Ultraljudsblandning av föryngringsmedel för asfalt
Rehabiliterings- och föryngringsmedel för asfalt möjliggör återvinning av befintliga asfaltbeläggningar genom att föryngrande medel appliceras på byggmaterialet. Ultraljudsdispergering är en kraftfull teknik för att blanda in nanopartiklar och nanodroppar i asfalt- och bitumenemulsioner. Högeffektultraljud används för att framställa högpresterande tillsatser för beläggningar med lång hållbarhet.
Rehabilitering av asfalt
Väderpåverkad, uttorkad, åldrad och sprucken asfalt har förlorat sina ursprungliga tjäroljor och skadats av oxidation, vilket leder till sprickor, potthål och spårbildning i hjulspåren på ytan. Med tanke på de enorma mängder asfalt som används inom byggsektorn är rehabilitering och föryngring av beläggningar och andra asfaltkonstruktioner ett viktigt område som bidrar till att spara resurser och minska utgifter.
Befintliga asfaltkonstruktioner som skadats av väder, ålder och trafikbelastning kan rehabiliteras och föryngras genom applicering av dimförseglingar, slamförseglingar, stenförseglingar, borstförseglingar, cape-förseglingar och andra föryngringsmedel för asfalt. Dessa förseglingsberedningar består av en blandning av vatten, asfaltemulsion, ballast (smågrus, även kallat stenflis), polymerer och nanotillsatser
Modifierade asfaltbeläggningar som innehåller vissa förstärkande nanopartiklar uppvisar önskvärda termiska, elektriska och mekaniska egenskaper och har därmed förbättrad funktionalitet. För att minska kostnaderna för asfaltbindemedel och vägunderhåll samt förbättra deras miljövänlighet är alternativa tekniker, såsom tillsatser som blandats och funktionaliserats med ultraljud samt nya asfaltkompositberedningar med självreparerande förmåga, avgörande för att bevara och förnya befintliga beläggningar i framtiden.
Framställning av tillsatser för asfaltemulsioner med ultraljud
En asfaltemulsion består av tre huvudkomponenter: asfalt, vatten och en emulgerande tensid. Eftersom en asfaltemulsion är en stabil dispersion av droppar av asfaltbindemedel i vatten kan den pumpas, lagras och blandas med ballast. En emulsion bör ”bryta” snabbt vid kontakt med ballast under blandning eller efter sprutning. Brytning innebär att vattnet separeras från asfalten. När vattnet har avdunstat har emulsionen ”satt sig”. Efter brytning, härdning och sättning har asfaltresten den ursprungliga basasfaltens egenskaper vad gäller vidhäftning, hållbarhet och vattenbeständighet.
Ultraljudsemulgering gör det möjligt att formulera asfaltemulsioner av hög kvalitet
Ultraljudsemulgeringstekniken är kompatibel med flera olika emulgator- och tensidberedningar. Valet av emulgator påverkar asfaltemulsionernas sättningsegenskaper och gör dem långsamt, medelsnabbt eller snabbt sättande. Tillsatser, modifieringsmedel, fyllmedel, fibrer, gummimaterial och andra ingredienser i beredningen kan tillsättas under olika steg av ultraljudsbehandlingen – beroende på beredningen och de specifika ämnenas blandningskrav.
UIP4000hdT – 4000 watt ultraljudsblandare för inline-drift
Emulsionsklass
Emulsionsklassen hos en asfaltemulsion och ett föryngringsmedel för asfalt är en viktig faktor som avgör brytningshastigheten (snabb, medelsnabb eller långsam sättning). Emulgatorernas typ (joniska / icke-joniska) och koncentration samt beredningens specifika egenskaper, såsom förhållandet mellan emulsioner och fasta ämnen, porositet, partikelstorlek och kornstorleksfördelning, påverkar sättningsförloppet. Eftersom parametrarna för ultraljudsemulgering kan styras exakt kan ultraljudsbehandlingens inverkan på emulsionen anpassas till den önskade asfaltkvaliteten. Oavsett om målet är emulsioner med droppar i mikro-, submikro- eller nanostorlek ger ultraljudsbehandling dig full kontroll över processparametrarna.
Reologi
Asfaltemulsioner har en viskositet på cirka 50–1000 cP vid 60°C, vilket är betydligt lägre än viskositeten hos själva asfalten (10 000–400 000 cP). Tack vare sin lägre viskositet kan asfaltemulsioner appliceras med metoder vid lägre temperaturer, vilket minskar utsläppen och energiförbrukningen, förhindrar oxidation av asfalten och medför betydligt mindre risker än metoder med varm asfalt. Dessutom är användning av asfaltemulsioner mer ekonomisk och miljövänlig än kalla metoder med lösningsmedelsbaserad asfalt. Asfaltemulsioners viskositet och reologi kan påverkas och justeras genom emulgatorkoncentrationen och energitillförseln under ultraljudsemulgeringen.
Inträngningsförmåga
Asfaltföryngringsmedlens inträngningsförmåga är avgörande, eftersom ett högpresterande föryngringsmedel tränger in i beläggningsstrukturen och förseglar ytan. Ett högpresterande asfaltföryngringsmedel som kan tränga djupt in i asfaltbindemedlet (bitumen) ökar flexibiliteten och återställer beläggningen inifrån, så att beläggningen självläker. Framställ högfunktionaliserade asfaltemulsioner genom att bilda droppar i submikron- och nanostorlek med högeffektultraljud!
Tillsatser
Polymerer, gummi, fyllmedel, oljor och föryngringsmedel tillsätts till asfaltemulsioner för att förbättra den ursprungliga asfaltens viktigaste egenskaper, såsom prestandaklassificering (PG) vid höga och låga temperaturer, viskositet, sprickbildning vid låga temperaturer, duktilitet och spänningsrelaxation, mjukpunkt och penetration, affinitet för och stabilitet med polymerer samt föryngring av åldrad asfalt i RAP/RAS-blandningar (återvunnen asfaltbeläggning (RAP) och återvunna asfaltshingel (RAS)). Ultraljudsdispergerare blandar in fasta ämnen och droppar som monodispersa partiklar i asfaltemulsionen. Ultraljudsbaserad blandningsteknik ger högpresterande asfaltblandningar!
Koncentrat
Ultraljudsemulgering och ultraljudsdispergering är idealiska för att framställa koncentrat av högkoncentrerade asfaltemulsioner. Emulsioner som framställts med ultraljud och har hög asfalthalt (upp till 90%) späds senare till en koncentration på 70% eller 60% för att uppnå det önskade förhållandet mellan vatten- och oljefasen för den slutliga tillämpningen.
UIP16000 – 16kW ultraljudseffekt per ultraljudsblandningsenhet
Fördelar med ultraljudsframställda asfaltemulsioner
Ultraljudsbaserad blandningsteknik gör det möjligt att utveckla och framställa asfaltföryngrande formuleringar som är lätthanterliga, kostnadseffektiva och miljövänliga. Kraftig ultraljudskavitation skapar dispersioner och emulsioner i submikron- och nanostorlek som har utmärkt inträngningsförmåga, hög prestanda och långvarig hållbarhet.
Blanda era beläggningsemulsioner och dispersioner för asfaltblandningar med högeffektultraljud!
Ultraljudsdispergerare med hög effekt för asfaltemulsioner
Hielscher Ultrasonics tillverkar och levererar ultraljudsblandare med hög effekt för asfalt- och bitumenemulsioner. Industriella ultraljudsdispergerare för inline-emulgering gör det möjligt att bearbeta ett brett utbud av asfalt- och bitumenemulsioner. Ultraljudsbehandling gör det enkelt att testa nya formuleringar, som emulgeras jämnt för utmärkt emulsionsstabilitet och prestanda. Olika geometrier för ultraljudsreaktorer och insatser såsom MultiPhaseCavitator gör det enkelt att anpassa ultraljudsprocessorn till er specifika asfalt- eller bitumenformulering.
En grov förblandning av vätska och fasta ämnen matas in i ultraljudsdispergeraren, där de båda faserna (vatten + asfalt eller bitumen + eventuella tillsatser) våtmals och finfördelas jämnt till en mycket stabil kolloidal suspension. Ultraljudsmalning och ultraljudsdispergering kan bearbeta stora volymer i en snabb process.
Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
| Satsvolym | Flöde | Rekommenderade apparater |
|---|---|---|
| 10 till 2000mL | 20 till 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 till 20L | 0,2 till 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 till 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | högre | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Ultraljudsprocessorer med hög effekt från laboratorieskala till pilot- och industriskala.
Litteratur/referenser
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Effekten av ultraljudsbehandling på högtemperaturegenskaperna hos bituminösa bindemedel förstärkta med nanotillsatser. Construction and Building Materials,volym 75, 2015. 395–403. - Zhambolova, A.; Vocaturo, A.L.; Tileuberdi, Y.; Ongarbayev, Y.; Caputo, P.; Aiello, I.; Oliviero Rossi, C.; Godbert, N. (2020): Funktionalisering och modifiering av bitumen med kiseldioxidnanopartiklar. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Självdispergerande nanopartiklar av silikastoft: Ett värdefullt tillsatsmaterial för ultrahögpresterande betong. Construction and Building Materials,
volym 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Reologisk karakterisering av asfaltbindemedel och asfaltblandningar modifierade med kolnanorör. RILEM Conference Papers 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Formulering av asfaltemulsioner: Aktuellt kunskapsläge och formuleringens beroende av emulsionernas egenskaper. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
Värt att veta
Vad är en asfaltemulsion?
En asfaltemulsion är en blandning av vatten och asfalt. Eftersom asfalt är ett oljigt, hydrofobt ämne kan det inte blandas med vatten. Genom att tillsätta ett ytaktivt ämne (även kallat emulgator, tensid, emulgeringsmedel eller stabilisator) till vattnet före eller under tillsatsen av asfalt blir asfalten och vattnet blandbara. Tillsatsen av tensid underlättar dispergeringen av asfaltpartiklar i vattenfasen (vatten) och håller dem dispergerade i suspension. För att blanda in asfalten som små partiklar i suspensionen används mekanisk blandningsutrustning som alstrar skjuvkrafter (t.ex. ultraljudsapparater, högskjuvningsblandare, kolloidkvarnar osv.). En högkvalitativ asfaltemulsion ger beläggningen motståndskraft mot spårbildning, fuktkänslighet, sprickmotstånd och utmattningsegenskaper.
Definition av emulsion
”En emulsion är ett heterogent, termodynamiskt instabilt system som bildas av minst två icke blandbara vätskefaser, där den ena är dispergerad i den andra i form av små droppar (pärlor) vars diameter i allmänhet är större än 0,1µm. Ett sådant system har en minimal stabilitet som kan förbättras genom tillsats av lämpliga ämnen, såsom tensider eller finfördelade fasta ämnen”. (Becher, P. Emulsion. Theory and Practice. 1961.)
Vad är bitumen?
Bitumen är ett cementerande material som används inom byggande som asfaltbindemedel och håller samman asfalten. Det har en smältpunkt på 180ºC. Bitumenemulsioner är en mörkbrun vätska som kan vara antingen katjonisk, där emulsionerna har droppar med positiv laddning, eller anjonisk, där emulsionerna har negativt laddade droppar.
Vad är slamförseglingar?
Slamförseglingar är formuleringar av vatten, asfaltemulsion, stenmaterial och tillsatser som appliceras på en befintlig asfaltbeläggnings yta. En slamförsegling liknar en dimförsegling, men slamförseglingen innehåller stenmaterial som en del av blandningen. Polymer är en vanlig tillsats som förbättrar asfaltemulsionens egenskaper. Denna kombinerade blandning av emulsion och stenmaterial är den så kallade slurryn, som skyddar den underliggande beläggningsstrukturen och ger en ny vägyta.
Vad är dimförseglingar?
Dimförsegling innebär att en särskilt formulerad asfaltemulsion appliceras på en befintlig asfaltbeläggnings yta. En emulsion för dimförsegling består av en vatten-oljeblandning som enkelt kan sprutas på en befintlig beläggning, vilket även kallas ”dimspridning”.
Vad är förseglingar med stenmaterial?
Vid ytförsegling med stenpåslag används en asfaltemulsion som innehåller små droppar av beläggningsasfalt, vatten, ett emulgeringsmedel eller en tensid, polymer och ofta en föryngrande tillsats. Ytförsegling med stenpåslag utförs i två steg: först sprids asfaltemulsionen och därefter ett lager av fint krossat stenmaterial på en befintlig asfaltbeläggning. Det fina krossade stenmaterialet kallas också ”chips” på engelska, vilket har gett metoden dess engelska namn, ”chip sealing”.
Vad är borstförsegling?
Borstförsegling liknar i hög grad ytförsegling med stenpåslag, där en asfaltemulsion och krossat grus används för att rehabilitera en skadad asfaltbeläggning. Den enda skillnaden är appliceringsmetoden: vid borstförsegling appliceras asfaltemulsionen med så kallade förseglingsborstar, som säkerställer att asfaltemulsionen tränger in i beläggningens sprickor.
Vad är Cape-försegling?
Cape-försegling innebär att en ytförsegling med stenpåslag eller en borstförsegling utförs och vid ett senare tillfälle följs av en slamförsegling eller mikrobeläggning. Medan ytförseglingen med stenpåslag eller borstförseglingen tätar och binder samman sprickorna i den befintliga beläggningen, förbättrar den efterföljande slamförseglingen eller mikrobeläggningen stenmaterialets vidhäftning och vägytans jämnhet. Cape-försegling används främst som en tillfällig lösning för asfaltkonstruktioner som endast uppvisar måttliga skador, liten eller ingen spårbildning och måttliga sprickbredder. Cape-försegling används främst som en åtgärd för att förlänga beläggningens livslängd tills rehabilitering eller ombyggnad utförs.
Vad är mikrobeläggning?
Mikrobeläggning är en behandling som är jämförbar med slamförsegling. Vid mikrobeläggning appliceras en blandning av vatten, asfaltemulsion, ballast och kemiska tillsatser på ytan av en asfaltbetongbeläggning. Polymertillsatser används för att förbättra asfaltemulsionens blandningsegenskaper. Den största skillnaden mellan slamförsegling och mikrobeläggning ligger i hur de ”bryter” eller hårdnar. Medan slamförsegling kräver att vattnet avdunstar från asfaltemulsionen efter spridningen, innehåller asfaltemulsionen i en mikrobeläggning kemiska tillsatser som gör att den kan bryta utan att vara beroende av sol eller värme för avdunstning. Detta gör mikrobeläggning till den föredragna behandlingen för hårt trafikerade vägar (kort brytningstid) eller kallare klimat.
Vad orsakar nedbrytning av beläggningen?
När en beläggning åldras börjar den brytas ned. Hur snabbt nedbrytningen sker påverkas av många faktorer. De främsta faktorerna är miljön och trafikbelastningen. Solljus oxiderar med tiden ytskiktet och gör det sprött. Om beläggningen är för spröd börjar sprickor bildas till följd av ett stort antal upprepade trafikbelastningar på beläggningen. Om beläggningen inte är ordentligt förseglad kan regnvatten eller bevattningsvatten tränga genom sprickorna ned i bärlagret och skada beläggningens strukturella integritet. Vatten kan erodera eller spola bort de underliggande bärlagren och orsaka att beläggningen kollapsar på grund av bristande stöd.