91782091-02-Asfalto

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Ligante AsfálticoLigante Asfáltico

Introducción a la Química, Reología, Propiedades y

Especificaciones.

Tecnología del AsfaltoTecnología del AsfaltoGabriel Sepúlveda RuizGabriel Sepúlveda RuizClaudio Fonseca IbarraClaudio Fonseca Ibarra

Propiedades deseablesn Alta elasticidad a

elevadas temperaturasn Suficiente ductilidad a

bajas temperaturasn Baja susceptibilidad al

cambio de temperaturan Bajo contenido de

parafinan Buena adhesión y

cohesiónn Alta resistencia al

envejecimiento

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Tipos de Crudo

3

2133

6

14

20

7

10

16

26

28

30

58

27

1

Boscan Venezuela Arabia Pesado Nigeria Liviano

GasolinaKerosén

Aceite gas Liviano

Aceite gas pesado

Residuo Asfáltico

Obtención del Asfalto



3

Refinación AsfaltoAlmacenamiento

de Campo

Estaciónde Bombeo

Arena y Agua

Petróleo

Gas

Almacenaje Refinería

Calentadorde Tubos

Torre deDestilación Condensadores y

Enfriadores

Aire

Destiladora

AsfaltoOxigenado

RESIDUOS

Destilados Livianos

Destilados Medianos

Destilados Pesados

ProcesamientoGasolina

Solventes Livianos

Kerosene

Aceite Liviano de Quemador

Aceite Diesel

Aceites Lubricantes

Unidad deProcesamiento

Agua

PlantaEmulsiones

Cementos Asfálticos

Asfaltos Diluidos deCurado Lento

Asfaltos Diluidos deCurado Medio

Asfaltos Diluidos deCurado Rápido

AsfaltosEmulsificados

Temperaturas de Destilación



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Composición Química del Asfalto

n Los cementos asfálticos derivan de materias vivas en descomposición.

n Por esto su composición química es muy compleja y aún no esta comprendida totalmente.

Carbono (82 a 87%).Carbono (82 a 87%).Hidrógeno (9 a 11%).Hidrógeno (9 a 11%).

Nitrógeno (0,2 a Nitrógeno (0,2 a 1,2%).1,2%).

Sulfuro (0,9 a 5,5%).Sulfuro (0,9 a 5,5%).Oxigeno (0,2 a 0,8%).Oxigeno (0,2 a 0,8%).

Vanadio (4 a 1400 Vanadio (4 a 1400 ppmppm).).

NiquelNiquel (0,4 a 110 (0,4 a 110 ppmppm).).

Estructura Internan Polímero Complejo,

compuesto por más de 10x1015 tipos de moléculas.

n Estas se entrelazan y se unen de forma compleja y desconocida.

Aromáticos Cíclicos

Alifáticos



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Fraccionamiento del AsfaltoExisten variados métodos (Hubbard y Stanfield)

Betún Asfáltico

Pentano o Heptano

Fracción Insoluble

(Asfalteno)

Fracción Soluble

(Malteno)

Pentano (Aceites)

Benceno+ Metanol

(Resinas)

Estructura ColoidalEstructura Coloidal

Estructura Coloidal del Asfaltoa) Asfáltenos.n Partículas sólidas bituminosas

discretas.n Alta Viscosidad. n Proveen elasticidad, resistencia

y cohesión.

Asfalto

Asfáltenos Maltenos

Resinas Aromáticas

AceitesSaturados

Resinas.• Muy susceptibles a la

Temperatura.• Son los responsables de la

viscoelasticidad.• En la oxidación se transforman

en asfáltenos.

Aceites.• Aumentan la fluidez. • En la oxidación se transforman

en resinas y asfáltenos.

b) Maltenos.• Se subdividen en resinas y

aceites.



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Estructura Coloidal del Asfalto

AsfáltenosAsfáltenosAceites SaturadosAceites SaturadosResinasResinas

Amortiguador

Resorte

Reología del Asfalto

Deformación Elástica

Deformación Plástica

Estudio de los cambios en la forma y el flujo de la materia, abarcando, elasticidad, viscosidad y plasticidad.



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T°2

T°1T°2 > T°1

E1

E2

ε

σf(t,T°)

γ

τ

T°2

T°1T°2 > T°1

η 1

η 2

γ

τ

4°C 60°C 135°C

Elástico Visco-Elástico Viscoso




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PropiedadesPropiedadesCemento Cemento AsfálticoAsfáltico

ConsistenciaConsistencia

SusceptibilidadSusceptibilidadTérmicaTérmica PurezaPureza

SeguridadSeguridad

DurabilidadDurabilidad

Ensayos de ConsistenciaEnsayos de Consistencian Miden la dureza del

material.n Varía con la temperatura

y el tiempo de carga.n Distintos ensayos miden

su consistencia a las distintas temperaturas a que estará sometido el cemento asfáltico en su vida útil.



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Ensayos de ConsistenciaEnsayos de Consistencia

0°C 25°C 60°C 135°C

4°C

Ensayo de Fragilidad Fraassn Mide la temperatura de

ruptura frágil del asfalto.n Se somete una película de

asfalto a flexión, a temperaturas decrecientes.

n Hasta la fractura de la película de asfalto.



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Ensayo de PenetraciónEnsayo de Penetraciónn Sirve para medir la

consistencia del asfalto.

n Clasificación actual de los asfaltos en Chile.

n La medición se realiza a 25 °C.

Ensayo de PenetraciónEnsayo de Penetraciónn Este ensayo se realiza

haciendo penetrar en la superficie de la muestra un aguja normalizada de 100 g por 5 segundos.

n La distancia que penetra la aguja en el asfalto se expresa en décimas de milímetro.

Penetracion en 1/10 mm



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Ensayo de DuctilidadEnsayo de Ductilidadn Este concepto esta

directamente asociado a la capacidad del material de absorber energía.

n Se mide a través del alargamiento de la probeta hasta su rotura.

n Se elonga a una velocidad de 5 cm/mína 25 °C.

Ensayo de DuctilidadEnsayo de Ductilidad



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Ensayo de Punto de Ensayo de Punto de AblandamientoAblandamienton Temperatura en que el

asfalto cambia de un cuerpo semisólido a un fluido.

n Este ensayo es importante para obtener el valor de índice de penetración.

n Incremento de temperatura es a razón de 5 °C por minuto

Ensayo de Punto de Ensayo de Punto de AblandamientoAblandamiento



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Ensayos de ViscosidadEnsayos de Viscosidadn Comportamiento

reológico cuando el asfalto se encuentra en estado liquido

n A 60 °C, temperatura máxima a que estarásometido el pavimento, se mide mediante viscosidad absoluta.

n A 135 °C se mide la capacidad de bombeo mediante la viscosidad cinemática.

Ensayos de ViscosidadEnsayos de ViscosidadViscosímetro Brookfield

n Miden la viscosidad de manera más sencilla y rápida

n Distintos rangos de temperaturas y esfuerzos de corte.



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Índice de Penetración

Susceptibilidad Térmica

Susceptibilidad TérmicaVariación de la Consistencia ante cambios de temperaturaVariación de la Consistencia ante cambios de temperatura

PenAyB TTPenA

−−

=)log()800log(

+−

=A

AIP50150020

25 °C Punto de Ablandamiento

Pene

trac

ión,

0.1

mm

Temperatura

Punto Fraass

60 °C0 °C

IP>+1 Poco susceptibles a la temperatura, presentan un comportamiento de flujo No Newtoniano con cierta elasticidad y tixotropía.

IP<-1 Muy susceptibles a la temperatura con un comportamiento de flujo Newtoniano

-1>IP>+1 Poseen características reológicas y de flujo intermedias.



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Pero…

+−

=A

AIP50150020

21

21)log()log(

tt

tt

TpenTpenPenPen

A−

−=

Puesto que la penetración del Punto de Ablandamiento es teóricamente 800 dmm, pero nadie asegura que sea así para todos los ligantes.

Tipos de Ligantesn Tipo S: Destilación

Directa (Straight).

n Tipo W: Ligantes Parafínicos (Wax), la zona de transición es por la cristalización de las parafinas.

n Tipo B: Ligantes Soplados (Blown).



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Número de Clase

Si:NC > 2 : ParafínicoNC < -2 : Soplado2- < NC < 2 : Reducción Directa

m

mt

PPPNC

logloglog −

=

Temperatura Mezclado y Compactación

1.7 + 0.2 P2.8 + 0.3 P



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Durabilidadn Capacidad que presenta

el asfalto de mantener sus propiedades cohesivas y cementantes con el paso del tiempo y la acción de agentes envejecedores.

n Agua, Rayos Ultravioleta, Oxigeno, etc.

n El proceso de mezclado y compactación a pesar de su corta duración es critico, debido a las elevadas temperaturas y la fina película de asfalto que recubre los agregados, esto ocasiona una pérdida de volátiles y oxidación, provocando una alteración irreversible en el cemento asfáltico.

Durabilidad

Mezclado y Compactación

Corta Duración -

Critico

Altas Temperaturas

Fina Película de Asfalto

Pérdida de Volátiles -Oxidación

Pavimento Terminado

Larga Duración -

Menos Critico

OxigenoRayos

UltravioletaAgua

Microorga-nismos

Pérdida de Volátiles

OxidaciónCambios Químicos



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Durabilidad

Ensayos de Durabilidadn Simulan el

envejecimiento del asfalto en forma acelerada.

n Horno de Película Delgada (TFOT).

n Horno de Película Delgada Rotatoria (RTFOT)



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Ensayos de Purezan Composición

química del asfalto e impurezas

n Ensayo de la Mancha (20 % Heptano-Xilol)

n Solubilidad en Tricloroetileno

Ensayos de Seguridadn Máxima temperatura

en que se puede trabajar con el asfalto.

n Punto de Inflamación (Copa Abierta de Cleveland)



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Especificaciones

EspecificacionesCemento Asfáltico Modificado con Polímeros



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Base Asfáltica

Destilación Directa

Asfalto + Solvente

Asfalto + Agua + Emulsificante

Asfalto + Modificador

Cemento asfáltico

Asfalto Cortado

Emulsión Asfáltica

Asfaltos Modificados

Proceso de Mezclado y Endurecimiento

Cemento asfáltico

Asfalto Cortado

Calentamiento> 135°C

Dilución50-80 %Asf ~60 °C

Emulsificado~40 %Agua ~60 °C

Enfriamiento

Evaporación

Quiebre y Evaporación

Emulsión Asfáltica



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Asfalto Cortadon Menor Viscosidad.n Se puede utilizar en

frío.n El solvente se evapora

dejando el residuo.n Depende de la

volatilidad del solvente y las condiciones climaticas

Dilución

Curado

Asfalto Cortado

Residuo Asfáltico

SolventeAsfalto

Asfalto CortadoSegún la volatilidad del solvente y su viscosidad se clasifican en:

RC - 70RC - 250RC - 800RC - 3000

MC MC -- 3030MC - 70MC - 250MC - 800MC - 3000

SC - 70SC - 250SC - 800

SC – 3000(Ya no se fabrican)

Curado RápidoRapid Curing

Curado MedioMedium Curing

Curado LentoSlow Curing



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Ensayos al Asfalto Cortado y al Residuo

- Viscosidad 60ºC- Ductilidad- Solubilidad en tricloroetileno

Propiedades del residuo asfáltico una vez que se evapora el solvente

Propiedades Residuo

- DestilaciónDosis Asfáltica residual aContenido Asfalto

- Flash PointManejo del asfalto cortado sin peligro de inflamación o combustión

Seguridad

- Viscosidad Cinemática a 60ºCFacilidad para manejarConsistencia

EnsayosDescripciónPropiedad

Emulsiones Asfálticasn Dispersión estable de

pequeños glóbulos de asfalto en agua.

n Estabilizado mediante un emulsificador.

n Estos glóbulos no superan los 25 μm.

n Existen en el mercado emulsiones Aniónicas y Catiónicas.

Fase continua:Agua

Fase discontinua:Glóbulos de Asfalto



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EmulsificadorEsta compuesto por una cadena hidrocarbonadacompatible con el asfalto y una cabeza polar combatible con el agua. El emulsificador imparte una carga eléctrica a los glóbulos de asfalto y como todos tienen la misma carga se repelen.

Asfalto

Emulsificante

Cabeza iónica o polar

Cadena Hidrocarbonada

Fabricación de Emulsiones

Molino ColoidalMolino Coloidal



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Fabricación de EmulsionesMolino ColoidalMolino Coloidal

Estabilidad y QuiebreConsiste en la separación de las fases de la emulsión. El quiebre se distingue por el cambio de color, de café a negro.

Contacto de la emulsióncon el agregado

Adsorción emulsificantes“libres”'

Desestabilización de las fases

Coagulación yDistribución sobrela superficie

Reacción Físico-química.



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Estabilidad y QuiebreEvaporación

Estado Inicial Floculación Coagulación

• Este tipo de quiebre se produce cuando las partículas de los agregados y la emulsión tienen la misma carga. • La velocidad del proceso es lenta.• La adhesión con el agregado es pobre.

Antes de Comprar la Emulsión se debe estudiar el tipo de agregado a utilizar.

Velocidad de Quiebre

n Afinidad Agregado Emulsión.n Tipo y Concentración del Emulsificador.n Características de los Agregados.n Factores Climáticos.



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Emulsiones Asfálticas

RS - 1RS - 2

MS - 1MS - 2MS - 2h

SS - 1SS - 1h

Quiebre RápidoRapid Setting

Quiebre MedioMedium Setting

Quiebre LentoSlow Setting

Aniónicas

CRS - 1CRS - 2

CMS - 2CMS - 2h

CSS - 1CSS - 1h

Quiebre RápidoRapid Setting

Quiebre MedioMedium Setting

Quiebre LentoSlow Setting

Catiónicas

1, 2: Viscosidad de la emulsiónh : Residuo del asfalto más duro

Ensayos para Emulsiones

- Destilación- Carga de Partículas

% Asfalto residual, tipo de emulsiónComposición

- Placa Vialit- Ensayos Adhesión

Adherencia entre residuo y agregado

Compatibilidad con el agregado

- Demulsibidad- Sedimentación- Mezcla con cemento- Tamizado- Cubrimiento- Estab. Almacenamiento

Capacidad de mantener propiedades en el tiempoEstabilidad

- Ensayos C.A.Propiedades del residuo asfáltico

Propiedades Residuo

- Viscosidad SaiboltFluidez de la emulsiónConsistencia

EnsayosDescripciónPropiedad



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Ensayos para Emulsiones

Ensayo de Destilación Ensayo de Carga de Partículas

Viscosímetro Saybolt- Furol

Recomendaciones de Manejo de Emulsiones Asfálticas

n La Temperatura de manejo de las emulsiones debe estar entre 10 - 85 ºC.

n Estanques de Almacenamiento.



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