Ультразвуковое смешивание омолаживающих средств для асфальта
Средства для восстановления и омоложения асфальта позволяют повторно использовать существующие асфальтовые покрытия путем нанесения омолаживающих составов на строительный материал. Ультразвуковые диспергаторы представляют собой эффективное средство для введения наночастиц и нанокапель в асфальтовые и битумные эмульсии. Мощный ультразвук используется для производства высокоэффективных добавок, обеспечивающих длительную долговечность дорожных покрытий.
Восстановление асфальта
Асфальт, подвергшийся атмосферным воздействиям, высохший, состарившийся и растрескавшийся, утратил первоначально содержащиеся в нем дегтярные масла и поврежден окислением, вследствие чего на поверхности образуются трещины, выбоины и колеи в местах прохождения колес. Учитывая огромные объемы асфальта, используемого в строительстве, восстановление и омоложение дорожных покрытий и других асфальтовых конструкций является важным направлением, позволяющим экономить ресурсы и снижать затраты.
Существующие асфальтовые конструкции, поврежденные атмосферными воздействиями, старением и транспортной нагрузкой, можно восстановить и омолодить с помощью защитной обработки распыленной эмульсией, эмульсионно-минеральными смесями, эмульсией с последующей россыпью щебня, эмульсией с втиранием щетками, комбинированной защитной обработки и других средств для омоложения асфальта. Эти защитные составы представляют собой смесь воды, асфальтовой эмульсии, заполнителя (мелкого гравия, также называемого каменной крошкой), полимеров и нанодобавок
Модифицированные асфальтовые покрытия, содержащие определенные упрочняющие наночастицы, обладают желательными тепловыми, электрическими и механическими свойствами и благодаря этому имеют улучшенные функциональные характеристики. Для снижения стоимости асфальтового вяжущего и обслуживания дорог, а также повышения их экологичности необходимы альтернативные технологии, такие как смешанные и функционализированные с помощью ультразвука добавки и новые асфальтовые композитные составы, способные к самовосстановлению, которые позволят сохранять и обновлять существующие покрытия в будущем.
Ультразвуковое производство добавок для асфальтовых эмульсий
Асфальтовая эмульсия состоит из трех основных компонентов: асфальта, воды и эмульгирующего поверхностно-активного вещества. Представляя собой устойчивую дисперсию капель асфальтового вяжущего в воде, асфальтовая эмульсия может перекачиваться, храниться и смешиваться с заполнителями. Эмульсия должна быстро «распадаться» при контакте с заполнителем во время смешивания или после распыления. Распад представляет собой отделение воды от асфальта. После испарения воды эмульсия «схватывается». После распада, отверждения и схватывания асфальтовый остаток обладает адгезией, долговечностью и водостойкостью исходного базового асфальта.
Ультразвуковое эмульгирование позволяет получать высококачественные асфальтовые эмульсии
Технология ультразвукового эмульгирования совместима с различными составами эмульгаторов и поверхностно-активных веществ. Выбор эмульгатора влияет на характеристики схватывания асфальтовых эмульсий, обеспечивая медленное, среднее или быстрое схватывание. Добавки, модификаторы, наполнители, волокна, каучуки и другие компоненты состава можно вводить на различных этапах обработки ультразвуком – в зависимости от рецептуры и требований к смешиванию конкретных соединений.
UIP4000hdT – проточный ультразвуковой смеситель мощностью 4000 ватт
Класс эмульсии
Класс асфальтовой эмульсии и средства для омоложения асфальта является важным фактором, определяющим скорость распада (быстрое, среднее или медленное схватывание). Тип (ионный / неионный) и концентрация эмульгаторов, а также особенности состава, такие как соотношение эмульсий и твердых веществ, пористость, размер частиц и гранулометрический состав, влияют на характер схватывания. Поскольку параметры ультразвукового эмульгирования можно точно контролировать, воздействие обработки ультразвуком на эмульсию можно регулировать в соответствии с требуемым качеством асфальта. Независимо от того, требуется ли получение микронных, субмикронных или наноэмульсий, ультразвуковая обработка обеспечивает полный контроль над параметрами процесса.
Реология
Асфальтовые эмульсии имеют вязкость около 50–1000 cP при 60°C, что значительно ниже вязкости самого асфальта (10 000–400 000 cP). Благодаря меньшей вязкости асфальтовые эмульсии можно применять с использованием технологий с более низкими температурами, которые сокращают выбросы и энергопотребление, предотвращают окисление асфальта и значительно менее опасны, чем технологии с горячим асфальтом. Кроме того, применение асфальтовых эмульсий экономичнее и экологичнее холодных технологий с использованием асфальта, разжиженного растворителями. На вязкость и реологию асфальтовой эмульсии можно влиять и регулировать их с помощью концентрации эмульгатора и количества подводимой энергии при ультразвуковом эмульгировании.
Проникающая способность
Проникающая способность средств для омоложения асфальта имеет решающее значение, поскольку высокоэффективное омолаживающее средство проникает в структуру покрытия и герметизирует поверхность. Высокоэффективное средство для омоложения асфальта, способное глубоко проникать в асфальтовое вяжущее (битум), повышает гибкость и восстанавливает покрытие изнутри, обеспечивая его самовосстановление. Готовьте высокофункционализированные асфальтовые эмульсии, формируя капли субмикронного и наноразмера с помощью мощного ультразвука!
Добавки
Полимеры, резина, наполнители, масла и омолаживающие средства добавляются в асфальтовые эмульсии для улучшения ключевых свойств исходного асфальта, таких как класс эксплуатационных характеристик при высоких и низких температурах (PG), вязкость, растрескивание при низких температурах, растяжимость и релаксация напряжений, температура размягчения и пенетрация, сродство к полимерам и стабильность в сочетании с ними, а также для омоложения состарившегося асфальта в смесях RAP/RAS (восстановленное асфальтовое покрытие (RAP) и переработанная битумная черепица (RAS)). Ультразвуковые диспергаторы вводят твердые вещества и капли в асфальтовую эмульсию в виде монодисперсных частиц. Технология ультразвукового смешивания позволяет получать высокоэффективные асфальтовые смеси!
Маточный концентрат
Ультразвуковое эмульгирование и диспергирование идеально подходят для приготовления маточных концентратов высококонцентрированных асфальтовых эмульсий. Приготовленные с помощью ультразвука эмульсии с высоким содержанием асфальта (до 90%) затем разбавляют до концентрации 70% или 60%, чтобы получить требуемое соотношение водной и масляной фаз для конечного применения.
UIP16000 – мощность ультразвука 16kW на каждый ультразвуковой смесительный модуль
Преимущества асфальтовых эмульсий, полученных с помощью ультразвука
Технология ультразвукового смешивания позволяет разрабатывать и производить составы для омоложения асфальта, которые просты в применении, экономичны и экологичны. Мощная ультразвуковая кавитация создает субмикронные и нанодисперсии и эмульсии, обладающие превосходной проникающей способностью, высокой эффективностью и длительной стойкостью.
Смешивайте дорожные эмульсии и дисперсии для асфальтовых смесей с помощью обработки мощным ультразвуком!
Мощный ультразвуковой диспергатор для асфальтовых эмульсий
Hielscher Ultrasonics производит и поставляет мощные ультразвуковые смесители для асфальтовых и битумных эмульсий. Промышленные ультразвуковые диспергаторы для проточного эмульгирования открывают возможность обработки широкого спектра асфальтовых и битумных эмульсий. Обработка ультразвуком позволяет легко испытывать новые составы, которые равномерно эмульгируются, обеспечивая превосходную стабильность и эксплуатационные характеристики эмульсии. Различные геометрические конфигурации ультразвуковых реакторов и вставки, такие как MultiphaseCavitator, позволяют легко адаптировать ультразвуковой процессор к конкретному асфальтовому или битумному составу.
Предварительная грубая смесь жидкости и твердых веществ подается в ультразвуковой диспергатор, где обе фазы (вода + асфальт или битум + необязательные добавки) равномерно подвергаются мокрому измельчению и перетиранию до получения высокостабильной коллоидной суспензии. Ультразвуковое измельчение и диспергирование позволяют быстро обрабатывать большие объемы.
Приведенная ниже таблица дает представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 10 до 2000mL | от 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| от 0,1 до 20L | от 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| от 10 до 100L | от 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | от 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | больше | кластер из UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Мощные ультразвуковые процессоры для лабораторного, пилотного и промышленного масштаба.
Литература и источники
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Влияние обработки ультразвуком на высокотемпературные свойства битумных вяжущих, упрочненных нанодобавками. Construction and Building Materials, том 75, 2015. 395–403. - Zhambolova, A.; Vocaturo, A.L.; Tileuberdi, Y.; Ongarbayev, Y.; Caputo, P.; Aiello, I.; Oliviero Rossi, C.; Godbert, N. (2020): Функционализация и модификация битума наночастицами диоксида кремния. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Самодиспергирующиеся наночастицы микрокремнезема: ценная добавка для бетона со сверхвысокими эксплуатационными характеристиками. Construction and Building Materials,
том 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Реологическая характеристика асфальтовых вяжущих и смесей, модифицированных углеродными нанотрубками. RILEM Conference Papers 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Разработка составов асфальтовых эмульсий: современное состояние и зависимость состава от свойств эмульсий. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
Полезные сведения
Что такое асфальтовая эмульсия?
Асфальтовая эмульсия представляет собой смесь воды и асфальта. Поскольку асфальт является маслянистым гидрофобным соединением, его нельзя смешать с водой. При добавлении в воду поверхностно-активного вещества, также известного как эмульгатор, ПАВ, эмульгирующее средство или стабилизатор, до или во время введения асфальта асфальт и вода приобретают способность смешиваться. Добавление поверхностно-активного вещества облегчает диспергирование частиц асфальта в водной фазе (воде) и поддерживает их диспергированное состояние в суспензии. Для введения асфальта в суспензию в виде мелких частиц используется оборудование для механического смешивания за счет сдвига (например, ультразвуковой аппарат, смеситель с высоким сдвигом, коллоидная мельница и т. д.). Высококачественная асфальтовая эмульсия придает покрытию устойчивость к колееобразованию, восприимчивость к влаге, трещиностойкость и усталостные характеристики.
Определение эмульсии
«Эмульсия представляет собой гетерогенную термодинамически неустойчивую систему, образованную по меньшей мере двумя несмешивающимися жидкими фазами, одна из которых диспергирована в другой в виде маленьких капель (шариков), диаметр которых обычно превышает 0,1µm. Такая система обладает минимальной устойчивостью, которую можно повысить добавлением соответствующих веществ, таких как поверхностно-активные вещества или тонкоизмельченные твердые вещества». (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
Что такое битум?
Битум представляет собой вяжущий материал, используемый в строительстве в качестве асфальтового вяжущего, которое скрепляет асфальт. Его температура плавления составляет 180ºC. Битумные эмульсии представляют собой темно-коричневую жидкость и могут быть катионными, когда капли эмульсии несут положительный заряд, или анионными, когда капли эмульсии заряжены отрицательно.
Что такое защитные покрытия из эмульсионно-минеральных смесей?
Защитные покрытия из эмульсионно-минеральных смесей представляют собой состав из воды, асфальтовой эмульсии, заполнителя и добавок, наносимый на поверхность существующего асфальтового покрытия. Такое защитное покрытие сходно с защитной обработкой распыленной эмульсией, но отличается наличием заполнителей в составе смеси. Полимер является распространенной добавкой, улучшающей свойства асфальтовой эмульсии. Эта совместная смесь эмульсии и заполнителей представляет собой так называемую эмульсионно-минеральную смесь, предназначенную для защиты нижележащей структуры покрытия и создания новой поверхности проезжей части.
Что такое защитная обработка распыленной эмульсией?
Защитная обработка распыленной эмульсией означает нанесение специально разработанной асфальтовой эмульсии на поверхность существующего асфальтового покрытия. Эмульсия для такой защитной обработки представляет собой водно-масляную смесь, которую можно легко распылить на существующее покрытие; этот процесс также называют «туманным распылением».
Что такое защитная обработка эмульсией с последующей россыпью щебня?
Защитная обработка эмульсией с последующей россыпью щебня предусматривает использование асфальтовой эмульсии, содержащей капли дорожного асфальта, воду, эмульгатор или поверхностно-активное вещество, полимер и часто омолаживающую добавку. Такая защитная обработка выполняется в два этапа: сначала на поверхность существующего асфальтового покрытия распределяют асфальтовую эмульсию, а затем наносят слой мелкого щебня. Мелкий щебень также называют «каменной крошкой», что и дало название этому методу защитной обработки.
Что такое защитная обработка эмульсией с втиранием щетками?
Защитная обработка эмульсией с втиранием щетками очень похожа на обработку эмульсией с последующей россыпью щебня, при которой для восстановления поврежденного асфальтового покрытия используют асфальтовую эмульсию и дробленый гравий. Единственное отличие заключается в способе нанесения: при защитной обработке с втиранием асфальтовую эмульсию наносят с помощью так называемых втирающих щеток, которые обеспечивают проникновение асфальтовой эмульсии в трещины покрытия.
Что такое комбинированная защитная обработка?
Комбинированная защитная обработка означает обработку эмульсией с последующей россыпью щебня либо обработку эмульсией с втиранием щетками, после которой позднее наносят защитное покрытие из эмульсионно-минеральной смеси или выполняют микросюрфейсинг. В то время как обработка эмульсией с россыпью щебня или с втиранием щетками герметизирует и скрепляет трещины в существующем покрытии, последующее нанесение эмульсионно-минеральной смеси или микросюрфейсинг улучшает удержание щебня и ровность поверхности проезжей части. Комбинированная защитная обработка преимущественно используется как временная промежуточная мера для асфальтовых конструкций, имеющих лишь умеренные повреждения, незначительные колеи или их отсутствие и трещины умеренной ширины. Комбинированная защитная обработка чаще всего используется для продления срока службы покрытия до его восстановления или реконструкции.
Что такое микросюрфейсинг?
Микросюрфейсинг представляет собой обработку, сопоставимую с нанесением защитного покрытия из эмульсионно-минеральной смеси. При микросюрфейсинге на поверхность асфальтобетонного покрытия наносят состав из воды, асфальтовой эмульсии, заполнителя и химических добавок. Для улучшения свойств смеси на основе асфальтовой эмульсии используют полимерные добавки. Основное различие между защитным покрытием из эмульсионно-минеральной смеси и микросюрфейсингом заключается в том, как они «распадаются» или затвердевают. В то время как защитное покрытие из эмульсионно-минеральной смеси требует испарения воды из асфальтовой эмульсии после ее распределения, асфальтовая эмульсия в покрытии, полученном методом микросюрфейсинга, содержит химические добавки, позволяющие ей распадаться без необходимости воздействия солнца или тепла для испарения. Это делает микросюрфейсинг предпочтительным методом обработки дорог с интенсивным движением (короткое время распада) или дорог в более холодном климате.
Что вызывает разрушение дорожного покрытия?
По мере старения дорожное покрытие начинает разрушаться. На скорость его разрушения влияет множество факторов. Основными факторами являются окружающая среда и транспортные нагрузки. Солнечный свет со временем окисляет поверхностный слой и делает его хрупким. Если покрытие становится слишком хрупким, многократно повторяющиеся транспортные нагрузки приводят к образованию трещин. Если покрытие не герметизировано должным образом, дождевая вода или вода для орошения может проникать через трещины в слой основания и нарушать структурную целостность покрытия. Вода может размывать или вымывать нижележащие слои основания и вызывать разрушение покрытия из-за недостаточной опоры.