EMULSIONES ASFALTICAS.docx

EMULSIONES ASFALT ASFALTICAS ICAS Se denomina emulsión a un sistema compuesto de dos líquidos inmiscibles de los que uno se dispersa en el otro en forma de gotas diminutas, denominando al primero como FASE FASE DISPERSA y al segundo como FASE !"#I"$A% &as emulsiones o bet'n asf(ltico es el procedente de la destilación del petróleo) del crudo de donde principalmente se obtiene el bet'n o emulsión% Del crudo en las refinerías se obtiene di*ersos productos despu+s de pasar por  *arios procesos o procedimientos, entre los di*ersos productos que se obtienen se encuentran *arios tipos de gases, gasolinas y erosene, diesel, combustibles y PI#- ASF.&#I!S% El producto obtenido desde el fondo de la torre de destilación, posterior a la e/tracción de los componentes li*ianos, se denominan pitc0 asf(ltico, con el cual se prepara el cemento asf(ltico que a temperatura ambiente es un compuesto semisólido% &as emulsiones asf(lticas son micro dispersiones de cemento asf(ltico en agua, m(s m(s un agen agente te emul emulsi sifificad cador or el cual cual act'a act'a como como esta estabi bilili1ad 1ador or del del sist sistem ema, a, otorg(ndole adem(s, una polaridad%

El cemento asf(ltico se obtiene para diferentes consistencias, que se miden a tra*+s del ensaye de penetración o ensayes de *iscosidad% En las emulsiones asf(lticas, las dos fases en presencia son agua y asfalto% Si se agitan asfalto fundido y agua caliente se obtiene una emulsión inestable que solo dura el momento de la agitación, tan pronto como cesa esta las partículas de asfalto se unen unas a otra, formando una masa continua separada del agua% &as emulsiones como ya 0emos mencionado est(n compuestas por cemento asf(ltico, agua y un agente emulsificante en las proporciones apro/imadas de2 cemento asf(ltico2

345 a 675



 Agua2

735 a 345



 Agente emulsificante2



4,35 a 8 5

Para la obtención de la emulsión es necesario la unión del asfalto con el emulsificante o solución acuosa para ello se utili1a los molinos coloidales% El 9olino oloidal -omogeni1ador tiene como función Principal la de triturar, moler  y:o refinar los componentes de una me1cla 0'meda, logrando como resultado una dispersión ; 0omogeni1ación final con tamao% El espacio libre entre ambas pie1as, se regula por medio de un dispositi*o de a>uste que se mane>a e/ternamente y con el equipo en funcionamiento% &a regulación de los conos se efect'a mediante un *olante que permite graduar la separación y apro/imación entre los conos% El diseabones de sodioC del tipo R!!"a B(cidos grasosC% El radical R queda sumergido en glóbulos de cemento asf(ltico y el grupo !! unido a + l queda en la fase acuosa donde se disocian los cationes "a%

&as mol+culas del agente emulsionante cubren completamente el glóbulo de cemento asf(ltico, quedando tapi1ado de radicales negati*os y act'an como si estu*ieran cargado negati*amente%

Esta carga negati*a impide el contacto directo de los distintos glóbulos de asfalto, por lo que tienden a mantenerse separados y mantienen estable la emulsión% En la practica, para lograr una protección efica1 del glóbulo de asfalto se emplea la cantidad de emulgente necesaria para lograr que sus mol+culas tapicen

totalmente su superficie y la situación del glóbulo de asfalto en la emulsión terminada es la indicada en la siguiente figura2

 A causa de su carga negati*a, los glóbulos de cemento asf(ltico de una emulsión aniónica tiene especial afinidad por las superficies iónicamentes positi*as como son los (ridos tipo cali1as Bao7C, dolomitas y basaltos% &a representación que se emplea en las figuras de e>emplo de las mol+culas de las emulsiones Buna cabe1a grande o *oluminosa seguida por una cola largaC es muy parecidas a la realidad% &os >abones de metales bi*alentes suelen producir  emulsiones de agua en asfaltos, lo que puede e/plicarse por an(logas considerables geom+tricas%uando el asfalto empleado contiene una ele*ada proporción de (cidos naft+nicos pueden fabricarse emulsiones aniónicas utili1ando como emulsificante los >abones formados por los (cidos naft+nicos de los asfaltos con un (lcali% Dentro de las emulsiones aniónicas se puede encontrar las emulsiones2 o

Emulsiones de quiebre lento BRS ; , RS ; 8C

o

Emulsiones de quiebre medio B9S ; , 9S ; 8, 9S ; 80C

o

Emulsiones de quiebre r(pido BSS ; , SS ; 0C

Dependiendo de la rapide1 de quiebre se clasifican y esto *a dependiendo seg'n la proporción y tipos de emulsificantes empleados, se obtienen seg'n estos las emulsiones de mayor o menor rapide1 de quiebre, o sea la *elocidad con que las partículas de asfalto recubren el agregado p+treo separ(ndose del agua% Emulsiones atiónicas2

Estas son aquellas en que las partículas de asfalto est(n cargadas positi*amente, por lo que representan afinidad por los grupos cargados negati*amente y por ende contrariamente a las emulsiones aniónicas que tratamos anteriormente% &os emulgentes ocupados para la obtención de estas emulsiones catiónicas son normalmente sales de amonio cuaternario de tipo2 R

o amina grasa Bdiamina, amidoamina, imida1olinaC% &os radicales R, R8, R7 , R se sumergen en los glóbulos de asfaltos y el nitrógeno queda en la fase acuosa donde se disocian los aniones l que es uno de los muc0os que se pueden emplear en la practica para la elaboración de los di*ersos tipos de emulsiones%

En las emulsiones catiónicas se clasifican al igual que las emulsiones aniónicas de acuerdo a su *elocidad de quiebre osea a una clasificación de emulsiones de quiebre r(pido, medio y lento%

&as siglas o com'nmente llamadas son2 

atiónicas de quiebre r(pido Bationic rapid settingC2 RS ; , RS ; 8

 atiónicas de quiebre medio Bationic m+dium settingC2 9S ; , 9S ; 8, 9S ; 80



atiónicas de quiebre lento Bationic sloG settingC2 SS ; , SS ; 0%

En general las emulsiones producen en las me1clas asf(lticas un recubrimiento m(s delgado en material p+treo% Su uso se 0a estado ampliando por  las mismas ra1ones que los asfaltos cortados 0an ido disminuyendo, debido a que no se produce tanta contaminación debido a que el *e0ículo sol*ente para la elaboración de los asfaltos con estas emulsiones es agua por lo que se e*apora no produciendo polución% Por e>emplo2 SS ; 7H ; Emulsión atiónica BHC de quiebre lento BSC y 7 que tiene *iscosidad entre 834 y 344 S%S%F%  Adem(s se puede inc luir otra característica adicional seg'n sea la dure1a del residuo asf(ltico que si esta entre 4 y 4 de penetración la emulsión se denominar( con la letra 0 al final de su nombre% Por e>emplo2 RS  7 0 RS J Kuibre rapido BRapid SettingC 7 J @iscosidad 834 a 344 segundos saybolt Furol%  J atiónica Bse usa con (ridos de carga negati*aC% 0 J residuo duro Bde penetración entre 4 y 4C

FA?RIA I!" DE &AS E9$&SI!"ES Para fabricar las emulsiones es necesario me1clar en las condiciones necesarias asfalto, agua y el emulgente necesario para crear la emulsión especificada% $na de las condiciones m(s importante en el momento de la me1cla es la *iscosidad ya que tiene que ser suficientemente ba>a para permitir que se

disperse en gotas microscópicas% Para ello se calienta a una temperatura de unos 44 grados elsius% &as sustancias emulgentes generalmente se le agregan al agua pero en algunos casos este se agrega al asfalto, pero 0ay un incon*eniente muy gra*e en este m+todo ya que al agregarle el asfalto directamente se produce espuma, lo que dificulta el actuar del asfalto como elemento de co0esión% El agua >unto con los emulgentes se me1cla con muc0a energía para poder lograr la emulsión adecuada por que como se sabe el asfalto es un material inmiscible y es muy difícil que 0aya una perfecta me1cla con el agua si no 0ay una agitación en+rgica% Estos elementos se someten a grandes esfuer1os para lograr la emulsificación de los elementos y adem(s estos elementos tienen que tener sistemas de calor para que permitan que el asfalto pierda un poco de *iscosidad% -ay que tener en cuenta adem(s de como se emplean los emulsificantes para que el transporte sea m(s f(cil y para la aplicación misma del asfalto tambi+n 0ay que tomar en consideración su rotura o quiebre seg'n sea el caso que es proceso por el cual el agua se separa del asfalto y este *uel*e a actuar en su estado normal por lo tanto la rotura puede producirse por *arios factores tales como2 aC Afinidad química de los glóbulos de asfalto cargados el+ctricamente por las superficies de carga opuesta% Por lo dic0o anteriormente las partículas de asfalto de la emulsión aniónica est(n cargadas negati*amente y por ende tienen afinidad por las superficies positi*as, lo que conlle*a la presencia de (ridos b(sicos, por  lo tanto las emulsiones tender(n a romperse por ad0erencia del asfalto a la piedra) pero en el caso de las emulsiones aniónicas la fuer1a para producir la rotura no es suficiente% En cambio en las emulsiones catiónicas el efecto de los (ridos electronegati*os es muy fuerte por lo cual la rotura es casi inmediata de las emulsiones% bC Rotura del equilibrio de la emulsión por e*aporación de agua% &a estabilidad que tiene la emulsión est( asegura por la protección que las mol+culas del emulgente dan a las partículas de asfalto% Estas mol+culas se fi>an en la superficie de los glóbulos en equilibrio entre la atracción e>ercida por el asfalto sobre la cadena no polar y la e>ercida por el agua sobre la parte polar de la mol+cula% PR$E?AS K$E SE EFE#$A" E" &AS E9$&SI!"ES ASF.&#IAS% P!#E"IA& DE -IDRLME"!% BP-C% onsiste en conocer el grado de acide1 o alcalinidad de la fase acuosa, adem(s tambi+n nos indica el tipo de

emulsión de que se trata sabiendo que las emulsiones catiónicas son (cidas y las aniónicas son alcalinas% RE#E"ID! E" &A 9A&&A "N9ER! 84% este ensaye indica si la emulsión presenta glóbulos de un tamae se retiene en la misma%  ASE"#A9IE"#! E" 3 DOAS% "os ayuda a conocer la 0omogeneidad que presentan los productos al ser almacenados y el ensaye consiste en de>ar reposar  durante 3 días el producto, y determinar las diferentes concentraciones que presente el asfalto% Según la carga eléctrica de la emulsión, se clasifican en Emulsiones Asf(lticas atiónicas Emulsiones Asf(lticas Aniónicas% &as emulsiones asf(lticas se desarrollan con el ob>eti*o de cambiar la consistencia del asfalto y darle así una traba>abilidad adecuada para cada tipo de aplicación sin la necesidad de calentarlo 0asta altas temperaturas como es usual en me1clas tradicionales con cemento asf(ltico% &as principales *enta>as que caracteri1an el uso de emulsiones asf(lticas es la considerable reducción de costos para la construcción y conser*ación de caminos, ya que la adecuada traba>abilidad que presentan a temperaturas menores permiten un a0orro energ+tico considerable, esto sumado a que las aplicaciones con emulsiones son de espesores muc0o menores que los utili1ados en me1clas tradicionales, permitiendo a0orro en el uso de material y tiempos de construcción% De acuerdo con el tipo y la cantidad del agente emulsificador empleado, las emulsiones se clasifican en función de su tiempo de quiebre en2  Emulsiones de Kuiebre R(pido BRSC Emulsiones de Kuiebre &ento BSSC Emulsiones de Kuiebre ontrolado BKSC Emulsiones de Kuiebre 9edio B9SC &as emulsiones de quiebre r(pido BRSC se utili1an normalmente en sellos y tratamientos superficiales% &as de quiebre lento BSSC se utili1an para riegos de liga, riegos neblina BFog SealC y lec0adas asf(lticas Bslurry sealsC% &as de quiebre controlado BKSC se utili1an en lec0adas asf(lticas y microaglomerados en frío Ben

este 'ltimo caso deben ser emulsiones de quiebre controlado modificadas con polímerosC%

CEMENTOS ASFALTICOS El cemento asf(ltico es un tipo de asfalto que se utili1a en la pa*imentación de carreteras% Por ser un material termopl(stico Bposee un comportamiento rígido a ba>as temperaturas o d'ctil a temperaturas altasC la acción del calor lo *uel*e suficientemente fluido para cubrir en forma completa a los (ridos y lograr una buena traba>abilidad entre ellos% $na *e1 enfriada, alcan1ar( la resistencia necesaria para responder ante las solicitaciones de tr(fico% El asfalto confiere las siguientes propiedades a la me1cla2 Poder o0esi*o2 la co0esión del asfalto proporcionado a la me1cla permite resistir  los esfuer1os abrasi*os del tr(fico% &as cargas presentes en el pa*imento, fi>as o *ariables, generan un proceso de deterioro en los materiales asf(lticos, el cual se puede disipar a tra*+s de la deformación el(stica, pl(stica o en la fisuración que pueda sufrir el material% Susceptibilidad #+rmica2 el comportamiento mec(nico del asfalto cambia seg'n la temperatura y la duración de la carga aplicada% Puede tener una respuesta fr(gil a ba>as temperaturas y lapsos cortos de carga% A temperaturas medias y tiempos moderados de aplicación de cargas, la respuesta del material pasa a ser *iscoel(stica, *ol*i+ndose un material con ba>a consistencia a temperaturas altas%  Ad0esi*idad2 corresponde a la resistencia a la falta de en*oltura que opone el asfalto ante la acción del agua% En*e>ecimiento2 esta propiedad est( relacionada con el en*e>ecimiento al cual est( sometido constantemente el asfalto% El en*e>ecimiento aparece producto de la acción del calor, del aire y de los rayos ultra*ioletas que pro*ocan o/idación al asfalto torn(ndolo m(s fr(gil% En general, el cemento asf(ltico debe cumplir con ciertas especificaciones como requisito para ser empleadas en la confección de me1clas asf(lticas% Para *erificar  si estos requisitos se cumplen, los materiales se someten a una serie de ensayos, los que se describen en el punto siguiente de esta in*estigación%

ENSA!ES "A#A LOS CEMENTOS ASF$LTICOS% ENSA!O &E 'ISCOSI&A&%

El ob>eti*o del ensaye de *iscosidad es determinar el estado de fluide1 del asfalto, a temperaturas de 64 Btemperatura m(/ima promedio a que se encuentran e/puestas las superficies pa*imentadas con asfalto en Estados $nidosC y a 73 Btemperatura pró/ima a la cual se efect'an las me1clas y aplicaciones de los cementos asf(lticosC% &a *iscosidad o consistencia del cemento asf(ltico se especifica, ya sea para la *iscosidad absoluta o *iscosidad cinem(tica% Para ba>as temperaturas B64 por  e>emploC la *iscosidad se mide con *iscosímetros capilares de *idrio del tipo *acío% &a *iscosidad de un cemento asf(ltico a altas temperaturas, usualmente 73, se mide con *iscosímetros capilares de flu>o in*erso% &a base de este ensayo es medir el tiempo necesario para que un *olumen fi>o de líquido fluya a tra*+s del capilar de un *iscosímetro capilar calibrado ba>o una carga de presión reproducible con e/actitud y temperatura cuidadosamente controlada% Para determinar la *iscosidad absoluta Ba 64C se debe precalentar el asfalto e introducirlo en la boca anc0a del *iscosímetro 0asta el ni*el de la línea de llenado% El *iscosímetro *iene montado sobre un baores propiedades aglomerantes% Por otra parte, asfaltos con un ductilidad muy ele*ada son usualmente susceptibles a los cambios de temperatura% El ensayo consiste en moldear en condiciones y con dimensiones normali1adas de ensayo y se someter a alargamiento con una *elocidad especificada 0asta que el 0ilo que une los dos e/tremos se rompa% "ormalmente, el ensayo se reali1a a una temperatura de 83  y una *elocidad de alargamiento de 3 cm:min% &a ductilidad se mide en un equipo llamado ductilímetro% &a longitudBen cmC a la que el 0ilo del material se rompe define la ductilidad%

ENSA!O &E "EL)CULA &EL*A&A% Tste es un procedimiento que somete a la muestra de asfalto a condiciones de endurecimiento que se apro/iman a las que ocurren normalmente en las operaciones de me1cla en planta% Por lo tanto, mide el endurecimiento o posible

en*e>ecimiento del cemento asf(ltico producto del efecto del calor, aire y proceso de me1clado% El ensayo en sí consiste en colocar 34 gramos de cemento asf(ltico sobre un platillo de 4 mm de di(metro y 4 mm de profundidad% &a capa de asfalto es cercana a los 7 mm de espesor% &a muestra y el recipiente se colocan en un 0orno *entilado a 67 sobre un e>e que gira entre 3 a 6 re*oluciones por minuto, durante 3 0oras% &uego, la muestra se saca y se somete a los ensayos de penetración y ductilidad, comparando estas medidas con las originales%

ENSA!O EN +O#NO &E "EL)CULA &EL*A&A #OTATO#IA El propósito de este ensayo es el mismo que el de Película Delgada, pero aplicado a materiales asf(lticos que est(n en constante mo*imiento para ser medidos en forma rutinaria, lo que 0ace que los equipos y procedimientos de ensaye sean diferentes% El procedimiento consiste en colocar una cantidad específica de cemento asf(ltico en un frasco y ponerlo en un sistema que gira a una *elocidad determinada en torno a un e>e 0ori1ontal, todo dentro de un 0orno especial a una temperatura de 67% En cada rotación el orificio del frasco pasa frente a un flu>o de aire% Este ensaye permite acondicionar un mayor n'mero de muestras que el de Película Delgada% &uego de este ensaye se determina la ductilidad y *iscosidad absoluta del cemento asf(ltico%

ENSA!O

&E

SOLUILI&A&%

Este ensayo consiste en medir la pure1a del cemento asf(ltico% &a muestra de cemento asf(ltico que es soluble en tricloroetileno representa los constituyentes cementantes% &a materia inerte, sales, carbón libre u otros contaminantes inorg(nicos son insolubles% &a solubilidad es un proceso de disolución de 8 gramos de asfalto en 44 ml de sol*ente para separar la materia insoluble, reteni+ndola al filtrar% Se determina la

cantidad de material retenido en el filtro y se e/presa como un porcenta>e, en peso, de la muestra original%

ENSA!O &E LA MANC+A% Este ensayo permite determinar la ra1ón de los constituyentes del asfalto, asfaltenos:maltenos importantes en el comportamiento de los asfaltos Basfaltenos dan color y dure1a al asfalto, maltenos otorgan el *alor co0esi*oC% En este ensayo se toman 8 gramos de cemento asf(ltico y se prepara una me1cla de 4%8 ml de Uilol:-eptano en distintas proporciones% &a muestra se coloca en un baa% Si la gota de>a una manc0a circular caf+ con un n'cleo oscuro se informa como positi*a% Si corresponde a una manc0a caf+ circular uniforme se informa como negati*a%

"UNTO &E INFLAMACI(N El punto de inflamación o punto de c0ispa, indica la temperatura a la que puede calentarse el material, sin peligro de inflamación en presencia de llama libre% Esta temperatura, usualmente, es muy inferior a aquella a la que el material ardería o su punto de fuego% Por lo tanto, +ste an(lisis sir*e como prueba de seguridad en la operación de las plantas asf(lticas en caliente% El punto de inflamación se mide por el ensayo en copa abierta le*eland%

#e-uisit.s /ara la Es/ecificación de un Cement. Asf0ltic.%

 A continuación, se presenta la tabla que muestra los requisitos de especificación que deben cumplir los asfaltos tradicionales c0ilenos con un rango de penetración 64V4% Requisitos para los Asfaltos #radicionales% Rango de Penetración 64V4%

ASFALTOS #EA1A&OS Disol*iendo el cemento asfaltico en diferentes destilados *ol(tiles del petróleo, o emulsificandolo con agua, se obtienen productos asfalticos que muy pronto adquieren un alto *alor cementante al *olati1arse dic0os destilados% En la figura se muestran los tipos de productos asfalticos líquidos que actualmente son m(s empleados en la construcción de pa*imentos fle/ibles%

i

Definiciones de productos asfalticos utili1ados en la fabricación de pa*imentos fle/ibles2  ASFA&#!S RE?AWAD!S DE FRAM$AD! &E"#! BF&C2 los asfaltos líquidos de fraguado lento pueden ser aceites residuales que contiene porciones poco o nada *ol(tiles, o bien, pueden ser una me1cla de cemento asfaltico con aceite residual% @arían desde un aceite fluido con propiedades ligantes pobres, 0asta un material muy *iscoso con e/celentes características aglutinantes requiriendo ser calentado para su mane>abilidad% Se distinguen por medio de un n'mero que crece a medida que su contenido de asfalto lo 0aceBdisminuyendo ob*iamente su cantidad de aceitesC%  ASFA&#!S RE?AWAD!S DE FRAM$AD! 9EDI!BF9C2 estos son productos de la me1cla de cemento asfaltico con erosene, el cual es un compuesto moderadamente *ol(til% &a presencia de este permite la mane>abilidad del asfalto a temperaturas relati*amente ba>as, y la mayor parte de este disol*ente se e*apora cuando se e/pone al aire o al sol, de>ando al final solo el cemento asfaltico%  ASFA&#!S RE?AWAD!S DE FRAM$AD! RAPID! BFRC2 los asfaltos de fraguado r(pido se producen me1clando cemento asfaltico con un destilado similar a la gasolina% &os cementos asfalticos de ba>a penetración se utili1an generalmente para producir asfaltos liquidos de fraguado r(pido y medio% Este producto es raramente utili1ado en plantas para me1clas en caliente debido al peligro de incendio que representa% omo los asfaltos de fraguado medio y lento, los de fraguado r(pido se distinguen por un numero el cual aumenta en proporción al contenido de cemento asfaltico% Clasificación de l.s asfalt.s re2a3ad.s Clasificación

'el.cidad de fraguad.

Ti/. de s.l4ente

FR7

R(pida

"afta, gasolina

F9

9edia

Kueroseno

#E5UISITOS &E CALI&A& "A#A ASFALTOS #EA1A&OS &os asfaltos reba>ados, seg'n su clasificación, deben satisfacer los requisitos establecidos en la #abla V de esta "orma%