Ultradźwiękowe mieszanie środków odmładzających asfalt
Środki do regeneracji i odmładzania asfaltu umożliwiają recykling istniejących nawierzchni asfaltowych poprzez zastosowanie środków odmładzających do materiału budowlanego. Dyspergatory ultradźwiękowe stanowią skuteczną technikę wprowadzania nanocząstek i nanokropel do emulsji asfaltowych i bitumicznych. Ultradźwięki dużej mocy wykorzystuje się do wytwarzania wysokowydajnych dodatków do nawierzchni o długotrwałej trwałości.
Regeneracja asfaltu
Asfalt zwietrzały, wysuszony, zestarzały i spękany utracił swoje pierwotne oleje smołowe i uległ uszkodzeniu wskutek utleniania, przez co na powierzchni powstają pęknięcia, wyboje i koleiny w śladach kół. Ze względu na ogromne ilości asfaltu wykorzystywane w budownictwie regeneracja i odmładzanie nawierzchni oraz innych konstrukcji asfaltowych stanowią ważny sektor, który pomaga oszczędzać zasoby i ograniczać wydatki.
Istniejące konstrukcje asfaltowe, uszkodzone wskutek działania warunków atmosferycznych, starzenia i obciążenia ruchem, można regenerować i odmładzać poprzez stosowanie uszczelnień natryskowych, uszczelnień mieszanką emulsyjno-mineralną, uszczelnień z posypką grysową, uszczelnień z wcieraniem emulsji szczotkami, uszczelnień kombinowanych oraz innych środków odmładzających asfalt. Takie preparaty uszczelniające składają się z mieszaniny wody, emulsji asfaltowej, kruszywa (drobnego żwiru, zwanego również grysem), polimerów i nanododatków
Modyfikowane nawierzchnie asfaltowe zawierające określone nanocząstki wzmacniające wykazują pożądane właściwości termiczne, elektryczne i mechaniczne, a tym samym lepsze właściwości funkcjonalne. Aby zmniejszyć koszty lepiszcza asfaltowego i utrzymania dróg oraz zwiększyć ich przyjazność dla środowiska, alternatywne technologie, takie jak dodatki mieszane i funkcjonalizowane ultradźwiękowo oraz nowe receptury kompozytów asfaltowych zdolnych do samonaprawy, są niezbędne do zachowania i odnawiania istniejących nawierzchni w przyszłości.
Ultradźwiękowa produkcja dodatków do emulsji asfaltowych
Emulsja asfaltowa składa się z trzech głównych składników: asfaltu, wody i emulgującej substancji powierzchniowo czynnej. Jako stabilna dyspersja kropli lepiszcza asfaltowego w wodzie emulsja asfaltowa może być pompowana, przechowywana i mieszana z kruszywami. Emulsja powinna szybko „rozpadać się” w kontakcie z kruszywem podczas mieszania lub po natrysku. Rozpad polega na oddzieleniu wody od asfaltu. Po odparowaniu wody emulsja jest „związana”. Po rozpadzie, dojrzewaniu i związaniu pozostałość asfaltowa wykazuje właściwości adhezyjne, trwałość i odporność na wodę pierwotnego asfaltu bazowego.
Emulgowanie ultradźwiękowe umożliwia opracowywanie wysokiej jakości emulsji asfaltowych
Technika emulgowania ultradźwiękowego jest kompatybilna z wieloma recepturami emulgatorów i substancji powierzchniowo czynnych. Wybór emulgatora wpływa na charakterystykę wiązania emulsji asfaltowych, sprawiając, że są one wolnowiążące, średniowiążące lub szybkowiążące. Dodatki, modyfikatory, wypełniacze, włókna, kauczuki i inne składniki receptury można dodawać na różnych etapach procesu sonikacji – w zależności od receptury i wymagań dotyczących mieszania konkretnych związków.
UIP4000hdT – przepływowy mieszalnik ultradźwiękowy o mocy 4000 watów
Klasa emulsji
Klasa emulsji asfaltowej i środka odmładzającego asfalt jest ważnym czynnikiem określającym szybkość rozpadu (szybkie, średnie lub wolne wiązanie). Rodzaj (jonowy / niejonowy) i stężenie środków emulgujących, a także szczegóły receptury, takie jak stosunek emulsji do substancji stałych, porowatość, wielkość cząstek i uziarnienie, wpływają na przebieg wiązania. Ponieważ parametry emulgowania ultradźwiękowego można precyzyjnie kontrolować, wpływ sonikacji na emulsję można dostosować do docelowej jakości asfaltu. Niezależnie od tego, czy celem jest uzyskanie emulsji mikronowych, submikronowych czy nanoemulsji, przetwarzanie ultradźwiękowe zapewnia pełną kontrolę nad parametrami procesu.
Reologia
Emulsje asfaltowe wykazują lepkość wynoszącą około 50–1000 cP w temperaturze 60°C, co jest wartością znacznie niższą niż lepkość samego asfaltu (10 000–400 000 cP). Dzięki niższej lepkości emulsje asfaltowe można stosować przy użyciu technik wykorzystujących niższe temperatury, które zmniejszają emisje i zużycie energii, zapobiegają utlenianiu asfaltu oraz są znacznie mniej niebezpieczne niż techniki z użyciem gorącego asfaltu. Ponadto stosowanie emulsji asfaltowych jest bardziej ekonomiczne i przyjazne dla środowiska niż techniki na zimno wykorzystujące asfalty upłynnione rozpuszczalnikami. Na lepkość i reologię emulsji asfaltowej można wpływać i regulować je poprzez stężenie emulgatora oraz energię dostarczaną podczas emulgowania ultradźwiękowego.
Zdolność penetracji
Zdolność penetracji środków odmładzających asfalt ma kluczowe znaczenie, ponieważ wysokowydajny środek odmładzający wnika w strukturę nawierzchni i uszczelnia jej powierzchnię. Wysokowydajny środek odmładzający asfalt, który może wnikać głęboko w lepiszcze asfaltowe (bitum), zwiększa elastyczność i regeneruje nawierzchnię od wewnątrz, dzięki czemu uzyskuje się jej samonaprawę. Przygotowuj wysoce funkcjonalizowane emulsje asfaltowe, tworząc krople o rozmiarach submikronowych i nanometrowych za pomocą ultradźwięków dużej mocy!
Dodatki
Polimery, kauczuk, wypełniacze, oleje i środki odmładzające dodaje się do emulsji asfaltowych w celu poprawy kluczowych właściwości asfaltu wyjściowego, takich jak klasa właściwości użytkowych (PG) w wysokich i niskich temperaturach, lepkość, pękanie w niskich temperaturach, ciągliwość i relaksacja naprężeń, temperatura mięknienia i penetracja, powinowactwo do polimerów i stabilność w ich obecności oraz odmładzanie zestarzałego asfaltu w mieszankach RAP/RAS (odzyskana nawierzchnia asfaltowa (RAP) i gonty asfaltowe z recyklingu (RAS)). Dyspergatory ultradźwiękowe wprowadzają substancje stałe i krople do emulsji asfaltowej w postaci cząstek monodyspersyjnych. Technologia mieszania ultradźwiękowego pozwala wytwarzać wysokowydajne mieszanki asfaltowe!
Koncentrat
Emulgowanie i dyspergowanie ultradźwiękowe idealnie nadają się do przygotowywania koncentratów emulsji asfaltowych o wysokim stężeniu. Emulsje przygotowane ultradźwiękowo, o wysokiej zawartości asfaltu (do 90%), rozcieńcza się następnie do stężenia 70% lub 60%, aby uzyskać pożądany stosunek fazy wodnej do olejowej odpowiedni dla końcowego zastosowania.
UIP16000 – moc ultradźwiękowa 16kW na każdą ultradźwiękową jednostkę mieszającą
Zalety ultradźwiękowo wytwarzanych emulsji asfaltowych
Technologia mieszania ultradźwiękowego umożliwia opracowywanie i wytwarzanie preparatów odmładzających asfalt, które są łatwe w użyciu, ekonomiczne i przyjazne dla środowiska. Silna kawitacja ultradźwiękowa tworzy submikronowe i nanometryczne dyspersje oraz emulsje, które wykazują doskonałą zdolność penetracji, wysoką skuteczność i długotrwałą trwałość.
Mieszaj emulsje nawierzchniowe i dyspersje do mieszanek asfaltowych za pomocą sonikacji dużej mocy!
Dyspergator ultradźwiękowy dużej mocy do emulsji asfaltowych
Hielscher Ultrasonics produkuje i dostarcza mieszalniki ultradźwiękowe dużej mocy do emulsji asfaltowych i bitumicznych. Przemysłowe dyspergatory ultradźwiękowe do emulgowania przepływowego umożliwiają przetwarzanie szerokiej gamy emulsji asfaltowych i bitumicznych. Sonikacja pozwala łatwo testować nowe receptury, które są równomiernie emulgowane, aby zapewnić doskonałą stabilność i właściwości użytkowe emulsji. Różne geometrie reaktorów ultradźwiękowych i wkładki, takie jak MultiPhaseCavitator, umożliwiają łatwe dostosowanie procesora ultradźwiękowego do konkretnej receptury asfaltowej lub bitumicznej.
Wstępną mieszaninę cieczy i substancji stałych o małym stopniu rozdrobnienia podaje się do dyspergatora ultradźwiękowego, w którym obie fazy (woda + asfalt lub bitum + opcjonalne dodatki) są równomiernie mielone i rozdrabniane na mokro, tworząc wysoce stabilną zawiesinę koloidalną. Mielenie i dyspergowanie ultradźwiękowe umożliwiają szybkie przetwarzanie dużych objętości.
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 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. | większe | zespół urządzeń UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Procesory ultradźwiękowe dużej mocy do zastosowań od skali laboratoryjnej po pilotażową i przemysłową.
Literatura / źródła
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Wpływ sonikacji na właściwości wysokotemperaturowe lepiszczy bitumicznych wzmacnianych nanododatkami. Construction and Building Materials, tom 75, 2015. 395–403. - Zhambolova, A.; Vocaturo, A.L.; Tileuberdi, Y.; Ongarbayev, Y.; Caputo, P.; Aiello, I.; Oliviero Rossi, C.; Godbert, N. (2020): Funkcjonalizacja i modyfikacja bitumu za pomocą nanocząstek krzemionki. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Samodyspergujące nanocząstki pyłu krzemionkowego: cenna domieszka do betonu o ultrawysokich właściwościach użytkowych. Construction and Building Materials,
tom 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Charakterystyka reologiczna lepiszczy i mieszanek asfaltowych modyfikowanych nanorurkami węglowymi. RILEM Conference Papers 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Opracowywanie receptur emulsji asfaltowych: aktualny stan wiedzy i zależność receptury od właściwości emulsji. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
Co warto wiedzieć
Czym jest emulsja asfaltowa?
Emulsja asfaltowa jest mieszaniną wody i asfaltu. Ponieważ asfalt jest oleistą, hydrofobową substancją, nie można go mieszać z wodą. Dodanie do wody środka powierzchniowo czynnego, znanego również jako emulgator, surfaktant, środek emulgujący lub stabilizator, przed dodaniem asfaltu lub w jego trakcie sprawia, że asfalt i wodę można ze sobą mieszać. Dodatek substancji powierzchniowo czynnej ułatwia dyspergowanie cząstek asfaltu w fazie wodnej (wodzie) i utrzymuje je w stanie rozproszonym w zawiesinie. Aby wprowadzić asfalt do zawiesiny w postaci małych cząstek, stosuje się mechaniczne urządzenia mieszające wykorzystujące ścinanie (np. sonikator, mieszalnik o wysokiej intensywności ścinania, młyn koloidalny itp.). Wysokiej jakości emulsja asfaltowa nadaje nawierzchni odporność na koleinowanie, podatność na działanie wilgoci, odporność na pękanie i właściwości zmęczeniowe.
Definicja emulsji
„Emulsja jest termodynamicznie niestabilnym układem heterogenicznym utworzonym przez co najmniej dwie niemieszające się fazy ciekłe, w którym jedna jest rozproszona w drugiej w postaci małych kropli (kuleczek), których średnica jest na ogół większa niż 0,1µm. Taki układ wykazuje minimalną stabilność, którą można poprawić przez dodanie odpowiednich środków, takich jak substancje powierzchniowo czynne, lub drobno rozdrobnionych substancji stałych”. (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
Czym jest bitum?
Bitum jest materiałem wiążącym stosowanym w budownictwie jako lepiszcze asfaltowe, które spaja asfalt. Jego temperatura topnienia wynosi 180ºC. Emulsje bitumiczne są ciemnobrązową cieczą i mogą być kationowe, gdy ich krople mają ładunek dodatni, lub anionowe, gdy ich krople mają ładunek ujemny.
Czym są uszczelnienia mieszanką emulsyjno-mineralną?
Uszczelnienia mieszanką emulsyjno-mineralną wykonuje się z mieszaniny wody, emulsji asfaltowej, kruszywa i dodatków nakładanej na powierzchnię istniejącej nawierzchni asfaltowej. Takie uszczelnienie jest podobne do uszczelnienia natryskowego, z tą różnicą, że mieszanka zawiera kruszywo. Polimer jest powszechnie stosowanym dodatkiem poprawiającym właściwości emulsji asfaltowej. Ta połączona mieszanina emulsji i kruszywa stanowi tak zwaną mieszankę emulsyjno-mineralną, której zadaniem jest ochrona znajdującej się pod nią konstrukcji nawierzchni i zapewnienie nowej powierzchni jezdni.
Czym są uszczelnienia natryskowe?
Uszczelnianie natryskowe polega na nakładaniu specjalnie opracowanej emulsji asfaltowej na powierzchnię istniejącej nawierzchni asfaltowej. Emulsja do uszczelniania natryskowego składa się z mieszaniny wodno-olejowej, którą można łatwo rozpylać na istniejącą nawierzchnię; proces ten określa się również jako „zamgławianie”.
Czym są uszczelnienia z posypką grysową?
Wykonywanie uszczelnienia z posypką grysową wymaga zastosowania emulsji asfaltowej zawierającej krople asfaltu drogowego, wodę, środek emulgujący lub substancję powierzchniowo czynną, polimer i często dodatek odmładzający. Uszczelnienia z posypką grysową wykonuje się w procesie dwuetapowym, który obejmuje najpierw rozprowadzenie emulsji asfaltowej, a następnie warstwy drobnego kruszywa łamanego na powierzchni istniejącej nawierzchni asfaltowej. Drobne kruszywo łamane nazywa się również „grysem”, od którego pochodzi nazwa tej metody uszczelniania.
Czym są uszczelnienia z wcieraniem emulsji szczotkami?
Uszczelnianie z wcieraniem emulsji szczotkami jest bardzo podobne do uszczelniania z posypką grysową, w którym do regeneracji uszkodzonej nawierzchni asfaltowej wykorzystuje się emulsję asfaltową i kruszywo łamane. Jedyną różnicą jest metoda aplikacji: w przypadku uszczelniania z wcieraniem emulsji szczotkami emulsję asfaltową nakłada się za pomocą tak zwanych szczotek wcierających, które zapewniają jej wnikanie w pęknięcia nawierzchni.
Czym są uszczelnienia kombinowane?
Uszczelnianie kombinowane polega na wykonaniu uszczelnienia z posypką grysową lub z wcieraniem emulsji szczotkami, a następnie, w późniejszym terminie, nałożeniu uszczelnienia mieszanką emulsyjno-mineralną lub wykonaniu mikrodywanika. Podczas gdy uszczelnienia z posypką grysową lub z wcieraniem emulsji szczotkami uszczelniają i spajają pęknięcia w istniejącej nawierzchni, późniejsze uszczelnienie mieszanką emulsyjno-mineralną lub mikrodywanik poprawiają utrzymanie grysu i równość powierzchni jezdni. Uszczelnienia kombinowane stosuje się głównie jako rozwiązanie tymczasowe w konstrukcjach asfaltowych, które wykazują jedynie umiarkowane uszkodzenia, niewielkie koleiny lub ich brak oraz umiarkowaną szerokość pęknięć. Uszczelnianie kombinowane stosuje się przede wszystkim jako środek przedłużający trwałość nawierzchni do czasu przeprowadzenia regeneracji lub przebudowy.
Czym jest mikrodywanik?
Wykonanie mikrodywanika jest zabiegiem porównywalnym z uszczelnianiem mieszanką emulsyjno-mineralną. W przypadku mikrodywanika na powierzchnię nawierzchni z betonu asfaltowego nakłada się mieszankę składającą się z wody, emulsji asfaltowej, kruszywa i dodatków chemicznych. Dodatki polimerowe stosuje się w celu poprawy właściwości mieszanki zawierającej emulsję asfaltową. Główna różnica między uszczelnieniem mieszanką emulsyjno-mineralną a mikrodywanikiem polega na sposobie ich „rozpadu” lub twardnienia. Podczas gdy uszczelnienie mieszanką emulsyjno-mineralną wymaga odparowania wody z emulsji asfaltowej po jej rozprowadzeniu, emulsja asfaltowa w warstwie mikrodywanika zawiera dodatki chemiczne, które umożliwiają jej rozpad bez uzależnienia odparowania od słońca lub ciepła. Dzięki temu mikrodywanik jest preferowanym zabiegiem na drogach o dużym natężeniu ruchu (krótki czas rozpadu) lub w chłodniejszym klimacie.
Co powoduje degradację nawierzchni?
W miarę starzenia się nawierzchnia zaczyna ulegać degradacji. Na szybkość jej niszczenia wpływa wiele czynników. Głównymi czynnikami są środowisko i obciążenia ruchem. Światło słoneczne z czasem utlenia warstwę powierzchniową i powoduje jej kruchość. Jeśli nawierzchnia jest zbyt krucha, zaczynają powstawać pęknięcia wskutek wielokrotnie powtarzających się obciążeń nawierzchni ruchem. Jeśli nawierzchnia nie jest odpowiednio uszczelniona, woda deszczowa lub woda z nawadniania może przenikać przez pęknięcia do warstwy podbudowy i naruszać integralność strukturalną nawierzchni. Woda może powodować erozję lub wymywanie leżących poniżej warstw podbudowy i prowadzić do uszkodzenia nawierzchni wskutek braku podparcia.