Mistura ultra-sónica de rejuvenescedores de asfalto
Os reabilitadores e rejuvenescedores de asfalto permitem reciclar os pavimentos de asfalto existentes através da aplicação de agentes rejuvenescedores no material de construção. Os dispersores ultra-sónicos são uma técnica poderosa para misturar nano-partículas e nano-gotas em emulsões de asfalto e betume. Os ultra-sons de potência são utilizados para fabricar aditivos de alto desempenho para pavimentos duradouros.
reabilitação de asfalto
O asfalto desgastado, seco, envelhecido e rachado perdeu os seus óleos de alcatrão originais e está danificado pela oxidação, pelo que surgem fissuras, buracos e sulcos na trajetória das rodas. Tendo em conta a enorme quantidade de asfalto utilizado na construção, a reabilitação e o rejuvenescimento de pavimentos e outras estruturas de asfalto é um sector importante, que ajuda a poupar recursos e despesas.
As estruturas de asfalto existentes, danificadas pelas condições climatéricas, pela idade e pela carga de tráfego, podem ser reabilitadas e rejuvenescidas através da aplicação de vedantes de nevoeiro, vedantes de lama, vedantes de aparas, vedantes de esfrega, vedantes de capa e outros rejuvenescedores de asfalto. Estas formulações de selagem consistem numa mistura de água, emulsão asfáltica, agregado (cascalho pequeno, também designado por aparas), polímeros e nano-aditivos
Os pavimentos asfálticos modificados que contêm determinadas nanopartículas de reforço apresentam propriedades térmicas, eléctricas e mecânicas desejáveis, melhorando assim as suas funcionalidades. A fim de reduzir o custo do ligante asfáltico e da manutenção das estradas e de aumentar o seu respeito pelo ambiente, são essenciais tecnologias alternativas, tais como aditivos ultrassónicos misturados e funcionalizados e novas formulações de compósitos asfálticos, que têm a capacidade de auto-reparação, para preservar e renovar os pavimentos existentes no futuro.
Produção ultra-sônica de aditivos para emulsões de asfalto
Uma emulsão asfáltica é constituída por três componentes principais: asfalto, água e um tensioativo emulsionante. Sendo uma dispersão estável de gotículas de cimento asfáltico em água, uma emulsão asfáltica pode ser bombeada, armazenada e misturada com agregados. Uma emulsão deve “pausa” rapidamente ao entrar em contacto com o agregado quando misturado ou após ter sido pulverizado. A rutura é a separação da água do asfalto. Quando a água se evapora, a emulsão é “definir”. Após a rutura, cura e endurecimento, o resíduo de asfalto tem as propriedades de aderência, durabilidade e resistência à água do asfalto de base original.
A emulsificação por ultra-sons permite formular emulsões asfálticas de alta qualidade
A técnica de emulsificação por ultra-sons é compatível com várias formulações de emulsionantes e tensioactivos. A escolha do emulsionante tem impacto nas caraterísticas de endurecimento das emulsões asfálticas, tornando-as de endurecimento lento, médio e rápido. Os aditivos, modificadores, cargas, fibras, borrachas e outros ingredientes da formulação podem ser adicionados durante várias fases do processo de ultra-sons – dependendo da formulação e dos requisitos de mistura dos compostos específicos.
UIP4000hdt – Misturador em linha ultrassónico de 4000 watts
Grau de emulsão
O grau de emulsão de uma emulsão asfáltica e de um rejuvenescedor de asfalto é um fator importante, que determina a velocidade de desagregação (presa rápida, média ou lenta). O tipo (iónico/não iónico) e a concentração dos agentes emulsionantes, bem como as especificidades da formulação, como a relação emulsões/sólidos, a porosidade, o tamanho e a gradação das partículas, influenciam o comportamento de endurecimento. Uma vez que os parâmetros de emulsificação por ultra-sons podem ser controlados com precisão, o impacto da sonicação na emulsão pode ser ajustado à qualidade do asfalto pretendida. Quando se pretende obter emulsões de mícron, submícron ou nano, o processamento ultrassónico dá-lhe o controlo total sobre os parâmetros do processo.
reologia
As emulsões asfálticas apresentam viscosidades de aproximadamente 50-1000 cP a 60°C, o que é consideravelmente inferior à viscosidade do próprio asfalto (10.000-400.000 cP). Devido à sua menor viscosidade, as emulsões asfálticas podem ser aplicadas utilizando técnicas de temperatura mais baixa, que reduzem as emissões e o consumo de energia, evitam a oxidação do asfalto e são consideravelmente menos perigosas do que as técnicas de asfalto quente. Além disso, a aplicação de emulsões asfálticas é mais económica e mais respeitadora do ambiente do que as técnicas a frio que utilizam asfaltos de recorte. A viscosidade e a reologia de uma emulsão asfáltica podem ser influenciadas e ajustadas pela concentração do emulsionante e pela energia utilizada durante a emulsificação por ultra-sons.
Capacidade de penetração
As capacidades de penetração dos rejuvenescedores de asfalto são cruciais, uma vez que um agente rejuvenescedor de alto desempenho penetra na estrutura do pavimento e sela a superfície. Um rejuvenescedor de asfalto de alto desempenho, capaz de penetrar profundamente no ligante de asfalto (betume), aumenta a flexibilidade e restaura a partir do interior, de modo a conseguir uma auto-cura do pavimento. Preparar emulsões asfálticas altamente funcionalizadas formulando gotículas de tamanho submicron e nano com ultra-sons de potência!
aditivos
Polímeros, borracha, cargas, óleos e agentes rejuvenescedores são adicionados às emulsões asfálticas para melhorar as propriedades-chave do asfalto nativo, tais como classificação de desempenho a alta e baixa temperatura (PG), viscosidade, fissuração a baixa temperatura, ductilidade e relaxamento de tensões, ponto de amolecimento e penetração, afinidade e estabilidade com polímeros e rejuvenescimento de asfalto envelhecido em misturas RAP/RAS (pavimento asfáltico recuperado (RAP) e telhas asfálticas recicladas (RAS)). Os dispersores ultra-sónicos misturam sólidos e gotículas como partículas monodispersas na emulsão de asfalto. A tecnologia de mistura e mistura por ultra-sons produz misturas asfálticas de elevado desempenho!
lote principal
Ultra-sons emulsificação e dispersão é ideal para preparar lotes principais de emulsões de asfalto altamente concentrados. Emulsões ultrassonicamente preparadas com alto teor de asfalto (até 90%) são diluídas posteriormente para atingir 70% ou 60% de concentração, a fim de atingir a proporção desejada de fase água / óleo de acordo com a aplicação final.
UIP16000 – 16kW de potência de ultra-sons por unidade de mistura ultra-sónica
Vantagens das emulsões asfálticas por ultra-sons
A tecnologia de mistura por ultra-sons permite desenvolver e produzir formulações de rejuvenescimento de asfalto que são fáceis de manusear, rentáveis e amigas do ambiente. A potente cavitação ultra-sónica cria dispersões e emulsões sub-micrónicas e nano, que apresentam uma excelente penetrabilidade, elevado desempenho e resistência a longo prazo.
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Dispersor ultrassónico de alta potência para emulsões asfálticas
A Hielscher Ultrasonics fabrica e fornece misturadores ultra-sónicos de alta potência para emulsões de asfalto e betume. Os dispersores ultra-sônicos industriais para emulsificação em linha oferecem abre a possibilidade de processar uma ampla gama de emulsões de asfalto e betume. A sonicação permite o teste fácil de novas formulações, que são uniformemente emulsionadas para uma excelente estabilidade e desempenho da emulsão. Várias geometrias e inserções de reactores ultra-sónicos, como o Cavitador multifásico permitem a fácil adaptação do processador ultrassónico à sua formulação específica de asfalto ou betume.
Uma pré-mistura grosseira de líquidos e sólidos é introduzida no dispersor ultrassónico, onde as duas fases (água + asfalto ou betume + aditivos opcionais) são moídas a húmido e trituradas uniformemente numa suspensão coloidal altamente estável. A moagem e dispersão por ultra-sons é capaz de processar grandes volumes num processo rápido.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:
| Volume do lote | caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdt |
| n.d. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000 |
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Processadores ultra-sónicos de alta potência desde o laboratório até à escala piloto e industrial.
Literatura/Referências
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Efeito da sonicação nas propriedades a alta temperatura de ligantes betuminosos reforçados com nano-aditivos. Construção e Materiais de Construção, Volume 75, 2015. 395-403. - Zhambolova, A.; Vocaturo, A.L.; Tileuberdi, Y.; Ongarbayev, Y.; Caputo, P.; Aiello, I.; Oliviero Rossi, C.; Godbert, N. (2020): Funcionalização e modificação de betume por nanopartículas de sílica. Ciências Aplicadas 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Nanopartículas de sílica de fumo auto-dispersantes: Um aditivo valioso para betão de desempenho ultra elevado. Construção e materiais de construção,
Volume 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Caracterização Reológica de Ligantes Asfálticos e Misturas Modificadas com Nanotubos de Carbono. Artigos da Conferência RILEM 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Formulação de emulsões asfálticas: Estado da arte e dependência da formulação nas propriedades das emulsões. Construção e Materiais de Construção 123, 2016. 162-173.
Fatos, vale a pena conhecer
O que é uma emulsão asfáltica?
Uma emulsão asfáltica é uma mistura de água e asfalto. Uma vez que o asfalto é um composto oleoso e hidrofóbico, não pode ser misturado com água. Ao adicionar um agente tensioativo (também conhecido como emulsionante, tensioativo, agente emulsionante, estabilizador) à água antes ou durante a adição do asfalto, o asfalto e a água tornam-se miscíveis. A adição de tensioativo facilita a dispersão das partículas de asfalto na fase aquosa (água) e mantém-no disperso em suspensão. Para misturar o asfalto como pequenas partículas na suspensão, são utilizados equipamentos mecânicos de mistura por cisalhamento (por exemplo, ultra-sons, misturador de alto cisalhamento, moinho coloidal, etc.). Uma emulsão asfáltica de alta qualidade confere ao pavimento resistência ao cio, suscetibilidade à humidade, resistência à fissuração e desempenho à fadiga.
Definição de Emulsão
“Uma emulsão é um sistema heterogéneo termodinamicamente instável formado por pelo menos duas fases líquidas imiscíveis, em que uma está dispersa na outra sob a forma de pequenas gotículas (esferas) cujo diâmetro é geralmente superior a 0,1µm. Este sistema tem uma estabilidade mínima que pode ser melhorada através da adição de agentes apropriados, tais como tensioactivos, ou de sólidos finamente divididos”. (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
O que é o betume?
O betume é um material cimentício utilizado na construção como ligante asfáltico, que mantém o asfalto unido. Tem um ponto de fusão de 180ºC. As emulsões betuminosas são um líquido castanho escuro, que pode ser catiónico, quando as emulsões têm gotículas com carga positiva, ou aniónico, quando as emulsões têm gotículas com carga negativa.
O que são vedantes de polpa?
A selagem com lama é uma formulação de água, emulsão asfáltica, agregado e aditivos para uma superfície de pavimento de asfalto existente. Um selante de lama é semelhante a um selante de nevoeiro, exceto que o selante de lama tem agregados como parte da mistura. O polímero é um aditivo comum que melhora as propriedades da emulsão asfáltica. Esta mistura combinada de emulsão e agregados é a chamada lama, com o objetivo de proteger a estrutura do pavimento subjacente e proporcionar uma nova superfície de estrada.
O que são vedantes de nevoeiro?
A impermeabilização por nevoeiro refere-se à aplicação de uma emulsão asfáltica especialmente formulada numa superfície de pavimento asfáltico existente. Uma emulsão de vedação de nevoeiro consiste numa mistura de água e óleo, que pode ser facilmente pulverizada sobre um pavimento existente, também conhecida como “nebulização.”
O que são os selos de segurança?
A aplicação de um chip seal envolve uma emulsão asfáltica que contém glóbulos de asfalto de pavimentação, água, um agente emulsionante ou surfactante, polímero e, frequentemente, um aditivo rejuvenescedor. Os selos de corte são aplicados num processo de duas fases que inclui, em primeiro lugar, a distribuição da emulsão asfáltica e, posteriormente, uma camada de pequenas pedras britadas numa superfície de pavimento de asfalto existente. A pequena pedra britada é também designada por “fichas”O que dá o nome ao método de selagem de aparas.
O que são vedantes de esfregaço?
Um tratamento de selagem por esfregaço é muito semelhante à selagem por arranque de apara, em que uma emulsão asfáltica e gravilha triturada são utilizadas para reabilitar um pavimento de asfalto danificado. A única diferença é o método de aplicação: Para a aplicação de um scrub seal , a emulsão asfáltica é aplicada pelas chamadas vassouras de esfregar, que garantem que a emulsão asfáltica penetra nas fissuras do pavimento.
O que é a foca-do-cabo?
A impermeabilização de cabos refere-se à aplicação de uma impermeabilização por arranque de apara ou por esfrega com uma aplicação subsequente de impermeabilização com lama ou microrrevestimento numa data posterior. Enquanto a selagem de aparas ou de esfrega selam e unem as fissuras no pavimento existente, a subsequente selagem com slurry ou micro-revestimento melhora a retenção das aparas e a suavidade da superfície da estrada. A impermeabilização por Cape Seal é sobretudo utilizada como solução alternativa intermitente, para estruturas de asfalto que apresentam apenas problemas moderados, com sulcos ligeiros ou inexistentes e fissuras de largura moderada. A impermeabilização é sobretudo utilizada como solução para prolongar a vida do pavimento até à reabilitação ou reconstrução.
O que é o Microsurfacing?
A microrrevestimento é um tratamento comparável a uma selagem com lama. Para a microrrevestimento, é aplicada uma formulação constituída por água, emulsão asfáltica, agregado e aditivos químicos à superfície de um pavimento de betão asfáltico. Os aditivos poliméricos são utilizados para melhorar as propriedades da mistura da emulsão asfáltica. A principal diferença entre o slurry seal e o micropavimento reside na forma como são aplicados. “pausa” ou endurecer. Enquanto a selagem com lama exige que a água se evapore da emulsão asfáltica após a sua distribuição, a emulsão asfáltica num revestimento de micropavimento contém aditivos químicos que lhe permitem quebrar sem depender do sol ou do calor para que a evaporação ocorra. Este facto faz com que o microrrevestimento seja o tratamento preferido para estradas muito utilizadas (pouco tempo para quebrar) ou para climas mais frios.
O que está a causar a deterioração do pavimento?
À medida que o pavimento envelhece, começa a deteriorar-se. A rapidez com que se deteriora é influenciada por muitos factores. Os principais factores são o ambiente e as cargas de tráfego. Com o passar do tempo, a luz solar oxida a camada superficial e torna-a frágil. Se o pavimento for demasiado frágil, começam a formar-se fissuras em resultado das elevadas repetições de cargas de tráfego sobre o pavimento. Se o pavimento não for corretamente selado, a água da chuva ou da rega pode infiltrar-se nas fissuras até à camada de base e danificar a integridade estrutural do pavimento. A água pode corroer ou lavar as camadas de base subjacentes e fazer com que o pavimento falhe por falta de suporte.