Alternativa para obtención de asfaltos PG 70-22

Alternativa para obtención de asfaltos PG 70-22

ALTERNATIVA PARA OBTENCIÓN DE ASFALTOS PG 70-22
A. GUTIERREZ
Departamento de Asfaltos de QUIMIKAO, México
[email protected]
RESUMEN
El asfalto es un material muy atractivo para los constructores de pavimentos ya que actúa
como un agente ligante que aglutina las partículas en una masa cohesiva, más sin
embargo es un material muy susceptible a la temperatura, esto es, a temperaturas por
encima de los 60°C el asfalto se comporta como un líquido viscoso y a las temperaturas
por debajo de los 0°C el asfalto se comporta como un sólido rígido y entre 0 y 60°C e
asfalto se comporta como un sólido visco-elástico, siendo este comportamiento el
necesario en un pavimento. El rango de temperaturas en el cual el asfalto presenta un
comportamiento visco-elástico recibe el nombre de “Rango de Temperatura Útil” ó
también conocido como “Grado de comportamiento del asfalto (Grado PG)”.
Para incrementar el Rango de Temperatura Útil ó Grado PG del asfalto, se han utilizado
diferentes polímeros de altos pesos moleculares, la cantidad que se adiciona de estos
polímeros en el asfalto esta en función de que tanto se quiera incrementar el grado PG,
entre más grande sea el Rango de Temperatura Útil mayor será la cantidad de polímero
que se adicione.
Los polímeros que actualmente se utilizan para incrementar el Grado PG del asfalto son
muy eficientes pero requieren de altas temperaturas para lograr buena modificación del
asfalto proporcionándole al mismo una alta viscosidad que dificulta el proceso de
mezclado, colocación y compactación de las mezclas asfálticas. En este estudio se
presenta un nuevo polímero de bajo peso molecular que aumenta el Grado PG del asfalto
hasta 70°C presentando la ventaja que se dispersa fácilmente en el asfalto a la
temperatura de 150°C y que además disminuye la viscosidad del mismo durante el
proceso de mezclado, colocación y compactación de las mezclas asfálticas dejando de
calentar menos el asfalto generando una disminución de combustible y una reducción de
emisiones a la atmósfera contribuyendo sustancialmente al cuidado del medio ambiente
además de oxidar menos el asfalto.
1. INTRODUCCIÓN
El concreto asfáltico, algunas veces llamado “mezcla asfáltica en caliente”, es un material
de pavimentación compuesto de un ligante asfáltico y un agregado mineral. El asfalto
actúa como un agente ligante que aglutina las partículas en una masa cohesiva. Al ser
impermeable al agua, el asfalto también impermeabiliza la mezcla. El agregado mineral,
ligado por el material asfáltico, actúa como un esqueleto pétreo que aporta resistencia y
rigidez al sistema. El asfalto resulta un material de construcción muy atractivo y
estimulante con el cual trabajar y una de sus importantes características es su
susceptibilidad térmica, es decir, sus propiedades dependen de la temperatura
presentando un comportamiento de un sólido elástico a bajas temperaturas (menores a
0°C), un comportamiento visco-elástico a temperaturas intermedias (entre 0 y 58°C) y un
comportamiento de un líquido viscoso a altas temperaturas (mayores de 58°C). Otra
característica importante del asfalto es que al estar compuesto por moléculas orgánicas,
1
esta reaccionan con el oxígeno del medio ambiente cambiando sus propiedades, es decir,
después de reaccionar con el oxígeno el asfalto se comporta como un sólido elástico
hasta temperaturas menos bajas (mayores de 0°C) porque su estructura se hace más
dura y frágil y da origen al término “endurecimiento por oxidación”.
Para que el asfalto pueda aglutinar las partículas de agregado en una masa cohesiva es
necesario que tenga un comportamiento como un material visco-elástico, porque cuando
se comporta como un sólido elástico al ser cargado por el trafico este puede romperse y
se originan grietas en el pavimento y cuando se comporta como un líquido viscoso al ser
cargado por el tráfico este se deforma no regresando a su forma original generando
roderas sobre el pavimento, por lo tanto el comportamiento útil del asfalto esta limitado a
un comportamiento visco-elástico en un determinado rango de temperatura, entre más
amplio sea este rango el asfalto tendrá más calidad, la siguiente figura uno, muestra este
rango de temperatura útil del asfalto UTI (Useful Temperature Interval).
Figura 1 – Rango de temperatura útil del asfalto debido al comportamiento visco-elástico del asfalto.
Para poder determinar el rango de temperatura útil del asfalto (UTI), es decir, el rango en
el que el asfalto se comporta como un material visco-elástico fueron creadas un conjunto
de especificaciones y ensayos por el sistema SUPERPAVE (Superior Performing Asphalt
Pavement). La singularidad de este sistema para ligantes asfálticos reside en que es una
especificación basada en el comportamiento (performance) del mismo. Especifica asfaltos
en base en base al clima y en la temperatura prevista en el pavimento, considera las
cargas que soportará el pavimento y también considera la oxidación del asfalto, por lo que
todo asfalto tendrá un grado de comportamiento PG (Perfromance grade). Por ejemplo, si
un asfalto tiene un grado de comportamiento PG de 64 –22, significa que el asfalto
poseerá propiedades físicas adecuadas al menos hasta los 64°C (alta temperatura
correspondiente al clima en el que el asfalto estará en servicio) y también significa que el
asfalto poseerá propiedades físicas adecuadas hasta al menos los –22°C,
consideraciones adicionales se dan sobre el tiempo de carga (carreteras, calles urbanas,
intersecciones, etc..) , la magnitud de la carga (camiones pesados) y la oxidación del
asfalto. En cuanto mayor sea el grado de temperatura útil de un asfalto (mayor valor
absoluto de la suma de los valores de alta y baja temperatura de grado PG) mayor
calidad tendrá el asfalto, la mayoría de los investigadores opina que un valor igual o
mayor de 90 es considerado ya como un asfalto de buena calidad, es decir, un asfalto
con un grado PG de 70 –22 (suma de valores absolutos igual a 90) será un asfalto de
buena calidad.
2
Tomemos como ejemplo que tenemos un asfalto “A” y queremos conocer que grado de
comportamiento tiene, para ello a este asfalto se le analizan las propiedades mostradas
en la tabla 1.
Propiedad del Asfalto “A”
Punto de inflamación
Viscosidad a 135°C
Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase.
G* / sen a 64°C
Pérdida de masa
Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase
G* / sen a 64°C
Módulo de corte dinámico por ángulo de fase
G* x sen a 22°C
Rigidez en creep “S” a –18°C
Valor m a –18°C
Condición de
envejecimiento
Sin envejecimiento
Sin envejecimiento
Sin envejecimiento
Resultado
Requisito
293°C
0.3 Pa s
1.31 KPa
230°C, mín.
3 KPa, máx.
1.00 KPa, mín.
RTFO
RTFO
0.32%
2.63 KPa
1.00%, máx.
2.20 KPa, mín.
PAV
4,517 KPa
5000 Kpa, máx.
PAV
PAV
274 MPa
0.346
300 Mpa, máx
0.300, mín.
Tabla 1 – Propiedades reológicas del asfalto “A”
Considerando el ejemplo del asfalto “A” y los resultados de la evaluación de sus
propiedades reológicas de la tabla 1, podemos decir que este asfalto en cuestión
satisface los requisitos de la clasificación PG 64 –28. La tabla 2 muestra una parte de la
especificación para clasificar el grado PG del asfalto, esta especificación es la AASHTO
M320 “Performance-Graded Asphalt Binder ”,
La zona ligeramente sombreada
corresponde a los requisitos comunes a todos los PG 64. La zona densamente
sombreada corresponde a los requisitos para intermedias y bajas temperaturas que son
exclusivos de PG 64 –28.
Grado de
comportamiento
PG 58
-16
Máx. Temp. de diseño del
pavimento (promedio de 7 días),
°C
Mín. Temp.. de diseño del >-16
pavimento, °C
-22
-28
PG 64
-34
-40
-10
-16
< 58
>-22
>-28
>-34
>-40
>-10
-34
-10
-16
-22
>-16
>-22
-28
-34
>-28
>-34
< 70
>-28
>-34
>-10
>-16
>-22
ORIGINAL
230
135
58
64
RESIDUO
Pérdida de masa, máx., %
Corte Dinámico, T315;
G* / sen , mín., 2.20 Kpa
Temp. de Ensayo °C
DE
70
RTFO (T 240)
1.0
58
64
RESIDUO
Temperatura del PAV, °C
Corte Dinámico, T315;
G* x sen , máx., 5,000 Kpa
Temp. de Ensayo °C
Rigidez en Creep, T313;
S, máx., 300 Mpa
Valor –m, mín., 0.300
Temp.. de Ensayo °C
PG 70
-28
< 64
ASFALTO
Punto de inflamación, T48;
mín., °C
Viscosidad ASTM D 4402;
Máx., 3 Pa s.
Temp.. de ensayo, °C
Corte Dinámico, T315;
G* / sen , mín., 1.00 Kpa
Temp. de Ensayo °C
-22
DE
70
PAV (R 28)
25
22
100
19
16
13
31
28
100
25
22
19
34
31
-6
-12
-18
-24
-30
0
-6
-12
-18
-24
-6
-12
100 (110)
28
25
-18
Tabla 2 – Parte de las especificaciones de la norma AASHTO M320 para clasificar un asfalto según
su grado de comportamiento “PG”
3
-24
22
-6
El asfalto “A” que tomamos como ejemplo con un PG 64 –28, por definición, también
clasifica como PG 64 –22 y PG 64 –16. Los asfaltos PG 64 (de hecho, todos los grados
asfaltos) comparten las mismas exigencias con respecto al valor G* / sen (parámetro
para el control de roderas) para el asfalto sin envejecer y para el asfalto envejecido en
RTFO. Es decir, para todos ellos G* / sen debe ser como mínimo 1.0 KPa para el
material sin envejecer y como mínimo 2.20 KPa para el material envejecido en RTFO.
Las propiedades a bajas temperaturas medidas en materiales envejecidos en RTFO y
PAV, son lo que distingue a los asfaltos del grado PG 64. El asfalto “A” tiene una rigidez
en Creep “S” de 274 MPa a una temperatura de –18°C, lo que lo hace clasificar como un
asfalto PG 64 –28, si este valor hubiera sido mayor de 300 no hubiera podido entrar en
esta clasificación y se tendría que hacer esta prueba a la temperatura de –12°C y si la
rigidez en Creep hubiera sido menor a 300 entonces sería un asfalto PG 64 –22.
También en este ejemplo del asfalto “A” que tiene un valor de G* x sen de 4,517 KPa a
22°C y es lo que lo hace clasificar como un asfalto grado PG 62 –28, si este valor hubiera
sido mayor a 5,000 KPa entonces no habría podido entrar en esta clasificación y se
tendría que hacer esta prueba a la temperatura de 25°C y si el valor de G* x sen
hubiera sido menor a 5,000 KPa entonces sería un asfalto PG 64 –22.
Como podemos observar para poder determinar el grado de comportamiento del asfalto
es necesario seguir estrictamente la norma AASHTO M320 y así poder saber como se
comportará el asfalto tanto a bajas como altas temperaturas. En México tenemos nuestra
propia especificación para clasificar un asfalto según su grado de comportamiento
“Requisitos de Calidad para Cementos Asfálticos Grado PG N –CMT-4-05-004/08” y
prácticamente son las mismas especificaciones que la norma AASHTO M320, aunque en
algunas construcciones de pavimentos asfálticos solamente se exige el grado PG de alta
temperatura o también se pide que el asfalto cumpla con la norma N –CMT-4-05-004/08 y
además se cumpla con la norma N-CMT-4-05-002/06 que es para asfaltos modificados
con polímeros generando una gran confusión para la fabricación del asfalto.
En este estudio se propone un nuevo aditivo para incrementar el grado PG del asfalto
tanto a altas como bajas temperaturas que se incorpora fácilmente en el asfalto
reduciendo la viscosidad del mismo a las temperaturas entre 110 y 160°C facilitando el
mezclado, colocación y compactación de las mezclas asfálticas, los polímeros que
actualmente se están utilizando para aumentar el grado PG del asfalto lo hace con
bastante eficiencia pero aumentan la viscosidad del asfalto a las temperaturas entre 100 y
160°C dificultando el manejo de las mismas, además requieren de mucho tiempo en el
asfalto a altas temperaturas para poder dispersarse en el mismo.
2. PROCEDIEMEINTO EXPERIMENTAL
En todo el estudio utilizamos asfalto AC-20 de la refinería de Salamanca para evaluar el
efecto de que el aditivo incrementa el grado PG del asfalto tanto a temperaturas bajas
como altas. Para ello se tomaron más de 100 muestras de esta refinería para obtener
una muestra promedio con la que se trabajó en todo el estudio.
El programa experimental comienza mostrando el grado PG del asfalto AC-20 de
Salamanca de la muestra promedio. Después a este asfalto se le adicionaron los
polímeros que se están utilizando en el mercado así como el aditivo desarrollado en este
estudio para obtener un asfalto PG 70 y se comparan las propiedades de estos asfaltos
modificados. Después se modifica este asfalto pero ahora para obtener un PG de 70 –22
utilizando los polímeros comerciales y el aditivo propuesto.
4
Se utilizaron las especificaciones para clasificar un asfalto de acuerdo a su
comportamiento “Performance-Graded Asphalt Binder
AASHTO M320”, donde el
ahuellamiento ó deformación permanente es gobernada limitando “ G* / sen “ a un valor
no menor de 1.00 KPa para el asfalto original y de 2.20 KPa para después de la prueba
de oxidación RTFO de acuerdo al método AASHTO T-315.
Para mostrar que el asfalto a bajas temperaturas puede hacerse frágil, el reómetro de viga
a flexión BBR fue usado de acuerdo a la especificación AASHTO M320. El método de
prueba se vale de la teoría de vigas para medir la rigidez de una pequeña viga de asfalto
simplemente apoyada bajo carga de creep. Se aplica una carga constante a la viga de
asfalto y se mide la deflexión en el centro de la viga después de haber sido cargada por 4
minutos y entonces se calcula la rigidez a la fluencia (creep stiffness “s”) y la variación de
la rigidez del asfalto al aplicar las cargas “m”.
Para mostrar que el asfalto reacciona con el oxígeno se utilizó la especificación AASHTO
M320 utilizando el horno de la película delgada rotatoria “RTFO” y el horno de
envejecimiento a presión “PAV” .
Para mostrar que entre el asfalto y el agregado existe una alta tensión interfacial se utilizó
la prueba de la Resistencia al desprendimiento del Asfalto de los Materiales Pétreos en
las Mezclas Asfálticas por acción del agua (recomendación AMAAC RA 07/2000).
El aditivo propuesto en este estudio fue adicionado al asfalto utilizando las dosis de 1.5%
respecto a este para obtener un PG 70 y 5.0% para obtener un PG 70 -22. El asfalto
tenía una temperatura de 150°C y el tiempo de dispersión en el mismo fue de 30 minutos,
los asfaltos modificados con los polímeros que se están utilizando en el mercado fueron
obtenidos de muestras de plantas que hacen asfalto modificado.
3. RESULTADOS Y COMENTARIOS
3.1. Grado de comportamiento del asfalto AC-20 de Salamanca.
Después de analizar más de 100 muestras de asfalto AC-20 de la refinería de Salamanca
tomadas durante el año de 2010, se obtuvo una muestra promedio y los resultados de sus
propiedades reológicas son mostrados en la tabla 3.
Propiedades reológicas del
Asfalto AC-20 de Salamanca
Punto de inflamación
Viscosidad a 135°C
Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase.
G* / sen a 64°C
Pérdida de masa
Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase
G* / sen a 64°C
Módulo de corte dinámico por ángulo de fase
G* x sen a 28°C
Rigidez en creep “S” a –6°C
Valor m a –6°C
Condición de
envejecimiento
Sin envejecimiento
Sin envejecimiento
Sin envejecimiento
Resultado
Requisito
285°C
0.445 Pa s
1.414 KPa
230°C, mín.
3 KPa, máx.
1.00 KPa, mín.
RTFO
RTFO
1.32%
6.152 KPa
1.00%, máx.
2.20 KPa, mín.
PAV
4,892 KPa
5000 Kpa, máx.
PAV
PAV
282 MPa
0.351
300 Mpa, máx
0.300, mín.
Tabla 3 – resultados de la evaluación del grado de comportamiento del asfalto AC-20 de Salamanca
(muestra promedio), el grado PG es de 64 –16.
En base a los resultados mostrados en la tabla 3, la muestra promedio del asfalto AC-20
de Salamanca mostró un grado PG de 64 –16, conforme a la especificación de la norma
AASHTO M320 “Performance-Graded Asphalt Binder” y la norma N –CMT-4-05-004/08
5
”Requisitos de Calidad para Cementos Asfálticos Grado PG” de la Secretaría de
Comunicaciones y Transportes.
Tal como podemos observar, el grado PG promedio del asfalto AC-20 de la refinería de
Salamanca queda limitado a –16°C en el rango de baja temperatura y la propia SCT en la
norma N –CMT-4-05-004/08 recomienda para todo el país de México un asfalto grado PG
de –22°C en el rango de baja temperatura y para la alta un grado PG de 64, 70 y 76°C
dependiendo del estado de la republica mexicana donde se aplique el pavimento. Debido
a esto, es más complicado incrementar el grado de comportamiento el asfalto AC-20 de la
refinería de Salamanca que otro asfalto de otro país y si queremos obtener un asfalto
grado PG70–22 partiendo de este asfalto debemos utilizar altas dosis de polímeros
elastoméricos para modificar el grado PG de –16 a –22°C.
3.2. Obtención de un asfalto grado PG 70 a partir del asfalto AC-20 de Salamanca.
Debido a que en México algunos pavimentos asfálticos son construidos con asfalto PG 70
sin importar el grado de baja temperatura, se desarrollo una formulación con el aditivo
propuesto en este estudio para obtener este asfalto PG 70 y se compara con otras
formulaciones utilizando los polímeros que se están utilizando en el mercado, los
resultados son mostrados en la siguiente tabla 4.
Propiedades reológicas del
Asfalto modificado
1.4% del aditivo
propuesto en este
estudio.
1.4% de polímero
elastomérico
0.5% de polímero
plastomérico y
0.2% de
catalizador
285
0.605
1.350
Requisito
Punto de inflamación
285
285
230°C, mín.
Viscosidad a 135°C
0.351
0.584
3 KPa, máx.
Módulo de corte dinámico entre ángulo de
1.211
1.359
1.00 KPa, mín.
fase.
G* / sen a 70°C
Pérdida de masa
1.3
1.2
1.3
1.00%, máx.
Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase
4.040
4.924
5.840
2.20 KPa, mín.
G* / sen a 70°C
Módulo de corte dinámico por ángulo de fase
3002
3235
3922
5000 Kpa, máx.
G* x sen a 31°C
Valor m a –6°C
0.342
0.364
0.339
0.300, mín.
Tabla 4 – Resultados de la evaluación del grado de comportamiento del asfalto AC-20 más la adición de 1.4% del aditivo propuesto en
este estudio, del AC-20 más 1.4% de polímero elastomérico y del AC-20 más 0.5% de polímero plastomérico y 0.2% de catalizador.
En base a los resultados en la tabla 4 podemos decir que utilizando el 1.4% (respecto al
asfalto) del aditivo propuesto en este estudio fue posible obtener un asfalto grado PG
70–16 partiendo de un asfalto AC-20 de Salamanca PG 64 –16.
También utilizando 1.4% (respecto al asfalto) del polímero elastomérico fue posible
obtener un asfalto grado PG 70–16 partiendo de un asfalto AC-20 de Salamanca PG 64
–16.
También utilizando 0.5% (respecto al asfalto) del polímero plastomérico fue posible
obtener un asfalto grado PG 70–16 partiendo de un asfalto AC-20 de Salamanca PG 64
–16.
Una de las principales ventajas de utilizar el aditivo propuesto en este estudio respecto a
utilizar los polímeros que se utilizan en el mercado para obtener un asfalto PG 70, es la
reducción de la viscosidad del asfalto a las temperaturas entre 100 y 150°C, lo cual facilita
el mezclado, colocación y compactación de las mezclas asfálticas. En la figura 2 podemos
observar esta diferencia de viscosidades entre los asfaltos modificados con los polímeros
que hay en el mercado y el aditivo propuesto en este estudio.
6
CARTA DE VISCOSIDAD
1
Viscosidad (Pa * s)
Polímero plastomérico
Polímero elastomérico
Aditivo propuesto
en este estudio
0.1
130
AC-20 Salamanca
140
150
160
170
Temperatura (°C)
Figura 2 – Carta equiviscosidad para la determinación de las temperaturas de mezclado y compactación en la fabricación en el
laboratorio de las mezclas utilizando asfalto AC-20 de Salamanca con y sin polímeros.
De la gráfica de la figura 2 se determinaron las temperaturas de mezclado y compactación
para elaborar los especimenes del diseño Marshall para encontrar el contenido optimo de
asfalto. Estas temperaturas de mezclado y compactación se muestran en la tabla 5.
Tabla 5 – Temperaturas de mezclado y compactación para la fabricación de los especimenes del diseño Marshall.
Los resultados del diseño Marshall son mostrados en la figura 3, donde podemos apreciar
que el contenido optimo de asfalto es de 5.2% ya que con esta cantidad logramos el 4.0%
de vacíos en la mezcla; este contenido de vacíos fue logrado con la mezcla elaborada
con asfalto AC-20 compactándola entre 142 y 147°C, también fue logrado con la mezcla
elaborada con asfalto AC-20 más 1.4% del aditivo propuesto en este estudio
compactándola entre 138 y 144°C, y también fue logrado con la mezcla elaborada con
asfalto AC-20 más 0.5% de polímero plastomérico y 0.2% de catalizador compactándola
entre 150 y 155°C.
La ventaja de utilizar menos temperatura en la fabricación y
compactación de las mezclas asfálticas debida al uso del aditivo propuesto en este
7
estudio es muy importante, ya que calentamos menos asfalto reduciendo la oxidación del
mismo incrementando su vida útil en la carretera, además de que al necesitar menos
cantidad de energía dejamos de emitir Dióxido de Carbono a la atmósfera contribuyendo
al cuidado del medio ambiente.
Figura 3 – Determinación del contenido optimo de asfalto utilizando el diseño Marshall.
Para mostrar que el asfalto a bajas temperaturas puede hacerse frágil, se utilizó el
reómetro de viga a flexión BBR de acuerdo a la especificación AASHTO M320. El método
de prueba se vale de la teoría de vigas para medir la rigidez de una pequeña viga de
asfalto simplemente apoyada bajo carga de creep. Se aplica una carga constante a la viga
de asfalto y se mide la deflexión en el centro de la viga después de haber sido cargada
por 4 minutos y entonces se calcula la rigidez a la fluencia (creep stiffness “s”) y la
variación de la rigidez del asfalto al aplicar las cargas “m”. Este valor m debe de ser
mínimo 0.3, en la figura 4 podemos apreciar como la temperatura de –10°C el asfalto con
el aditivo propuesto en este estudio presenta menor variación de rigidez que el asfalto
con el plastómero.
Figura 4 – Variación de la rigidez del asfalto con y sin aditivos a la temperatura de -10°C
8
Para mostrar que entre el asfalto y el agregado existe una alta tensión interfacial se utilizó
la prueba de la Resistencia al desprendimiento del Asfalto de los Materiales Pétreos en
las Mezclas Asfálticas por acción del agua (recomendación AMAAC RA 07/2000). La
siguiente figura 5 muestra que el asfalto con el aditivo propuesto en este estudio resuelve
el problema de desprendimiento del asfalto del agregado por acción del agua, mientras
que el asfalto con el polímero plastomérico no resuelve este problema.
0 % de cubrimiento después de la prueba RA 07/2008
“Asfalto AC-20 de Salamanca”
10 % de cubrimiento después de la prueba RA 07/2008
“Asfalto AC-20 de Salamanca más 0.5% de plastómero”.
100 % de cubrimiento después de la prueba RA 07/2008
“Asfalto AC-20 de Salamanca más 1.4% del aditivo propuesto”.
Figura 5 – Resultados la prueba de la Resistencia al desprendimiento del Asfalto de los Materiales Pétreos en las
Mezclas Asfálticas por acción del agua (recomendación AMAAC RA 07/2000) utilizando
asfalto AC-20 de Salamanca con y sin aditivos.
3.2. Obtención de un asfalto grado PG 70 -22 a partir del asfalto AC-20 de Salamanca.
El grado PG promedio del asfalto AC-20 de Salamanca queda limitado a –16°C en el
rango de baja temperatura, por lo que resulta complicado incrementar el grado PG hasta
-22°C debiendo utilizar altas dosis de polímeros elastoméricos siendo prácticamente
imposible utilizando polímeros plastoméricos. Utilizando el aditivo propuesto en este
estudio, es posible obtener un asfalto PG 70 –22 partiendo del asfalto AC-20 de
Salamanca de PG 64 –16. La tabla 6 muestra los resultados de la evaluación reológica
utilizando la norma AASHTO M320.
9
Propiedades reológicas del
Asfalto modificado
5.0% del aditivo
propuesto en este
estudio.
Punto de inflamación
285
Viscosidad a 135°C
0.152
Módulo de corte dinámico entre ángulo de
1.797
fase.
G* / sen a 70°C
Pérdida de masa
1.3
Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase
3.272
G* / sen a 70°C
Módulo de corte dinámico por ángulo de fase
1495
G* x sen a 31°C
Valor m a –12°C
0.322
3.0% de polímero
elastomérico
Requisito
285
2.541
2.292
230°C, mín.
3 KPa, máx.
1.00 KPa, mín.
1.2
9.417
1.00%, máx.
2.20 KPa, mín.
4554
5000 Kpa, máx.
0.336
0.300, mín.
Tabla 6 – Resultados de la evaluación del grado de comportamiento del asfalto AC-20 más la adición de 5.0% del aditivo propuesto en
este estudio, AC-20 más 3.0% de polímero elastomérico.
En base a los resultados en la tabla 6 podemos decir que utilizando el 5.0% (respecto al
asfalto) del aditivo propuesto en este estudio fue posible obtener un asfalto grado PG 70
–22 partiendo de un asfalto AC-20 de Salamanca PG 64 –16.
También utilizando 3.0% (respecto al asfalto) del polímero elastomérico fue posible
obtener un asfalto grado PG 70 –22 partiendo de un asfalto AC-20 de Salamanca PG 64
–16.
Una de las principales ventajas de utilizar el aditivo propuesto en este estudio respecto a
utilizar los polímeros elastoméricos para obtener un asfalto PG 70 -22, es la gran
reducción de la viscosidad del asfalto a las temperaturas entre 120 y 150°C, lo cual facilita
el mezclado, colocación y compactación de las mezclas asfálticas. En la figura 6 podemos
observar esta gran diferencia de viscosidades entre el asfalto modificado con el polímero
elastomérico que hay en el mercado y el aditivo propuesto en este estudio.
7
AC-20 más 3.0% de
Elastómero
AC-20 más 5.0% de
aditivo propuesto
Viscosidad
Pa s
6
5
4
3
2
1
0
120
125
130
135
140
145
150
155
160
Temperatura °C
Figura 6 – Viscosidad a altas temperaturas del asfalto AC-20 más 5.0% del aditivo propuesto en este estudio y del
asfalto AC-20 más 3.0% de polímero elastomérico.
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De la gráfica de la figura 6 se determinaron las temperaturas de mezclado y compactación
para elaborar los especimenes del diseño Marshall para encontrar el contenido optimo de
asfalto. Estas temperaturas de mezclado y compactación se muestran en la tabla 7.
Tabla 7 – Temperaturas de mezclado y compactación para la fabricación de los especimenes del diseño Marshall
Los resultados del diseño Marshall mostraron que el contenido optimo de asfalto es de
5.2% ya que con esta cantidad logramos el 4.0% de vacíos en la mezcla; este contenido
de vacíos fue logrado con asfalto AC-20 más 5.0% del aditivo propuesto en este estudio
compactándola entre 115 y 125°C, y también fue logrado con la mezcla elaborada con
asfalto AC-20 más 3.0% de polímero elastomérico compactándola entre 155 y 165°C.
La reducción de la temperatura de compactación entre el asfalto con el 5.0% del aditivo
propuesto en este estudio y el asfalto con 3.0% de elastómero fue de aproximadamente
40°C. Esta ventaja de utilizar menos temperatura en la fabricación y compactación de las
mezclas asfálticas debida al uso del aditivo propuesto en este estudio es muy importante,
ya que calentamos menos asfalto reduciendo la oxidación del mismo incrementando su
vida útil en la carretera, además de que al necesitar menos cantidad de energía dejamos
de emitir Dióxido de Carbono a la atmósfera contribuyendo al cuidado del medio
ambiente.
La siguiente figura 7 muestra que el asfalto con el 5.0% del aditivo propuesto en este
estudio resuelve el problema de desprendimiento del asfalto del agregado por acción del
agua, mientras que el asfalto con el 3.0% del polímero elastomérico no resuelve este
problema basándonos en los resultados de la prueba de la Resistencia al
desprendimiento del Asfalto de los Materiales Pétreos en las Mezclas Asfálticas por
acción del agua (recomendación AMAAC RA 07/2000).
30 % de cubrimiento después de la prueba RA 07/2008
Asfalto AC-20 de Salamanca más 3.0% de elastómero.
100 % de cubrimiento después de la prueba RA 07/2008
Asfalto AC-20 de Salamanca más 5.0% del aditivo propuesto
Figura 7 - Resultados la prueba de la Resistencia al desprendimiento del Asfalto de los Materiales Pétreos por acción del agua.
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Conclusiones:
El aditivo desarrollado en este estudio en una nueva alternativa para incrementar el grado
PG del asfalto cumpliendo con la norma AASHTO M320 “Performance-Graded Asphalt
Binder” y la norma mexicana de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes N –CMT4-05-004/08 “Requisitos de Calidad para Cementos Asfálticos Grado PG”.
Es posible incrementar el grado PG del asfalto AC-20 de Salamanca que presenta en
promedio un grado PG de 64 –16, a un grado PG de 70 –16 mediante la adición del 1.4%
del aditivo desarrollado en este estudio (tabla 4).
Con la adición del 1.4% del aditivo desarrollado en este estudio al asfalto AC-20 de
Salamanca además de obtener un grado PG de 70 –16, se obtienen las siguientes
ventajas:
La mezcla asfáltica puede ser mezclada a temperaturas entre 151 y 158°C (figura 2
y tabla 5).
La mezcla asfáltica puede ser mezclada a temperaturas entre 138 y 144°C (figura 2
y tabla 5).
El aditivo se adiciona y dispersa fácil y rápidamente en el asfalto a una temperatura
de 150°C por un tiempo entre 30 y 45 minutos.
Al requerir menos cantidad de energía para calentar el asfalto que cuando se
utilizan los polímeros que hay en el mercado para aumentar el grado PG, se dejan
de emitir menores cantidades de Dióxido de Carbono contribuyendo al cuidado del
medio ambiente además de un ahorro económico por el uso de menos cantidad de
combustible quemado.
La mezcla asfáltica es resistente a los daños causados por el agua (figura 5).
Es posible incrementar el grado PG del asfalto AC-20 de Salamanca que presenta en
promedio un grado PG de 64 –16, a un grado PG de 70 –22 mediante la adición del 5.0%
del aditivo desarrollado en este estudio (tabla 6).
Con la adición del 5.0% del aditivo desarrollado en este estudio al asfalto AC-20 de
Salamanca además de obtener un grado PG de 70 –22, se obtienen las siguientes
ventajas:
La mezcla asfáltica puede ser mezclada a temperaturas entre 130 y 140°C (tabla
7).
La mezcla asfáltica puede ser mezclada a temperaturas entre 115 y 125°C (tabla
7).
El aditivo se adiciona y dispersa fácil y rápidamente en el asfalto a una temperatura
de 150°C por un tiempo entre 30 y 45 minutos.
Al requerir menos cantidad de energía para calentar el asfalto que cuando se
utilizan los polímeros que hay en el mercado para aumentar el grado PG, se dejan
de emitir menores cantidades de Dióxido de Carbono contribuyendo al cuidado del
medio ambiente además de un ahorro económico por el uso de menos cantidad de
combustible quemado.
La mezcla asfáltica es resistente a los daños causados por el agua (figura 7).
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