Applicazione di tensioattivi in ​​l'ingegneria stradale

I tensioattivi (cunnisciuti ancu cum'è sustanzi tensioattivi) sò ausiliari chimichi indispensabili in u sviluppu di l'industria è di l'agricultura, cù u vantaghju di ottene risultati significativi cù piccule dosi. Soprattuttu dopu à a Siconda Guerra Mundiale, cù u sviluppu di l'industria petrochimica, l'industria di i tensioattivi sintetici in rapida crescita hà prumuvutu ulteriormente l'applicazione di tensioattivi in ​​vari campi, cum'è u petroliu, i tessili, i pesticidi, i trattamenti medichi, a metallurgia, l'estrazione mineraria, i macchinari, a custruzzione, e strade, l'aviazione, l'alimentazione, a prutezzione ambientale, u lavaggio è a tintura, ecc. Questu articulu si concentrerà nantu à l'introduzione di l'applicazione di tensioattivi cum'è emulsionanti d'asfaltu in l'ingegneria stradale.

1. Definizione diTensioattivi

A ghjente hà scupertu in a pratica di pruduzzione à longu andà chì e suluzioni di certe sustanze ponu alterà significativamente e proprietà superficiali di i solventi ancu à cuncentrazioni assai basse, rendenduli adatti per certi requisiti di pruduzzione, cum'è a riduzione di a tensione superficiale o di a tensione interfacciale di u solvente, l'aumentu di a bagnabilità, a detergenza, e proprietà emulsionanti è schiumogene, ecc. U sapone, chì hè spessu adupratu in a vita quotidiana, hè una di queste sustanze. Una caratteristica notevule di sustanze cum'è u sapone hè chì aghjunghje una piccula quantità à l'acqua pò riduce assai a tensione superficiale di l'acqua.

Cù l'avanzamentu di a scienza è di a tecnulugia è u sviluppu di a pruduzzione, a ghjente hà realizatu ricerche approfondite nantu à e proprietà è e funzioni di tali sustanze è hà datu una definizione relativamente precisa di tensioattivi. Vale à dì, un tensioattivu hè una sustanza chimica chì pò riduce significativamente a tensione superficiale (o tensione interfacciale liquidu-liquidu) di un solvente (di solitu acqua) à concentrazioni assai basse, cambià u statu superficiale di u sistema, producendu cusì una seria d'effetti cum'è bagnabilità è anti-bagnabilità, emulsificazione è demulsificazione, dispersione è coagulazione, schiumatura è antischiuma, è solubilizazione.

2. Caratteristiche strutturali di i tensioattivi

E molecule tensioattive sò custituite da duie parti cù proprietà cumpletamente diverse: una parte hè u gruppu lipofilicu (cunnisciutu ancu cum'è gruppu idrofobicu) chì hà una affinità per l'oliu, è l'altra parte hè u gruppu idrofilicu (cunnisciutu ancu cum'è gruppu oleofobicu) chì hà una affinità per l'acqua. Sta caratteristica strutturale di i tensioattivi face chì, quandu si dissolvenu in acqua, i gruppi idrofilichi sianu attratti da e molecule d'acqua, mentre chì i gruppi lipofilichi sò respinti da e molecule d'acqua. Per superà stu statu instabile, devenu occupà a superficia di u liquidu, cù i gruppi lipofilichi chì si estendenu in l'atmosfera è i gruppi idrofilichi chì si estendenu in l'acqua.

Ancu s'è a caratteristica strutturale di e molecule tensioattive hè ch'elle sò molecule anfifiliche, micca tutte e molecule anfifiliche sò tensioattivi. Solu e sustanze anfifiliche cù una parte lipofila abbastanza longa sò tensioattivi.

Per esempiu, in a serie di sali di sodiu di l'acidi grassi, i cumposti cù un picculu numeru di atomi di carboniu (cum'è u formiatu di sodiu, l'acetatu di sodiu, u propionatu di sodiu, u butirratu di sodiu, ecc.) anu tutti gruppi lipofili è idrofili è pussedenu attività superficiale, ma ùn funzionanu micca cum'è sapone è dunque ùn ponu esse chjamati tensioattivi. Solu quandu u numeru di atomi di carboniu aumenta finu à un certu puntu, l'acidi grassi di sodiu mostranu una attività superficiale evidente è pussedenu e proprietà generali di u sapone. A maiò parte di l'olii è i grassi naturali animali è vegetali sò esteri di acidi grassi chì cuntenenu da 10 à 18 atomi di carboniu. Se questi acidi sò cumminati cù un gruppu idrofilu, diventeranu tensioattivi cù un certu gradu di lipofilia è idrofilia, è anu una bona solubilità.

3. Applicazione di tensioattivi inIngegneria Stradale

3.1.Tensioattivi èemulsionanti d'asfaltu

L'emulsionante d'asfaltu hè un tipu di tensioattivu. L'emulsionanti è i detergenti spartenu proprietà cum'è l'adsorbitività, l'orientazione, a capacità di furmà ioni colloidali è a capacità di riduce a tensione interfacciale. Tuttavia, cum'è emulsionante, deve ancu avè proprietà di furmazione di film. In particulare per l'emulsionanti d'asfaltu, anu bisognu di avè alcani cù una catena di carbone adatta per emulsionà megliu cù l'asfaltu.

3.2.Classificazione di l'emulsionanti d'asfaltu

L'emulsionanti sò classificati in tipi ionici è non ionici secondu chì i gruppi idrofili di e molecule emulsionanti portanu cariche quandu l'emulsionanti sò dissolti in acqua. L'emulsionanti ionici sò ancu divisi in tipi ionici cationici, anionici è anfoteri per via di e differenze in e cariche purtate da i so gruppi idrofili dopu a ionizazione in acqua.

E materie prime di l'emulsionante d'asfaltu anionicu sò economiche è facilmente dispunibili, è u prucessu di pruduzzione hè simplice. Dunque, u primu asfaltu emulsionatu pruduttu era l'asfaltu emulsionatu anionicu, chì hè generalmente di tipu à presa media, è ci sò ancu alcuni tipi à presa lenta. Pò esse adupratu per a sigillatura di fanghi, a penetrazione, u trattamentu di a superficia, ecc. Ancu s'è l'emulsionanti anionici anu vantaghji di prezzu, anu un grande impattu nantu à e proprietà originali di l'asfaltu, è parechji prublemi si verificanu durante u prucessu di custruzzione. Dunque, quandu si applicanu, hè necessariu cunsiderà l'effetti cumpleti di u costu, l'effettu di a custruzzione è a qualità di a custruzzione.

Cemulsionante aziunicuaAncu s'ellu si hè sviluppatu relativamente tardi, a pratica hà dimustratu ch'ellu hà una megliu adesione à diversi materiali minerali, cù una velocità di furmazione rapida, una resistenza iniziale elevata è un dosaggio bassu. Ùn solu dà ghjocu à i vantaghji di l'emulsionanti anionici, ma cumpensa ancu i so difetti, attirendu cusì molta attenzione dapoi u so sviluppu. L'emulsionanti cationici di l'asfaltu anu una larga varietà di tippi è diversi metudi di classificazione. Di solitu sò classificati secondu e so strutture chimiche, è quelli cumuni includenu principalmente alchilamine, sali di ferru quaternari, ligninamine, imidazoline, ecc.

E molecule emulsionanti zwitterioniche cuntenenu gruppi acidi è basi, è formanu facilmente "sali interni". Una caratteristica di e soluzioni acquose di emulsionanti zwitterioniche hè chì a so carica elettrica cambia cù e variazioni di u valore di pH. Anu una forte capacità di dispersione di calciu in acqua dura è una bona compatibilità cù altri tipi di emulsionanti, ma u so prezzu hè relativamente altu.

A maiò parte di l'emulsionanti non ionichi sò ottenuti da a reazione di l'ossidu d'etilene cù cumposti chì cuntenenu idrogenu attivu (cum'è fenoli, alcooli, acidi carbossilici, amine, ecc.). A so attività hè ligata micca solu à i gruppi alchilici idrofobichi, ma ancu à a lunghezza di e catene di poliossietilene. Possedenu una alta attività superficiale, stabilità è una bona capacità emulsionante, mostranu una bona compatibilità cù altri emulsionanti è i so additivi, è anu un certu effettu chelante nantu à l'ioni metallichi. A so attività hè indipendente da u valore di pH di a suluzione, è l'emulsione furmata à a Temperatura d'Inversione di Fase (PIT) hè a più stabile.

3.3.U principiu di funziunamentu di l'emulsionanti d'asfaltu

Quandu a cuncentrazione di l'emulsionante hè estremamente bassa, ci sò assai poche molecule emulsionanti. À l'interfaccia trà l'aria è l'acqua, hè impussibile chì un gran numeru di molecule emulsionanti s'accumulinu. In superficia, hè guasi sempre in cuntattu direttu cù l'aria è l'acqua, è a tensione superficiale ferma guasi invariata, sempre vicina à a tensione superficiale di l'acqua pura.

Quandu a cuncentrazione di l'emulsionante aumenta in modu apprupriatu, e molecule di l'emulsionante si riuniscenu rapidamente nantu à a superficia di l'acqua, riducendu l'area di cuntattu trà l'aria è l'acqua, pruvucendu cusì una rapida calata di a tensione superficiale.

Quandu a cuncentrazione di l'emulsionante aumenta ulteriormente è righjunghje un certu valore, un gran numeru di molecule emulsionanti s'accumulanu nantu à a superficia di a suluzione acquosa, furmendu un filmu monomoleculare chì ricopre a superficia di a suluzione, chì isola cumpletamente a suluzione acquosa da l'aria è stabilizza a tensione superficiale. Se a cuncentrazione di l'emulsionante hè ligeramente aumentata ulteriormente, e molecule emulsionanti ùn si ponu più accumulà nantu à a superficia di l'acqua, ma invece si autoassemblanu in micelle o aggregati micellari cù i gruppi lipofili puntati versu l'internu è i gruppi idrofili puntati versu l'esternu. A cuncentrazione minima à a quale e micelle o l'aggregati micellari stanu per cumincià à furmà si hè generalmente chjamata Cuncentrazione Micellare Critica (CMC).

Dopu avè righjuntu a cuncentrazione critica di micelle, se a cuncentrazione di l'emulsionante cuntinueghja à cresce, a tensione superficiale ùn diminuirà più. Siccomu un filmu monomoleculare hè digià furmatu nantu à a superficia, e molecule di l'emulsionante tendenu à fundesi è à avvicinassi, cuntinuendu à aggregà si in micelle, pruvucendu cusì un aumentu cuntinuu di u numeru di micelle in l'emulsione.

L'emulsificazione di l'asfaltu hè un aspettu impurtante di l'azione emulsionante. Dopu avè aghjuntu un emulsionante à una suluzione oliu-acqua, i dui gruppi di l'emulsionante si disponenu in modu direzionale, cunnettendu e duie interfacce di oliu è acqua, impedendu cusì ch'elli si respinghjinu l'unu l'altru. Dopu avè mischiatu è dispersu, l'asfaltu pò disperse stabilmente in acqua in forma di particelle fini.

Cunclusione

Pigliendu cum'è esempiu l'emulsionanti d'asfaltu, questu articulu furnisce una introduzione cumpleta è un'analisi di e caratteristiche strutturali, i principii di funziunamentu è u statutu d'applicazione di i tensioattivi. I tensioattivi ponu riduce efficacemente a tensione superficiale di l'acqua, adsorbe fortemente e molecule di tensioattivi nantu à varie altre interfacce, è spessu anu un certu gradu d'adsorbimentu direzionale. Hè questu adsorbimentu direzionale chì permette à i tensioattivi d'avè parechje funzioni cum'è l'emulsificazione, a demulsificazione, a schiumatura, a dispersione, a coagulazione è a bagnatura. L'emulsionanti d'asfaltu funzionanu utilizendu l'effettu emulsionante di i tensioattivi. Sia da a perspettiva di a prestazione ecunomica sia da a prutezzione ambientale, a custruzzione à fretu hè destinata à esse una tendenza impurtante in u sviluppu di l'ingegneria autostradale in u XXI seculu, è l'emulsionanti sò u core di sta tecnulugia. A ricerca è u miglioramentu di e prestazioni di l'emulsionanti avaranu sicuramente un impattu prufondu nantu à a custruzzione à fretu.