditivi
Le pavimentazioni asfaltate modificate che contengono determinate nanoparticelle di rinforzo presentano proprietà termiche, elettriche e meccaniche desiderabili e, di conseguenza, funzionalità migliorate. Per ridurre il costo del legante asfaltico e della manutenzione stradale e aumentarne la compatibilità ambientale, tecnologie alternative come gli additivi miscelati e funzionalizzati mediante ultrasuoni e le nuove formulazioni di compositi asfaltici capaci di autoripararsi sono essenziali per conservare e rinnovare le pavimentazioni esistenti in futuro.
Produzione a ultrasuoni di additivi per emulsioni di asfalto
Un’emulsione di asfalto è costituita da tre componenti principali: asfalto, acqua e un tensioattivo emulsionante. Essendo una dispersione stabile di gocce di legante asfaltico in acqua, un’emulsione di asfalto può essere pompata, stoccata e miscelata con aggregati. Un’emulsione dovrebbe «rompersi» rapidamente al contatto con gli aggregati durante la miscelazione o dopo essere stata spruzzata. La rottura è la separazione dell’acqua dall’asfalto. Quando l’acqua è evaporata, l’emulsione è «consolidata». Dopo la rottura, la maturazione e il consolidamento, il residuo asfaltico presenta le proprietà di adesione, durabilità e resistenza all’acqua dell’asfalto di base originario.
L’emulsificazione a ultrasuoni consente di formulare emulsioni di asfalto di alta qualità
La tecnica di emulsificazione a ultrasuoni è compatibile con molteplici formulazioni di emulsionanti e tensioattivi. La scelta dell’emulsionante influisce sulle caratteristiche di consolidamento delle emulsioni di asfalto, rendendole a consolidamento lento, medio o rapido. Additivi, modificanti, filler, fibre, gomme e altri ingredienti della formulazione possono essere aggiunti nelle diverse fasi del processo di sonicazione – a seconda della formulazione e dei requisiti di miscelazione dei composti specifici.
UIP4000hdT – miscelatore a ultrasuoni in linea da 4000 watt
Classe dell’emulsione
La classe di un’emulsione di asfalto e di un rigenerante per asfalto è un fattore importante che determina la velocità di rottura (consolidamento rapido, medio o lento). Il tipo (ionico / non ionico) e la concentrazione degli agenti emulsionanti, insieme alle caratteristiche specifiche della formulazione, come il rapporto emulsione/solidi, la porosità, la dimensione delle particelle e la distribuzione granulometrica, influenzano il comportamento di consolidamento. Poiché i parametri di emulsificazione a ultrasuoni possono essere controllati con precisione, l’effetto della sonicazione sull’emulsione può essere regolato in funzione della qualità dell’asfalto desiderata. Che si desiderino emulsioni micrometriche, submicrometriche o nanometriche, il trattamento a ultrasuoni offre il pieno controllo dei parametri di processo.
Reologia
Le emulsioni di asfalto presentano viscosità di circa 50–1000 cP a 60°C, notevolmente inferiori alla viscosità dell’asfalto stesso (10.000–400.000 cP). Grazie alla minore viscosità, le emulsioni di asfalto possono essere applicate con tecniche a temperature più basse, che riducono le emissioni e il consumo energetico, evitano l’ossidazione dell’asfalto e sono considerevolmente meno pericolose delle tecniche con asfalto a caldo. Inoltre, l’applicazione di emulsioni di asfalto è più economica e più rispettosa dell’ambiente rispetto alle tecniche a freddo che utilizzano asfalti fluidificati con solventi. La viscosità e la reologia di un’emulsione di asfalto possono essere influenzate e regolate attraverso la concentrazione dell’emulsionante e l’apporto energetico durante l’emulsificazione a ultrasuoni.
Capacità di penetrazione
La capacità di penetrazione dei rigeneranti per asfalto è fondamentale, poiché un agente rigenerante ad alte prestazioni penetra nella struttura della pavimentazione e ne sigilla la superficie. Un rigenerante per asfalto ad alte prestazioni, capace di penetrare in profondità nel legante asfaltico (bitume), aumenta la flessibilità e ripristina la pavimentazione dall’interno, consentendone l’autoriparazione. Preparate emulsioni di asfalto altamente funzionalizzate formulando gocce di dimensioni submicrometriche e nanometriche con gli ultrasuoni di potenza!
Additivi
Polimeri, gomma, filler, oli e agenti rigeneranti vengono aggiunti alle emulsioni di asfalto per migliorare le proprietà fondamentali dell’asfalto originario, come la classificazione prestazionale alle alte e basse temperature (PG), la viscosità, la fessurazione alle basse temperature, la duttilità e il rilassamento delle tensioni, il punto di rammollimento e la penetrazione, l’affinità e la stabilità con i polimeri e la rigenerazione dell’asfalto invecchiato nelle miscele RAP/RAS (fresato di pavimentazioni asfaltate (RAP) e tegole bituminose riciclate (RAS)). I dispersori a ultrasuoni incorporano solidi e gocce nell’emulsione di asfalto sotto forma di particelle monodisperse. La tecnologia di miscelazione a ultrasuoni produce miscele asfaltiche ad alte prestazioni!
Miscela madre
L’emulsificazione e la dispersione a ultrasuoni sono ideali per preparare miscele madri di emulsioni di asfalto altamente concentrate. Le emulsioni preparate mediante ultrasuoni con un elevato contenuto di asfalto (fino al 90%) vengono successivamente diluite fino a raggiungere una concentrazione del 70% o del 60%, per ottenere il rapporto desiderato tra le fasi acqua/olio in funzione dell’applicazione finale.
UIP16000 – 16kW di potenza ultrasonica per unità di miscelazione a ultrasuoni
Vantaggi delle emulsioni di asfalto prodotte mediante ultrasuoni
La tecnologia di miscelazione a ultrasuoni consente di sviluppare e produrre formulazioni rigeneranti per asfalto facili da manipolare, economicamente convenienti e rispettose dell’ambiente. La potente cavitazione ultrasonica genera dispersioni ed emulsioni submicrometriche e nanometriche che presentano un’eccellente capacità di penetrazione, prestazioni elevate e resistenza nel tempo.
Miscelate le vostre emulsioni per pavimentazioni e dispersioni per miscele asfaltiche mediante sonicazione ad alta potenza!
Dispersore a ultrasuoni ad alta potenza per emulsioni di asfalto
Hielscher Ultrasonics produce e fornisce miscelatori a ultrasuoni ad alta potenza per emulsioni di asfalto e bitume. I dispersori industriali a ultrasuoni per l’emulsificazione in linea consentono di trattare un’ampia gamma di emulsioni di asfalto e bitume. La sonicazione permette di testare facilmente nuove formulazioni, che vengono emulsionate uniformemente per ottenere un’eccellente stabilità e prestazioni elevate dell’emulsione. Diverse geometrie dei reattori a ultrasuoni e inserti come il MultiPhaseCavitator consentono di adattare facilmente il processore a ultrasuoni alla vostra specifica formulazione di asfalto o bitume.
Una premiscela grossolana di liquidi e solidi viene alimentata nel dispersore a ultrasuoni, dove entrambe le fasi (acqua + asfalto o bitume + additivi opzionali) vengono macinate a umido e triturate uniformemente fino a ottenere una sospensione colloidale altamente stabile. La macinazione e la dispersione a ultrasuoni consentono di trattare grandi volumi con un processo rapido.
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:
| Volume del lotto | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| Da 10 a 2000mL | Da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| Da 0,1 a 20L | Da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| Da 10 a 100L | Da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | Da 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superiore | gruppo di UIP16000 |
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Processori a ultrasuoni ad alta potenza dalla scala di laboratorio alla scala pilota e industriale.
Bibliografia e riferimenti
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Effetto della sonicazione sulle proprietà alle alte temperature dei leganti bituminosi rinforzati con nanoadditivi. 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): Funzionalizzazione e modifica del bitume mediante nanoparticelle di silice. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Nanoparticelle autodisperdenti di fumo di silice: un additivo prezioso per il calcestruzzo ad altissime prestazioni. Construction and Building Materials,
Volume 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Caratterizzazione reologica di leganti e miscele asfaltiche modificati con nanotubi di carbonio. RILEM Conference Papers 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Formulazione delle emulsioni di asfalto: stato dell’arte e dipendenza della formulazione dalle proprietà delle emulsioni. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
Informazioni utili
Che cos’è un’emulsione di asfalto?
Un’emulsione di asfalto è una miscela di acqua e asfalto. Poiché l’asfalto è un composto oleoso e idrofobo, non può essere miscelato con l’acqua. Aggiungendo all’acqua un agente tensioattivo (noto anche come emulsionante, surfattante, agente emulsionante o stabilizzante) prima o durante l’aggiunta dell’asfalto, l’asfalto e l’acqua diventano miscelabili. L’aggiunta del tensioattivo facilita la dispersione delle particelle di asfalto nella fase acquosa (acqua) e le mantiene disperse in sospensione. Per incorporare l’asfalto nella sospensione sotto forma di piccole particelle, si utilizzano apparecchiature meccaniche di miscelazione a taglio (ad esempio sonicatore, miscelatore ad alto taglio, mulino colloidale ecc.). Un’emulsione di asfalto di alta qualità conferisce alla pavimentazione resistenza all’ormaiamento, suscettibilità all’umidità, resistenza alla fessurazione e prestazioni a fatica.
Definizione di emulsione
«Un’emulsione è un sistema eterogeneo termodinamicamente instabile costituito da almeno due fasi liquide immiscibili, in cui una è dispersa nell’altra sotto forma di piccole gocce (globuli), il cui diametro è generalmente superiore a 0,1µm. Un tale sistema presenta una stabilità minima che può essere migliorata mediante l’aggiunta di agenti appropriati, come tensioattivi o solidi finemente suddivisi». (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
Che cos’è il bitume?
Il bitume è un materiale legante utilizzato nelle costruzioni come legante asfaltico, che tiene insieme l’asfalto. Ha un punto di fusione di 180ºC. Le emulsioni di bitume sono liquidi di colore marrone scuro e possono essere cationiche, con gocce che portano una carica positiva, oppure anioniche, con gocce caricate negativamente.
Che cosa sono i trattamenti slurry seal?
I trattamenti slurry seal consistono in una formulazione di acqua, emulsione di asfalto, aggregati e additivi applicata alla superficie di una pavimentazione asfaltata esistente. Uno slurry seal è simile a un fog seal, con la differenza che lo slurry seal contiene aggregati nella miscela. Un polimero è un additivo comunemente utilizzato per migliorare le proprietà dell’emulsione di asfalto. Questa miscela combinata di emulsione e aggregati costituisce il cosiddetto slurry, che serve a proteggere la struttura sottostante della pavimentazione e a fornire una nuova superficie stradale.
Che cosa sono i trattamenti fog seal?
Il trattamento fog seal consiste nell’applicazione di un’emulsione di asfalto appositamente formulata alla superficie di una pavimentazione asfaltata esistente. Un’emulsione per fog seal è costituita da una miscela acqua-olio che può essere facilmente spruzzata su una pavimentazione esistente, un’operazione nota anche come «fogging».
Che cosa sono i trattamenti chip seal?
L’applicazione di un chip seal prevede l’utilizzo di un’emulsione di asfalto contenente globuli di asfalto per pavimentazioni, acqua, un agente emulsionante o tensioattivo, un polimero e spesso un additivo rigenerante. I trattamenti chip seal vengono applicati con un processo in due fasi, che comprende prima la distribuzione dell’emulsione di asfalto e successivamente di uno strato di pietrisco fine sulla superficie di una pavimentazione asfaltata esistente. Il pietrisco fine è anche chiamato «chips», da cui deriva il nome del metodo chip seal.
Che cosa sono i trattamenti scrub seal?
Un trattamento scrub seal è molto simile a un chip seal, in cui un’emulsione di asfalto e ghiaia frantumata vengono utilizzate per ripristinare una pavimentazione asfaltata danneggiata. L’unica differenza è il metodo di applicazione: per l’applicazione di uno scrub seal, l’emulsione di asfalto viene distribuita mediante le cosiddette spazzole scrub, che assicurano la penetrazione dell’emulsione di asfalto nelle fessure della pavimentazione.
Che cosa sono i trattamenti cape seal?
Il trattamento cape seal consiste nell’applicazione di un chip seal o di uno scrub seal, seguita in un momento successivo dall’applicazione di uno slurry seal o di un microsurfacing. Mentre i trattamenti chip seal o scrub seal sigillano e saldano le fessure della pavimentazione esistente, il successivo slurry seal o microsurfacing migliora la ritenzione della graniglia e la regolarità della superficie stradale. I trattamenti cape seal vengono impiegati prevalentemente come soluzione provvisoria per strutture in asfalto che presentano soltanto un degrado moderato, ormaie lievi o assenti e fessure di larghezza moderata. Il trattamento cape seal viene utilizzato soprattutto per prolungare la vita della pavimentazione fino all’esecuzione del ripristino o della ricostruzione.
Che cos’è il microsurfacing?
Il microsurfacing è un trattamento paragonabile a uno slurry seal. Per il microsurfacing, una formulazione costituita da acqua, emulsione di asfalto, aggregati e additivi chimici viene applicata alla superficie di una pavimentazione in conglomerato bituminoso. Gli additivi polimerici vengono utilizzati per migliorare le proprietà della miscela dell’emulsione di asfalto. La differenza principale tra slurry seal e microsurfacing risiede nel modo in cui avviene la «rottura» o l’indurimento. Mentre il trattamento slurry seal richiede che l’acqua evapori dall’emulsione di asfalto dopo la sua distribuzione, l’emulsione di asfalto di un rivestimento di microsurfacing contiene additivi chimici che ne consentono la rottura senza dipendere dal sole o dal calore per l’evaporazione. Questo rende il microsurfacing il trattamento preferito per le strade molto trafficate (breve tempo di rottura) o per i climi più freddi.
Che cosa causa il deterioramento della pavimentazione?
Con l’invecchiamento, la pavimentazione inizia a deteriorarsi. La velocità con cui si degrada è influenzata da molti fattori. I fattori principali sono l’ambiente e i carichi del traffico. Nel tempo, la luce solare ossida lo strato superficiale e lo rende fragile. Se la pavimentazione è troppo fragile, iniziano a formarsi fessure a causa delle frequenti ripetizioni dei carichi del traffico sulla pavimentazione. Se la pavimentazione non è sigillata correttamente, l’acqua piovana o di irrigazione può infiltrarsi attraverso le fessure fino allo strato di base e danneggiare l’integrità strutturale della pavimentazione. L’acqua può erodere o dilavare gli strati di base sottostanti e causare il cedimento della pavimentazione per mancanza di sostegno.