ES2217519T3

ES2217519T3 - Ligante bituminoso, composicion y utilizacion.

Info

Publication number: ES2217519T3
Application number: ES98402118T
Authority: ES
Inventors: Michel Pasquier
Original assignee: Appia
Current assignee: Appia
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2004-11-01
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: FR2768150A1; US6156113A; EP0900822A1; EP0900822B1; CA2256045C; DK0900822T3; DE69822385T2; FR2768150B1; DE69822385D1; ATE262004T1; CA2256045A1; PT900822E

Abstract

SE UTILIZA COMO FLUIDIZANTE O FLUXANTE, EN UN AGLOMERANTE BITUMINOSO ANHIDRO O EN EMULSION, ESTERES METILICOS DE ACIDOS GRASOS, OBTENIDOS PARTICULARMENTE POR TRANSESERIFICACION DE ACEITES VEGETALES. EL ENDURECIMIENTO DEL AGLOMERANTE DESPUES DEL ESPARCIMIENTO SE OBTIENE YA NO POR EVAPORACION, SINO POR RETICULACION DEL FLUIDIZANTE EN PRESENCIA DEL OXIGENO DEL AIRE Y DE UN CATALIZADOR. SE EVITAN ASI LOS PROBLEMAS DE CONTAMINACION Y DE SEGURIDAD OCASIONADOS POR LA EVAPORACION DE LOS FLUIDIZANTES DE ORIGEN PETROLIFERO O CARBOQUIMICO.

Description

Ligante bituminoso, composición y utilización.

Los ligantes bituminosos se utilizan, especialmente, en la industria viaria con el fin de garantizar la unión entre los áridos o entre el soporte y los áridos. A este respecto, Se distinguen distintas posibilidades:

-: El ligante bituminoso se mezcla en caliente con áridos, se habla entonces de revestimientos en caliente, garantizando el ligante bituminoso la unión entre los áridos.

-: El ligante bituminoso se extiende en caliente sobre el soporte, luego se extienden los áridos sobre esta capa bituminosa lo que garantiza su encolado al soporte. Se habla entonces de recubrimientos superficiales de los ligantes anhidras.

-: El ligante bituminoso se mezcla frío con los áridos, se habla entonces de revestimientos en frío realizados con una emulsión acuosa de producto bituminoso.

-: El ligante bituminoso se extiende en frío, se habla entonces de recubrimientos superficiales realizados en la emulsión acuosa de ligante bituminoso.

Cuando se realizan estas mezclas o estas extensiones es siempre necesario que la consistencia del ligante sea de tal manera que permita una buena humectación de los áridos y que a continuación la consistencia del ligante evolucione con el fin de que los revestimientos o los recubrimientos así realizados adquieren prestaciones mecánicas que los vuelven propios para su uso en carreteras.

Una consistencia inicial más fluida del ligante se obtiene bien sea por calentamiento del ligante bituminoso, o bien por fluidificación o fluxado del flujo (estos dos términos designan la misma operación, estando la elección de una o de otra habitualmente en función de la naturaleza del aditivo) por aportación de un disolvente o fluxante de origen de petróleo o carboquímico, o bien por puesta en emulsión acuosa del ligante bituminoso, o bien por una combinación de los métodos citados anteriormente.

La invención se refiere, más particularmente, a un perfeccionamiento del procedimiento por fluidificación o aplicación del flujo.

Los disolventes actualmente utilizados son de origen de petróleo o carboquímico. Después de la aplicación del ligante, se evaporan para permitir a éste recuperar su elevada consistencia. Los disolventes así dispersados progresivamente en la atmósfera implican una contaminación de ésta y de los organismos aerobios y una contribución al efecto invernadero. Además, contienen la mayoría de las veces compuestos aromáticos policíclicos algunos de los cuales al menos se reconocen como mutágenos. La utilización de estos disolventes participa en el agotamiento de los recursos fósiles.

Igualmente, la presencia de los disolventes anteriormente citados plantea problemas de seguridad, ya que reducen considerablemente el punto de inflamación y necesitan medidas estrictas de protección contra incendios en el almacenamiento y durante el transporte.

El objetivo de la invención es remediar la totalidad o parte de los inconvenientes anteriormente citados, sin afectar a las prestaciones viarias del ligante bituminoso ni a sus condiciones de empleo.

La invención contempla, especialmente, un ligante bituminoso para la construcción de carreteras, que contiene betún y un fluidificante, y prevé que el fluidificante comprenda al menos un monoéster de ácido graso propio para transformarse químicamente al ponerse contacto con el aire, después de la extensión del ligante, para aumentar la viscosidad de éste.

El término monoéster designa ésteres cuya molécula contiene un solo grupo -CO-O-, en oposición, en particular, a los triglicéridos constitutivos de los cuerpos grasos, que son triésteres de ácidos grasos.

Los monoésteres de ácido graso no son ni tóxicos ni nocivos para el medio ambiente y poseen un punto de inflamación del orden de 200ºC, en lugar de 50 a 85ºC aproximadamente para los fluidificantes o fluxantes de petróleo o carboquímicos. Se pueden obtener por transesterificación a partir de aceites vegetales que son productos renovables, de modo que su utilización no contribuya al aumento del CO_{2} atmosférico y el efecto invernadero. Al contrario, la incorporación en la carretera de productos derivados de plantas, que consumen gas carbónico para la síntesis clorofílico, contribuye la disminución de éste.

Los aceites vegetales proceden de la trituración de distintas clases de semillas. Químicamente se presentan en forma de triglicéridos, es decir, de triésteres procedentes de la condensación de tres moléculas de ácido graso y de una molécula de glicerol. Los ácidos grasos pueden incluir dobles enlaces carbono-carbono en número variable según la planta de la que proceda el aceite. Los ácidos grasos y los ésteres correspondientes poseen un poder reductor que es función del número de dobles enlaces y la proximidad de éstos en la cadena hidrocarbonada. Este poder reductor se mide por el índice de yodo, y se manifiesta por una polimerización bajo la acción del oxígeno, que implica un espesado y un endurecimiento. Este fenómeno se conoce bajo el nombre de secativación. La polimerización se puede catalizar por sales metálicas, especialmente, sales orgánicas de cobalto, de manganeso y de circonio.

Mientras que los triglicéridos, especialmente, en forma de aceites vegetales, no permiten fluidificar convenientemente los ligantes bituminosos, este resultado se obtiene utilizando monoésteres, especialmente, metílicos, que se pueden obtener por transesterificación a partir de estos aceites.

Los ésteres metílicos que resultan de la transesterificación de los aceites vegetales mediante el alcohol metílico son productos conocidos, que se desarrollaron inicialmente como sustitutos del gasóleo.

Igualmente, los monoésteres utilizados en la invención se pueden obtener a partir de aceites animales, o de otras fuentes.

Se constata que los monoésteres de ácidos grasos son buenos disolventes del betún, incluso en frío, y que su baja viscosidad les confiere un poder fluxante equivalente o incluso superior al de los fluxantes de origen de petróleo corrientemente utilizados.

En cambio, estos ésteres no son volátiles, siendo su temperatura inicial de destilación superiores a 300ºC. Presentan una excelente biodegradabilidad.

En ausencia de evaporación de disolventes, el aumento de consistencia del ligante después de la extensión recurre a reacciones químicas en presencia del oxígeno del aire. Estas reacciones, catalizadas de manera conocida por sales metálicas, comprenden la formación de puentes peróxido -O-O- sobre cadenas insaturadas de los ácidos grasos. Estos puentes son inestables y conducen a la formación de radicales libres, que atacan otras cadenas, realizando por propagación una polimerización-reticulación de los ésteres.

A continuación, se enuncian algunas características opcionales de la invención, complementarias o alternativas:

-: El fluidificante comprende al menos un monoéster de un ácido graso y de un alcohol que incluye a lo sumo 4 átomos de carbono.

-: Dicho o dichos monoésteres, o el aceite de los que proceden, poseen un índice de yodo superior o igual a 120. El índice de yodo permite clasificar la reactividad de los aceites y de sus ésteres frente al oxígeno del aire y de evaluar su aptitud para endurecer y para formar películas. Representa el peso de yodo en gramos susceptible de ser fijado por 100 gramos de aceite.

-: El ligante contiene además al menos un catalizador de la polimerización del fluidificante bajo la acción del oxígeno, tal como un octoato o naftenato de cobalto, de manganeso o de circonio.

-: El ligante contiene como catalizador una mezcla de al menos dos sales de metales diferentes.

-: El ligante está en forma de una emulsión compuesta de una fase bituminosa y de una fase acuosa, estando el fluidificante y en su caso el catalizador contenidos en la fase bituminosa.

Las características y ventajas de la invención se expondrán más en detalle en la descripción dada a continuación de algunos ejemplos de realización.

Se realizan todos los ligantes descritos en los ejemplos dados a continuación a partir de betunes procedentes de la refinería de Lavéra de la Sociedad BP.

Los porcentajes se dan en peso.

Ejemplos 1 a 3

Se prepararon ligantes 1 a 3 que tienen la siguiente composición general:

- betún 70/100	91%,
- éster metílico	8,8%, y
- octoato de cobalto	0,2%,

utilizando ésteres metílicos derivados de distintos aceites vegetales y teniendo índices de yodo diferentes, es decir:

-: ligante 1: aceite de girasol, índice de yodo aproximadamente 120;

-: ligante 2: aceite de lino, índice de yodo aproximadamente 180;

-: ligante 3: aceite de girasol isomerizado, índice de yodo aproximadamente 140.

El tratamiento de isomerización tiene como efecto el aumento del número de dobles enlaces adyacentes y como consecuencia el índice de yodo.

Aunque los ejemplos citados anteriormente utilizan una sola sal metálica como catalizador, puede ser ventajoso combinar sales de distintos metales elegidos, especialmente, entre el cobalto, el manganeso, el circonio y el calcio, de manera a permitir una secativación en el núcleo evitando un efecto de piel.

Ejemplo 4

Se preparó un ligante en forma de emulsión bituminosa mezclando una fase bituminosa y una fase acuosa.

Se utilizan algunas emulsiones de betunes, eventualmente modificadas y/o fluxadas, para recubrimientos superficiales de desgaste. Las técnicas con la emulsión permiten franquear en cierta medida las limitaciones climáticas y alargar los periodos de ejecución del recubrimiento en el transcurso del año (esencialmente en la primavera y en el otoño). En este caso, la aplicación de flujo aporta una consistencia inicial baja facilitando la colocación de los áridos durante la realización del recubrimiento (colocación del "mosaico").

Aquí también, según la invención, se utilizan a este efecto ésteres metílicos de aceites vegetales, eligiendo un catalizador de secativación insensible a la hidrólisis durante la formulación de la emulsión, especialmente, el octoato de cobalto. Se acumulan entonces las ventajas sanitarias y ecológicas citadas más arriba y las ventajas de una técnica en frío, es decir, menor consumo de energía y mejor seguridad durante el empleo gracias a la ausencia de elevadas temperaturas.

En el ejemplo, la fase bituminosa de la emulsión tiene la composición ponderal siguiente, calculada con respecto al peso total de la emulsión:

- betún	57,9%,
- éster metílico de girasol	2%, y
- octoato de cobalto a 6% de Co	0,1%.

La composición de la fase acuosa es la siguiente:

- Emulsamine L60	0,2%,
- ácido clorhídrico a 37%	0,2%, y
- agua	39,6%.

Emulsamine L60 es la designación comercial de un emulsificante proporcionado por la sociedad CECA.

Estas dos fases se llevan respectivamente a 145ºC y a 35ºC y se mezclan en un molino coloidal con el fin de obtener una emulsión.

Se efectuaron algunas medidas del punto de reblandecimiento anillo y bola según la norma francesa NF T66-008 sobre muestras de los ligantes 1 a 4, comparativamente a un ligante de referencia teniendo la siguiente composición:

- betún 70/100	91%, y
- BP-Flux	9%.

Se expusieron capas de 1 mm de las distintas muestras juntas al exterior y al aire libre, en verano y al abrigo del sol, lo que representa condiciones próximas a la realidad. La emulsión del ligante 5 se rompió previamente por evaporación durante algunas horas en el laboratorio.

Los resultados en función del tiempo se dan en la tabla siguiente:

TABLA

Tiempos (j)	Anillo y Bola (ºC)
	Referencia	Ligante 1	Ligante 2	Ligante 3	Ligante 4
7	30,4	27,9	28,5	28,2	29,1
14	37,2	32,3	36,4	34,0	37,2
28	39,9	35,2	35,7	35,2	41,5

Estos resultados muestran para todos los ejemplos una cinética muy próxima a la de la referencia y perfectamente aceptable sobre las obras.

Ejemplo 5

Este ejemplo se refiere a un ligante destinado al revestimiento de áridos.

La composición del ligante es la siguiente:

- betún	86,7,
- éster metílico de girasol	12%,
- naftenato de cobalto a 6% de Co	0,5%, y
- octoato de circonio a 18% de Zr	0,8%.

Este ligante permite el revestimiento de fórmulas densas o abiertas, siendo los áridos precalentados a aproximadamente 100ºC. El revestimiento obtenido se puede conservar algún tiempo.

Igualmente es posible el revestimiento por los ligantes en emulsión.

Se constata que las emulsiones bituminosas según la invención son mucho más finas y mejor humectantes de los áridos que las emulsiones bituminosas conocidas. Esto es debido al carácter fuertemente polar de los monoésteres de ácidos grasos, que favorece la emulsificación.

Claims

1. Ligante bituminoso para la construcción de carreteras, que contiene betún y un fluidificante, caracterizado porque el fluidificante comprende al menos un monoéster metílico de ácido graso propio para transformarse químicamente al ponerse en contacto con el aire después de la extensión del ligante, para aumentar la viscosidad de éste, siendo el monoéster elegido entre los monoésteres metílicos de aceite de girasol, de aceite de lino y de aceite de girasol isomerizado.

2. Ligante según la reivindicación 1, en el que dicho o dichos monoésteres, o dicho aceite, poseen un índice de yodo superior o igual a 120, representando el índice de yodo el peso de yodo en gramos susceptible de ser fijado por 100 gramos de aceite.

3. Ligante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que contiene además al menos un catalizador de la polimerización del fluidificante bajo la acción del oxígeno.

4. Ligante según la reivindicación 3, que contiene como catalizador una mezcla de al menos dos sales de metales diferentes.

5. Ligante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en forma de una emulsión compuesta de una fase bituminosa y de una fase acuosa, siendo el fluidificante y en su caso el catalizador contenidos en la fase bituminosa.