Amestecarea cu ultrasunete a agenților de reîntinerire a asfaltului
Agenții de reabilitare și de reîntinerire a asfaltului permit reciclarea îmbrăcăminților asfaltice existente prin aplicarea de agenți de reîntinerire pe materialul de construcție. Dispersoarele cu ultrasunete reprezintă o tehnică puternică pentru încorporarea nanoparticulelor și a nanopicăturilor în emulsiile de asfalt și de bitum. Ultrasunetele de putere sunt utilizate pentru fabricarea de aditivi de înaltă performanță pentru îmbrăcăminți rutiere durabile pe termen lung.
Reabilitarea asfaltului
Asfaltul degradat de intemperii, uscat, îmbătrânit și fisurat și-a pierdut uleiurile de gudron originale și este deteriorat prin oxidare, astfel încât la suprafață apar fisuri, gropi și făgașe pe calea de rulare a roților. Având în vedere cantitatea uriașă de asfalt utilizată în construcții, reabilitarea și reîntinerirea îmbrăcăminților rutiere și a altor structuri asfaltice reprezintă un sector important, care contribuie la economisirea resurselor și a cheltuielilor.
Structurile asfaltice existente, deteriorate de intemperii, vârstă și sarcina din trafic, pot fi reabilitate și reîntinerite prin aplicarea de etanșări prin pulverizare (fog seal), mortare asfaltice (slurry seal), tratamente cu criblură (chip seal), etanșări prin periere (scrub seal), tratamente cape seal și alți agenți de reîntinerire a asfaltului. Aceste formulări de etanșare constau într-un amestec de apă, emulsie de asfalt, agregate (pietriș mărunt, numit și „chips”), polimeri și nanoaditivi
Îmbrăcămințile asfaltice modificate care conțin anumite nanoparticule de ranforsare prezintă proprietăți termice, electrice și mecanice dorite și au, prin urmare, funcționalități îmbunătățite. Pentru a reduce costurile liantului asfaltic și ale întreținerii drumurilor și pentru a le spori caracterul ecologic, tehnologiile alternative, precum aditivii amestecați și funcționalizați cu ultrasunete și noile formulări de compozite asfaltice capabile de autoreparare, sunt esențiale pentru conservarea și reînnoirea îmbrăcăminților existente în viitor.
Producția cu ultrasunete a aditivilor pentru emulsii de asfalt
O emulsie de asfalt este formată din trei componente principale: asfalt, apă și un surfactant emulgator. Fiind o dispersie stabilă de picături de ciment asfaltic în apă, o emulsie de asfalt poate fi pompată, depozitată și amestecată cu agregate. O emulsie trebuie să se „rupă” rapid la contactul cu agregatul, la amestecare sau după pulverizare. Ruperea reprezintă separarea apei de asfalt. După evaporarea apei, emulsia „a făcut priză”. După rupere, maturare și priză, reziduul asfaltic are proprietățile de aderență, durabilitate și rezistență la apă ale asfaltului de bază original.
Emulsionarea cu ultrasunete permite formularea unor emulsii de asfalt de înaltă calitate
Tehnica de emulsionare cu ultrasunete este compatibilă cu numeroase formulări de emulgatori și surfactanți. Alegerea emulgatorului influențează caracteristicile de priză ale emulsiilor de asfalt, conferindu-le priză lentă, medie sau rapidă. Aditivii, modificatorii, materialele de umplutură, fibrele, cauciucurile și alte ingrediente ale formulării pot fi adăugate în diferite etape ale procesului de sonicare – în funcție de formulare și de cerințele de amestecare ale compușilor specifici.
UIP4000hdT – mixer inline cu ultrasunete de 4000 de wați
Gradul emulsiei
Gradul unei emulsii de asfalt și al unui agent de reîntinerire a asfaltului este un factor important, care determină viteza de rupere (priză rapidă, medie sau lentă). Tipul (ionic / neionic) și concentrația agenților emulgatori, precum și particularitățile formulării, cum ar fi raportul emulsii/solide, porozitatea, dimensiunea particulelor și granulometria, influențează comportamentul la priză. Deoarece parametrii emulsionării cu ultrasunete pot fi controlați cu precizie, efectul sonicării asupra emulsiei poate fi ajustat la calitatea vizată a asfaltului. Indiferent dacă vizați micro-, submicro- sau nanoemulsii, procesarea cu ultrasunete vă oferă controlul deplin asupra parametrilor de proces.
Reologie
Emulsiile de asfalt prezintă vâscozități de aprox. 50–1000 cP la 60°C, considerabil mai mici decât vâscozitatea asfaltului însuși (10.000–400.000 cP). Datorită vâscozității mai mici, emulsiile de asfalt pot fi aplicate prin tehnici la temperatură mai scăzută, care reduc emisiile și consumul de energie, evită oxidarea asfaltului și sunt considerabil mai puțin periculoase decât tehnicile cu asfalt la cald. În plus, aplicarea emulsiilor de asfalt este mai economică și mai ecologică decât tehnicile la rece care utilizează asfalturi fluidizate (cutback). Vâscozitatea și reologia unei emulsii de asfalt pot fi influențate și ajustate prin concentrația emulgatorului și aportul de energie în timpul emulsionării cu ultrasunete.
Capacitatea de penetrare
Capacitățile de penetrare ale agenților de reîntinerire a asfaltului sunt esențiale, deoarece un agent de reîntinerire de înaltă performanță pătrunde în structura îmbrăcăminții rutiere și etanșează suprafața. Un agent de reîntinerire a asfaltului de înaltă performanță, capabil să pătrundă adânc în liantul asfaltic (bitum), crește flexibilitatea și reface structura din interior, astfel încât se obține o autovindecare a îmbrăcăminții. Preparați emulsii de asfalt înalt funcționalizate, formulând picături de dimensiuni submicronice și nanometrice cu ultrasunete de putere!
Aditivi
Polimerii, cauciucul, materialele de umplutură, uleiurile și agenții de reîntinerire sunt adăugați în emulsiile de asfalt pentru a îmbunătăți proprietățile esențiale ale asfaltului nativ, cum ar fi clasificarea performanței la temperaturi ridicate și scăzute (PG), vâscozitatea, fisurarea la temperaturi scăzute, ductilitatea și relaxarea tensiunilor, punctul de înmuiere și penetrația, afinitatea față de polimeri și stabilitatea cu aceștia, precum și reîntinerirea asfaltului îmbătrânit în amestecurile RAP/RAS (asfalt recuperat din îmbrăcăminți rutiere (RAP) și șindrile asfaltice reciclate (RAS)). Dispersoarele cu ultrasunete încorporează solidele și picăturile sub formă de particule monodisperse în emulsia de asfalt. Tehnologia de amestecare și omogenizare cu ultrasunete produce amestecuri asfaltice de înaltă performanță!
Amestec-mamă (master batch)
Emulsionarea și dispersarea cu ultrasunete sunt ideale pentru prepararea de amestecuri-mamă (master batch) de emulsii de asfalt înalt concentrate. Emulsiile preparate cu ultrasunete cu un conținut ridicat de asfalt (de până la 90%) sunt diluate ulterior până la o concentrație de 70% sau 60%, pentru a obține raportul dorit dintre fazele apă/ulei, corespunzător aplicației finale.
UIP16000 – putere ultrasonică de 16kW per unitate de amestecare cu ultrasunete
Avantajele emulsiilor de asfalt obținute cu ultrasunete
Tehnologia de amestecare cu ultrasunete permite dezvoltarea și producerea de formulări de reîntinerire a asfaltului ușor de manipulat, rentabile și ecologice. Cavitația ultrasonică puternică creează dispersii și emulsii submicronice și nanometrice, care prezintă o penetrabilitate excelentă, performanță ridicată și rezistență pe termen lung.
Amestecați-vă emulsiile pentru îmbrăcăminți rutiere și dispersiile pentru amestecuri asfaltice prin ultrasonicare de mare putere!
Dispersor cu ultrasunete de mare putere pentru emulsii de asfalt
Hielscher Ultrasonics fabrică și furnizează mixere cu ultrasunete de mare putere pentru emulsii de asfalt și de bitum. Dispersoarele industriale cu ultrasunete pentru emulsionare inline deschid posibilitatea de a procesa o gamă largă de emulsii de asfalt și de bitum. Sonicarea permite testarea facilă a noilor formulări, care sunt emulsionate uniform pentru o stabilitate și o performanță excelente ale emulsiei. Diverse geometrii de reactoare cu ultrasunete și inserții precum MultiphaseCavitator permit adaptarea ușoară a procesorului cu ultrasunete la formularea dumneavoastră specifică de asfalt sau bitum.
Un preamestec grosier de lichid și solide este introdus în dispersorul cu ultrasunete, unde ambele faze (apă + asfalt sau bitum + aditivi opționali) sunt măcinate umed și mărunțite uniform într-o suspensie coloidală foarte stabilă. Măcinarea și dispersarea cu ultrasunete pot procesa volume mari într-un proces rapid.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:
| Volumul lotului | Debit | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 10 până la 2000mL | 20 până la 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 până la 20L | 0,2 până la 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | cluster de UIP16000 |
Contactați-ne! / Întrebați-ne!
Procesoare cu ultrasunete de mare putere, de la scară de laborator la scară pilot și industrială.
Literatură de specialitate/Referințe
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Effect of sonication on high temperature properties of bituminous binders reinforced with nano-additives. 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): Functionalization and Modification of Bitumen by Silica Nanoparticles. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Self-dispersing silica fume nanoparticles: A valuable admixture for ultra high-performance concrete. Construction and Building Materials,
Volume 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Rheological Characterization of Asphalt Binders and Mixtures Modified with Carbon Nanotubes. RILEM Conference Papers 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Asphalt emulsions formulation: State-of-the-art and dependency of formulation on emulsions properties. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
Informații utile
Ce este o emulsie de asfalt?
O emulsie de asfalt este un amestec de apă și asfalt. Deoarece asfaltul este un compus uleios, hidrofob, nu poate fi amestecat cu apa. Prin adăugarea unui agent tensioactiv (cunoscut și ca emulgator, surfactant, agent de emulsionare, stabilizator) în apă înainte de sau în timpul adăugării asfaltului, asfaltul și apa devin miscibile. Adăugarea surfactantului facilitează dispersarea particulelor de asfalt în faza apoasă (apă) și le menține dispersate în suspensie. Pentru a încorpora asfaltul sub formă de particule mici în suspensie, se utilizează echipamente mecanice de amestecare prin forfecare (de ex. ultrasonicator, mixer cu forfecare ridicată, moară coloidală etc.). O emulsie de asfalt de înaltă calitate conferă îmbrăcăminții rutiere rezistență la formarea făgașelor, susceptibilitate la umiditate, rezistență la fisurare și performanță la oboseală.
Definiția emulsiei
„O emulsie este un sistem eterogen, termodinamic instabil, format din cel puțin două faze lichide nemiscibile, dintre care una este dispersată în cealaltă sub formă de picături mici (globule), al căror diametru este în general mai mare de 0,1µm. Un astfel de sistem are o stabilitate minimă, care ar putea fi îmbunătățită prin adăugarea unor agenți adecvați, precum surfactanții sau solidele fin divizate”. (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
Ce este bitumul?
Bitumul este un material cu proprietăți de liant utilizat în construcții drept liant asfaltic, care menține asfaltul legat. Are un punct de topire de 180ºC. Emulsiile de bitum sunt un lichid de culoare maro închis, care pot fi fie cationice, caz în care emulsiile au picături ce poartă o sarcină pozitivă, fie anionice, caz în care emulsiile au picături încărcate negativ.
Ce sunt mortarele asfaltice (slurry seals)?
Mortarele asfaltice (slurry seals) sunt o formulare de apă, emulsie de asfalt, agregate și aditivi aplicată pe suprafața unei îmbrăcăminți asfaltice existente. Un mortar asfaltic este similar unei etanșări prin pulverizare (fog seal), cu excepția faptului că mortarul asfaltic conține agregate ca parte a amestecului. Polimerul este un aditiv obișnuit care îmbunătățește proprietățile emulsiei de asfalt. Acest amestec combinat de emulsie și agregate este așa-numitul „slurry”, destinat să protejeze structura îmbrăcăminții subiacente și să ofere o nouă suprafață de rulare.
Ce sunt etanșările prin pulverizare (fog seals)?
Etanșarea prin pulverizare (fog sealing) se referă la aplicarea unei emulsii de asfalt special formulate pe suprafața unei îmbrăcăminți asfaltice existente. O emulsie pentru etanșare prin pulverizare constă într-un amestec apă-ulei, care poate fi pulverizat cu ușurință pe o îmbrăcăminte existentă, procedeu cunoscut și sub numele de „fogging”.
Ce sunt tratamentele cu criblură (chip seals)?
Aplicarea unui tratament cu criblură implică o emulsie de asfalt care conține globule de asfalt rutier, apă, un agent de emulsionare sau surfactant, polimer și, adesea, un aditiv de reîntinerire. Tratamentele cu criblură se aplică printr-un proces în două etape, care include mai întâi distribuirea emulsiei de asfalt și ulterior a unui strat de piatră concasată mică pe suprafața unei îmbrăcăminți asfaltice existente. Piatra concasată mică se mai numește și „chips”, ceea ce dă numele metodei chip sealing.
Ce sunt etanșările prin periere (scrub seals)?
Un tratament de etanșare prin periere este foarte asemănător cu tratamentul cu criblură, în care o emulsie de asfalt și pietriș concasat sunt utilizate pentru reabilitarea unei îmbrăcăminți asfaltice deteriorate. Singura diferență este metoda de aplicare: pentru aplicarea unei etanșări prin periere, emulsia de asfalt este aplicată cu ajutorul așa-numitelor perii de frecare (scrub brooms), care asigură pătrunderea emulsiei de asfalt în fisurile îmbrăcăminții.
Ce sunt tratamentele cape seal?
Tratamentul cape seal se referă la aplicarea unui tratament cu criblură sau a unei etanșări prin periere, urmată la o dată ulterioară de aplicarea unui mortar asfaltic sau a unui microsurfacing. În timp ce tratamentele cu criblură sau etanșările prin periere etanșează și leagă fisurile din îmbrăcămintea existentă, mortarul asfaltic sau microsurfacingul aplicat ulterior îmbunătățește reținerea criblurii și netezimea suprafeței de rulare. Tratamentele cape seal sunt utilizate în principal ca soluție provizorie intermitentă, pentru structurile asfaltice care prezintă doar degradări moderate, făgașe ușoare sau inexistente și fisuri de lățime moderată. Tratamentul cape seal este utilizat în principal ca remediu pentru prelungirea duratei de viață a îmbrăcăminții până la efectuarea reabilitării sau a reconstrucției.
Ce este microsurfacingul?
Microsurfacingul este un tratament comparabil cu un mortar asfaltic. Pentru microsurfacing, o formulare constând din apă, emulsie de asfalt, agregate și aditivi chimici este aplicată pe suprafața unei îmbrăcăminți din beton asfaltic. Aditivii polimerici sunt utilizați pentru a îmbunătăți proprietățile de amestec ale emulsiei de asfalt. Diferența majoră dintre mortarul asfaltic și microsurfacing constă în modul în care acestea se „rup” sau se întăresc. În timp ce mortarul asfaltic necesită evaporarea apei din emulsia de asfalt după distribuirea acesteia, emulsia de asfalt dintr-un strat de microsurfacing conține aditivi chimici care îi permit să se rupă fără a depinde de soare sau de căldură pentru producerea evaporării. Acest lucru face din microsurfacing tratamentul preferat pentru drumurile intens circulate (timp scurt de rupere) sau pentru climatele mai reci.
Ce cauzează deteriorarea îmbrăcăminții rutiere?
Pe măsură ce îmbătrânește, îmbrăcămintea rutieră începe să se deterioreze. Viteza cu care se degradează este influențată de numeroși factori. Factorii principali sunt mediul și încărcările din trafic. În timp, lumina solară oxidează stratul de suprafață și îl face casant. Dacă îmbrăcămintea este prea casantă, încep să se formeze fisuri ca urmare a repetării frecvente a încărcărilor din trafic asupra îmbrăcăminții. Dacă îmbrăcămintea nu este etanșată corespunzător, apa de ploaie sau apa de irigație se poate infiltra prin fisuri în stratul de bază și poate afecta integritatea structurală a îmbrăcăminții. Apa poate eroda sau spăla straturile de bază subiacente și poate provoca cedarea îmbrăcăminții din lipsă de sprijin.