Mistura ultrassónica de rejuvenescedores de asfalto
Os agentes de reabilitação e rejuvenescimento do asfalto permitem reciclar pavimentos asfálticos existentes através da aplicação de agentes rejuvenescedores ao material de construção. Os dispersores ultrassónicos são uma técnica potente para misturar nanopartículas e nanogotículas em emulsões de asfalto e betume. Os ultrassons de potência são utilizados para fabricar aditivos de elevado desempenho para pavimentos duradouros a longo prazo.
Reabilitação do asfalto
O asfalto exposto às intempéries, ressequido, envelhecido e fissurado perdeu os seus óleos de alcatrão originais e está danificado pela oxidação, pelo que surgem à superfície fissuras, buracos e rodeiras nas zonas de passagem das rodas. Tendo em conta a enorme quantidade de asfalto utilizada na construção, a reabilitação e o rejuvenescimento de pavimentos e de outras estruturas asfálticas constituem um setor importante, que ajuda a poupar recursos e a reduzir despesas.
As estruturas asfálticas existentes, danificadas pelas intempéries, pelo envelhecimento e pelas cargas do tráfego, podem ser reabilitadas e rejuvenescidas através da aplicação de selagens por pulverização de emulsão, selagens com lama betuminosa, selagens com gravilha, selagens com escovagem, selagens combinadas e outros rejuvenescedores de asfalto. Estas formulações de selagem consistem numa mistura de água, emulsão de asfalto, agregado (gravilha, também denominada fragmentos), polímeros e nanoaditivos
Os pavimentos asfálticos modificados que contêm determinadas nanopartículas de reforço apresentam propriedades térmicas, elétricas e mecânicas desejáveis e, por conseguinte, funcionalidades melhoradas. Para reduzir o custo do ligante asfáltico e da manutenção das estradas e aumentar a sua compatibilidade ambiental, tecnologias alternativas, como aditivos misturados e funcionalizados por ultrassons e novas formulações de compósitos asfálticos com capacidade de autorreparação, são essenciais para preservar e renovar os pavimentos existentes no futuro.
Produção ultrassónica de aditivos para emulsões de asfalto
Uma emulsão de asfalto consiste em três componentes principais: asfalto, água e um tensioativo emulsionante. Sendo uma dispersão estável de gotículas de cimento asfáltico em água, uma emulsão de asfalto pode ser bombeada, armazenada e misturada com agregados. Uma emulsão deve sofrer «rutura» rapidamente ao entrar em contacto com o agregado durante a mistura ou após a pulverização. A rutura é a separação da água do asfalto. Quando a água se evapora, a emulsão fica «consolidada». Após a rutura, a cura e a consolidação, o resíduo asfáltico apresenta as propriedades de aderência, durabilidade e resistência à água do asfalto de base original.
A emulsificação ultrassónica permite formular emulsões de asfalto de elevada qualidade
A técnica de emulsificação ultrassónica é compatível com múltiplas formulações de emulsionantes e tensioativos. A escolha do emulsionante afeta as características de consolidação das emulsões de asfalto, tornando-as de consolidação lenta, média ou rápida. Aditivos, modificadores, cargas, fibras, borrachas e outros ingredientes da formulação podem ser adicionados em várias etapas do processo de sonicação – dependendo da formulação e dos requisitos de mistura dos compostos específicos.
UIP4000hdT – misturador ultrassónico em linha de 4000 watts
Classe da emulsão
A classe de uma emulsão de asfalto e de um rejuvenescedor de asfalto é um fator importante que determina a velocidade de rutura (consolidação rápida, média ou lenta). O tipo (iónico / não iónico) e a concentração dos agentes emulsionantes, bem como as particularidades da formulação, como a relação emulsões/sólidos, a porosidade, o tamanho das partículas e a granulometria, influenciam o comportamento de consolidação. Uma vez que os parâmetros de emulsificação ultrassónica podem ser controlados com precisão, o impacto da sonicação na emulsão pode ser ajustado à qualidade de asfalto pretendida. Quer se pretendam emulsões com gotículas de dimensão micrométrica, submicrométrica ou nanométrica, o processamento ultrassónico proporciona controlo total sobre os parâmetros do processo.
Reologia
As emulsões de asfalto apresentam viscosidades de aproximadamente 50–1000 cP a 60°C, consideravelmente inferiores à viscosidade do próprio asfalto (10 000–400 000 cP). Devido à sua menor viscosidade, as emulsões de asfalto podem ser aplicadas com técnicas a temperaturas mais baixas, que reduzem as emissões e o consumo de energia, evitam a oxidação do asfalto e são consideravelmente menos perigosas do que as técnicas com asfalto quente. Além disso, a aplicação de emulsões de asfalto é mais económica e mais compatível com o ambiente do que as técnicas a frio que utilizam asfaltos fluidificados. A viscosidade e a reologia de uma emulsão de asfalto podem ser influenciadas e ajustadas pela concentração do emulsionante e pela energia fornecida durante a emulsificação ultrassónica.
Capacidade de penetração
A capacidade de penetração dos rejuvenescedores de asfalto é crucial, uma vez que um agente rejuvenescedor de elevado desempenho penetra na estrutura do pavimento e sela a superfície. Um rejuvenescedor de asfalto de elevado desempenho, capaz de penetrar profundamente no ligante asfáltico (betume), aumenta a flexibilidade e restaura o pavimento a partir do interior, permitindo a sua autorreparação. Prepare emulsões de asfalto altamente funcionalizadas, formulando gotículas de dimensão submicrométrica e nanométrica com ultrassons de potência!
Aditivos
Polímeros, borracha, cargas, óleos e agentes rejuvenescedores são adicionados às emulsões de asfalto para melhorar as propriedades fundamentais do asfalto original, como a classificação de desempenho (PG) a altas e baixas temperaturas, a viscosidade, a fissuração a baixas temperaturas, a ductilidade e o relaxamento de tensões, o ponto de amolecimento e a penetração, a afinidade e a estabilidade com polímeros e o rejuvenescimento do asfalto envelhecido em misturas RAP/RAS (pavimento asfáltico recuperado (RAP) e telhas asfálticas recicladas (RAS)). Os dispersores ultrassónicos misturam sólidos e gotículas na emulsão de asfalto sob a forma de partículas monodispersas. A tecnologia de mistura e homogeneização ultrassónica produz misturas asfálticas de elevado desempenho!
Lote concentrado
A emulsificação e a dispersão ultrassónicas são ideais para preparar lotes concentrados de emulsões de asfalto altamente concentradas. As emulsões preparadas por ultrassons com elevado teor de asfalto (até 90%) são posteriormente diluídas para atingir uma concentração de 70% ou 60%, de modo a obter a relação desejada entre as fases água/óleo para a aplicação final.
UIP16000 – 16kW de potência ultrassónica por unidade de mistura ultrassónica
Vantagens das emulsões de asfalto ultrassónicas
A tecnologia de mistura ultrassónica permite desenvolver e produzir formulações rejuvenescedoras de asfalto que são fáceis de manusear, económicas e compatíveis com o ambiente. A potente cavitação ultrassónica cria dispersões e emulsões submicrométricas e nanométricas, que apresentam excelente capacidade de penetração, elevado desempenho e durabilidade a longo prazo.
Misture as suas emulsões de pavimentação e dispersões para misturas asfálticas através de sonicação de alta potência!
Dispersor ultrassónico de alta potência para emulsões de asfalto
A Hielscher Ultrasonics fabrica e fornece misturadores ultrassónicos de alta potência para emulsões de asfalto e betume. Os dispersores ultrassónicos industriais para emulsificação em linha oferecem a possibilidade de processar uma vasta gama de emulsões de asfalto e betume. A sonicação permite testar facilmente novas formulações, que são emulsionadas uniformemente para proporcionar excelente estabilidade e desempenho da emulsão. As várias geometrias dos reatores ultrassónicos e os acessórios de inserção, como o MultiPhaseCavitator , permitem adaptar facilmente o processador ultrassónico à sua formulação específica de asfalto ou betume.
Uma pré-mistura grosseira de líquido e sólidos é introduzida no dispersor ultrassónico, onde ambas as fases (água + asfalto ou betume + aditivos opcionais) são moídas por via húmida e trituradas uniformemente, formando uma suspensão coloidal altamente estável. A moagem e a dispersão ultrassónicas permitem processar grandes volumes num processo rápido.
A tabela abaixo apresenta uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores:
| 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.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superior | conjunto de UIP16000 |
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Bibliografia/Referências
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Efeito da sonicação nas propriedades a altas temperaturas de ligantes betuminosos reforçados com nanoaditivos. 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): Funcionalização e modificação do betume por nanopartículas de sílica. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Nanopartículas autodispersantes de sílica de fumo: um adjuvante valioso para betão de ultraelevado desempenho. Construction and Building Materials,
Volume 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Caracterização reológica de ligantes e misturas asfálticas modificados com nanotubos de carbono. RILEM Conference Papers 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Formulação de emulsões de asfalto: estado da arte e dependência da formulação relativamente às propriedades das emulsões. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
Informações úteis
O que é uma emulsão de asfalto?
Uma emulsão de asfalto 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 à água um agente tensioativo (também conhecido como emulsionante, surfactante, agente emulsionante ou estabilizador) antes ou durante a adição do asfalto, o asfalto e a água tornam-se misturáveis. A adição de tensioativo facilita a dispersão das partículas de asfalto na fase aquosa (água) e mantém o asfalto disperso em suspensão. Para misturar o asfalto na suspensão sob a forma de pequenas partículas, utilizam-se equipamentos de mistura por cisalhamento mecânico (por exemplo, sonicador, misturador de elevado cisalhamento, moinho coloidal, etc.). Uma emulsão de asfalto de elevada qualidade confere ao pavimento resistência à formação de rodeiras, 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 apresenta uma estabilidade mínima, que pode ser melhorada pela adição de agentes apropriados, como tensioativos ou sólidos finamente divididos». (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
O que é o betume?
O betume é um material aglomerante utilizado na construção como ligante asfáltico, que mantém o asfalto coeso. Tem um ponto de fusão de 180ºC. As emulsões de betume 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 selagens com lama betuminosa?
As selagens com lama betuminosa são uma formulação de água, emulsão de asfalto, agregado e aditivos aplicada à superfície de um pavimento asfáltico existente. Uma selagem com lama betuminosa é semelhante a uma selagem por pulverização de emulsão, com a diferença de que a selagem com lama betuminosa inclui agregados na mistura. O polímero é um aditivo comum que melhora as propriedades da emulsão de asfalto. Esta mistura combinada de emulsão e agregados é a chamada lama, utilizada para proteger a estrutura subjacente do pavimento e proporcionar uma nova superfície rodoviária.
O que são selagens por pulverização de emulsão?
A selagem por pulverização de emulsão consiste na aplicação de uma emulsão de asfalto especialmente formulada à superfície de um pavimento asfáltico existente. Esta emulsão de selagem consiste numa mistura de água e óleo, que pode ser facilmente pulverizada sobre um pavimento existente, num processo também conhecido como «nebulização».
O que são selagens com gravilha?
A aplicação de uma selagem com gravilha envolve uma emulsão de asfalto que contém glóbulos de asfalto para pavimentação, água, um agente emulsionante ou tensioativo, polímero e, frequentemente, um aditivo rejuvenescedor. As selagens com gravilha são aplicadas num processo de duas etapas, que inclui primeiro a distribuição da emulsão de asfalto e, posteriormente, de uma camada de pedra britada de pequena dimensão sobre a superfície de um pavimento asfáltico existente. Esta pedra britada de pequena dimensão é também denominada «gravilha», o que dá o nome ao método de selagem com gravilha.
O que são selagens com escovagem?
Um tratamento de selagem com escovagem é muito semelhante à selagem com gravilha, em que se utilizam uma emulsão de asfalto e gravilha britada para reabilitar um pavimento asfáltico danificado. A única diferença é o método de aplicação: na aplicação de uma selagem com escovagem, a emulsão de asfalto é aplicada com as chamadas vassouras de escovagem, que asseguram que a emulsão de asfalto penetra nas fissuras do pavimento.
O que são selagens combinadas?
A selagem combinada consiste na aplicação de uma selagem com gravilha ou com escovagem, seguida da aplicação de uma selagem com lama betuminosa ou de um microaglomerado a frio numa data posterior. Enquanto as selagens com gravilha ou com escovagem selam e unem as fissuras no pavimento existente, a selagem com lama betuminosa ou o microaglomerado a frio subsequente melhora a retenção da gravilha e a regularidade da superfície rodoviária. As selagens combinadas são sobretudo utilizadas como medida provisória intermitente em estruturas asfálticas que apresentam apenas degradação moderada, rodeiras ligeiras ou inexistentes e fissuras de largura moderada. A selagem combinada é utilizada principalmente como solução para prolongar a vida útil do pavimento até à realização de uma reabilitação ou reconstrução.
O que é um microaglomerado a frio?
O microaglomerado a frio é um tratamento comparável a uma selagem com lama betuminosa. Neste tratamento, aplica-se à superfície de um pavimento de betão asfáltico uma formulação constituída por água, emulsão de asfalto, agregado e aditivos químicos. Utilizam-se aditivos poliméricos para melhorar as propriedades da mistura da emulsão de asfalto. A principal diferença entre a selagem com lama betuminosa e o microaglomerado a frio reside na forma como sofrem «rutura» ou endurecem. Enquanto a selagem com lama betuminosa exige que a água se evapore da emulsão de asfalto após a sua distribuição, a emulsão de asfalto de um revestimento de microaglomerado a frio contém aditivos químicos que permitem a sua rutura sem depender do sol ou do calor para que ocorra evaporação. Isto torna o microaglomerado a frio o tratamento preferido para estradas com utilização intensa (tempo de rutura curto) ou para climas mais frios.
O que causa a deterioração do pavimento?
À medida que o pavimento envelhece, começa a deteriorar-se. A rapidez da sua degradação é influenciada por muitos fatores. Os principais são o ambiente e as cargas do tráfego. Com o tempo, a luz solar oxida a camada superficial e torna-a quebradiça. Se o pavimento estiver demasiado quebradiço, começam a formar-se fissuras devido à elevada repetição das cargas do tráfego sobre o pavimento. Se o pavimento não estiver devidamente selado, a água da chuva ou de rega pode infiltrar-se pelas fissuras até à camada de base e danificar a integridade estrutural do pavimento. A água pode erodir ou arrastar as camadas de base subjacentes e causar a falha do pavimento por falta de suporte.