Aszfaltemulzió: Fogalom, Kémia, Típusok és Alkalmazások az Útépítésben

Az aszfaltemulzió fogalma és kémiája

Az aszfaltemulzió (más néven bitumenemulzió) mikroszkopikus aszfaltkötőanyag-cseppek kolloid diszperziója egy folytonos vízfázisban, amelyet kémiai felületaktív anyagok, úgynevezett emulgeálószerek vagy tenzidek stabilizálnak. Ellentétben a forró aszfaltcementtel, amelyet felhordás előtt 300–350 °F (150–175 °C) hőmérsékletre kell hevíteni, az aszfaltemulzió 50 °F és 160 °F (10 °C és 70 °C) közötti környezeti hőmérsékleten is felhordható, ami alapvetően eltérő kötőanyag-szállítási rendszert jelent az útépítés és -karbantartás számára.

Az emulziós rendszer kémiailag olaj a vízben (O/V) típusú, ahol az aszfalt képezi a diszpergált olajfázist, a víz pedig a folytonos fázist. A szabványos burkolati minőségű emulziók 40–75 tömeg% aszfaltkötőanyagot, 0,1–2,5% emulgeálószert, 25–60% vizet, valamint kisebb adalékanyagokat, például stabilizátorokat, latex polimereket vagy fagyásgátló szereket tartalmaznak. Az aszfaltcseppek átmérője 0,1–20 mikron, a legtöbb kereskedelmi emulzió átlagos cseppmérete 5–15 mikron között van. Az aszfaltemulzió megjelenése a vékony, barna, tejre emlékeztető folyadéktól a sűrű, sötétbarna pasztáig terjed, amely a tejszínhez hasonlít, az aszfalttartalomtól, a cseppméret-eloszlástól és az emulgeálószer kémiájától függően.

Az emulzióképzést lehetővé tevő alapvető kémia az aszfalt és a víz közötti határfelületi feszültség csökkentésén alapul, mivel ezek természetüknél fogva nem elegyednek. Az emulgeálószer-molekulák kettős szerkezettel rendelkeznek: egy hidrofil (vízkedvelő) fejjel, amely a vízfázisban oldódik, és egy hidrofób (víztaszító) farokkal, amely az aszfaltofázisban oldódik. Amikor az emulgeálószert a forró aszfalt-víz keverékhez adják, amely nagy nyíróerejű keverésnek van kitéve egy kolloid malomban, a molekulák az aszfalt-víz határfelületén rendeződnek el, a hidrofób farok az aszfaltcseppekbe ágyazódva, a hidrofil fejek pedig a vízfázisba nyúlva. Ez a molekuláris elrendezés egy stabilizáló réteget hoz létre az egyes cseppek körül, amely két mechanizmus révén akadályozza meg az összeolvadást: elektrosztatikus taszítás (az azonos töltésű cseppek taszítják egymást) és sztérikus stabilizáció (az emulgeálószer-réteg fizikailag megakadályozza a cseppek érintkezését).

A kolloid malom az aszfaltemulzió gyártásának központi berendezése. Egy nagy sebességű rotorból (jellemzően 3000–6000 fordulat/perc) áll, amely egy szűk résű állórészben forog, 0,005–0,030 hüvelyk (0,13–0,76 mm) közötti rést képezve. A forró aszfaltot (jellemzően 250–350 °F / 120–175 °C) és a felmelegített emulgeálószer-víz oldatot (“szappanoldat” 100–160 °F / 40–70 °C hőmérsékleten) egyidejűleg adagolják a kolloid malomba, ahol az intenzív mechanikai nyíróerők az aszfaltot mikron méretű cseppekre törik, amelyek azonnal bevonódnak emulgeálószer-molekulákkal. A keletkező emulziót ezután lehűtik és tárolótartályokba szállítják.

A csepptöltés az aszfaltemulziók egyik meghatározó jellemzője. Az emulgeálószer-molekulák vízben disszociálnak, így az aszfaltcsepp pozitív vagy negatív felületi töltést kap. Ez a töltés kritikus jelentőségű, mert meghatározza az emulzió kompatibilitását a különböző zúzaléktípusokkal. Az aszfaltemulziókat a csepptöltés alapján három kategóriába sorolják: kationos (pozitív töltés), anionos (negatív töltés) és nemionos (nincs töltés). A mai útépítésben használt emulziók túlnyomó többsége kationos, az anionos típusokat speciális alkalmazásokhoz és bizonyos földrajzi régiókban használják, ahol meghatározott zúzalékásványtan jellemző.

A vizes fázis pH-ja közvetlenül szabályozza az emulgeálószer kémiáját és az emulzió stabilitását. A kationos emulziók aminalapú emulgeálószereket használnak, amelyek savas vizes fázist igényelnek (pH 2–6), amelyet jellemzően sósav (HCl) hozzáadásával érnek el a szappanoldathoz. Az anionos emulziók zsírsav- vagy szappanalapú emulgeálószereket használnak, amelyek lúgos vizes fázist igényelnek (pH 10–12), amelyet nátrium-hidroxid (NaOH) vagy kálium-hidroxid (KOH) hozzáadásával érnek el. A pH-érték befolyásolja az emulgeálószer ionizációjának mértékét, ami hatással van a csepptöltés sűrűségére, az emulzió stabilitására és a bomlási jellemzőkre.

A szemcseméret-eloszlás az emulziócseppek egyik legfontosabb fizikai paramétere, amely befolyásolja az emulzió tulajdonságait. A széles vagy bimodális szemcseméret-eloszlás csökkenti az emulzió viszkozitását azonos aszfalttartalom mellett, ami előnyös a permetezéses alkalmazásokhoz. A kisebb átlagos cseppméret (5 mikron alatt) javítja a tárolási stabilitást, a bevonóképességet és a porózus felületekbe való behatolást, de növeli az emulzió viszkozitását és a gyártás nehézségét. A nagyobb cseppméret (15 mikron felett) csökkenti a stabilitást és gyorsítja az ülepedést. A modern emulziógyártási technológia lehetővé teszi a szemcseméret pontos szabályozását a kolloid malom résének, a rotor fordulatszámának, az emulgeálószer koncentrációjának, a hőmérsékletnek és az adagolási sebességnek a beállításával.

Az emulzió kötési sebesség szerinti osztályozása

Az aszfaltemulziókat a kötési sebesség szerint osztályozzák, amely leírja, hogy az emulzió milyen gyorsan válik szét (bomlik) és fejleszt kohéziós szilárdságot. A kötési sebesség meghatározza a felhasználási időablakot: a gyorskötésű emulziók gyorsan bomlanak és kötnek, de minimális keverési időt tesznek lehetővé, míg a lassúkötésű emulziók hosszabb bedolgozhatóságot biztosítanak, de tovább tart, amíg szilárdságot nyernek. Az ASTM D977, AASHTO M140 és AASHTO M208 szabványok által meghatározott osztályozási rendszer négy fő kötési kategóriát tartalmaz:

A gyorskötésű (RS és CRS) emulziókat úgy tervezték, hogy a zúzalékkal való érintkezéskor szinte azonnal, jellemzően másodperceken belül néhány perc alatt bomljanak. Ezek rendelkeznek a legnagyobb emulgeálószer-reaktivitással, és a stabilitáshoz szükséges minimális emulgeálószer-mennyiséggel készülnek. A gyorskötésű emulziók az emulzió tömegére vonatkoztatva körülbelül 0,1–0,3% emulgeálószert tartalmaznak. Az alacsony emulgeálószer-tartalom miatt a kémiai egyensúly könnyen megbomlik, ami azonnali cseppösszeolvadást okoz. A CRS-1 (alacsony viszkozitású) és a CRS-2 (magas viszkozitású) a szabványos kationos gyorskötésű minőségek. A CRS-2 viszkozitása 77 °F (25 °C) hőmérsékleten jellemzően 100–400 Saybolt Furol másodperc (SFS) között van, míg a CRS-1 esetében ez alacsonyabb, jellemzően 20–100 SFS. A gyorskötésű emulziókat zúzalékzáróhézagokhoz, felületkezelésekhez, tapadórétegekhez és homokzáróhézagokhoz használják, ahol azonnali kötőanyag-zúzalék tapadás szükséges, és nincs szükség keverésre.

A közepeskötésű (MS és CMS) emulziók közepes reaktivitással rendelkeznek, a zúzalékkal való érintkezést követően néhány perctől 30 percig bomlanak. Több emulgeálószert tartalmaznak, mint a gyorskötésű minőségek, jellemzően 0,3–0,7%-ot, ami mérsékelt stabilitást biztosít. A CMS-2 a szabványos kationos közepeskötésű minőség. A hosszabb kötési idő korlátozott mechanikai keverést tesz lehetővé, így a közepeskötésű emulziók alkalmasak hideg aszfaltkeverék-javítóanyagokhoz, depóniakeverékekhez és néhány iszapos alkalmazáshoz. A CMS-2 viszkozitása 77 °F hőmérsékleten jellemzően 50–300 SFS között van. A közepeskötésű emulziók kompromisszumot jelentenek a bedolgozhatóság és a korai szilárdság elérése között.

A lassúkötésű (SS és CSS) emulziók a legstabilabbak kémiailag, úgy tervezték őket, hogy hosszabb ideig, 30 perctől több órán át vagy akár napokig ellenálljanak a bomlásnak. Ezek tartalmazzák a legtöbb emulgeálószert, jellemzően 0,7–2,5 tömeg%-ot az emulzióra vonatkoztatva, és gyakran tartalmaznak további stabilizátorokat, például cellulózsűrítőket vagy nemionos tenzideket. A CSS-1 (alacsony viszkozitású) és a CSS-1h (kemény alap, alacsony viszkozitású) a szabványos kationos lassúkötésű minőségek. Az SS-1, SS-1h, SS-1v (nagyon magas viszkozitású) az anionos megfelelők. A lassúkötésű emulziók viszkozitása 77 °F hőmérsékleten jellemzően 100 SFS alatt van (CSS-1), vagy akár 500+ SFS-ig is formulázható a CSS-1v esetében. Ezeket az emulziókat olyan alkalmazásokhoz tervezték, amelyek hosszabb keverési időt igényelnek: sűrű szemeloszlású hideg keverékek, iszapzáróhézagok, ködszigetelések, tapadórétegek (ahol a sűrű felületekbe való behatolás szükséges), alapozórétegek és porvédelem. A lassú bomlás lehetővé teszi, hogy az emulzió alaposan bevonja a finom zúzalékokat és behatoljon a porózus felületekbe a kötés előtt.

A gyorsított kötésű (QS vagy CQS) emulziók egy speciális alkategória, amelyet iszapzáróhézagok és mikroburkólati alkalmazásokhoz terveztek. Kémiai bomlást előidéző szereket tartalmaznak, amelyek a zúzalékkal való keverés során, a keverődob nyíróerőinek hatására szinte azonnali bomlást váltanak ki. A gyorsított kötésű emulziókat kifejezetten úgy formulázzák, hogy maga a keverési és elhelyezési folyamat során bomljanak, ne előtte vagy utána. A CQS-1h egy gyakori gyorsított kötésű minőség mikroburkólathoz. A kémia jellemzően lassúkötésű emulgeálószer és egy kémiai bontórendszer kombinációját tartalmazza (gyakran pH-változáson alapuló mechanizmus), amely a keverés során aktiválódik.

Az alábbi táblázat összefoglalja a szabványos emulzióminőségeket és azok fő jellemzőit:

Bomlási és érlelési mechanizmusok

A bomlás az emulzió alkotó fázisaira való szétválását jelenti – az aszfaltcseppek folyamatos filmmé olvadnak össze, miközben a víz különválik, és vagy eltávozik, vagy elpárolog. A bomlási folyamat a kritikus átmenet a folyékony emulziós állapotból a fél-szilárd aszfaltkötőanyag-filmbe a zúzalék felületén. A bomlási mechanizmus megértése elengedhetetlen a megfelelő emulzióminőség és felhordási technika kiválasztásához.

A bomlási folyamat három elsődleges mechanizmus révén megy végbe, amelyek önállóan vagy egyidejűleg is hatnak:

Kémiai bomlás a leggyakoribb mechanizmus a gyorskötésű és közepeskötésű emulziók esetében. Amikor az emulzió érintkezik a zúzalék felületével, az emulgeálószer elektrosztatikus töltése semlegesül a zúzalékrészecskék ellentétes töltése által. A legtöbb természetes zúzalék negatív felületi töltést hordoz. A kationos emulziócseppek (pozitív töltésűek) elektrosztatikusan vonzódnak a negatív töltésű zúzalékfelülethez, ami az emulgeálószer-molekulák zúzalékhoz való kötődését okozza. Ez a semlegesítés destabilizálja az emulziót, a védő emulgeálószer-réteg összeomlik, a vízfázis elveszíti stabilizáló funkcióját, és az aszfaltcseppek folyamatos bevonófilmmé olvadnak össze a zúzalékon. A kémiai bomlás sebessége függ a zúzalék felületi kémiájától, felületétől, nedvességtartalmától és az adott emulgeálószer-kémia reaktivitásától. A savas zúzalékok (kovásak, például gránit, kvarcit, kavics) jól reagálnak a kationos emulziókkal. A bázikus zúzalékok (mészkő, dolomit) jól reagálnak az anionos emulziókkal.

Párolgásos bomlás a lassúkötésű emulziók és vastagabb felhordások esetében a domináns mechanizmus. A víz elpárolog az emulzió felületéről, fokozatosan sűrítve az aszfaltcseppeket. Ahogy a vízfrakció körülbelül 40% alá csökken, a cseppek olyan szorosan egymáshoz préselődnek, hogy elkezdenek összeolvadni. Az emulgeálószer-réteg, amely már nem teljesen hidratált, kevésbé hatékony az összeolvadás megakadályozásában. Végül elegendő víz párolog el ahhoz, hogy az aszfaltcseppek folyamatos filmmé olvadjanak össze. A párolgási sebesség függ a hőmérséklettől (magasabb hőmérséklet gyorsítja a párolgást), a páratartalomtól (alacsony páratartalom gyorsítja a párolgást), a szél sebességétől, a rétegvastagságtól és az emulzió felhordási mennyiségétől. Kedvező körülmények között (85 °F / 30 °C, alacsony páratartalom, mérsékelt szél) egy zúzalékzáróhézag emulzió 30–60 percen belül bomolhat. Hűvös, párás körülmények között (50 °F / 10 °C, magas páratartalom) ugyanaz az emulzió 4–8 órát is igénybe vehet a bomláshoz.

Mechanikai bomlás akkor következik be, amikor az emulziót keverés, szivattyúzás, permetezés vagy tömörítés során nyíróerők érik. A mechanikai energia felszakítja az emulgeálószerrel stabilizált cseppeket, azonnali összeolvadást okozva. Ezt a mechanizmust szándékosan használják az iszapzáróhézagok és mikroburkólati keverődobokban, ahol a zúzalék, emulzió és víz nagy nyíróerejű keverése kiváltja a bomlást. Nem szándékosan is előfordulhat, amikor az emulziókat túlzottan szivattyúzzák vagy átkeringetik, ami idő előtti bomlást okozhat a tárolótartályokban. Az emulzió nyírásérzékenysége a viszkozitás, a szemcseméret és az emulgeálószer-koncentráció függvénye.

Az érlelés a bomlást követő folyamat, amely során a maradék víz teljesen eltávozik az aszfaltkötőanyag-filmből, és a kötőanyag visszanyeri teljes kohéziós szilárdságát. Míg a bomlás kedvező körülmények között percek alatt bekövetkezhet, az érlelés lényegesen tovább tart, mert az aszfaltkötőanyag-filmbe zárt víznek a felületre kell diffundálnia és el kell párolognia. Az érlelési folyamat három szakaszból áll:

1. szakasz (KeZdeti érlelés) a bomlást követő első 1–4 órában következik be. A nagy mennyiségű víz különvált és elpárolgott, de jelentős nedvesség maradt az aszfaltfilmben. A kötőanyag rendelkezik némi kohéziós szilárdsággal, de puha marad, és víz hatására újraemulgeálódhat. A felület sötétbarnától feketéig terjedő színű lehet, de még tapadósnak érződhet.

2. szakasz (Közbenső érlelés) 4 és 24 óra között következik be. Ahogy a belső nedvesség tovább párolog, az aszfaltkötőanyag fokozatosan visszanyeri eredeti reológiai tulajdonságait. A kötőanyag megkeményedik és kevésbé lesz érzékeny a vízkárosodásra. A felület kedvező körülmények között 4–8 óra elteltével általában elbírja a könnyű forgalmat.

3. szakasz (Végső érlelés) 24 órától 7 napig tart, a körülményektől függően. A kötőanyag eléri teljes tervezési szilárdságát és tulajdonságait. A maradék nedvességtartalom 0,5% alá csökken. A kötőanyag teljes mértékben kifejleszti kohéziós szilárdságát és tapadó kapcsolatát a zúzalékhoz. A hőmérséklet-érzékenység és a viszkoelasztikus tulajdonságok megközelítik az eredeti forró aszfalt tulajdonságait, amelyből az emulziót gyártották.

A bomlási és érlelési sebességet befolyásoló tényezők: környezeti hőmérséklet (a bomlás körülbelül 2×-esére gyorsul minden 18 °F / 10 °C hőmérséklet-emelkedésre), relatív páratartalom (a magas páratartalom jelentősen lassítja a párolgásalapú érlelést), szélsebesség (a mérsékelt szél gyorsítja a párolgást), napfény (a napsugárzás felmelegíti a burkolat felületét és gyorsítja az érlelést), zúzalék porozitása (a porózus zúzalékok vizet szívnak fel és gyorsítják az érlelést), zúzalék nedvessége (a nedves zúzalékok lassítják a bomlást), emulzió felhordási mennyisége (a vastagabb felhordások tovább bomlanak és érlelődnek), valamint emulzió minősége (a gyorskötésű minőségek gyorsabban bomlanak, de hasonló érlelési időt igényelhetnek).

Az emulzió felhordásához ajánlott minimális környezeti és burkolati hőmérséklet a legtöbb emulziótípus esetében jellemzően 50 °F (10 °C) és emelkedő. E hőmérséklet alatt a bomlási és érlelési sebességek gyakorlatilag lassúvá válnak, a vízfázis besűrűsödhet, és fennáll a víz megfagyásának veszélye a kötőanyag-filmben az érlelés előtt, ami maradandó károsodást okoz a kezelésben.

Emulzió kiválasztása útburkolati alkalmazás szerint

A megfelelő emulzióminőség kiválasztása egy adott alkalmazáshoz megköveteli az emulzió kötési sebességének, viszkozitásának és töltésének összehangolását az építési módszerrel, a zúzalék típusával, a várható időjárási körülményekkel és a forgalmi igényekkel. Az alábbi részletes útmutató a leggyakoribb útburkolati alkalmazásokat fedi le:

Tapadórétegek olyan emulziót igényelnek, amely egyenletes, vékony kötőanyag-réteget képez az útburkolati rétegek között anélkül, hogy nyomot hagyna (ráragadna a gumiabroncsokra), és anélkül, hogy túlzott mértékben felszívódna a meglévő felületbe. A CRS-2, CRS-2P (polimerrel módosított), CSS-1 és SS-1 a leggyakoribb tapadóréteg-emulziók. A CRS-2 akkor előnyös, ha gyors nyommentes időre van szükség (jellemzően 15–30 perc bomlási idő). A CSS-1 akkor előnyös, ha a meglévő felület sűrű, tömör, és mélyebb behatolást igényel a kapcsolat kialakításához. Az emulziót általában vízzel hígítják 1:1 és 2:1 arányban (emulzió : víz) a viszkozitás csökkentése érdekében az egyenletes permetezéshez. A tipikus maradék felhordási mennyiség 0,02–0,08 gallon/négyzetyard (0,09–0,36 L/m²) maradék aszfaltra vonatkoztatva. A hígított SS-1 vagy CSS-1 0,03–0,05 gal/yd² mennyiségben kiváló tapadási szilárdságot biztosít a HMA fedőrétegekhez.

Alapozórétegek kezeletlen szemcsés alaprétegekre kerülnek, hogy behatoljanak, megkös sék és vízszigeteljék a felületet a burkolás előtt. Az emulziónak alacsony viszkozitásúnak kell lennie, hogy behatoljon a szemcsés alapba. Lassúkötésű emulziókat (CSS-1, SS-1, SS-1h) használnak alapozórétegekhez, mert ezek biztosítják a szükséges behatolási időt. A tipikus felhordási mennyiség 0,20–0,60 gallon/négyzetyard (0,9–2,7 L/m²) hígítatlan emulzió, az alap porozitásától függően. Az emulziót gyakran 1:1 és 3:1 arányban hígítják vízzel az első felhordáshoz a behatolás javítása érdekében, majd ezt egy második, hígítatlan felhordás követi. Az érlelési idő a burkolás előtt jellemzően 24–72 óra.

Zúzalékzáróhézagok gyorskötésű emulziókat igényelnek, amelyek gyorsan bomlanak a zúzalékdarabkákkal való érintkezéskor, biztosítva az azonnali beágyazódást és megtartást. A CRS-2 és CRS-2P dominál a zúzalékzáróhézag-alkalmazásokban. Az emulziót 0,25–0,50 gallon/négyzetyard (1,1–2,3 L/m²) mennyiségben permetezik, amelyet azonnal követ a zúzalék szórása 15–30 lb/yd² (8–16 kg/m²) mennyiségben. Az emulziónak a zúzalék felhordását követő 5–30 percen belül bomlania kell, hogy lehetővé tegye a hengerlést zúzalékvesztés nélkül. A CRS-2P jelentősen javítja a zúzalék megtartását és tartósságát, 3–5 évről 5–8 évre növelve a zúzalékzáróhézag élettartamát. Magas lebegésű emulziókat (HFRS-2, HFMS-2) is használnak zúzalékzáróhézagokhoz egyes régiókban. A magas lebegésű emulziók gél szerkezetet tartalmaznak, amely vastagabb kötőanyag-filmet biztosít, csökkentve a zúzalék beágyazódását és javítva a kötőanyag megtartását a felületen.

Iszapzáróhézagok lassú vagy gyorsított kötésű emulziókat használnak, amelyeket úgy terveztek, hogy 2–5 percig keveredjenek finom zúzalékkal egy folyamatos áramlású keverődobban, mielőtt a bomlás megkezdődik, amint az anyagot elterítik a burkolaton. A CSS-1, CSS-1h és CQS-1h minőségeket használják a kívánt bomlási időtől függően. Az iszapzáróhézag-emulzió tartalma jellemzően a száraz zúzalék tömegének 10–15%-a. Az I. típusú (finom), II. típusú (közepes) és III. típusú (durva) iszapzáróhézag-osztályozások eltérő emulzió-reaktivitási szinteket igényelnek. Az emulziónak elegendő stabilitással kell rendelkeznie a keverési folyamat túléléséhez, de az elhelyezés után elég gyorsan kell bomlania ahhoz, hogy 1–4 órán belül fogadja a forgalmat.

Mikroburkólat egy polimerrel módosított iszaprendszer, amely kizárólag gyorsított kötésű kationos emulziókat (CQS-1h vagy egyedi polimerrel módosított CQS minőségeket) használ. Az emulzió polimert (jellemzően SBR latexet a kötőanyag tömegének 3–5%-ában) és speciális kémiai bomlásszabályozó adalékokat tartalmaz. A mikroburkólati emulziónak 5–15 másodperc keverési időre stabilnak kell maradnia a keverődobban, de az elhelyezés után 30–90 másodpercen belül bomlania kell. A gyors bomlás lehetővé teszi, hogy a mikroburkólat 15–30 percen belül fogadja a forgalmat. A mikroburkólati emulzió tartalma jellemzően a száraz zúzalék tömegének 11,5–13,5%-a. A nagyon szűk teljesítményablak az emulziókémia pontos hangolását igényli a helyi zúzalék, hőmérséklet és páratartalom függvényében.

Hideg aszfaltkeverék közepes vagy lassú kötésű emulziókat használ, amelyeket úgy terveztek, hogy bevonják a zúzalékokat és hosszabb ideig bedolgozhatók maradjanak. A CMS-2, CSS-1, MS-2 és SS-1 minőségeket használják hideg keverékekhez a zúzalék szemeloszlásától és a tárolási követelményektől függően. A hideg keverékeket javításokhoz, ideiglenes javításokhoz és kis forgalmú utak építéséhez használják. Az emulzió tartalma jellemzően a teljes keverék tömegének 5–8%-a. A nyílt szemeloszlású hideg keverékek CMS-2 vagy MS-2 használnak, míg a sűrű szemeloszlású keverékek CSS-1 vagy SS-1 használnak. A depóniakeverékek lassú kötésű emulziókat igényelnek hosszabb stabilitással (30–90 nap eltarthatóság). A hideg keverékek lassan nyerik el szilárdságukat az emulzió érlelődése során, 2–14 nap szükséges a teljes szerkezeti kapacitás eléréséhez.

Ködszigetelések hígított lassú kötésű emulziókat használnak, amelyeket könnyű permetként alkalmaznak az öregedett felületek megújítására, kisebb repedések tömítésére, a kavicsvesztés csökkentésére és a felület megjelenésének javítására. A CSS-1, SS-1 vagy SS-1h 1:1 és 5:1 arányban vízzel hígítva kerül felhordásra 0,05–0,15 gallon/négyzetyard (0,2–0,7 L/m²) mennyiségben hígított emulzióként. Az alacsony viszkozitás biztosítja, hogy az emulzió befolyjon a hajszálrepedésekbe és bevonja a felületet anélkül, hogy vastag filmet képezne. A ködszigeteléseket jellemzően parkolókban, kis forgalmú utakon és az új zúzalékzáróhézagok befejező kezeléseként használják.

Repedészárás speciálisan formulázott, nagy viszkozitású emulziókat használ, amelyeket úgy terveztek, hogy kitöltsék a repedéseket anélkül, hogy a szomszédos burkolatra folynának. Polimerrel módosított CRS-2 vagy speciális repedéskitöltő emulziókat (mind melegen, mind hidegen felhordottakat) használnak. A hidegen felhordott repedéstömítők esetében az emulziónak tixotrópnak kell lennie (nyugalomban gélszerű, de nyíró hatására folyékony), hogy a helyén maradjon a függőleges repedésfalakban. Az emulzió kitölti a repedést és megszilárdulva rugalmas tömítést képez, amely alkalmazkodik a hőmozgáshoz.

Aszfaltemulziók tárolása és kezelése

Az aszfaltemulzió egy metastabil kolloid rendszer, amely speciális tárolási és kezelési körülményeket igényel tulajdonságainak megőrzéséhez a felhasználás előtt. A nem megfelelő tárolás az emulzió meghibásodásának és a helyszíni veszteségnek az egyik leggyakoribb oka.

Tárolási hőmérséklet a legkritikusabb tárolási paraméter. Az aszfaltemulziót jellemzően 120–160 °F (50–70 °C) hőmérsékleten tárolják. A tárolási hőmérsékletet 185 °F (85 °C) alatt kell tartani, mert a magasabb hőmérséklet túlzott párolgást okoz, felgyorsítja az emulgeálószer kémiai lebomlását, és az emulzió idő előtti bomlását okozhatja a tartályban. A 40 °F (5 °C) alatti hőmérséklet jelentősen növeli a viszkozitást és megnehezíti a kezelést. A fagyás katasztrofális az emulziók számára – amikor a víz megfagy, a jégkristályok fizikailag felszakítják az emulgeálószerrel stabilizált cseppeket, ami visszafordíthatatlan bomlást okoz, amikor az emulzió felolvad. A megfagyott emulzió használhatatlan, és meg kell semmisíteni.

Tárolótartályok hengeresek legyenek, kúpos vagy lejtős aljzattal (minimum 45 fokos lejtés) a teljes leürítés és a leülepedett anyag eltávolításának megkönnyítése érdekében. A lapos fenekű tartályokban üledék halmozódik fel, amelyet nehéz eltávolítani, és szennyeződéshez vezet. A tartályokat fel kell szerelni: fűtőtekercsekkel (gőz vagy elektromos), amelyek képesek fenntartani a szükséges tárolási hőmérsékletet; hőmérséklet-figyelő és -szabályozó rendszerekkel; átkeringető szivattyúkkal az időszakos keveréshez; valamint nyomás/vákuum kiegyenlítő szelepekkel. A tartály méretét a fogyasztási sebességhez kell igazítani, hogy elkerüljük az emulzió eltarthatóságán túli tárolását.

Keverés és átkeringetés szükséges az aszfaltcseppek időbeli ülepedésének megakadályozásához. A magasabb aszfalttartalmú (65–70%) és nagyobb cseppméretű emulziók hajlamosabbak az ülepedésre. Az ajánlott átkeringetési gyakoriság lassúkötésű emulziók esetében 2–4 hetente, gyorskötésű emulziók esetében 1–2 hetente. Az átkeringető szivattyút alacsony nyírási sebességre kell méretezni (jellemzően centrifugálszivattyú, amely a maximális kapacitás 20–50%-án üzemel), mert a nagy nyírás mechanikai bomlást okozhat. Az átkeringetést alulról felfelé irányuló hurokban kell végezni a leülepedett anyag újrakeveréséhez.

Tárolási élettartam az emulzió minőségétől függően változik. A lassúkötésű emulziók jellemzően 60–90 nap eltarthatósággal rendelkeznek. A közepeskötésű emulziók 30–60 napig. A gyorskötésű emulziók 14–30 napig. A polimerrel módosított emulziók rendelkeznek a legrövidebb eltarthatósággal, jellemzően 14–30 napig, mert a polimer komponens különválhat. A tárolási élettartam meghosszabbítható a megfelelő hőmérséklet fenntartásával, időszakos keveréssel, valamint az emulzió szennyeződéstől és párolgástól való védelmével.

Szennyeződés megelőzése kritikus fontosságú. Még kis mennyiségű szennyeződés is destabilizálhat egy egész tartály emulziót. A kerülendő gyakori szennyező anyagok: portlandcement, mész, hidraulikafolyadékok, gázolaj, vágóolajok, oldószerek, mosószerek és más emulzióminőségek maradványai. Az egyes emulzióminőségekhez dedikált tárolótartályok ajánlottak. A kationos és anionos emulziók közötti keresztkontamináció különösen káros, mert az ellentétes töltések semlegesítik egymást, azonnali bomlást okozva.

Töltés és ürítés lehetőleg alsó töltővezetékeken keresztül történjen a fröccsenés és levegőztetés minimalizálása érdekében. A túlzott levegőztetés légbuborékokat juttat az emulzióba, ami habzást okozhat, csökkenti az emulzió sűrűségét és gyorsítja a lebomlást. A szállítószivattyúk centrifugál típusúak legyenek, alacsony fordulatszámmal. Az emulziót nem szabad magasból üres tartályba önteni – mindig alulról kell tölteni.

Az emulziók hígítása vízzel körültekintően történjen. Csak tiszta, ivóvíz minőségű vizet szabad használni. A kemény víz (magas kalcium- és magnéziumtartalom) destabilizálhatja egyes emulziókémiai anyagokat. A víz hőmérsékletének közel kell lennie az emulzió hőmérsékletéhez – a hideg víz hozzáadása a forró emulzióhoz hősokk-bomlást okozhat. A hígítást úgy kell végezni, hogy a vizet lassan adjuk az emulzióhoz folyamatos, gyenge keverés mellett, soha nem fordítva (az emulziót a vízhez adva).

Emulzió minőségellenőrzése és szabványai

Az aszfaltemulziók minőségbiztosítását az ASTM (American Society for Testing and Materials) és az AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) szabványosított vizsgálati módszerei szabályozzák. Az alábbi vizsgálatokat végzik el rendszeresen az emulzió tulajdonságainak a szabványkövetelményeknek való megfelelőségének ellenőrzésére:

Párolgásos maradék (ASTM D6934 / AASHTO T59) meghatározza az emulzió tényleges aszfaltkötőanyag-tartalmát az 50 grammos minta víztartalmának 325 °F (163 °C) hőmérsékleten történő elpárologtatásával. A maradék százalékát a maradék aszfalt tömegének az eredeti minta tömegéhez viszonyított arányaként számítják ki. A szabványos emulziómaradék-követelmények 57% minimumtól (RS-1/CRS-1) 65% minimumig (CRS-2) terjednek. Ez a vizsgálat a legalapvetőbb minőségi mérőszám, és minden gyártási tételen elvégzik.

Részecsketöltés vizsgálat (ASTM D244 / AASHTO T59) meghatározza, hogy egy emulzió kationos vagy anionos. Egyenáramú elektromos áramot vezetnek át az emulziómintán két elektróda segítségével. A kationos emulziók aszfaltot raknak le a katódon (negatív elektróda), míg az anionos emulziók aszfaltot raknak le az anódon (pozitív elektróda). A nemionos emulziók nem mutatnak lerakódást. Ez a vizsgálat kritikus az emulzió típusának megerősítéséhez a felhasználás előtt.

Viszkozitás (ASTM D7496 / AASHTO T59) mérése Saybolt Furol viszkoziméterrel történik 77 °F (25 °C) vagy 122 °F (50 °C) hőmérsékleten. Az eredményeket Saybolt Furol másodpercben (SFS) adják meg. A viszkozitási követelmények minőségenként változnak: CRS-1 esetében 20–100 SFS, CRS-2 esetében 100–400 SFS, CSS-1 esetében 20–100 SFS, SS-1 esetében 20–100 SFS. A viszkozitás összefügg az aszfalttartalommal, a szemcsemérettel és az emulgeálószer kémiájával. A szabványon kívüli viszkozitás formulázási hibákra vagy nem megfelelő gyártási körülményekre utalhat.

Ülepedési vizsgálat (ASTM D6930 / AASHTO T59) méri az aszfaltcseppek ülepedési hajlamát a tárolás során. Egy 500 ml-es mintát 5 napig zavartalanul tárolnak, majd a felső és alsó részeket párolgásos maradékra vizsgálják. A felső és alsó rész maradéka közötti különbség a legtöbb szabvány szerint nem haladhatja meg az 5%-ot. A túlzott ülepedés gyenge emulzióstabilitást jelez, ami problémákat okoz a tárolás és kezelés során.

Szitálási vizsgálat (ASTM D6933 / AASHTO T59) méri a túlméretes részecskék és koagulum mennyiségét az emulzióban. Egy 100 grammos mintát átmosnak egy 20-as (850 μm) vagy 50-es (300 μm) szitán. A visszamaradt anyagot megszárítják és lemérik. A maximálisan megengedett visszatartás jellemzően 0,1% vagy kevesebb. A magas szitálási maradék gyenge emulgeálást, szennyeződést vagy részleges bomlást jelez a gyártási folyamatban.

Tárolási stabilitás (ASTM D6930) értékeli az emulzió tulajdonságainak változását 24 óra alatt szobahőmérsékleten. Egy mérőhengerbe emulziót töltenek, és feljegyzik a tetején és alján különváló összeolvadt aszfalt százalékos arányát. Az emulzió nem mutathat 1%-nál több szétválást 24 óra alatt.

Demulzibilitás (ASTM D6936 / AASHTO T59) vizsgálja az emulzió bomlási hajlamát, amikor meghatározott koncentrációjú szilikaliszttel vagy zúzalékkal keverik. Ez a vizsgálat a gyorskötésű és közepeskötésű emulziókra vonatkozik, és az emulzió kémiai reaktivitását méri a zúzalékfelületekkel. Egy mintát meghatározott ideig szabványos szilikaliszttel kevernek, majd a meg nem bomlott emulzió mennyiségét szitán történő átmosással határozzák meg. Ez a vizsgálat összefügg a helyszíni viselkedéssel a zúzalékzáróhézag- és felületkezelési alkalmazásokban.

Bevonóképesség és vízállóság (ASTM D244) értékeli, hogy az emulzió milyen jól vonja be a zúzalékot, valamint a bevont zúzalék vízzel történő mosással szembeni ellenállását. A vizsgálatot szabványos zúzalék meghatározott szemeloszlásaival végzik. Egy jól teljesítő emulziónak legalább a zúzalékrészecskék 90%-át be kell vonnia, és a bevonat legalább 90%-át meg kell őriznie vízbe merítés után.

Desztillációs vizsgálat (ASTM D6997) a meghatározó vizsgálat a visszanyert aszfalttartalom tulajdonságainak meghatározására az emulzió bomlása után. A vizet szabályozott desztillációs eljárással távolítják el, és a visszanyert aszfaltot penetráció (ASTM D5), lágyuláspont (ASTM D36), nyúlás (ASTM D113) és viszkozitás szempontjából vizsgálják. Ezek a tulajdonságok biztosítják, hogy az emulzióban használt alapaszfalt megfeleljen a meghatározott teljesítményosztálynak. A polimerrel módosított emulziók esetében további vizsgálatok közé tartozik a rugalmassági visszaalakulás, a torziós visszaalakulás és az erő-nyúlás mérése.

Az alábbi táblázat összefoglalja a gyakori emulzióminőségek legfontosabb szabványhatárait (az AASHTO M208 szerint):

Polimerrel módosított aszfaltemulziók

A polimerrel módosított aszfaltemulziók (PMAE) jelentős előrelépést jelentenek az emulziótechnológiában, lényegesen jobb teljesítménytulajdonságokat nyújtva a hagyományos, módosítatlan emulziókhoz képest. A polimer komponens, jellemzően a maradék aszfaltkötőanyag tömegének 2–8%-a, alapvetően megváltoztatja a kötőanyag-maradék reológiai tulajdonságait.

A PMAE-ben használt polimer típusok a következők: a sztirol-butadién gumi (SBR) latex a leggyakoribb polimer az emulziómódosításhoz. Az SBR egy szintetikus gumi diszperzió, amely könnyen keverhető aszfaltemulzióval, mivel szintén vízbázisú. Az SBR hozzáadása javítja a rugalmasságot, az alacsony hőmérsékleti rugalmasságot, a tapadást és a kopásállóságot. A tipikus adagolás 2–5% az aszfaltkötőanyag tömegére vonatkoztatva. A sztirol-butadién-sztirol (SBS) egy hőre lágyuló elasztomer, amely kiváló rugalmasságot és magas hőmérsékleti teljesítményt biztosít, de előkeverést igényel a forró aszfaltba az emulgeálás előtt, mivel nem vízben diszpergálható. Az SBS módosítás nagy nyíróerejű keverési eljárást igényel. A tipikus adagolás 3–7% az aszfaltkötőanyag tömegére vonatkoztatva. A természetes gummilatex (NRL) kiváló rugalmasságot és tapadást biztosít, de korlátozott kompatibilitással rendelkezik egyes emulgeálószer-kémiákkal. Az etilén-vinil-acetát (EVA) javítja a hőállóságot és a merevséget, elsősorban speciális ipari alkalmazásokban használják. A kloroprén gumi (Neoprén) vegyszerállóságot biztosít, és ipari és vízszigetelési alkalmazásokban használják.

Előkeverés vs. utókeverés a két módszer a polimer emulzióba való beépítésére. Az előkeverés során a polimert a forró aszfaltba (jellemzően 325–375 °F / 160–190 °C hőmérsékleten) keverik nagy nyíróerővel, mielőtt az aszfalt a kolloid malomba kerül. Ez a módszer az SBS és más nem vízben diszpergálható polimerek esetében szükséges. Az utókeverés során a polimert (jellemzően latex diszperzióként) adják a kész emulzióhoz gyenge keverés mellett. Ez a módszer egyszerűbb és olcsóbb, de csak vízben diszpergálható polimerekre, például SBR latexre korlátozódik.

A polimermódosítás teljesítménybeli előnyei a következők: Rugalmas visszaalakulás – a polimerrel módosított maradékok 50–80%-ban képesek visszanyerni eredeti deformációjukat 100%-os nyúlás után, szemben a módosítatlan maradékok 5–15%-ával. Ez a rugalmasság kritikus a zúzalékzáróhézagoknál, ahol a kötőanyagnak alkalmazkodnia kell a zúzalék mozgásához repedés nélkül. Kohézió – a polimerrel módosított kötőanyagok 2–5× nagyobb kohéziós szilárdsággal rendelkeznek, ami megakadályozza a zúzalékvesztést és a kavicsvesztést a zúzalékzáróhézagokban és iszaprendszerekben. Tapadás – a polimer 30–60%-kal javítja a nedves tapadást a zúzalékfelületekhez, csökkentve a lehámlás lehetőségét. Hőmérséklet-érzékenység – a polimer csökkenti a hőmérséklet-érzékenységet, ami azt jelenti, hogy a kötőanyag alacsony hőmérsékleten rugalmas marad, magas hőmérsékleten pedig ellenáll a folyásnak. Fáradási ellenállás – a polimerrel módosított kötőanyagok 5–10× hosszabb fáradási élettartamot mutatnak ismételt terhelés alatt. Kopásállóság – a polimerrel módosított felületek 2–4× jobban ellenállnak a gumiabroncs-kopásnak és a szegecses gumiabroncsok által okozott kopásnak, mint a módosítatlan kezelések.

Alkalmazások, amelyek polimermódosítást igényelnek: Mikroburkólat (a mikroburkólati rendszerek 100%-a polimerrel módosított emulziót használ), Nagyteljesítményű zúzalékzáróhézagok nagy forgalmú utakon és autópályákon (CRS-2P 3–5% SBR-rel), Repülőtéri burkolati fedőrétegek (FAA P-623 tételszám szerint minimum 3% polimer szükséges), Híd fedélzeti vízszigetelő membránok (polimerrel módosított emulziómembránok), Nagyerősségű tapadórétegek kereszteződésekben és meredek lejtőkön, valamint Hideg keverékek nyomvályú-álló javítóanyagokhoz.

Vizsgálat a polimerrel módosított emulziók esetében további vizsgálatokat igényel a szabványos emulzió-előírásokon túl: Rugalmas visszaalakulás (ASTM D6084) méri a megnyújtott kötőanyag-minta százalékos visszaalakulását. Erő-nyúlás (ASTM D5801) méri a polimerrel módosított kötőanyag megnyújtásához szükséges erőt, információt nyújtva a polimerhálózat kialakulásáról. Torziós visszaalakulás méri a kötőanyag visszaalakulását csavarás után. Rugalmasság (ASTM D6114) méri a kötőanyag azonnali rugalmas visszaalakulását.

Az aszfaltemulzió környezetvédelmi és biztonsági szempontjai

Az aszfaltemulzió jelentős környezeti előnyöket kínál mind a forró aszfalthoz, mind a cutback aszfalthoz (kőolaj-oldószerekben oldott aszfalt) képest, ami elősegítette széles körű elterjedését a preferált hidegen felhordható kötőanyag-rendszerként az útfenntartásban és -építésben.

Csökkentett energiafogyasztás a fő környezeti előny. Az emulzió gyártása és felhordása körülbelül 40–60%-kal kevesebb energiát fogyaszt, mint a megfelelő meleg keverési műveletek. Egy 2005-ös összehasonlító tanulmány szerint egy hideg emulziós technikával épített út körülbelül fele annyi energiát fogyaszt, mint egy meleg aszfaltkeverékkel épített összehasonlítható út. Ez az energiamegtakarítás abból származik, hogy nem szükséges a zúzalékot 300–350 °F (150–175 °C) hőmérsékletre hevíteni a HMA gyártásához, valamint a kötőanyag csökkentett üzemanyag-fogyasztásából.

Csökkentett kibocsátások magukban foglalják az alacsonyabb CO₂-kibocsátást (40–50%-os csökkenés a HMA-hoz képest), az oldószerkibocsátások megszűnését (a cutback aszfaltokhoz képest, amelyek tömegük 10–40%-ában illékony szerves vegyületeket bocsátanak ki), a zúzalékszárításból származó alacsonyabb részecske-kibocsátást és a csökkentett illékony szerves vegyület (VOC) kibocsátást. Az építőipari berendezések üzemanyag-fogyasztása is csökken, mivel az emulziós alkalmazásokat alacsonyabb hőmérsékleten, rövidebb várakozási idővel végzik.

Újrahasznosított anyagokkal való kompatibilitás jelentős környezeti előny. Az emulzióalapú hideg helyszíni újrahasznosítás (CIR) és teljes mélységű rekultiváció (FDR) 70–100%-ban újra felhasználhatja a meglévő útburkolati anyagokat, megszüntetve a mart burkolat szállítását és ártalmatlanítását, valamint csökkentve a szűz zúzalék felhasználását. Az emulziós CIR projektek 50–65%-ot takarítanak meg az építési költségeken, és 60–70%-kal csökkentik az útburkolat-rehabilitáció szénlábnyomát az eltávolítási és pótlási stratégiákhoz képest.

Vízszennyezés megelőzése megfelelő felhordási eljárásokkal valósítható meg. Az emulzió aszfaltot, emulgeálószereket és potenciálisan savas vagy lúgos stabilizátorokat tartalmaz. Felhordás során ezek az anyagok a lefolyással vízfolyásokba kerülhetnek, ha nem szabályozzák megfelelően. A legjobb gyakorlatok közé tartozik: a felhordás kerülése előre jelzett eső előtt (minimum 8 órás tiszta időablak), védőgátak használata a vízelvezető nyílások közelében, a kiömlött anyag azonnali feltakarítása, mielőtt az a vízelvezető rendszerbe jutna, és a tartálymosóvíz csapadékvíz-elvezetőbe történő ürítésének tilalma.

Munkavédelem előnyei az alacsony hőmérsékletű felhordásból fakadnak. Az emulziós munkások nincsenek kitéve a 300–350 °F (150–175 °C) forró aszfalt égési veszélyeinek. Az aszfaltemulzió lobbanáspontja 200 °F (93 °C) felett van, ami azt jelenti, hogy normál felhordási körülmények között nem jelent tűzveszélyt. Ezzel szemben a cutback aszfaltok lobbanáspontja 100 °F (38 °C) alatt van, és jelentős tűz- és robbanásveszélyt jelentenek. Ennek ellenére megfelelő egyéni védőfelszerelés (PPE) szükséges: vegyszerálló kesztyű, védőszemüveg vagy arcvédő, hosszú ujjú ruha és csizma. Az emulgeálószer-oldat (különösen a kationos emulziókban) sósavat tartalmazhat (pH 2–3), ami további vegyi védelmi intézkedéseket igényel.

Anyag-újrahasznosítás a fel nem használt emulzió esetében előnyösebb, mint az ártalmatlanítás. A felesleges vagy visszavett emulzió gyakran felhasználható alacsonyabb minőségű alkalmazásokban, például porvédelemre vagy alapstabilizálásra. Ha az emulziót ártalmatlanítani kell, vegyszerek (mész, cement, sóoldat) hozzáadásával, vagy vékony rétegekben történő szétterítéssel bontható, hogy a víz elpárologjon és az aszfalt megkötjön. A megkötött aszfalt újrahasznosítható új útburkolati anyagokba. A folyékony emulzió hulladéklerakókba történő ártalmatlanítása általában tilos.

Szabályozási megfelelés magában foglalja: az EPA előírásait az építés alatti csapadékvíz-kibocsátásra vonatkozóan, az OSHA munkavédelmi követelményeit a vegyi anyagok kezelésére, a DOT besorolását az aszfaltemulzió nem veszélyes anyagként történő szállítására (megfelelő stabilizálás esetén), valamint a helyi levegőminőségi előírásokat, amelyek korlátozhatják a cutback aszfaltok VOC-kibocsátását, de általában engedélyezik az emulzió használatát külön engedély nélkül. Az US Environmental Protection Agency nem minősíti az aszfaltemulziót veszélyes hulladéknak a RCRA szerint.

Az emulzió részletesen: tapadórétegek és alapozórétegek

A tapadórétegek és az alapozórétegek az aszfaltemulzió két leggyakoribb alkalmazásai az útépítésben. Bár mindkettő egy vékony emulzióréteg felhordását jelenti egy előkészített felületre a burkolás előtt, funkcióik, felhordási mennyiségeik és az emulzió kiválasztási szempontjai jelentősen eltérnek.

A tapadórétegek kapcsolóréteget biztosítanak a meglévő útburkolati felületek és az új aszfalt fedőrétegek között. A fő funkció a teljes tapadási kapcsolat létrehozása a két réteg között, biztosítva, hogy monolit útburkolati szerkezetként működjenek. Hatékony tapadóréteg nélkül a fedőréteg leválhat, ami csúszási repedésekhez, fáradási tönkremenethez és idő előtti útburkolat-romláshoz vezethet. A tapadóréteg emulziót jellemzően 0,02–0,08 gallon/négyzetyard (0,09–0,36 L/m²) maradék aszfalt mennyiségben hordják fel. A tényleges célmennyiség a felület állapotától függ: mart felületek (texturált, nagy felület) esetében 0,04–0,08 gal/yd², míg sima, sűrű felületek esetében 0,02–0,04 gal/yd² szükséges. Az EPA és FHWA tanulmányai szerint a túlzott tapadóréteg (0,10 gal/yd² maradék felett) csúszási síkot hozhat létre a kapcsolóréteg helyett, 30–50%-kal csökkentve a nyírószilárdságot a határfelületen.

A CRS-2 a legszélesebb körben előírt tapadóréteg-emulzió, mert gyors bomlást biztosít (15–30 perc), lehetővé téve a korai forgalomba helyezést és a fedőréteg beépítését még aznap. Általában 1:1 arányban hígítják vízzel közvetlenül a felhordás előtt a viszkozitás csökkentése érdekében az egyenletes permetezéshez. A CSS-1-et sima, sűrű felületek tapadórétegéhez írják elő, ahol mélyebb behatolás szükséges a kapcsolat kialakításához. A lassúkötésű emulziónak több ideje van a felületi textúrába folyni a bomlás előtt. Az SS-1 és SS-1h alaprétegek és porózus felületek tapadórétegéhez használatos, ahol mélyebb behatolás kívánatos.

A tapadóréteg emulzió felhordási hőmérséklete 120 °F és 160 °F (50 °C és 70 °C) között legyen. A 100 °F (38 °C) alatti felhordás magas viszkozitást és gyenge permetezési eloszlást eredményez. A 180 °F (82 °C) feletti felhordás idő előtti bomlást okozhat a szórófejnél. Az emulziót egyenletes mintázatban kell felhordani csíkok, tócsák vagy hézagok nélkül. A szórórúd magasságát és a fúvóka szögét úgy kell beállítani, hogy dupla vagy tripla fedést biztosítsanak az egyenletes eloszlás érdekében. A felhordási mennyiséget kalibrációs lapokkal és a mért területre felhordott emulzió lemérésével kell ellenőrizni.

A nyommentes idő az a tapadóréteg felhordása utáni időszak, amíg az emulzió felülete elbírja az építési forgalmat anélkül, hogy a gumiabroncsokhoz ragadna. CRS-2 esetében a nyommentes idő meleg időben jellemzően 15–30 perc. CSS-1 esetében 30–90 perc. Ha a tapadóréteg teljesen kiköt (több mint 24 óra) a burkolás előtt, akkor azt fel kell újítani, vagy új tapadóréteget kell felhordani, mert a kötőanyag-film túl merevvé válik a megfelelő kapcsolat biztosításához.

Az alapozórétegeket kezeletlen szemcsés alaprétegekre (zúzalékalap, alépítmény vagy stabilizált alap) hordják fel az első aszfaltréteg előtt. Az alapozóréteg fő funkciói: behatolás a szemcsés alapba a felületi részecskék megkötésére, az alapfelület lezárása a víz behatolásának megakadályozására, a határfelület vízszigetelése az alap és az aszfaltréteg között, valamint munkapad biztosítása a burkoló berendezések számára. Az alapozóréteg emulziónak alacsony viszkozitásúnak kell lennie, hogy legalább ¼–½ hüvelyk (6–12 mm) mélységig behatoljon a szemcsés alapba.

A CSS-1 és SS-1h a szabványos alapozóréteg-emulziók. Gyakran két felhordásban alkalmazzák: egy első felhordás 1:1–3:1 arányban vízzel hígítva 0,10–0,25 gal/yd² mennyiségben a mély behatolás érdekében, majd egy második felhordás hígítatlan emulzióból 0,10–0,35 gal/yd² mennyiségben a felület lezárására. A teljes maradék felhordási mennyiség jellemzően 0,15–0,40 gallon/négyzetyard (0,68–1,8 L/m²), az alap porozitásától függően. Az érlelési idő a burkolás előtt jellemzően 24–72 óra. Az alapozórétegnek teljesen ki kell kötnie (maradék nedvesség vagy tapadás nélkül) az aszfaltréteg elhelyezése előtt.

Emulzió felületkezelésekhez

A felületkezelések vékony útburkolat-fenntartási alkalmazások, amelyek meghosszabbítják az útburkolat élettartamát a felület lezárásával, a csúszásállóság növelésével és a kötőanyag tulajdonságainak helyreállításával. Az emulzióalapú felületkezelések közé tartoznak a zúzalékzáróhézagok, az iszapzáróhézagok, a mikroburkólat és a ködszigetelések.

A zúzalékzáróhézagok (más néven felületi bevonatok vagy szórt záróhézagok) egyetlen emulzió felhordásból állnak, amelyet azonnal követ a zúzalék fedőrétege, amelyet az emulzióba hengerelnek. A CRS-2 vagy CRS-2P emulziót 0,25–0,60 gal/yd² mennyiségben hordják fel, majd zúzalékot 15–30 lb/yd² mennyiségben. Az emulzió bomlik és érlelődik, rögzítve a zúzalékdarabokat a helyükön. A zúzalékzáróhézag vízálló felületet biztosít, helyreállítja a csúszásállóságot, lezárja a repedéseket, és 5–10 évvel meghosszabbítja az útburkolat élettartamát. Dupla zúzalékzáróhézagokat (két réteg) és tripla zúzalékzáróhézagokat használnak erősebben leromlott útburkolatokhoz vagy nagyobb forgalomhoz. A magas lebegésű emulziók (HFRS-2, HFMS-2) speciális adalékokat tartalmaznak, amelyek gél szerkezetet hoznak létre a kötőanyagban, vastagabb filmet képezve a burkolat felületén, kisebb zúzalékbeágyazódással.

Az iszapzáróhézagok lassú/gyorsított kötésű emulzió, finom zúzalék, ásványi töltőanyag és víz keverékei, amelyeket folyamatos áramlású keverőben kevernek össze, és vékony rétegben (3–8 mm vastagságban) terítenek el a burkolat felületén. CSS-1, CSS-1h vagy CQS-1h emulziót használnak a száraz zúzalék tömegének 10–15%-ában. Az I. típusú (finom, 0–5 mm), II. típusú (közepes, 0–8 mm) és III. típusú (durva, 0–10 mm) iszapzáróhézagokat a forgalmi szinttől és a felület állapotától függően használják. Az iszapzáróhézagok felületlezárást, repedéskitöltést, jobb csúszásállóságot és esztétikai egységességet biztosítanak. Az élettartam 3–7 év. A bomlási idő 15–60 perc, a forgalomba helyezés 1–4 óra múlva.

A mikroburkólat egy polimerrel módosított iszaprendszer, amely gyorsított kötésű emulziót (CQS-1h polimerrel) használ. A polimer hozzáadása kiváló tapadást, rugalmasságot és tartósságot biztosít a szabványos iszapzáróhézagokhoz képest. A mikroburkólatot szerkezeti alkalmazásokban használják, beleértve a nyomvályú kitöltését, a felületkorrekciót és a nagy forgalmú utak fenntartását. Egy vagy több rétegben is felhordható, akár 15 mm vastagságban is. A mikroburkólat 15–30 percen belül fogadja a forgalmat. Az élettartam 5–10 év. A polimerrel módosított kötőanyag jobban ellenáll a kopásnak, a kavicsvesztésnek és a kifolyásnak, mint a szabványos iszapzáróhézagok. A mikroburkólatot akár napi 20 000+ jármű forgalmú utakhoz írják elő, és autópályákon és nagy sebességű utakon is használható.

A ködszigetelések a legegyszerűbb emulziós felületkezelések – hígított lassú kötésű emulzió (CSS-1 vagy SS-1 1:1–5:1 arányban vízzel hígítva) könnyű permetezése 0,05–0,15 gal/yd² mennyiségben. A ködszigeteléseket hajszálrepedések lezárására, a kavicsvesztés és oxidáció csökkentésére, a kifakult burkolat sötétítésére és a felület élettartamának 2–4 évvel történő meghosszabbítására használják. Nem biztosítanak szerkezeti javulást. A ködszigeteléseket gyakran alkalmazzák befejező kezelésként az új zúzalékzáróhézagokon a laza zúzalékdarabok rögzítésére és a megjelenés javítására. A forgalomba helyezés jellemzően 30–60 perccel az érlelés után történik.

Az ASTM D6997 és az ASTM D977 szabványok tartalmazzák az emulgeált aszfalt szabványos előírásait ezekhez a felületkezelésekhez. Az FAA speciális emulziókövetelményeket határoz meg az AC 150/5370-10 tanácsadó körlevélben a repülőtéri burkolati felületkezelésekre, beleértve a P-623 tételszámú polimerrel módosított szórt fedőrétegeket a repülőtéri burkolatokon.

A felületkezelések minőségellenőrzése magában foglalja: az emulzió hőmérsékletének ellenőrzését a szórórúdnál (120–160 °F / 50–70 °C), a felhordási mennyiség mérését kalibrációs mérésekkel súlymérő lapokon, a zúzalék szórási sebességének mérőpálcás ellenőrzését, szemrevételezést az egyenletes fedésről, az időjárási körülmények figyelését (hőmérséklet 50 °F / 10 °C felett és emelkedő, 8 órán belül nem várható eső), valamint a bomlási és érlelési idő ellenőrzését. Az elkészült kezelésnek egyenletes kötőanyag-eloszlást, megfelelő zúzalékbeágyazódást (50–70% zúzalékzáróhézagoknál), tócsamentességet, valamint megfelelő szélelosztást kell mutatnia.