Ultrasoon mengen van asfaltverjongingsmiddelen
Asfaltherstelmiddelen en asfaltverjongingsmiddelen maken het mogelijk bestaande asfaltverhardingen te recyclen door verjongingsmiddelen op het bouwmateriaal aan te brengen. Ultrasone dispergeerapparaten bieden een krachtige techniek om nanodeeltjes en nanodruppels in asfalt- en bitumenemulsies te mengen. Krachtig ultrageluid wordt gebruikt om additieven met hoge prestaties te produceren voor langdurig duurzame verhardingen.
Asfaltherstel
Verweerd, uitgedroogd, verouderd en gescheurd asfalt heeft zijn oorspronkelijke teeroliën verloren en is door oxidatie beschadigd, waardoor aan het oppervlak scheuren, gaten en spoorvorming in de wielsporen ontstaan. Gezien de enorme hoeveelheid asfalt die in de bouw wordt gebruikt, vormen het herstel en de verjonging van verhardingen en andere asfaltconstructies een belangrijke sector, die helpt grondstoffen en kosten te besparen.
Bestaande asfaltconstructies die door weersinvloeden, veroudering en verkeersbelasting zijn beschadigd, kunnen worden hersteld en verjongd door fog seals, slurry seals, chip seals, scrub seals, cape seals en andere asfaltverjongingsmiddelen aan te brengen. Deze afdichtingsformuleringen bestaan uit een mengsel van water, asfaltemulsie, toeslagmateriaal (fijn grind, ook wel chips genoemd), polymeren en nanoadditieven
Gemodificeerde asfaltverhardingen die bepaalde versterkende nanodeeltjes bevatten, vertonen gewenste thermische, elektrische en mechanische eigenschappen en hebben daardoor verbeterde functionaliteiten. Om de kosten van asfaltbindmiddel en wegonderhoud te verlagen en de milieuvriendelijkheid ervan te vergroten, zijn alternatieve technologieën zoals ultrasoon gemengde en gefunctionaliseerde additieven en nieuwe asfaltcomposietformuleringen met zelfherstellend vermogen essentieel om bestaande verhardingen in de toekomst te behouden en te vernieuwen.
Ultrasone productie van additieven voor asfaltemulsies
Een asfaltemulsie bestaat uit drie hoofdcomponenten: asfalt, water en een emulgerende oppervlakteactieve stof. Als stabiele dispersie van druppels asfaltbindmiddel in water kan een asfaltemulsie worden verpompt, opgeslagen en met toeslagmaterialen worden gemengd. Een emulsie moet bij contact met toeslagmateriaal tijdens het mengen of na het versproeien snel “breken”. Breken is de scheiding van het water en het asfalt. Wanneer het water is verdampt, is de emulsie “gebonden”. Na het breken, uitharden en binden heeft het asfaltresidu de hechting, duurzaamheid en waterbestendigheid van het oorspronkelijke basisasfalt.
Ultrasone emulgering maakt het mogelijk hoogwaardige asfaltemulsies te formuleren
De ultrasone emulgeertechniek is compatibel met meerdere formuleringen van emulgatoren en oppervlakteactieve stoffen. De keuze van de emulgator beïnvloedt de bindingseigenschappen van asfaltemulsies, waardoor deze langzaam, middelsnel of snel binden. Additieven, modificatoren, vulstoffen, vezels, rubbers en andere ingrediënten van de formulering kunnen tijdens verschillende fasen van het sonicatieproces worden toegevoegd – afhankelijk van de formulering en de mengvereisten van de specifieke verbindingen.
UIP4000hdT – ultrasone inline-menger van 4000 watt
Emulsieklasse
De emulsieklasse van een asfaltemulsie en asfaltverjongingsmiddel is een belangrijke factor die de breeksnelheid bepaalt (snel, middelsnel of langzaam bindend). Het type (ionisch / niet-ionisch) en de concentratie van de emulgatoren, evenals de specifieke kenmerken van de formulering, zoals de verhouding tussen emulsies en vaste stoffen, porositeit, deeltjesgrootte en korrelverdeling, beïnvloeden het bindingsgedrag. Omdat de parameters voor ultrasone emulgering nauwkeurig kunnen worden geregeld, kan het effect van sonicatie op de emulsie worden afgestemd op de beoogde asfaltkwaliteit. Of u nu emulsies op micron-, submicron- of nanoschaal wilt produceren, ultrasone verwerking geeft u volledige controle over de procesparameters.
Reologie
Asfaltemulsies vertonen viscositeiten van ca. 50–1000 cP bij 60°C, wat aanzienlijk lager is dan de viscositeit van asfalt zelf (10.000–400.000 cP). Door hun lagere viscositeit kunnen asfaltemulsies worden aangebracht met technieken bij lagere temperaturen, die emissies en energieverbruik verminderen, asfaltoxidatie voorkomen en aanzienlijk minder gevaarlijk zijn dan technieken met heet asfalt. Bovendien is het gebruik van asfaltemulsies economischer en milieuvriendelijker dan koude technieken met vloeiasfalt. De viscositeit en reologie van een asfaltemulsie kunnen worden beïnvloed en aangepast via de emulgatorconcentratie en de energietoevoer tijdens ultrasone emulgering.
Indringingsvermogen
Het indringingsvermogen van asfaltverjongingsmiddelen is cruciaal, omdat een verjongingsmiddel met hoge prestaties in de verhardingsstructuur doordringt en het oppervlak afdicht. Een asfaltverjongingsmiddel met hoge prestaties dat diep in het asfaltbindmiddel (bitumen) kan doordringen, vergroot de flexibiliteit en herstelt het asfalt van binnenuit, zodat de verharding zichzelf herstelt. Bereid sterk gefunctionaliseerde asfaltemulsies door met krachtig ultrageluid druppels op submicron- en nanoschaal te formuleren!
Additieven
Polymeren, rubber, vulstoffen, oliën en verjongingsmiddelen worden aan asfaltemulsies toegevoegd om de belangrijkste eigenschappen van het oorspronkelijke asfalt te verbeteren, zoals de prestatieclassificatie (PG) bij hoge en lage temperaturen, viscositeit, scheurvorming bij lage temperaturen, ductiliteit en spanningsrelaxatie, verwekingspunt en penetratie, affiniteit voor en stabiliteit met polymeren en verjonging van verouderd asfalt in RAP/RAS-mengsels (teruggewonnen asfaltverharding (RAP) en gerecyclede asfaltshingles (RAS)). Ultrasone dispergeerapparaten mengen vaste stoffen en druppels als monodisperse deeltjes in de asfaltemulsie. Ultrasone mengtechnologie produceert asfaltmengsels met hoge prestaties!
Masterbatch
Ultrasone emulgering en dispersie zijn ideaal voor het bereiden van masterbatches van sterk geconcentreerde asfaltemulsies. Ultrasoon bereide emulsies met een hoog asfaltgehalte (tot 90%) worden later verdund tot een concentratie van 70% of 60% om de gewenste verhouding tussen de water- en oliefase voor de uiteindelijke toepassing te bereiken.
UIP16000 – 16kW ultrasoon vermogen per ultrasone mengeenheid
Voordelen van ultrasone asfaltemulsies
De ultrasone mengtechnologie maakt het mogelijk asfaltverjongingsformuleringen te ontwikkelen en te produceren die gemakkelijk te verwerken, kosteneffectief en milieuvriendelijk zijn. Krachtige ultrasone cavitatie creëert dispersies en emulsies op submicron- en nanoschaal, die een uitstekend indringingsvermogen, hoge prestaties en langdurige bestendigheid vertonen.
Meng uw verhardingsemulsies en dispersies voor asfaltmengsels met krachtige ultrasone sonicatie!
Krachtig ultrasoon dispergeerapparaat voor asfaltemulsies
Hielscher Ultrasonics produceert en levert krachtige ultrasone mengers voor asfalt- en bitumenemulsies. Industriële ultrasone dispergeerapparaten voor inline-emulgering bieden de mogelijkheid om een breed scala aan asfalt- en bitumenemulsies te verwerken. Sonicatie maakt het eenvoudig om nieuwe formuleringen te testen, die uniform worden geëmulgeerd voor een uitstekende emulsiestabiliteit en uitstekende prestaties. Diverse geometrieën van ultrasone reactoren en inzetstukken zoals de MultiPhaseCavitator maken het eenvoudig om de ultrasone processor aan uw specifieke asfalt- of bitumenformulering aan te passen.
Een grof voormengsel van vloeistof en vaste stoffen wordt in het ultrasone dispergeerapparaat gevoerd, waar beide fasen (water + asfalt of bitumen + optionele additieven) door nat malen en vermalen uniform tot een zeer stabiele colloïdale suspensie worden verwerkt. Ultrasoon malen en dispergeren kunnen grote volumes in een snel proces verwerken.
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 10 tot 2000mL | 20 tot 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 tot 20L | 0,2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 tot 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Stel ons uw vragen!
Krachtige ultrasone processors van laboratorium- tot pilot- en industriële schaal.
Literatuur/referenties
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Effect van sonicatie op de eigenschappen bij hoge temperaturen van bitumineuze bindmiddelen versterkt met nanoadditieven. 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): Functionalisering en modificatie van bitumen met silicananodeeltjes. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Zelfdispergerende nanodeeltjes van silica fume: een waardevolle hulpstof voor ultrahoogwaardig beton. Construction and Building Materials,
Volume 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Reologische karakterisering van asfaltbindmiddelen en asfaltmengsels gemodificeerd met koolstofnanobuisjes. RILEM Conference Papers 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Formulering van asfaltemulsies: stand van de techniek en afhankelijkheid van de formulering van emulsie-eigenschappen. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
Wetenswaardigheden
Wat is een asfaltemulsie?
Een asfaltemulsie is een mengsel van water en asfalt. Omdat asfalt een olieachtige, hydrofobe verbinding is, kan het niet met water worden gemengd. Door vóór of tijdens het toevoegen van het asfalt een oppervlakteactieve stof (ook bekend als emulgator, surfactant, emulgeermiddel of stabilisator) aan het water toe te voegen, worden asfalt en water mengbaar. De toevoeging van een oppervlakteactieve stof vergemakkelijkt de dispersie van asfaltdeeltjes in de waterige fase (water) en houdt deze in suspensie gedispergeerd. Om het asfalt als kleine deeltjes in de suspensie te mengen, wordt mechanische mengapparatuur gebruikt die afschuiving veroorzaakt (bijv. een sonicator, menger met hoge afschuiving, colloïdmolen enz.). Een hoogwaardige asfaltemulsie geeft de verharding weerstand tegen spoorvorming, gevoeligheid voor vocht, scheurweerstand en vermoeiingsprestaties.
Definitie van emulsie
“Een emulsie is een heterogeen, thermodynamisch instabiel systeem dat wordt gevormd door ten minste twee niet-mengbare vloeistoffasen, waarbij de ene in de andere is gedispergeerd in de vorm van kleine druppels (bolletjes) waarvan de diameter doorgaans groter is dan 0,1µm. Een dergelijk systeem heeft een minimale stabiliteit die kan worden verbeterd door toevoeging van geschikte middelen, zoals oppervlakteactieve stoffen of fijnverdeelde vaste stoffen”. (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
Wat is bitumen?
Bitumen is een bindend materiaal dat in de bouw als asfaltbindmiddel wordt gebruikt en het asfalt bijeenhoudt. Het heeft een smeltpunt van 180ºC. Bitumenemulsies zijn een donkerbruine vloeistof die kationisch kan zijn, waarbij de emulsies druppels bevatten die een positieve lading dragen, of anionisch, waarbij de emulsies negatief geladen druppels bevatten.
Wat zijn slurry seals?
Slurry seals zijn een formulering van water, asfaltemulsie, toeslagmateriaal en additieven die op het oppervlak van een bestaande asfaltverharding wordt aangebracht. Een slurry seal is vergelijkbaar met een fog seal, maar bij een slurry seal maakt toeslagmateriaal deel uit van het mengsel. Polymeer is een veelgebruikt additief dat de eigenschappen van de asfaltemulsie verbetert. Dit gecombineerde mengsel van emulsie en toeslagmateriaal is de zogeheten slurry, die de onderliggende verhardingsstructuur beschermt en een nieuw wegoppervlak vormt.
Wat zijn fog seals?
Fog sealing verwijst naar het aanbrengen van een speciaal geformuleerde asfaltemulsie op het oppervlak van een bestaande asfaltverharding. Een fog seal-emulsie bestaat uit een mengsel van water en olie dat gemakkelijk op een bestaande verharding kan worden gesproeid, ook wel “fogging” genoemd.
Wat zijn chip seals?
Bij het aanbrengen van een chip seal wordt een asfaltemulsie gebruikt die bolletjes wegenasfalt, water, een emulgator of oppervlakteactieve stof, polymeer en vaak een verjongingsadditief bevat. Chip seals worden in twee stappen aangebracht: eerst wordt de asfaltemulsie verdeeld en vervolgens wordt een laag fijn steenslag op het oppervlak van een bestaande asfaltverharding aangebracht. Het fijne steenslag wordt ook “chips” genoemd, waaraan de chip sealing-methode haar naam ontleent.
Wat zijn scrub seals?
Een scrub seal-behandeling lijkt sterk op chip sealing, waarbij een asfaltemulsie en gebroken grind worden gebruikt om een beschadigde asfaltverharding te herstellen. Het enige verschil is de aanbrengmethode: bij een scrub seal wordt de asfaltemulsie aangebracht met zogeheten schrobbezems, die ervoor zorgen dat de asfaltemulsie in de scheuren van de verharding doordringt.
Wat zijn cape seals?
Cape sealing verwijst naar het aanbrengen van een chip seal of scrub seal, gevolgd door het aanbrengen van een slurry seal of microsurfacing op een later tijdstip. Terwijl chip seals of scrub seals de scheuren in de bestaande verharding afdichten en verbinden, verbetert de daaropvolgende slurry seal of microsurfacing het vasthouden van het steenslag en de vlakheid van het wegoppervlak. Cape seals worden meestal gebruikt als tussentijdse oplossing voor asfaltconstructies met slechts matige schade, geringe of geen spoorvorming en matige scheurbreedtes. Cape sealing wordt meestal gebruikt als maatregel om de levensduur van de verharding te verlengen totdat herstel of reconstructie plaatsvindt.
Wat is microsurfacing?
Microsurfacing is een behandeling die vergelijkbaar is met een slurry seal. Bij microsurfacing wordt een formulering bestaande uit water, asfaltemulsie, toeslagmateriaal en chemische additieven op het oppervlak van een asfaltbetonverharding aangebracht. Polymeeradditieven worden gebruikt om de mengeigenschappen van de asfaltemulsie te verbeteren. Het belangrijkste verschil tussen slurry seal en microsurfacing is de manier waarop ze “breken” of uitharden. Terwijl bij slurry sealing het water na het verdelen uit de asfaltemulsie moet verdampen, bevat de asfaltemulsie in een microsurfacing-laag chemische additieven waardoor deze kan breken zonder voor de verdamping afhankelijk te zijn van de zon of warmte. Hierdoor is microsurfacing de voorkeursbehandeling voor druk bereden wegen (korte breektijd) of koudere klimaten.
Waardoor verslechtert een verharding?
Naarmate een verharding veroudert, begint deze te verslechteren. Hoe snel deze achteruitgaat, wordt door veel factoren beïnvloed. De belangrijkste factoren zijn de omgeving en de verkeersbelasting. Zonlicht oxideert de oppervlaktelaag na verloop van tijd en maakt deze bros. Als de verharding te bros is, ontstaan scheuren door de veelvuldig herhaalde verkeersbelasting op de verharding. Als de verharding niet goed is afgedicht, kan regenwater of irrigatiewater via de scheuren in de funderingslaag doordringen en de structurele integriteit van de verharding aantasten. Water kan de onderliggende funderingslagen eroderen of wegspoelen en de verharding door gebrek aan ondersteuning laten bezwijken.