Ultrazvukové miešanie rejuvenátorov asfaltu
Prostriedky na obnovu a rejuvenáciu asfaltu umožňujú recyklovať existujúce asfaltové vozovky aplikáciou rejuvenačných prostriedkov na stavebný materiál. Ultrazvukové dispergátory predstavujú účinnú techniku na vmiešavanie nanočastíc a nanokvapôčok do asfaltových a bitúmenových emulzií. Výkonový ultrazvuk sa používa na výrobu vysokovýkonných prísad pre vozovky s dlhodobou životnosťou.
Obnova asfaltu
Asfalt poškodený poveternostnými vplyvmi, vysušený, zostarnutý a popraskaný stratil svoje pôvodné dechtové oleje a je poškodený oxidáciou, takže na jeho povrchu vznikajú trhliny, výtlky a vyjazdené koľaje v stopách kolies. Vzhľadom na obrovské množstvo asfaltu používaného v stavebníctve je obnova a rejuvenácia vozoviek a iných asfaltových konštrukcií dôležitým odvetvím, ktoré pomáha šetriť zdroje a náklady.
Existujúce asfaltové konštrukcie poškodené poveternostnými vplyvmi, vekom a dopravným zaťažením možno obnoviť a rejuvenovať aplikáciou hmlových postrekov, emulzných kalových zákrytov, náterov s posypom, vtieraných náterov, kombinovaných zákrytov typu cape seal a ďalších rejuvenátorov asfaltu. Tieto tesniace zmesi pozostávajú zo zmesi vody, asfaltovej emulzie, kameniva (drobného štrku, označovaného aj ako posypové kamenivo), polymérov a nanoprísad
Modifikované asfaltové vozovky obsahujúce určité výstužné nanočastice vykazujú žiaduce tepelné, elektrické a mechanické vlastnosti, a tým aj zlepšené funkčné vlastnosti. Na zníženie nákladov na asfaltové spojivo a údržbu ciest a zvýšenie ich šetrnosti k životnému prostrediu sú alternatívne technológie, ako napríklad ultrazvukom miešané a funkcionalizované prísady a nové asfaltové kompozitné zmesi so schopnosťou samoopravy, nevyhnutné na zachovanie a obnovu existujúcich vozoviek v budúcnosti.
Ultrazvuková výroba prísad do asfaltových emulzií
Asfaltová emulzia pozostáva z troch hlavných zložiek: asfaltu, vody a emulgačnej povrchovo aktívnej látky. Ako stabilnú disperziu kvapôčok asfaltového spojiva vo vode možno asfaltovú emulziu čerpať, skladovať a miešať s kamenivom. Emulzia by sa mala pri kontakte s kamenivom počas miešania alebo po nastriekaní rýchlo „vyštiepiť“. Štiepenie znamená oddelenie vody od asfaltu. Po odparení vody je emulzia „stuhnutá“. Po vyštiepení, vyzretí a stuhnutí má asfaltový zvyšok priľnavosť, trvanlivosť a odolnosť proti vode pôvodného základného asfaltu.
Ultrazvuková emulgácia umožňuje pripravovať vysokokvalitné asfaltové emulzie
Technika ultrazvukovej emulgácie je kompatibilná s rôznymi formuláciami emulgátorov a povrchovo aktívnych látok. Výber emulgátora ovplyvňuje charakteristiky tuhnutia asfaltových emulzií, takže môžu byť pomaly, stredne rýchlo alebo rýchlo tuhnúce. Prísady, modifikátory, plnivá, vlákna, kaučuky a ďalšie zložky zmesi možno pridávať v rôznych fázach sonikácie – v závislosti od zloženia zmesi a požiadaviek na miešanie konkrétnych zložiek.
UIP4000hdT – ultrazvukový prietokový miešač s výkonom 4000 wattov
Trieda emulzie
Trieda asfaltovej emulzie a rejuvenátora asfaltu je dôležitým faktorom, ktorý určuje rýchlosť štiepenia (rýchle, stredne rýchle alebo pomalé tuhnutie). Typ (iónový / neiónový) a koncentrácia emulgačných činidiel, ako aj špecifiká zloženia, napríklad pomer emulzie k pevným látkam, pórovitosť, veľkosť častíc a zrnitosť, ovplyvňujú priebeh tuhnutia. Keďže parametre ultrazvukovej emulgácie možno presne riadiť, účinok sonikácie na emulziu možno prispôsobiť požadovanej kvalite asfaltu. Či už je cieľom pripraviť emulzie s mikrometrovými alebo submikrometrovými kvapôčkami, alebo nanoemulzie, ultrazvukové spracovanie vám poskytuje úplnú kontrolu nad procesnými parametrami.
Reológia
Asfaltové emulzie vykazujú pri 60°C viskozitu približne 50–1000 cP, čo je podstatne menej než viskozita samotného asfaltu (10 000–400 000 cP). Vďaka nižšej viskozite možno asfaltové emulzie aplikovať technológiami využívajúcimi nižšie teploty, ktoré znižujú emisie a spotrebu energie, zabraňujú oxidácii asfaltu a sú podstatne menej nebezpečné než technológie využívajúce horúci asfalt. Používanie asfaltových emulzií je navyše hospodárnejšie a šetrnejšie k životnému prostrediu než technológie aplikácie za studena využívajúce asfalty riedené rozpúšťadlami. Viskozitu a reológiu asfaltovej emulzie možno ovplyvňovať a upravovať koncentráciou emulgátora a prívodom energie počas ultrazvukovej emulgácie.
Penetračná schopnosť
Penetračné schopnosti rejuvenátorov asfaltu sú rozhodujúce, pretože vysokoúčinný rejuvenačný prostriedok preniká do konštrukcie vozovky a utesňuje jej povrch. Vysokoúčinný rejuvenátor asfaltu, ktorý dokáže preniknúť hlboko do asfaltového spojiva (bitúmenu), zvyšuje pružnosť a obnovuje vozovku zvnútra, čím sa dosahuje jej samooprava. Pripravujte vysoko funkcionalizované asfaltové emulzie vytváraním kvapôčok submikrónovej a nanometrovej veľkosti pomocou výkonového ultrazvuku!
Prísady
Polyméry, guma, plnivá, oleje a rejuvenačné prostriedky sa pridávajú do asfaltových emulzií na zlepšenie kľúčových vlastností pôvodného asfaltu, ako sú klasifikácia podľa úžitkových vlastností pri vysokých a nízkych teplotách (PG), viskozita, odolnosť proti tvorbe trhlín pri nízkych teplotách, ťažnosť a relaxácia napätia, bod mäknutia a penetrácia, afinita k polymérom a stabilita v zmesi s nimi a rejuvenácia zostarnutého asfaltu v zmesiach RAP/RAS (recyklovaný asfalt z vozoviek (RAP) a recyklované asfaltové šindle (RAS)). Ultrazvukové dispergátory vmiešavajú tuhé látky a kvapôčky do asfaltovej emulzie vo forme monodisperzných častíc. Technológia ultrazvukového miešania a zmiešavania vytvára vysokovýkonné asfaltové zmesi!
Predzmes
Ultrazvuková emulgácia a dispergácia sú ideálne na prípravu predzmesí vysoko koncentrovaných asfaltových emulzií. Emulzie pripravené ultrazvukom s vysokým obsahom asfaltu (až 90%) sa neskôr riedia na koncentráciu 70% alebo 60%, aby sa dosiahol požadovaný pomer vodnej a olejovej fázy podľa konečného použitia.
UIP16000 – 16kW ultrazvukového výkonu na jednu ultrazvukovú miešaciu jednotku
Výhody ultrazvukovo pripravených asfaltových emulzií
Technológia ultrazvukového miešania umožňuje vyvíjať a vyrábať rejuvenačné prípravky na asfalt, ktoré sa ľahko používajú, sú nákladovo efektívne a šetrné k životnému prostrediu. Intenzívna ultrazvuková kavitácia vytvára submikrónové a nanometrové disperzie a emulzie, ktoré vykazujú vynikajúcu penetračnú schopnosť, vysokú účinnosť a dlhodobú trvanlivosť.
Miešajte svoje emulzie na vozovky a disperzie do asfaltových zmesí pomocou vysokovýkonného ultrazvuku!
Vysokovýkonný ultrazvukový dispergátor pre asfaltové emulzie
Hielscher Ultrasonics vyrába a dodáva vysokovýkonné ultrazvukové miešače pre asfaltové a bitúmenové emulzie. Priemyselné ultrazvukové dispergátory na emulgáciu v prietoku umožňujú spracovávať širokú škálu asfaltových a bitúmenových emulzií. Sonikácia umožňuje jednoduché testovanie nových formulácií, ktoré sa rovnomerne emulgujú na dosiahnutie vynikajúcej stability a úžitkových vlastností emulzie. Rôzne geometrie ultrazvukových reaktorov a vložky ako MultiPhaseCavitator umožňujú jednoducho prispôsobiť ultrazvukový procesor vašej konkrétnej asfaltovej alebo bitúmenovej formulácii.
Hrubá predzmes kvapaliny a tuhých látok sa privádza do ultrazvukového dispergátora, kde sa obe fázy (voda + asfalt alebo bitúmen + voliteľné prísady) rovnomerne melú a rozomieľajú za mokra na vysoko stabilnú koloidnú suspenziu. Ultrazvukové mletie a dispergácia umožňujú rýchlo spracovať veľké objemy.
Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| nevzťahuje sa | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| nevzťahuje sa | vyšší | skupina zariadení UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Vysokovýkonné ultrazvukové procesory od laboratórneho cez poloprevádzkový až po priemyselný rozsah.
Literatúra / referencie
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Vplyv sonikácie na vysokoteplotné vlastnosti bitúmenových spojív vystužených nanoprísadami. Construction and Building Materials,zväzok 75, 2015. 395–403. - Zhambolova, A.; Vocaturo, A.L.; Tileuberdi, Y.; Ongarbayev, Y.; Caputo, P.; Aiello, I.; Oliviero Rossi, C.; Godbert, N. (2020): Funkcionalizácia a modifikácia bitúmenu nanočasticami oxidu kremičitého. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Samodispergujúce nanočastice kremičitého úletu: cenná prímes do ultravysokohodnotného betónu. Construction and Building Materials,
zväzok 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Reologická charakterizácia asfaltových spojív a zmesí modifikovaných uhlíkovými nanorúrkami. Konferenčné príspevky RILEM 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Formulácia asfaltových emulzií: súčasný stav poznania a závislosť formulácie od vlastností emulzií. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
Užitočné fakty
Čo je asfaltová emulzia?
Asfaltová emulzia je zmes vody a asfaltu. Keďže asfalt je olejovitá, hydrofóbna látka, nemožno ho miešať s vodou. Pridaním povrchovo aktívnej látky (známej aj ako emulgátor, tenzid, emulgačné činidlo alebo stabilizátor) do vody pred pridávaním asfaltu alebo počas neho sa asfalt a voda stanú miešateľnými. Pridanie tenzidu uľahčuje dispergovanie častíc asfaltu vo vodnej fáze (vode) a udržiava asfalt dispergovaný v suspenzii. Na vmiešanie asfaltu vo forme malých častíc do suspenzie sa používajú mechanické zariadenia na šmykové miešanie (napr. ultrazvukový procesor, miešač s vysokým šmykom, koloidný mlyn atď.). Vysokokvalitná asfaltová emulzia dodáva vozovke odolnosť proti tvorbe koľají, náchylnosť na poškodenie vlhkosťou, odolnosť proti vzniku trhlín a únavové vlastnosti.
Definícia emulzie
„Emulzia je heterogénny, termodynamicky nestabilný systém tvorený najmenej dvoma nemiešateľnými kvapalnými fázami, pričom jedna je dispergovaná v druhej vo forme malých kvapôčok (guľôčok), ktorých priemer je spravidla väčší ako 0,1µm. Takýto systém má minimálnu stabilitu, ktorú možno zlepšiť pridaním vhodných činidiel, ako sú tenzidy alebo jemne rozptýlené tuhé látky“. (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
Čo je bitúmen?
Bitúmen je spojivový materiál používaný v stavebníctve ako asfaltové spojivo, ktoré drží asfaltovú zmes pohromade. Má teplotu topenia 180ºC. Bitúmenové emulzie sú tmavohnedé kvapaliny, ktoré môžu byť buď katiónové, keď kvapôčky emulzie nesú kladný náboj, alebo aniónové, keď majú emulzie záporne nabité kvapôčky.
Čo sú kalové zákryty?
Kalové zákryty sú zmesi vody, asfaltovej emulzie, kameniva a prísad určené na aplikáciu na povrch existujúcej asfaltovej vozovky. Kalový zákryt je podobný regeneračnému postreku, ale jeho zmes obsahuje aj kamenivo. Bežnou prísadou je polymér, ktorý zlepšuje vlastnosti asfaltovej emulzie. Táto kombinovaná zmes emulzie a kameniva tvorí takzvaný kal, ktorý slúži na ochranu podkladovej konštrukcie vozovky a vytvorenie nového povrchu vozovky.
Čo sú regeneračné postreky?
Regeneračný postrek označuje aplikáciu špeciálne formulovanej asfaltovej emulzie na povrch existujúcej asfaltovej vozovky. Emulzia na regeneračný postrek pozostáva zo zmesi vody a oleja, ktorú možno ľahko nastriekať na existujúcu vozovku, čo sa označuje aj ako „zahmlievanie“.
Čo sú nátery s posypom?
Pri aplikácii náteru s posypom kamenivom sa používa asfaltová emulzia, ktorá obsahuje kvapôčky cestného asfaltu, vodu, emulgátor alebo povrchovo aktívnu látku, polymér a často aj rejuvenačnú prísadu. Nátery s posypom kamenivom sa aplikujú v dvoch krokoch: najprv sa na povrch existujúcej asfaltovej vozovky rozprestrie asfaltová emulzia a následne vrstva drobného drveného kameniva. Drobné drvené kamenivo sa v angličtine nazýva aj „chips“, od čoho je odvodený názov tejto metódy „chip sealing“.
Čo sú zatierané nátery?
Ošetrenie zatieraným náterom je veľmi podobné náteru s posypom kamenivom, pri ktorom sa na obnovu poškodenej asfaltovej vozovky používa asfaltová emulzia a drvené kamenivo. Jediným rozdielom je spôsob aplikácie: Pri aplikácii zatieraného náteru sa asfaltová emulzia nanáša pomocou takzvaných zatieracích metiel, ktoré zabezpečujú prenikanie asfaltovej emulzie do trhlín vo vozovke.
Čo sú kombinované nátery typu Cape?
Ošetrenie typu Cape označuje aplikáciu náteru s posypom kamenivom alebo zatieraného náteru s následnou aplikáciou emulzného kalového zákrytu alebo mikrokoberca v neskoršom termíne. Zatiaľ čo nátery s posypom kamenivom alebo zatierané nátery utesňujú a spájajú trhliny v existujúcej vozovke, následný emulzný kalový zákryt alebo mikrokoberec zlepšuje uchytenie kameniva a hladkosť povrchu vozovky. Kombinované nátery typu Cape sa väčšinou používajú ako dočasné riešenie pre asfaltové konštrukcie, ktoré vykazujú len mierne poškodenie, malé alebo žiadne vyjazdené koľaje a trhliny strednej šírky. Ošetrenie typu Cape sa väčšinou používa ako opatrenie na predĺženie životnosti vozovky do vykonania obnovy alebo rekonštrukcie.
Čo je mikrokoberec?
Mikrokoberec je povrchová úprava porovnateľná s emulzným kalovým zákrytom. Pri kladení mikrokoberca sa na povrch asfaltobetónovej vozovky nanáša zmes pozostávajúca z vody, asfaltovej emulzie, kameniva a chemických prísad. Polymérne prísady sa používajú na zlepšenie vlastností zmesi asfaltovej emulzie. Hlavný rozdiel medzi emulzným kalovým zákrytom a mikrokobercom spočíva v spôsobe, akým sa „štiepia“ alebo tvrdnú. Zatiaľ čo emulzný kalový zákryt vyžaduje, aby sa voda po rozprestretí asfaltovej emulzie odparila, asfaltová emulzia vo vrstve mikrokoberca obsahuje chemické prísady, ktoré umožňujú jej štiepenie bez toho, aby odparovanie záviselo od slnka alebo tepla. Vďaka tomu je mikrokoberec uprednostňovanou povrchovou úpravou pre intenzívne využívané cesty (krátky čas štiepenia) alebo chladnejšie podnebie.
Čo spôsobuje zhoršovanie stavu vozovky?
Ako vozovka starne, jej stav sa začína zhoršovať. Rýchlosť jej rozpadu ovplyvňuje mnoho faktorov. Hlavnými faktormi sú prostredie a dopravné zaťaženie. Slnečné žiarenie časom oxiduje povrchovú vrstvu a spôsobuje jej krehnutie. Ak je vozovka príliš krehká, v dôsledku veľkého počtu opakovaní dopravného zaťaženia sa v nej začínajú tvoriť trhliny. Ak vozovka nie je riadne utesnená, dažďová voda alebo voda zo zavlažovania môže cez trhliny prenikať do podkladovej vrstvy a narušiť štrukturálnu integritu vozovky. Voda môže erodovať alebo vyplavovať podkladové vrstvy a spôsobiť porušenie vozovky v dôsledku nedostatočnej opory.