Emulsje asfaltowe zastosowano po raz pierwszy w budownictwie drogowym na początku XX w. Aktualnie ich łączna produkcja szacowana jest na ponad 8 mln ton na całym świecie i jest bardzo zróżnicowana w poszczególnych krajach. Emulsje asfaltowe są w największych ilościach produkowane przez Stany Zjednoczone, Francje, Meksyk, Brazylie i Niemcy.
Emulsja asfaltowa jest dyspersją stałych cząstek asfaltu w wodzie, o niejednorodnym układzie składającym się z co najmniej dwóch nie mieszających się cieczy, silnie zdyspergowanych jedna w drugiej. Podstawowy skład emulsji asfaltowej zawiera od 40% do 75% bituminu, od 0,1% do 2,5% emulgatora i od 25% do 60% wody.
Celem zapobieżenia rozdzieleniu się cieczy stosuje się związek powierzchniowo czynny, tzw. emulgator. Cząstki rozproszonego asfaltu mają od 0,1 do 20 mikrometrów średnicy. Podczas produkcji otrzymują odpowiedni ładunek
elektryczny. Dzięki odpychającym siłom elektrostatycznym stabilność emulsji ulega znacznej poprawie, co umożliwia jej długotrwałe magazynowanie. Emulsje asfaltowe można podzielić ze względu na rodzaj fazy rozpraszanej i rozpraszającej, zawartość asfaltu, szybkość rozpadu, rodzaj lepiszcza i dodatków.
Ze względu na bardzo dobre
właściwości przyczepności do kruszyw, praktyczne zastosowanie w drogownictwie mają emulsje kationowe. Wytwarzanie emulsji asfaltowej jest procesem polegającym na rozdrobnieniu asfaltu w fazie wodnej w postaci małych cząstek. Zamierzony efekt uzyskuje się dzięki włożeniu dużej energii mechanicznej przy jednoczesnym zastosowaniu emulgatora. Emulgator spełnia w emulsji asfaltowej trzy podstawowe funkcje:
Stosując emulsje asfaltowe następuje ich rozpad z rozdzieleniem na fazę asfaltową i wodną. Emulsje asfaltowe zaczynają wówczas pełnić właściwą rolę lepiszcza, a wydzielona z rozpadu emulsji woda odparowuje z mieszanki mineralno-asfaltowej, bądź ze skropionego emulsją podłoża.
Istnieje wiele rodzajów technologii emulsyjnych. Najstarszym i najprostszym sposobem jest wykonanie skropienia nawierzchni emulsją asfaltową i posypanie jej odpowiednim grysem. Zmechanizowanie tych prac uzyskano
poprzez wprowadzenie remonterów, czyli urządzeń zaopatrzonych w dwukomorowy zasobnik kruszywa, zbiornik na emulsję, sprężarkę powietrza, system podgrzewania emulsji i kruszywa oraz wysięgnik.
Naprawę wykonuje się, oczyszczając miejsce uszkodzenia sprężonym powietrzem, skrapiając je emulsją pod ciśnieniem, wprowadzając grys otoczony emulsją i posypując miejsca naprawy suchym grysem. Zaletą takiej technologii jest bardzo dobra jakość naprawy wykonanej otoczonym grysem, wysoka wydajność i oszczędność materiałów oraz natychmiastowa gotowość sprzętu do pracy i jego duża mobilność.
Drugim rodzajem technologii emulsyjnych jest powierzchniowe utrwalanie dróg, którego celem jest powstanie szorstkiej warstwy ścieralnej, uszczelnienie nawierzchni i powstrzymanie jej destrukcji oraz poprawienie estetyki drogi i uzyskanie jednolitego wyglądu nawierzchni. Proces ten realizuje się poprzez skropienie uszorstnionej powierzchni emulsją asfaltową, posypanie kruszywem i wałowanie. Wykonana w ten sposób nawierzchnia może być jedno-, dwu- lub trójwarstwowa.
Nawierzchnia jednowarstwowa jest szybką i ekonomiczną metodą konserwacji, odnowy i uszorstnienia. Najlepsze efekty uzyskuje się z zastosowaniem szybkorozpadowej emulsji kationowej i grysów frakcji 5-8 mm otrzymanych z twardych skał. Nawierzchnia dwuwarstwowa stosowana jest na drogach o znacznie większym obciążeniu ruchem.
Technologia wykonania rozbudowana jest o wykonanie na pierwszej warstwie warstwy dodatkowej z drobniejszego kruszywa, po wcześniejszym ponownym skropieniu odpowiednią ilością emulsji. Nawierzchnia trójwarstwowa jest metodą podobną do pozostałych, z tym, że warstwę spodnią wykonuje się z grubszego kruszywa, natomiast do pozostałych dwóch warstw używa się mniejszej ilości drobnego kruszywa niż w metodzie dwuwarstwowej.
Ostatnim opisanym tutaj rodzajem technologii emulsyjnej jest zabieg wykonania „cienkich warstw asfaltowych na zimno”. Ogólna nazwa tej technologii wywodzi się z terminologii angielskiej slurry surfacing. Mieszanka jest wytwarzana i wbudowywana na miejscu. Proces wytwarzania cienkiej warstwy na zimno jest skomplikowany. W trakcie mieszania składników zachodzą różnorodne reakcje chemiczne i fizyko-chemiczne rozpadu emulsji i powstania cienkiej warstwy asfaltowej o dobrej adhezji, kohezji oraz szorstkości. Cienkie warstwy asfaltowe na zimno stosowane są w pracach utrzymaniowych, przy rekonstrukcji oraz przy budowie nowych dróg.
Zastosowanie tej technologii pozwala na ulepszenie tekstury i poprawę szorstkości, poprawę równości i wypełnienie kolein oraz uszczelnienie lekko spękanych powierzchni, a w przypadku nowych dróg – wykonanie tzw. warstwy ścieralnej. Cienkie warstwy na zimno mogą być układane na wszelkiego rodzaju nawierzchniach, zarówno podatnych, jak i sztywnych. Minimalna grubość stosowana w praktyce wynosi około 1 cm. Osobną grupą wyrobów wykorzystywaną do drobnych robót nawierzchniowych, wymagającą omówienia, są mieszanki mineralno-asfaltowe na zimno. Mieszanki z emulsją asfaltową służą do uzupełniania ubytków uszkodzonych nawierzchni lub usuwania skutków przekopów.
Mieszanka jest szczelnie pakowana, co pozwala na jej długotrwale składowanie. Specjalnie dobrany skład gwarantuje
natomiast odpowiednie zachowanie się mieszanki w trakcie wbudowania. Po nałożeniu warstwy o grubości ok. 5 cm należy mieszankę ubić. Z każdym następnym nałożeniem kolejne warstwy ponownie trzeba ubić. Po zapełnieniu całego wgłębienia powierzchni wystarczy ją wyrównać i zagęścić wibratorem powierzchniowym.
Drogownictwo jest branżą interdyscyplinarną, w której zaawansowana wiedza z zakresu budownictwa, fizykochemii, materiałoznawstwa i innych nauk wymusza współpracę co najmniej kilku sektorów. Przykładowo w firmie Flukar realizowane jest przedsięwzięcie, którego podstawowym celem jest demonstracja innowacyjnej technologii wytwarzania emulsji asfaltowych modyfikowanych nanostrukturami z polimerów odpadowych, charakteryzujących
się lepszymi parametrami wytrzymałościowo-szczepnymi w stosunku do obecnie stosowanych w drogownictwie.
Zaproponowane rozwiązania zakładają współdziałanie czterech węzłów technologicznych: produkcji asfaltu zmodyfikowanego, produkcji nanowłókien, upłynniania, oczyszczania i modyfikacji polimerów odpadowych
oraz produkcji emulsji.
Wprowadzenie nanowłókien polimerowych do końcowego etapu produkcji emulsji asfaltowej winno przyczynić się do wzrostu odporności niskotemperaturowej, która jest jedną z głównych przyczyn odspojenia
głównych warstw nawierzchni drogowej oraz do poprawy właściwości mechaniczno-sprężystych w kierunku wzdłużnym i poprzecznym.
Przewiduje się, że w wyniku wdrożenia nowego sposobu wytwarzania
emulsji asfaltowej modyfikowanej recyklatem polimerowym i nanonapełniaczami mineralnymi (montmorylonit MMT i nanokrzemionka) nastąpi wydłużenie cyklu życia nawierzchni asfaltowej i poprawa bezpieczeństwa
ruchu drogowego.
Cały artykuł można pobrać tutaj.