Trộn chất tái sinh nhựa đường bằng siêu âm
Các chất phục hồi và tái sinh nhựa đường cho phép tái chế mặt đường nhựa hiện có bằng cách đưa các tác nhân tái sinh vào vật liệu xây dựng. Thiết bị phân tán siêu âm là một kỹ thuật mạnh mẽ để trộn các hạt nano và giọt nano vào nhũ tương nhựa đường và bitum. Siêu âm công suất được sử dụng để sản xuất các phụ gia hiệu năng cao cho mặt đường bền lâu.
Phục hồi nhựa đường
Nhựa đường bị phong hóa, khô, lão hóa và nứt đã mất đi các loại dầu hắc ín ban đầu và bị hư hại do oxy hóa, dẫn đến xuất hiện các vết nứt, ổ gà và hằn lún vệt bánh xe trên bề mặt. Xét đến lượng nhựa đường khổng lồ được sử dụng trong xây dựng, việc phục hồi và tái sinh mặt đường cùng các kết cấu nhựa đường khác là một lĩnh vực quan trọng, giúp tiết kiệm tài nguyên và chi phí.
Các kết cấu nhựa đường hiện có bị hư hại do thời tiết, tuổi thọ và tải trọng giao thông có thể được phục hồi và tái sinh bằng cách thi công lớp phủ nhũ tương phun sương, lớp láng vữa nhựa, lớp láng nhựa đá dăm, lớp láng nhựa quét, lớp láng Cape và các chất tái sinh nhựa đường khác. Các công thức vật liệu phủ kín này gồm hỗn hợp nước, nhũ tương nhựa đường, cốt liệu (sỏi nhỏ, còn gọi là đá dăm), polyme và phụ gia nano
Mặt đường nhựa biến tính chứa một số hạt nano gia cường có các tính chất nhiệt, điện và cơ học mong muốn, nhờ đó cải thiện các chức năng. Để giảm chi phí chất kết dính nhựa đường và bảo trì đường bộ, đồng thời tăng tính thân thiện với môi trường, các công nghệ thay thế như phụ gia được phối trộn và chức năng hóa bằng siêu âm cùng các công thức composite nhựa đường mới có khả năng tự sửa chữa là thiết yếu để bảo tồn và làm mới mặt đường hiện có trong tương lai.
Sản xuất phụ gia cho nhũ tương nhựa đường bằng siêu âm
Nhũ tương nhựa đường gồm ba thành phần chính: nhựa đường, nước và chất hoạt động bề mặt tạo nhũ. Là hệ phân tán ổn định của các giọt chất kết dính nhựa đường trong nước, nhũ tương nhựa đường có thể được bơm, lưu trữ và trộn với cốt liệu. Nhũ tương cần nhanh chóng “phá nhũ” khi tiếp xúc với cốt liệu trong quá trình trộn hoặc sau khi phun. Phá nhũ là sự tách nước khỏi nhựa đường. Khi nước đã bay hơi, nhũ tương được xem là đã “đông kết”. Sau khi phá nhũ, dưỡng hộ và đông kết, phần nhựa đường còn lại có các đặc tính bám dính, độ bền và khả năng chịu nước của nhựa đường nền ban đầu.
Nhũ hóa bằng siêu âm cho phép tạo ra các công thức nhũ tương nhựa đường chất lượng cao
Kỹ thuật nhũ hóa bằng siêu âm tương thích với nhiều công thức chất nhũ hóa và chất hoạt động bề mặt. Việc lựa chọn chất nhũ hóa ảnh hưởng đến đặc tính đông kết của nhũ tương nhựa đường, khiến chúng đông kết chậm, trung bình hoặc nhanh. Phụ gia, chất biến tính, chất độn, sợi, cao su và các thành phần khác trong công thức có thể được bổ sung ở nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình xử lý siêu âm – tùy thuộc vào công thức và yêu cầu trộn của các hợp chất cụ thể.
UIP4000hdT – máy trộn siêu âm trực tuyến công suất 4000 oát
Loại nhũ tương
Loại nhũ tương của nhũ tương nhựa đường và chất tái sinh nhựa đường là một yếu tố quan trọng quyết định tốc độ phá nhũ (đông kết nhanh, trung bình hoặc chậm). Loại (ion / không ion) và nồng độ chất nhũ hóa, cũng như các đặc điểm cụ thể của công thức như tỷ lệ nhũ tương/chất rắn, độ rỗng, kích thước hạt và cấp phối hạt, ảnh hưởng đến đặc tính đông kết. Vì các thông số nhũ hóa bằng siêu âm có thể được kiểm soát chính xác, tác động của quá trình xử lý siêu âm lên nhũ tương có thể được điều chỉnh để đạt chất lượng nhựa đường mục tiêu. Dù mục tiêu là nhũ tương có kích thước micromet, dưới micromet hay nano, xử lý siêu âm đều cho phép bạn kiểm soát hoàn toàn các thông số của quá trình.
Lưu biến học
Nhũ tương nhựa đường có độ nhớt khoảng 50–1000 cP ở 60°C, thấp hơn đáng kể so với độ nhớt của bản thân nhựa đường (10.000–400.000 cP). Nhờ độ nhớt thấp hơn, nhũ tương nhựa đường có thể được thi công bằng các kỹ thuật ở nhiệt độ thấp hơn, giúp giảm phát thải và tiêu thụ năng lượng, tránh oxy hóa nhựa đường và ít nguy hiểm hơn đáng kể so với các kỹ thuật sử dụng nhựa đường nóng. Hơn nữa, việc sử dụng nhũ tương nhựa đường tiết kiệm hơn và thân thiện với môi trường hơn so với các kỹ thuật thi công nguội sử dụng nhựa đường pha loãng bằng dung môi. Độ nhớt và tính lưu biến của nhũ tương nhựa đường có thể được tác động và điều chỉnh thông qua nồng độ chất nhũ hóa và năng lượng đầu vào trong quá trình nhũ hóa bằng siêu âm.
Khả năng thấm sâu
Khả năng thấm sâu của các chất tái sinh nhựa đường có vai trò then chốt, vì chất tái sinh hiệu năng cao thấm vào kết cấu mặt đường và làm kín bề mặt. Chất tái sinh nhựa đường hiệu năng cao có khả năng thấm sâu vào chất kết dính nhựa đường (bitum), làm tăng tính mềm dẻo và phục hồi từ bên trong, nhờ đó giúp mặt đường tự phục hồi. Hãy điều chế nhũ tương nhựa đường được chức năng hóa ở mức độ cao bằng cách tạo các giọt có kích thước dưới micromet và nano với siêu âm công suất cao!
Phụ gia
Polyme, cao su, chất độn, dầu và chất tái sinh được bổ sung vào nhũ tương nhựa đường nhằm cải thiện các đặc tính chính của nhựa đường nguyên bản, chẳng hạn như phân cấp hiệu năng ở nhiệt độ cao và thấp (PG), độ nhớt, đặc tính nứt ở nhiệt độ thấp, độ kéo dãn và khả năng thư giãn ứng suất, điểm hóa mềm và độ kim lún, ái lực và tính ổn định khi kết hợp với polyme, cũng như khả năng tái sinh nhựa đường lão hóa trong hỗn hợp RAP/RAS (vật liệu mặt đường nhựa thu hồi (RAP) và tấm lợp nhựa đường tái chế (RAS)). Thiết bị phân tán siêu âm trộn chất rắn và các giọt vào nhũ tương nhựa đường dưới dạng các hạt đơn phân tán. Công nghệ trộn và phối trộn bằng siêu âm tạo ra các hỗn hợp nhựa đường hiệu năng cao!
Hỗn hợp cô đặc
Nhũ hóa và phân tán bằng siêu âm là phương pháp lý tưởng để điều chế các hỗn hợp nhũ tương nhựa đường cô đặc. Nhũ tương được điều chế bằng siêu âm với hàm lượng nhựa đường cao (lên đến 90%) sau đó được pha loãng xuống nồng độ 70% hoặc 60% nhằm đạt tỷ lệ pha nước/dầu mong muốn phù hợp với ứng dụng cuối cùng.
UIP16000 – công suất siêu âm 16kW trên mỗi thiết bị trộn siêu âm
Ưu điểm của nhũ tương nhựa đường được tạo bằng siêu âm
Công nghệ trộn siêu âm cho phép phát triển và sản xuất các công thức tái sinh nhựa đường dễ sử dụng, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Hiện tượng xâm thực siêu âm mạnh tạo ra các hệ phân tán và nhũ tương có kích thước dưới micromet và nano, có khả năng thấm sâu vượt trội, hiệu năng cao và độ bền lâu dài.
Hãy trộn các hệ nhũ tương và phân tán dùng cho hỗn hợp nhựa đường làm mặt đường bằng siêu âm công suất cao!
Thiết bị phân tán siêu âm công suất cao cho nhũ tương nhựa đường
Hielscher Ultrasonics sản xuất và cung cấp các thiết bị trộn siêu âm công suất cao cho nhũ tương nhựa đường và bitum. Các thiết bị phân tán siêu âm công nghiệp dùng để nhũ hóa trực tiếp trên đường ống mở ra khả năng xử lý nhiều loại nhũ tương nhựa đường và bitum. Xử lý bằng siêu âm cho phép dễ dàng thử nghiệm các công thức mới, được nhũ hóa đồng đều để đạt độ ổn định và hiệu năng nhũ tương vượt trội. Các dạng hình học khác nhau của buồng phản ứng siêu âm và các bộ phận lắp thêm như MultiPhaseCavitator cho phép dễ dàng điều chỉnh thiết bị xử lý siêu âm cho phù hợp với công thức nhựa đường hoặc bitum cụ thể của bạn.
Hỗn hợp trộn sơ bộ dạng thô gồm chất lỏng và chất rắn được đưa vào thiết bị phân tán siêu âm, tại đó cả hai pha (nước + nhựa đường hoặc bitum + phụ gia tùy chọn) được nghiền ướt và nghiền mịn đồng đều thành huyền phù keo có độ ổn định cao. Nghiền và phân tán bằng siêu âm có khả năng xử lý thể tích lớn trong một quy trình nhanh chóng.
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi:
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Thiết bị xử lý siêu âm công suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô thí điểm và công nghiệp.
Tài liệu/Tài liệu tham khảo
- Ezio Santagata, Orazio Baglieri, Lucia Tsantilis, Giuseppe Chiappinelli, Ilaria Brignone Aimonetto (2015):
Ảnh hưởng của xử lý siêu âm đến các tính chất ở nhiệt độ cao của chất kết dính bitum được gia cường bằng phụ gia nano. Construction and Building Materials,Tập 75, 2015. 395–403. - Zhambolova, A.; Vocaturo, A.L.; Tileuberdi, Y.; Ongarbayev, Y.; Caputo, P.; Aiello, I.; Oliviero Rossi, C.; Godbert, N. (2020): Chức năng hóa và biến tính bitum bằng các hạt nano silica. Applied Sciences 2020, 10, 6065.
- K. Daoust, A. Begriche, J.P. Claverie, A. Tagnit-Hamou (2023): Các hạt nano muội silica tự phân tán: Một phụ gia có giá trị cho bê tông tính năng siêu cao. Construction and Building Materials,
Tập 383, 2023. - Wang, H.; Yang, J.; Gong, M. (2016): Đặc trưng lưu biến của chất kết dính và hỗn hợp nhựa đường được biến tính bằng ống nano cacbon. Kỷ yếu Hội nghị RILEM 2016.
- Ronald, M.; Pumarejo Luis, F. (2016): Phối chế nhũ tương nhựa đường: Hiện trạng phát triển và sự phụ thuộc của công thức phối chế vào các tính chất của nhũ tương. Construction and Building Materials 123, 2016. 162–173.
Những điều cần biết
Nhũ tương nhựa đường là gì?
Nhũ tương nhựa đường là hỗn hợp của nước và nhựa đường. Vì nhựa đường là một hợp chất có tính dầu và kỵ nước nên không thể trộn lẫn với nước. Bằng cách thêm một chất hoạt động bề mặt, còn được gọi là chất nhũ hóa, chất hoạt tính bề mặt, tác nhân nhũ hóa hoặc chất ổn định, vào nước trước hoặc trong khi thêm nhựa đường, nhựa đường và nước có thể trộn lẫn với nhau. Việc bổ sung chất hoạt động bề mặt tạo thuận lợi cho sự phân tán của các hạt nhựa đường trong pha nước và duy trì trạng thái phân tán của chúng trong huyền phù. Để trộn nhựa đường dưới dạng các hạt nhỏ vào huyền phù, người ta sử dụng thiết bị trộn cơ học tạo lực cắt (ví dụ: thiết bị siêu âm, máy trộn lực cắt cao, máy nghiền keo, v.v.). Nhũ tương nhựa đường chất lượng cao mang lại cho mặt đường khả năng chống hằn lún vệt bánh xe, mức độ nhạy cảm với độ ẩm, khả năng chống nứt và tính năng chịu mỏi.
Định nghĩa nhũ tương
“Nhũ tương là một hệ dị thể không ổn định về mặt nhiệt động lực học, được hình thành từ ít nhất hai pha lỏng không hòa tan lẫn nhau, trong đó một pha phân tán trong pha còn lại dưới dạng các giọt nhỏ (hạt) có đường kính thường lớn hơn 0,1µm. Hệ như vậy có độ ổn định tối thiểu, có thể được cải thiện bằng cách bổ sung các tác nhân thích hợp, chẳng hạn như chất hoạt động bề mặt hoặc chất rắn được chia nhỏ mịn”. (Becher, P. Nhũ tương. Lý thuyết và thực hành. 1961.)
Bitum là gì?
Bitum là vật liệu có tính kết dính được sử dụng trong xây dựng làm chất kết dính nhựa đường, giúp liên kết hỗn hợp nhựa đường với nhau. Vật liệu này có điểm nóng chảy là 180ºC. Nhũ tương bitum là chất lỏng màu nâu sẫm, có thể thuộc loại cation, trong đó các giọt nhũ tương mang điện tích dương, hoặc loại anion, trong đó các giọt nhũ tương mang điện tích âm.
Lớp láng vữa nhựa là gì?
Lớp láng vữa nhựa được phối chế từ nước, nhũ tương nhựa đường, cốt liệu và phụ gia để thi công lên bề mặt đường nhựa hiện hữu. Lớp láng vữa nhựa tương tự như lớp phun sương nhũ tương, ngoại trừ việc hỗn hợp láng vữa nhựa có chứa cốt liệu. Polyme là phụ gia phổ biến giúp cải thiện các tính chất của nhũ tương nhựa đường. Hỗn hợp kết hợp nhũ tương và cốt liệu này được gọi là vữa nhựa, nhằm bảo vệ kết cấu mặt đường bên dưới và tạo bề mặt đường mới.
Lớp phun sương nhũ tương là gì?
Phun sương nhũ tương là việc thi công một loại nhũ tương nhựa đường được phối chế đặc biệt lên bề mặt đường nhựa hiện hữu. Nhũ tương dùng cho lớp phun sương gồm hỗn hợp nước và dầu, có thể dễ dàng phun lên mặt đường hiện hữu; thao tác này còn được gọi là “phun sương”.
Lớp láng nhựa rải đá là gì?
Thi công lớp láng nhựa rải đá sử dụng nhũ tương nhựa đường chứa các giọt nhựa đường dùng để làm mặt đường, nước, chất nhũ hóa hoặc chất hoạt động bề mặt, polyme và thường có thêm phụ gia tái sinh. Lớp láng nhựa rải đá được thi công theo quy trình hai bước, gồm trước tiên là tưới nhũ tương nhựa đường, sau đó rải một lớp đá dăm nhỏ lên bề mặt mặt đường nhựa hiện hữu. Đá dăm nhỏ còn được gọi là “chips”, từ đó hình thành tên gọi tiếng Anh của phương pháp láng nhựa rải đá.
Láng nhựa quét chổi là gì?
Biện pháp láng nhựa quét chổi rất giống với láng nhựa rải đá, trong đó nhũ tương nhựa đường và đá dăm được sử dụng để phục hồi mặt đường nhựa bị hư hỏng. Điểm khác biệt duy nhất là phương pháp thi công: Khi thi công lớp láng nhựa quét chổi, nhũ tương nhựa đường được phân bố bằng loại chổi chuyên dụng, bảo đảm nhũ tương nhựa đường thấm vào các vết nứt trên mặt đường.
Láng Cape là gì?
Láng Cape là việc thi công lớp láng nhựa rải đá hoặc lớp láng nhựa quét chổi, sau đó thi công lớp láng vữa nhựa hoặc lớp phủ vữa nhựa vi mô vào một thời điểm sau đó. Trong khi lớp láng nhựa rải đá hoặc lớp láng nhựa quét chổi bịt kín và liên kết các vết nứt trên mặt đường hiện hữu, lớp láng vữa nhựa hoặc lớp phủ vữa nhựa vi mô thi công sau đó giúp cải thiện khả năng giữ đá và độ bằng phẳng của bề mặt đường. Lớp láng Cape chủ yếu được sử dụng như một giải pháp tạm thời cho các kết cấu mặt đường nhựa chỉ bị hư hỏng ở mức vừa phải, có vệt hằn lún nhẹ hoặc không có vệt hằn lún, và có các vết nứt với độ rộng vừa phải. Láng Cape chủ yếu được sử dụng như một biện pháp kéo dài tuổi thọ mặt đường cho đến khi tiến hành phục hồi hoặc xây dựng lại.
Phủ vữa nhựa vi mô là gì?
Phủ vữa nhựa vi mô là một biện pháp xử lý tương tự như láng vữa nhựa. Khi phủ vữa nhựa vi mô, một hỗn hợp gồm nước, nhũ tương nhựa đường, cốt liệu và phụ gia hóa học được thi công lên bề mặt mặt đường bê tông nhựa. Phụ gia polyme được sử dụng để cải thiện các tính chất của hỗn hợp nhũ tương nhựa đường. Điểm khác biệt chính giữa láng vữa nhựa và phủ vữa nhựa vi mô nằm ở cách chúng “phá nhũ” hoặc đông cứng. Trong khi láng vữa nhựa đòi hỏi nước phải bay hơi khỏi nhũ tương nhựa đường sau khi được rải, nhũ tương nhựa đường trong lớp phủ vữa nhựa vi mô chứa các phụ gia hóa học cho phép nhũ tương phá nhũ mà không cần dựa vào ánh nắng hoặc nhiệt để nước bay hơi. Điều này khiến phủ vữa nhựa vi mô trở thành biện pháp xử lý được ưu tiên cho các tuyến đường có mật độ sử dụng cao (thời gian phá nhũ ngắn) hoặc ở vùng khí hậu lạnh hơn.
Nguyên nhân nào gây xuống cấp mặt đường?
Khi mặt đường lão hóa, nó bắt đầu xuống cấp. Tốc độ hư hỏng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Các yếu tố chính là môi trường và tải trọng giao thông. Theo thời gian, ánh nắng làm oxy hóa lớp bề mặt và khiến lớp này trở nên giòn. Nếu mặt đường quá giòn, các vết nứt bắt đầu hình thành do tải trọng giao thông tác động lặp đi lặp lại nhiều lần lên mặt đường. Nếu mặt đường không được bịt kín đúng cách, nước mưa hoặc nước tưới có thể thấm qua các vết nứt vào lớp móng và làm suy giảm tính toàn vẹn kết cấu của mặt đường. Nước có thể xói mòn hoặc cuốn trôi các lớp móng bên dưới, khiến mặt đường hư hỏng do thiếu sự nâng đỡ.