Aditivos Para Asfaltos

AMAAC  Asociación Mexicana Mexicana Del Asfalto, A.C.

ADITIVOS PARA ASFALTO

OBJETIVO • El ob obje jeti tivo vo de es esta ta pr pres esen enta taci ción ón es  proporcionar información clara y concisa sobre diferentes Aditivos para Asfalto con la finalidad de actualizar los conocimientos de los asistentes y aclarar dudas respecto al uso de este tipo de productos.

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HISTORIA. El asfalto se ha utilizado desde el principio de la historia. Se reporta su utilización en la antigua Mesopotamia como impermeabilzante de aljibes y agente momificante. Se usa para pavimentación a partir de 1802 en Francia y de 1838 en USA. A partir de 1909 se comienza a usar el asfalto derivado de  petróleo y hoy constituye la principal fuente de abastecmiento de la industria de la construcción de carreteras. 3

ASFALTO o Ligante más utilizado en la construcción de carreteras. o Ligante aglomerante de bajo costo. o Dúctil. o Impermeabilizante, repelente al agua. o Pegajoso. o Resistente a la intemperie. o Se fluidifica al elevar la temperatura. o Es muy viscoso a temperatura ambiente. o Es muy estable. 

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¿PORQUE USAR ADITIVOS CON LOS ASFALTOS?  Cada

día se les exige más a los pavimentos asfálticos.  Se han mejorado, los diseños, la selección de los materiales y los procesos de puesta en obra y se les sigue exigiendo más.  Las posibilidades de mejorar las características de los asfaltos mediante mejoras en los procesos productivos se ha agotado. La calidad de los mismos va en descenso.  Se descubrió que mezclando los ligantes con otros  productos se obtenían propiedades deseables a un costo razonable. 5

ADITIVOS Cualquier producto que se adicione al

asfalto para modificar sus propiedades o su costo. El término aditivo es por tanto equivalente al témino modificador. Existen aditivos o modificadores que afectan diferentes propiedades del asfalto. 6

Modificadores de reología Grupo de aditivos constituido por los polímeros, moléculas orgánicas de gran tamaño formadas por un número determinado de moléculas pequeñas llamadas monómeros. Estos pueden ser iguales o diferentes. Polietileno, SBS. Viscosidad, ductilidad, resistencia al envejecimiento, susceptibilidad térmica, elasticidad. Función del tipo de polímero y de su dosificación. 7

Aditivos extendedores. Disminuyen

la cantidad de asfalto a emplear en un mezcla asfáltica. Deben ser mas económicos que el asfalto. Deben ser compatibles con el asfalto.  No deben afectar negativamente las propiedades del asfalto. Pueden mejorar los asfaltos Azufre, lignina. 8

Aditivos extendedores. Azufre Se

emplea del 5 al 30%. Resistente al agua y a los combustibles. Aumentan la penetración del asfalto. Susceptibles al envejecimiento. Disminuyen la ductilidad. Disminuyen el punto de reblandecimiento. Producen contaminación por emisiones en la producción de las mezclas. 9

Aditivos endurecedores del asfalto • Oxidantes químicos. Promueven la oxidación del asfalto. • Asfaltitas. Asfaltos naturales con alto contenido de asfaltenos 60-70%. • Solubles en asfalto. Dosis del 5 al 15%. • Aumenta la viscosidad. 5% la duplica. • Aumenta el punto de reblandecimiento. • Disminuye la penetración. 5% la lleva a la mitad. • Útiles en la producción de mezclas de alto módulo. 10 Aumentan la estabilidad de las mezclas.

Aditivos ablandadores del asfalto  Aumentan

la penetración de los asfaltos de forma duradera en el tiempo.  Mejoran algunas características del asfalto.  Útiles en los riegos de sello y en los de  penetración.  Permiten adecuar los asfaltos a las especificaciones requeridas para algunas aplicaciones determinadas.

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Aditivos rejuvenecedores del asfalto  Restablecen

o mejoran las características originales de un asfalto que ha llegado al final de su vida útil.  Recuperan la ductilidad y las características de trabajo a bajas temperaturas.  Son productos estables.  Permiten que los asfaltos envejecidos vuelvan a cumplir las especificaciones de diseño.  Se emplean en trabajos de reciclado. 12

Rejuvenecedores en reciclado.  En

caliente, se dosifica sobre RAP solo o mezclado con agregado y asfalto virgen en  plantas de batch o continuas de doble barril  La baja volatilidad de los aditivos minimiza la formación de humos.  El uso de altos contenidos de RAP conlleva interesantes ahorros.  Se requiere de un diseño previo. 13

Rejuvenecedores en reciclado  Reciclado

en frío. Los rejuvenecedores se adicionan en frío emulsificados solos o mezclados con asfalto de aporte dependiendo del diseño.  Reciclado de superficies. Se pueden aplicar sobre superficies de asfalto envejecido, o mezclarlo con el material del fresado de una pulgada de  profundidad. Este material se puede aplicar y utilizar como capa de rodamiento. Los rejuvenecedores penetran en el material envejecido. 14

Rejuvenecedores en asfaltos modificados Ayudan a mejorar la compatibilidad entre el asfalto y el polímero. Amplian la gama de asfaltos a emplear en la fabricación de modificados. Mejoran la resistencia al envejecimiento acelerado. Como auxiliar en la producción de asfaltos modificados con hule de llanta. Cada caso particular requiere de un estudio previo. 15

Fibras. Cortas

(< 1mm). Permiten incremetar la dotación de asfalto en una mezcla sin que este migre. Mejora ligeramente el comportamiento mecánico de las mezclas, existe una mejoría por el mero incremento de la dotación de asfalto. Celulosa, asbestos. Largas (4-12mm). Además de lo anterior, mejoran considerablemente la resistencia a la tensión de las mezclas. Poliester, polipropileno 16

¿Adherencia.? Capacidad

de un ligante para permanecer sobre un agregado, recubriéndolo sin riesgo de desplazamiento aun en presencia de agua o de tráfico. 17

Aditivos mejoradores de adherencia  La

adherencia entre asfalto y agregado es un factor fundamental en la vida de un pavimento.  Con frecuencia la falta de adherencia es la causa del deterioro tanto superficial como integral del pavimento.  Las fallas de adherencia se ponen de manifiesto especialmente en presencia de humedad.  Estos problemas se dan en todas las mezclas asfálticas en mayor o menor grado independientemente del proceso  productivo  Los aditivos solucionan estos problemas de forma limpia fácil y económica y su efectividad ha sido ampiamente18 comprobada.

Adherencia Asfalto Pétreo  Es

un fenómeno de superficie, depende en primera instancia del contacto íntimo entre el asfalto y el  pétreo, de la capacidad humectante del asfalto, de la limpieza de la superficie del agregado y de la ausencia de humedad, que presentan una barrera física en ambos casos.  El poder de humectación depende de la viscosidad y de la tensión superficial.  El asfalto es un hidrocarburo con una tensión superficial menor que el agua y que la mayoría de los agregados. 19

Tensión Superficial

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 Ad h es ió n en tr e ag r eg ad o y as falto

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Adherencia Asfalto Pétreo  Depende

de la afinidad entre la superficie del  pétreo y el asfalto.  El asfalto tiene una naturaleza ácida por lo que  presenta una carga superficial negativa por lo que presentará una buena afinidad con materiales con carga superficial positiva y una afinidad pobre con los materiales con carga superficial negativa. 22

Tipos de Adherencia  “Pasiva”,

resistencia del ligante a ser removido de la superficie de la superficie del pétreo por el agua o por el tráfico.

 “Activa”,

capacidad del asfalto para mojar el pétreo durante el proceso de elaboración de la mezcla. 23

Adherencia Asfalto Pétreo  Los

agregados calcáreos presentan carga superficial positiva, desafortunadamente tienen tendencia a pulirse.  Los materiales silíceos no presentan una  buena adherencia con el asfalto debido a su carga superficial negativa.

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Efecto de las c argas electro st áticas

25

Acción de los Aditivos Mejoradores de Adherencia Los aditivos mejoradores de adherencia son tensoactivos, sustancias orgánicas con una parte  polar (hidrofílica) y una parte apolar (lipofílica). La parte apolar tiene tendencia a estar en el asfalto La parte polar tiene carga positiva y tiene tendencia a salirse del asfalto. La parte polar al acercarse al pétreo forma un puente de unión entre asfalto y pétreo que facilita la unión entre el asfalto y el pétreo.

►

► ►

►

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 Ad iti vo m ejo rad o r d e ad h eren c ia

27

Fu n c i ó n d el ag en t e an t i d es p r en d i m i en t o a base de am in a gr asa

28

Acción de los Aditivos Mejoradores de Adherencia.  Otros

factores que afectan la adherencia son:

La

textura superficial del agregado. La porosidad. La capacidad de absorción. La limpieza de la superficie. La presencia de humedad.  Las

superficies lisas no mantienen tan bien adherido el asfalto como las superficies rugosas. 29

Desprendimiento. Es el resultado de la ruptura de la unión entre el

asfalto y el agregado. El agua entra entre la película de asfalto y el agregado y debido a la mayor afinidad del agregado hacia el agua, esta desplaza al asfalto. Adherencia pasiva. Cuando el asfalto se mantiene unido al pétreo en presencia de agua. Adherencia activa. Cuando el asfalto es capaz de adherirse al pétreo en presencia de agua 30 desplazándola.

Desp rendim iento o c arencia de adh esió n

31

 Adhes ión ac tiva

32

Desprendimiento. • La entrada de humedad a una carpeta puede darse  por la parte inferior, cuando llega humedad por capilaridad. El agua al subir va desplazando el asfalto de la superficie del agregado, disminuyendo la capacidad soporte y con la acción del tráfico se  producen fisuras y posteriormente se disgrega el  pavimento. • Superficialmente, el agua superficial es bombeada con el paso de los vehículos hacia los vacios y comienza el proceso de desprendimiento, comenzando con los finos y posteriormente los 33 gruesos.

Estabilidad a la temperatura.  El

asfalto tiene un ligera naturaleza ácida por lo que  puede reaccionar con los mejoradores de adherencia que son alcalinos neutralizando su efecto. Esta reacción se acelera a altas temperaturas por lo que estos producos deben mantener su efecto en el tiempo, incluso a temperaturas de almacenamiento del asfalto.  Los mejoradores de adherencia no deben contener combustibles, como solventes, ya que estos se evaporan a las temperaturas de almacenamiento aumentando los riesgos de explosión cuando los tanques de almacenamiento se van vaciando 34

Aplicaciones. • Mezcla en caliente, los mejoradores de adherencia se dosifican en la línea de asfalto o en el punto de desgarga del asfalto sobre el agregado. • En los tanques de almacenamiento de asfalto recirculando o agitandolo para garantizar la homogenización del aditivo. • La dosificación del aditivo depende de diferentes variables y se debe determinar en el laboratorio para el agregado y asfalto que se va a emplear en el  proyecto. 35

Aplicaciones. • Mezcla en frío con rebajados. • Riegos de liga con rebajados. • Riegos de sello con rebajados.

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Mitos y Realidades  Mito.

Los asfaltos, cuando se mezclan con agregados  basálticos y calcáreos no requieren de aditivos que mejoren su adherencia.

 Realidad.

Los aditivos mejoradores de adherencia han demostrado que mejoran de forma importante el comportamiento de las mezclas asfálticas sometidas a la acción del agua. Tanto las fabricadas con agregados ácidos como las fabricadas con agregados neutros o alcalinos. 37

Otras Realidades. • Los pavimentos asfálticos duran poco en México. • Los asfaltos no cumplen con su función de mantener la cohesión entre los pétreos a través del tiempo. • El deterioro de las superficies de rodamiento aparece prematuramente. • El concepto de calidad no está totalmente integrado al proceso de diseño y construcción. 38

¿ omo eterm nar con ant c pac n los efectos negativos del agua?

Método

de desprendimiento por fricción. Método de ebullición. (30 minutos). Método de estabilidad retenida después de inmersión (ASTM D1075). Método UCL. (Método Universal de Caracterización de Ligantes) 39

Ensayo de Inmersión Compresión I/C > 0.55

40

Método de Ensayo UCL

RESULTADO DE ADHESIVIDAD AGREGADO PÉTREO -CEMENTO ASFÁLTICO

100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 % Pérdidas por 50.0 Desgaste 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0

Resultados de especímenes en seco

14.5

13.4

  0   2    C   A

  0   0   +   5    0   S   2   A    C   %   A   5  .   0

11.4

  0   0   +   8    0   S   2   A    C   %   A   5  .   0

41

Método de Ensayo UCL

RESULTADO DE ADHESIVIDAD AGREGADO PÉTREO -CEMENTO ASFÁLTICO

100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 % Pérdidas por 50.0 Desgaste 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0

Resultados de especímenes después de 1 día sumer idos a 60°C

45.8 21.2

  0   2    C   A

  0   0   +   5    0   S   2   A    C   %   A   5  .   0

24.5

  0   0   +   8    0   S   2   A    C   %   A   5  .   0

42

Método de Ensayo UCL

RESULTADO DE ADHESIVIDAD AGREGADO PÉTREO -CEMENTO ASFÁLTICO

100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 % Pérdidas por 50.0 Desgaste 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0

Resultados de especímenes después de 5 días sumergidos a 35°C

28.5

  0   2    C   A

16.4

  0   0   +   5    0   S   2   A    C   %   A   5  .   0

17.9

  0   0   +   8    0   S   2   A    C   %   A   5  .   0

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Basalto. AS-500 RESULTADO DE ADHESIVIDAD AGREGADO PÉTREO -CEMENTO ASFÁLTICO

100.0 90.0 80.0 70.0 % Pérdidas por 60.0 50.0 Desgaste 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0

Resultados de especímenes elaborados Con Aditivo SURFAX AS-500 en un 0.9%

7.8

9.4

  o   c   e   S   n   E

Método de Ensayo UCL

  C   °   0   6   a   a   í   d   1

44

Basalto. AS-800 RESULTADO DE ADHESIVIDAD AGREGADO PÉTREO -CEMENTO ASFÁLTICO

100.0 90.0 80.0 70.0 % Pérdidas por 60.0 50.0 Desgaste 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0

Resultados de especímenes elaborados Con Aditivo SURFAX AS-800 en un 0.9%

9.0

9.3

  o   c   e   S   n   E

Método de Ensayo UCL

  C   °   0   6   a   a   í   d   1

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Calizo. RESULTADO DE ADHESIVIDAD AGREGADO PÉTREO -CEMENTO ASFÁLTICO

Método de Ensayo UCL Pétreo calizo

100.0 90.0 80.0 70.0 % Pérdidas por 60.0 50.0 Desgaste 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0

Resultados de especímenes elaborados Sin Aditivo

34.3 7.1

  o   c   e   S   n   E

  C   °   0   6   a   a   í   d   1

46

Calizo. AS-800 RESULTADO DE ADHESIVIDAD AGREGADO PÉTREO -CEMENTO ASFÁLTICO

Método de Ensayo UCL Pétreo calizo

100.0 90.0 80.0 70.0 % Pérdidas por 60.0 50.0 Desgaste 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0

Resultados de especímenes elaborados Con Aditivo SURFAX AS-800 en un 0.9%

6.5

7.0

  o   c   e   S   n   E

  C   °   0   6   a   a   í   d   1

47