Virsmaktīvās vielas asfalta seguma būvniecībā

Virsmaktīvām vielām ir plašs pielietojums asfalta seguma būvniecībā, galvenokārt ietverot šādus aspektus:

1. Kā siltas maisījuma piedevas

(1) Darbības mehānisms

Siltās maisījuma piedevas ir virsmaktīvās vielas veids (piemēram, APTL tipa siltās maisījuma piedevas), kas molekulārajā struktūrā sastāv no lipofilām un hidrofilām grupām. Asfalta maisījumu maisīšanas laikā siltās maisījuma piedevas tiek iesmidzinātas maisīšanas traukā sinhroni ar asfaltu. Mehāniskas maisīšanas laikā lipofilās grupas saistās ar asfaltu, savukārt atlikušās ūdens molekulas apvienojas ar hidrofilām grupām, veidojot strukturālu ūdens plēvi starp ar asfaltu pārklātiem agregātiem. Šī ūdens plēve darbojas kā smērviela, uzlabojot maisījuma iestrādājamību maisīšanas laikā. Ieklāšanas un blīvēšanas laikā strukturālā ūdens plēve turpina nodrošināt eļļošanu, palielinot ieklāšanas ātrumu un atvieglojot maisījuma blīvēšanu. Pēc blīvēšanas pabeigšanas ūdens molekulas pakāpeniski iztvaiko, un virsmaktīvā viela migrē uz asfalta un agregātu saskarni, stiprinot saķeri starp agregātiem un asfalta saistvielu.

(2) Priekšrocības

Siltās maisījuma piedevas var samazināt maisīšanas, bruģēšanas un blīvēšanas temperatūru par 30–60 °C, pagarinot būvniecības sezonu līdz videi virs 0 °C. Tās samazina CO₂ emisijas par aptuveni 50 % un toksisko gāzu emisijas (piemēram, asfalta izgarojumus) par vairāk nekā 80 %. Turklāt tās novērš asfalta novecošanos, nodrošina blīvēšanas kvalitāti un būvniecības veiktspēju, kā arī pagarina asfalta segumu kalpošanas laiku. Turklāt silto maisījuma piedevu izmantošana var palielināt maisīšanas iekārtu ražību par 20–25 % un palielināt bruģēšanas/blīvēšanas ātrumu par 10–20 %, tādējādi uzlabojot būvniecības efektivitāti un saīsinot būvniecības laiku.

2. Kā asfalta emulgatori

(1) Klasifikācija un raksturojums

Asfalta emulgatori ir virsmaktīvās vielas, kas pēc jonu īpašībām tiek klasificētas katjonu, anjonu, nejonu un amfotēru tipos. Katjonu asfalta emulgatori adsorbējas uz negatīvi lādētiem agregātiem, izmantojot pozitīvus lādiņus, nodrošinot spēcīgu saķeri, padarot tos īpaši piemērotus mitriem un lietainiem reģioniem. Anjonu emulgatori, lai arī lēti, tiem ir slikta ūdensizturība un tie pakāpeniski tiek aizstāti. Nejonu un amfotēru emulgatori atbilst īpašu vides apstākļu prasībām. Klasificēti pēc deemulsifikācijas ātruma, tie ietver lēnas cietēšanas (izmanto dūņu blīvēšanai un aukstai pārstrādei), vidēji cietējošus (līdzsvarojot atvēršanās laiku un sacietēšanas ātrumu) un ātri cietējošus (izmanto virsmas apstrādei, lai nodrošinātu ātru sacietēšanu un satiksmes atvēršanu) tipus.

(2) Lietojumprogrammas scenāriji

Asfalta emulgatori nodrošina aukstās sajaukšanas un aukstās bruģēšanas procesus, kas novērš nepieciešamību pēc asfalta sildīšanas, samazinot enerģijas patēriņu par vairāk nekā 30 %, kas ir ievērojama priekšrocība attālos kalnu apgabalos vai ātros pilsētu ceļu remontdarbos. Tos izmanto arī profilaktiskai apkopei (piemēram, dubļu blīvēšanai), lai atjaunotu novecojušus segumus un pagarinātu to kalpošanas laiku par 5–8 gadiem. Turklāt tie atbalsta auksto pārstrādi uz vietas, panākot 100 % vecu asfalta seguma materiālu pārstrādi un samazinot izmaksas par 20 %.

3. Atšķeltā asfalta un tā maisījumu iestrādājamības uzlabošana

(1) Ietekme

Virsmaktīvās vielas, kas formulētas, sajaucot smagās eļļas viskozitātes reducētājus (AMS) ar Span80, pievienojot tās asfalta pulverim, ievērojami samazina virsmas spraigumu asfalta un agregātu saskarnē un pazemina asfalta pulveri. Tas nodrošina optimālu maisījuma sajaukšanas veiktspēju, vienlaikus samazinot dīzeļdegvielas devu. Salikto virsmaktīvo vielu pievienošana uzlabo asfalta izlīdzināmību uz agregātu virsmām, samazina pretestību ieklāšanas laikā un palielina asfalta maisījumu galīgo sablīvēšanās pakāpi, uzlabojot sajaukšanas vienmērīgumu un ieklāšanas/blīvēšanas veiktspēju.

(2) Mehānisms

Saliktās virsmaktīvās vielas maina šķidrā un cietā materiāla saskarnes spriegumu starp asfaltu un agregātiem, ļaujot asfalta maisījumiem saglabāt labvēlīgas konstrukcijas īpašības pat ar samazinātu atšķaidītāja devu. Pie virsmaktīvās vielas devas 1,0–1,5% apmērā atšķaidītā asfalta maisījumu seguma un blietēšanas īpašību uzlabojums ir līdzvērtīgs 4–6% dīzeļdegvielas atšķaidītāja pievienošanai, ļaujot maisījumam sasniegt tādu pašu maisīšanas vienmērīgumu un blietēšanas apstrādājamību.

4. Asfalta segumu aukstajai pārstrādei

(1) Pārstrādes mehānisms

Aukstās pārstrādes asfalta emulgatori ir virsmaktīvās vielas, kas ķīmiskas darbības rezultātā izkliedē asfaltu mikrodaļiņās un stabilizē tās ūdenī, un to galvenā funkcija ir nodrošināt asfalta konstrukciju apkārtējās vides temperatūrā. Emulgatoru molekulas veido orientētu adsorbcijas slāni asfalta un agregāta saskarnē, kas pretojas ūdens erozijai — īpaši efektīvi skābiem agregātiem. Tikmēr vieglās eļļas komponenti emulģētajā asfaltā iekļūst novecojušā asfaltā, daļēji atjaunojot tā elastību un palielinot atgūto materiālu pārstrādes ātrumu.

(2) Priekšrocības

Aukstās pārstrādes tehnoloģija ļauj veikt sajaukšanu un būvniecību apkārtējās vides temperatūrā, samazinot enerģijas patēriņu par 50–70 % salīdzinājumā ar karsto pārstrādi un samazinot siltumnīcefekta gāzu emisijas. Tā atbilst resursu pārstrādes un ilgtspējīgas attīstības prasībām.