Asfalt amestecat la rece – Produceți o calitate mai bună folosind sonicarea
De ce să folosiți sonicatoare pentru emulsii de asfalt amestecate la rece
Principalele pârghii economice sunt comprimarea timpului de rezidență, reducerea cererii de emulsificatori la aceeași dimensiune a picăturilor țintă, reducerea intervalului și, prin urmare, o mai bună stabilitate a stocării, precum și posibilitatea de a funcționa la o temperatură mai scăzută a procesului. Comparativ cu morile cu rotor-stator sau cu morile coloidale, ultrasunetele furnizează energie prin microjeturi de cavitație mai degrabă decât prin forfecare între sculă și stator, ceea ce se traduce printr-o spargere mai rapidă a picăturilor la un aport specific de energie dat.
- Reduceri măsurate ale vâscozității de aproximativ 20 până la 30 la sută la formularea neschimbată după sonicare, combinate cu o trecere la picături de emulsie mai mici și mai monodisperse.
- Economii de agenți tensioactivi de 10 până la 30 la sută pentru o anumită țintă d90 și fereastră de stabilitate, deoarece câmpul de cavitație poate genera picături fine.
- Timp de procesare mai scurt și amprentă mai mică a echipamentelor, deoarece sonicarea poate obține vâscozitatea și dimensiunea picăturilor specificate prin sonicare în linie.
- Temperaturi de amestecare mai scăzute, ceea ce reduce consumul de energie și expunerea lucrătorilor la vapori, fiind în același timp în concordanță cu inițiativele UE și SUA de decarbonizare a materialelor de pavaj.
Mecanism: Reducerea dimensiunii și dispersia picăturilor prin cavitație
Spre deosebire de forfecarea pur mecanică, cavitarea acustică generează variații locale de presiune de sute de bar și microjeturi cu viteze de ordinul zecilor până la sutelor de metri pe secundă. În emulsiile de asfalt amestecate la rece, acest lucru produce două efecte sinergice. În primul rând, reducerea rapidă a dimensiunii picăturilor până la o distribuție mai îngustă, reducând vâscozitatea la un conținut constant de substanțe solide. În al doilea rând, microamestecarea intensă la scară moleculară care accelerează adsorbția emulsificatorilor la noua interfață, stabilizând emulsia fără a fi necesară supradozarea emulsificatorului. Rezultatul net este o formulă care se pompează și se depune mai ușor, cu o stabilitate îmbunătățită pe termen lung.
Creștere lineară: Energie specifică constantă, amplitudine constantă, presiune constantă
Regula practică a ultrasunetelor la scară este simplă. Dacă mențineți aportul specific de energie (kWh pe tonă), amplitudinea acustică la fața sonotrodei și presiunea reactorului constante, calitatea emulsiei va fi invariabilă la toate scările. Aceasta nu este o euristică. Acesta este modul în care intensitatea cavitației și dinamica bulelor sunt corelate cu câmpul acustic și motivul pentru care sonicarea industrială poate fi proiectată în mod determinist. Cu alte cuvinte, protocolul pe care îl utilizați pe un sonicator UP400St la o amplitudine de 40 % și 0,6 kWh/t va fi reprodus pe un sistem 4xUIP6000hdT prin furnizarea aceleiași energii pe masă la aceeași amplitudine printr-o celulă de flux operată la aceeași presiune.
Calea în trei etape de la idee la producție
1) Teste de laborator cu UP400St Începeți prin a examina formulările și raporturile pe un sonicator compact UP400St (400 W). Funcționați în mod discontinuu sau recirculant cu o celulă de debit mică pentru a capta amplitudinea, temperatura și energia specifică. În decurs de o zi, în mod normal, se pune în paranteză fereastra de energie specifică care oferă distribuția dorită a dimensiunii picăturilor și vâscozitatea fără inversare de fază sau încălzire excesivă.
2) Optimizarea proceselor cu UIP2000hdT
Treceți la un UIP2000hdT (2 kW) pentru a valida procesarea continuă, a măsura efectele presiunii și a optimiza producția în raport cu calitatea. Aici se fixează ciclul de funcționare, controlul temperaturii în linie și presiunea (de obicei între 2 și 5 bar pentru a intensifica cavitatea). Aici se dovedește economisirea agentului tensioactiv, valoarea țintă d90 sau span și timpul de rezidență realizabil la debite realiste, înregistrând în același timp energia pentru un echilibru OPEX.
3) Trecerea la producție cu 4xUIP6000hdT
Configurațiile sonicatoarelor la scară largă utilizează adesea paralelizarea pentru a atinge câteva tone pe oră. De exemplu, patru UIP6000hdT (6 kW fiecare) în paralel, cu o energie specifică de 0,5 kWh/t, prelucrează între 10 și 12 t/h. Deoarece dispozitivele sunt controlate în amplitudine și echipate cu reactoare cu celule de flux și coarne de amplificare, câmpul acustic este reproductibil. Aceasta înseamnă că d50, intervalul și vâscozitatea Brookfield corespund datelor pilot în limitele dispersiei analitice.
Compararea ultrasunetelor cu morile rotor-stator și coloidale
Morile rotativ-stator și coloidale sunt robuste și familiare, dar schimbă intensitatea energetică cu timpul de rezidență și amprentele mari. De asemenea, acestea condiționează dimensiunea picăturilor de ferestre de proces foarte înguste și pot necesita temperaturi ridicate pentru a evita creșterile de vâscozitate. Ultrasunetele separă ruperea picăturilor de forfecarea dintre piesele în mișcare și utilizează în schimb cavitarea, astfel încât se obțin picături de aceeași mărime sau mai mari în timp mai scurt, la o energie specifică totală similară sau mai mică. De asemenea, întreținerea este diferită. Nu există toleranțe strânse de respectat între stator și rotor. Practic, operatorii raportează cicluri mai rapide de curățare la fața locului și o trecere mai ușoară de la o formulă la alta.
Ultrasonicator de înaltă performanță UIP2000hdT (2kW, 20kHz)
Inginerie grea pentru stațiile de asfalt
Producția de asfalt amestecat la rece nu este un mediu de cameră curată. Sonicatoarele Hielscher pot fi reparate pe teren și sunt concepute pentru a funcționa 24 de ore din 24, 7 zile din 7, la amplitudine mare. Sunt disponibile modele speciale pentru medii prăfuite și dificile. Reactoarele cu celulă de curgere sunt rezistente la presiune, acoperite pentru control termic și disponibile cu inserții MultiPhaseCavitator pentru injectarea controlată a celei de-a doua faze. Pentru detalii despre modul în care MultiPhaseCavitator îmbunătățește contactul dintre faze pentru emulsii mai bune, consultați pagina MultiPhaseCavitator.
Hielscher oferă mai mult decât un simplu echipament de sonicare
Vă rugăm să ne trimiteți specificațiile emulsiei dvs. actuale și obiectivul dvs. de producție. Împreună cu dvs., putem planifica un program de testare de la laborator la pilot și putem dimensiona o configurație de sonicator de producție pentru dvs. Vă rugăm să completați formularul de contact pentru o evaluare a sonicării emulsiei de asfalt amestecat la rece. Dacă preferați, vă rugăm să trimiteți un tambur mic cu emulsia dvs. sau cu componentele formulării dvs. și vom genera date comparabile cu procesul dvs. actual cu rotor-stator sau moară coloidală.
Lecturi suplimentare / Literatura de specialitate privind asfaltul amestecat la rece
- Herez, M. H.; Al Nageim, H.; Richardson, J.; Wright, S. Development of a Premium Cold Mix Asphalt. Kufa Journal of Engineering 2023, 14(3), 30-47.
- Colleoni, E.; Viciconte, G.; Canciani, C.; Saxena, S.; Guida, P.; Roberts, W. L. Sonoprocessing of Oil: Asphaltene Declustering Behind Fine Ultrasonic Emulsions. Ultrasonics Sonochemistry 2023, 98, 106476.
- ASTM D2397/D2397M-20. Standard Specification for Cationic Emulsified Asphalt; ASTM International: West Conshohocken, PA, 2020.
- European Asphalt Pavement Association (EAPA). Asphalt – A Key Construction Product for the European Circular Economy; Position Paper, 2022; 8 pp.
Asfalt amestecat la rece – FAQ
Ce este un asfalt amestecat la rece?
Amestecul de asfalt la rece este un amestec de asfalt produs fără încălzirea agregatelor sau a temperaturilor liantului de asfalt la cald. De obicei, se bazează pe emulsii de bitum pentru a reduce vâscozitatea, permițând amestecarea, pomparea și așezarea la o temperatură apropiată de cea ambientală. Odată ce apa se evaporă și emulsia se rupe, liantul își recapătă vâscozitatea și amestecul dezvoltă rezistență. Amestecurile la rece sunt utilizate pe scară largă pentru întreținere, remediere și, din ce în ce mai mult, pentru straturile de bază și de binder, atunci când constrângerile de mediu sau logistice favorizează prelucrarea la temperaturi scăzute.
Care este diferența dintre asfaltul amestecat la cald și asfaltul amestecat la rece?
Asfaltul amestecat la cald (HMA) este fabricat la o temperatură cuprinsă între 140 și 180°C pentru a asigura o vâscozitate scăzută și acoperirea completă a agregatelor. Acesta oferă o rezistență timpurie ridicată și este standard pentru straturile structurale. Amestecul de asfalt la rece înlocuiește reducerea vâscozității termice cu emulsificarea, astfel încât poate fi produs și aplicat la temperaturi mult mai scăzute. Această clasă reduce consumul de energie și emisiile, dar necesită de obicei timpi de întărire mai lungi, deoarece emulsia se rupe și apa părăsește sistemul. Performanțele mecanice pot fi proiectate pentru a se apropia de HMA atunci când sunt utilizate emulsii, polimeri și protocoale de întărire optimizate.
Care sunt avantajele asfaltării cu mixtură la rece?
Principalele avantaje sunt consumul redus de energie și emisiile de CO2, simplificarea logisticii (nu este necesară menținerea temperaturilor ridicate în timpul transportului și al așezării) și îmbunătățirea siguranței datorită reducerii fumului. Amestecurile la rece sunt deosebit de atractive pentru conținutul ridicat de RAP și pentru lucrările la distanță sau la scară mică. Cu emulsiile procesate cu ultrasunete, adăugați capacitatea de a îndeplini obiective reologice și de stabilitate stricte, menținând în același timp utilizarea surfactanților și temperatura de amestecare scăzute.
Cât durează întărirea asfaltului amestecat la rece?
Întărirea sau întărirea depinde de evaporarea apei, de chimia emulsiei, de temperatura ambiantă, de umiditate și de grosimea stratului. Practica de teren vizează adesea deschiderea traficului în câteva ore sau o zi pentru amestecurile de peticire, în timp ce straturile structurale pot necesita mai multe zile pentru a atinge modulul de proiectare. Ultrasunetele nu modifică mecanismul fundamental de întărire, dar prin distribuția mai îngustă a picăturilor și prin optimizarea reologiei, pot produce un comportament mai previzibil de rupere și întărire.
Care este cel mai puternic amestec de asfalt?
În termeni structurali, asfaltul dens granulat pentru mixturi la cald cu modificare polimerică și goluri de aer reduse atinge adesea cea mai mare rezistență. Pentru mixturile la rece, rezistența depinde de tipul emulsiei, de proprietățile liantului rezidual, de compactare și de întărire. Amestecurile la rece modificate cu polimeri și emulsiile cationice bine concepute care recuperează complet vâscozitatea liantului după rupere se pot apropia sau pot egala criteriile de performanță specifice ale HMA pentru anumite straturi, în special atunci când ultrasunetele asigură dispersia omogenă a modificatorilor.
Care sunt cele 4 tipuri de emulsii?
În practica asfaltării, este vorba în principal de emulsii ulei în apă, dar în știința emulsiilor se poate face distincție între ulei în apă, apă în ulei, emulsii multiple, cum ar fi apă în ulei în apă, și microemulsii. Asfaltul amestecat la rece utilizează aproape întotdeauna sisteme ulei în apă pentru pompabilitate și manevrabilitate. Sonicatoarele sunt eficiente în toate tipurile, dar fereastra de formulare, sistemul surfactant și energia de procesare diferă.