ES2255575T3 - Procedimiento para fabricar revestimientos bituminosos en frio. - Google Patents

Procedimiento para fabricar revestimientos bituminosos en frio.

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ES2255575T3 ES01980637T ES01980637T ES2255575T3 ES 2255575 T3 ES2255575 T3 ES 2255575T3 ES 01980637 T ES01980637 T ES 01980637T ES 01980637 T ES01980637 T ES 01980637T ES 2255575 T3 ES2255575 T3 ES 2255575T3
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Abstract

Procedimiento de fabricación de aglomerados asfálticos en frío, utilizando una emulsión de tipo betún en fase acuosa y granulados, caracterizado porque, antes de que dicha emulsión se mezcle con dichos granulados, estos granulados son tratados con un agente de hidrofobización.

Description

Procedimiento para fabricar revestimientos bituminosos en frío.
La presente invención se refiere a la fabricación de aglomerados asfálticos en frío, utilizables principalmente en la industria vial, utilizando una emulsión de tipo betún en fase acuosa mezclada con granulados.
En la técnica vial, se denomina aglomerados a los materiales utilizados para la construcción y el mantenimiento del firme de las calzadas y de sus revestimientos, y para la realización de todo tipo de obras en las vías de circulación. Los aglomerados asfálticos están formados por granulados minerales, mayoritariamente de naturaleza silícea (sílex, cuarcitas, granito) o síliceo-calcárea, y por ligantes bituminosos.
Dependiendo del modo empleado para recubrir los granulados, dichos aglomerados se clasifican en dos categorías: los aglomerados en caliente, elaborados con materiales, entre los que se encuentran el ligante de tipo betún, que se calientan a temperaturas relativamente altas, y los aglomerados en frío, realizados mediante la emulsión del ligante en fase acuosa con un agente tensioactivo, por aporte de energía mecánica (molino coloidal, turbina), necesaria para la dispersión del ligante en finas gotitas, y amasado con los granulados, a temperaturas más bajas.
Los aglomerados en frío presentan, desde el punto de vista medioambiental, la gran ventaja de no producir emisiones de humo durante su utilización, y por lo tanto, de estar bien adaptados a las vías urbanas. También presentan una gran versatilidad de uso, debido a las bajas temperaturas requeridas para su aplicación, particularmente en lugares en los que no es posible disponer de un dispositivo de calefacción. Durante la aplicación de la composición de aglomerados en frío en la construcción vial, se produce la rotura de la emulsión con eliminación del agua y el ligante de tipo betún forma una película continua y adhesiva sobre los granulados.
Las emulsiones se utilizan en la técnica vial desde hace varias décadas y son objeto de progresos constantes. El creciente interés por las técnicas de revestimiento en frío y su nueva gama de aplicaciones, principalmente en el caso de los materiales de calzada adaptados a las carreteras con mucho tráfico, conducen a conocer mejor, por una parte, los mecanismos de rotura de la emulsión entre la etapa de mezclado, principalmente de tipo amasado, y las etapas de esparcimiento y compactación, para conseguir que el agregado conserve una trabajabilidad compatible con su utilización, principalmente durante el almacenamiento y el transporte, y por otra parte, los mecanismos de formación de una película de la emulsión sobre los granulados.
La formación de una película del betún alrededor de los granulados implica cuatro etapas sucesivas, cuyas cinéticas deben estar bajo control:
-
la humectación del conjunto de los minerales por la emulsión,
-
la heterofloculación de los glóbulos de betún, que establece la distribución del betún sobre la superficie mineral y que es preponderante en cuanto a la continuidad de la película,
-
la coalescencia de los glóbulos de betún, que es la etapa de desestabilización de la emulsión,
-
la maduración del betún, correspondiente a la reorganización molecular en el seno del betún, indispensable para alcanzar en un corto plazo de tiempo, a ser posible tras la compactación, las propiedades mecánicas óptimas, entre las que cabe destacar la cohesión.
Con las emulsiones catiónicas, la utilización de granulados con predominio calcáreo a veces presenta problemas de adherencia del betún. Esto se explica por la formación de una capa friable, debido al ataque de la superficie del granulado por HCl, y por la rotura demasiado rápida de la emulsión, como consecuencia de una subida brutal del pH.
Por otra parte, la coalescencia se debe desarrollar progresivamente, para dar un plazo de trabajabilidad satisfactorio al aglomerado y hacer que este conserve la aptitud para desarrollar una cohesión final importante.
En la patente FR 2 695 664, que describe un procedimiento para la obtención de aglomerados densos en frío, mediante el recubrimiento de granulados con una emulsión mixta de un betún duro y de un betún blando, en tales proporciones que su mezcla tenga la dureza final deseada, se abordó un intento de mejora de la trabajabilidad. No obstante, este documento no aporta ninguna solución al control de la velocidad de rotura de la emulsión y no se preocupa de la evolución de los fenómenos interfaciales del sistema granulados/emulsión.
En la solicitud de patente EP 896 985, que hace referencia a un procedimiento para la realización de aglomerados densos mediante el recubrimiento de granulados con una emulsión bituminosa formada por una mezcla de una emulsión de rotura lenta y de una emulsión de rotura rápida, se describe otro enfoque. Infortunadamente, este procedimiento de fabricación de aglomerados requiere la preparación de dos emulsiones y, por lo tanto, es más laborioso que el procedimiento habitual. Además, dicho procedimiento no se preocupa de la hidrofobización de los granulados, y la cinética de coalescencia del betún, que condiciona la rápida toma de cohesión del aglomerado, no está bajo
control.
Por otra parte, el control del momento de rotura de una emulsión acuosa de betún aparece descrito en la patente EP 864 611, mediante la incorporación de un agente de rotura encapsulado, cuya liberación se realiza por acción mecánica durante la compactación. Infortunadamente, este procedimiento no permite limitar las interacciones entre granulados y emulsión durante el período anterior a la compactación.
La Solicitante ha llevado a cabo investigaciones que le han permitido profundizar en la comprensión de los fenómenos de rotura y de los mecanismos que gobiernan la formación de una película de los aglomerados en frío, principalmente gracias a la caracterización de las propiedades interfaciales y de la estructura molecular de los agentes tensioactivos utilizados por modelización molecular.
De manera más concreta, la Solicitante ha establecido que, de manera sorprendente, la hidrofobización del conjunto de la superficie mineral de los granulados, antes de su mezcla con la emulsión, al limitar considerablemente las interacciones con la emulsión y por consiguiente las posibilidades de rotura de ésta, le confiere al aglomerado una mayor trabajabilidad desde la etapa de recubrimiento hasta la de esparcimiento. Esta hidrofobización se consigue gracias a la utilización de un agente o aditivo de interfaz apropiado, formado por moléculas orgánicas polares, cuya adsorción sobre los granulados forma una película hidrofobizante, modificando así su estado de superficie. Esta película se deberá realizar preferentemente en una sola capa sobre los granulados. La tasa de hidrofobización obtenida permite actuar sobre la cinética de coalescencia y, por consiguiente, sobre la velocidad de rotura de la emulsión. Además, la hidrofobización permite el recubrimiento posterior de los granulados con betún, independientemente de la naturaleza de estos.
Así pues, el objeto de la invención consiste en un procedimiento de fabricación de aglomerados asfálticos en frío, utilizando una emulsión de tipo betún en fase acuosa y granulados, caracterizado porque, antes de que la emulsión se mezcle con dichos granulados, estos últimos son tratados con un agente de hidrofobización.
Según la invención, el agente de hidrofobización actúa como modificador de la tensión superficial de la superficie de los granulados.
Particularmente, las moléculas del agente de hidrofobización forman una película orgánica lipófila en la superficie de los granulados.
De manera preferente, el agente de hidrofobización está formado por compuestos aminoácidos o por alquilaminas.
También se pueden utilizar otros compuestos, como los que repelen el agua (en inglés "water repellent") o compuestos tensioactivos macromoleculares.
Más concretamente, los compuestos aminoácidos pueden ser polialquilanfopolicarboxiglicinatos y, principalmente, sebo-anfopolicarboxiglicinatos.
Por su parte, los compuestos alquilaminas pueden ser alquilsebopolipropilenopoliaminas.
Asimismo, el agente de hidrofobización de los granulados puede estar formado por polioxietilenopolialquileterfosfatos, como el polioxietileno oleil eterfosfato.
De manera más concreta, el agente de hidrofobización se utiliza en fase líquida, durante la humectación de los granulados, y preferentemente en fase acuosa.
En un modo de realización preferente, el agente tensioactivo de hidrofobización se introduce en una tasa de al menos 0,04% en peso con respecto a los granulados.
Según la invención, la emulsión de tipo betún se realiza a partir de betún natural, que se escoge entre los betunes puros, los betunes fluxados y los betunes modificados por polímeros, y que se dispersa en fase acuosa con un agente emulsionante. Por betún natural se entiende el producto obtenido principalmente como residuo de destilación al vacío del petróleo bruto y desasfaltado de dicho residuo.
Ventajosamente, el betún es un grado duro 50/70 (penetrabilidad a 25ºC, medida según la norma NF T 66-004) que se puede acidificar principalmente con una brea de ácido graso.
La emulsión también se puede realizar con un ligante sintético.
Preferentemente, la emulsión bituminosa comprende entre un 60 y un 70% en peso de betún.
En el procedimiento según la invención, entre la etapa de mezclado de la emulsión con los granulados y la etapa de aplicación por esparcimiento del aglomerado obtenido, la duración de trabajabilidad es superior a 4 horas, preferentemente de al menos 8 horas, y más preferentemente, de al menos 24 horas.
La Solicitante también ha establecido que tras el esparcimiento del aglomerado, la energía mecánica producida por la compactación, que es una etapa primordial para la densificación del aglomerado, es insuficiente para provocar la rotura completa de la emulsión, de manera que esta rotura se puede conseguir ventajosamente mediante la adición de un agente de coalescencia en la emulsión. Las moléculas del agente de coalescencia, al modificar el equilibrio hidrófilo-lipófilo en la interfaz de las fases del agente tensioactivo de la emulsión, provocan la rotura de las películas interfaciales agua-betún y la aglomeración de los glóbulos en "montones", sobre los granulados. Esta etapa aporta una mejora de la velocidad de aumento de la cohesión del aglomerado y de su resistencia a la disgregación por el
agua.
El procedimiento conforme a la invención también comprende, pues, la introducción de un agente de coalescencia en la emulsión de tipo betún.
Según la invención, el agente de coalescencia está formado por aminas etoxiladas y propiloxiladas de C12 a C14, alcoholes etoxilados y propiloxilados de C8 a C12, poliacrilato de sodio, compuestos glicólicos o compuestos de tipo antiespumante como los aceites minerales de C20 a C30 con sitios siliconas etoxilados o por mezclas de aceites siliconas y sílice.
Preferentemente, el agente de coalescencia se introduce en una tasa de al menos 0,03% en peso con respecto a los granulados, inmediatamente antes de su mezcla con la emulsión. Este agente de coalescencia se introduce en la emulsión bituminosa preferentemente en fase acuosa.
Según la invención, la composición de aglomerado asfáltico en frío también comprende la introducción de un agente filmógeno en la emulsión de tipo betún.
En efecto, la coalescencia de los glóbulos de betún va acompañada de una contracción de volumen, correspondiente a un equilibrio termodinámico más estable (formación de montones), y la acción de un agente filmógeno se revela necesaria para obtener una película continua de betún, lo que se traduce por una mejor cohesión del aglomerado.
De manera más concreta, el agente filmógeno puede estar formado por poliacrilato de alquilo y, particularmente, por poliacrilato de etilo. En un modo de realización preferente, dicho agente se introduce en una tasa de al menos 0,12% en peso con respecto a los granulados, antes del recubrimiento. No obstante, el agente de coalescencia y el agente filmógeno también se pueden introducir después del recubrimiento.
La emulsión bituminosa se obtiene introduciendo en el agua un emulsionante o tensioactivo habitual, como principalmente los derivados de alquilaminas, las mezclas de alquilamidopoliaminas y sales de amonio cuaternario, o los compuestos de alquilpropilenopoliaminas como los N sebo propilenopoliaminas.
Este tipo de emulsión es catiónica, pero es evidente que la invención también es aplicable a las emulsiones aniónicas o no iónicas.
La composición de aglomerados asfálticos en frío conforme a la invención tiene aplicaciones particularmente interesantes en la industria vial, principalmente como aglomerados densos, aglomerados drenantes, hormigones asfálticos finos (HAF), hormigones asfálticos muy finos (HAMF), hormigones asfálticos ultra-finos (HAUF) y granulados fundidos en frío, para la realización de capas de rodadura o revestimientos.
Sin embargo, se pueden prever otras aplicaciones industriales.
A continuación se describen algunos modos de realización preferentes de la invención.
Para la fabricación de aglomerados asfálticos en frío según la invención, se realizaron diferentes formulaciones de aglomerados densos en frío (de compacidad superior al 90%), utilizando granulados de tipo Milleraie (dioritas porfíricas de naturaleza silícea, similares a una mezcla SiO_{2}/CaO 60/40% en peso), de granulometría 0/10.
1) Hidrofobización de los granulados
Los granulados se hidrofobizan en el momento de su humectación con un aditivo de tipo aminoácido, que es un sebo-anfopolicarboxiglicinato.
La adsorción de este aditivo sobre los granulados ha sido examinada determinando las tensiones superficiales de las fases acuosas recuperadas por centrifugación, tras haber puesto en contacto durante 1 hora la solución humectante con los granulados. Las mediciones de tensión superficial se efectuaron utilizando un tensiómetro de placa, a una temperatura media de 20ºC, pero se puede utilizar otro tipo de aparato, como un tensiómetro de gota giratoria.
El trazado de la curva de la tensión superficial en función de la concentración en agente de hidrofobización, presenta un umbral hasta una concentración de aproximadamente 0,04% en peso con respecto a los granulados, y, partir de ahí, un decrecimiento rápido de dicha tensión superficial debido a la presencia en exceso de este agente en la fase acuosa. Esta concentración límite se corresponde con la adsorción de una monocapa del agente de hidrofobización y se ha retenido como valor óptimo. En la práctica, los granulados se tratan con 4 ppc (partes por cien) de una solución acuosa al 1% en peso de este agente de hidrofobización.
No obstante, el agente de hidrofobización también puede ser un compuesto de alquilaminas, como un derivado de sebo-dipropileno triamina, o un polioxietilenopolialquileterfosfato.
2) Realización de formulaciones de aglomerados
El betún utilizado es un betún Viatotal 50/70 de TOTALFINAELF, acidificado con una brea de ácido graso, cuya emulsión catiónica, a una concentración del 60% en peso, se realiza con un emulsionante comercializado por CECA bajo la denominación de Stabiram 730, que es una mezcla de alquilamidopoliaminas y sales de amonio cuaternario (10 kg/t de emulsión) y con ácido clorhídrico (5,4 kg/t de emulsión). Evidentemente, el betún se puede acidificar con otros productos.
La primera formulación 1, se realizó con un aglomerado en caliente de referencia. La segunda formulación comparativa 2 se realizó con la emulsión anteriormente citada sin introducción de agente de coalescencia ni de agente filmógeno, y con los granulados hidrofobizados como se ha descrito más arriba.
A continuación se procedió a la incorporación de diversos aditivos en la emulsión bituminosa, a fin de obtener, tras el recubrimiento de los granulados en una malaxadora, las siguientes composiciones:
-
formulación 3: introducción en la emulsión anterior, inmediatamente antes del recubrimiento de los granulados, de un único agente de coalescencia A, compuesto de aceite mineral de C20 a 30 con sitios silicona etoxilados, introducido en una tasa de 2 ppc (partes por 100 partes de granulados) de una solución al 1,5% en peso;
-
formulación 4: introducción de un par agente de coalescencia/agente filmógeno, que comprende el producto A según la descripción y porcentaje anteriormente indicados y, como agente filmógeno, un compuesto B, que es una solución acuosa de poliacrilato de etilo, en una tasa del 2% en peso con respecto al betún;
-
formulación 5: introducción de un par agente de coalescencia/agente filmógeno, que comprende el compuesto C, compuesto aniónico de aminas etoxiladas y propiloxiladas de C12 a C14, en la misma proporción que el producto A, y el producto B, en la misma proporción que anteriormente.
El recubrimiento de los granulados se realizó para obtener un contenido residual de betún de 6,2 ppc (partes por 100 partes de granulados).
Se midieron diferentes características de las distintas formulaciones de aglomerados en frío, particularmente:
-
el porcentaje en peso de agua perdida tras la compactación y el porcentaje en peso de agua perdida al cabo de 24 h a 20ºC, medidos durante la realización de probetas de aglomerados según el ensayo DURIEZ descrito en la norma NF P 98-251-1;
-
la adhesividad pasiva según NFT 66 018;
-
la resistencia a la compresión bajo diferentes condiciones, medida según el ensayo DURIEZ descrito en la norma NF P 98-251-1, que especifica un procedimiento de ensayo cuyo objetivo consiste en determinar, para una temperatura y una compactación determinadas, la resistencia al agua de una mezcla hidrocarbonada, a partir de la relación r_{1}/R_{2} o I/C de las resistencias a la compresión con y sin inmersión de las probetas de aglomerados (r_{1} designando la resistencia a la compresión medida al cabo de 7 días a 18ºC en el agua y R_{2} designando la resistencia a la compresión medida al cabo de 7 días a 18ºC con un 50% de hidrometría relativa HR).
Los resultados se han recogido en la Tabla que figura a continuación:
\vskip1.000000\baselineskip
Formulaciones 1 2 3 4 5
Agente de coalescencia - - A A C
Agente filmógeno - - - B B
% en peso de agua perdida durante la compactación - 49 65 72 69
% en peso de agua perdida al cabo de 24 h a 20ºC sin
ventilación - 63 84 80 86
Adhesividad pasiva según NFT 66 018 90 90 90 90 90-100
(Continuación)
Formulaciones 1 2 3 4 5
Resistencia a la compresión según NFP 98-251-1 en
MPa R_{1}, 1 día a Tª ambiente - 3,4 4,5 5,8 5,1
R_{2} 8 días, 7 de ellos a 18ºC 50% HR 8,0 6,4 7,8 8,0 7,2
r_{1} 8 días, 7 de ellos a 18ºC en agua 8,0 3,3 4,8 5,9 5,8
I/C = r_{1}/ R_{2} 1,0 0,52 0,62 0,74 0,80
Comparando los porcentajes de agua perdida durante la compactación de las formulaciones de aglomerados sin agente de coalescencia (nº 2) y con dicho agente (nº 3-5), queda patente la eficacia de este aditivo para el drenaje del agua de la emulsión (aumento de más de un 30% en peso de agua eliminada).
Se constata, además, a partir de los valores obtenidos de resistencia a la compresión medida 1 y 8 días después de la compactación, que a nivel del aglomerado, la introducción del agente de hidrofobización de los granulados (formulación 2) permite obtener valores de cohesión ya apreciables, mientras que con la misma emulsión pero sin hidrofobización de los granulados, no se pueden realizar probetas para hacer este ensayo, debido a una rotura inmediata de la emulsión y a la aglomeración de los granulados.
Por otra parte, la introducción, por un lado, de un agente de coalescencia y, por otro lado, de un par agente de coalescencia/agente filmógeno en las formulaciones de aglomerados, tiene un efecto positivo en su velocidad de subida de cohesión, en su resistencia mecánica final y en su comportamiento al agua (I/C).
El mejor comportamiento al agua del aglomerado se obtuvo concretamente con el par C/B (I/C = 0,80). Este valor es muy satisfactorio con respecto al del aglomerado en caliente de referencia (I/C = 1) y con respecto al de la norma de aglomerado en caliente NFP 98-130 que da I/C \geq 0,75.
De hecho, estos excelentes resultados se confirman por medio del valor de adhesividad pasiva según NFT 66 018, que es de 90-100.
Los aglomerados conformes a la invención presentan una trabajabilidad satisfactoria, siendo almacenables y manipulables antes de la compactación durante un plazo de al menos 24 horas tras la mezcla de los granulados con una emulsión bituminosa, y esto es así aunque se utilice una emulsión de rotura rápida del tipo utilizado para los revestimientos superficiales, mientras que aglomerados fabricados con los mismos granulados no tratados pierden desde la mezcla de los granulados con la emulsión de betún toda propiedad de manutención y almacenamiento, debido a la rápida rotura de la emulsión, mucho antes de la compactación.

Claims (20)

1. Procedimiento de fabricación de aglomerados asfálticos en frío, utilizando una emulsión de tipo betún en fase acuosa y granulados, caracterizado porque, antes de que dicha emulsión se mezcle con dichos granulados, estos granulados son tratados con un agente de hidrofobización.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente de hidrofobización se escoge entre los compuestos capaces de modificar la tensión superficial de la superficie de los granulados.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el agente de hidrofobización se elige entre los compuestos cuyas moléculas son capaces de formar una película orgánica lipófila en la superficie de los granulados.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el agente de hidrofobización está formado por compuestos aminoácidos.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el agente de hidrofobización está formado por alquilaminas.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el agente de hidrofobización es un compuesto tensioactivo de tipo macromolecular.
7. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque los compuestos aminoácidos son polialquilanfopolicarboxiglicinatos.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque los compuestos aminoácidos son sebo-anfopolipropilenopoliaminas.
9. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque los compuestos alquilaminas son alquilsebopolipropilenopoliaminas.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agente de hidrofobización se utiliza en fase líquida, durante la humectación de los granulados.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la emulsión de tipo betún se realiza a partir de betún natural, escogido entre los betunes puros, los betunes fluxados y los betunes modificados, y dispersado en fase acuosa con un agente emulsionante.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la emulsión de tipo betún se realiza a partir de ligante sintético.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la emulsión de tipo betún comprende entre un 60 y un 70% en peso de betún.
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la emulsión de tipo betún comprende además un agente de coalescencia.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque al agente de coalescencia se escoge en el grupo constituido por las aminas etoxiladas y propiloxiladas de C12 a C14, los alcoholes etoxilados y propiloxilados de C8 a C12, el poliacrilato de sodio, compuestos glicólicos y compuestos antiespumantes como los aceites minerales de C20 a C30 con sitios siliconas etoxilados y mezclas de aceites siliconas y sílice.
16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 14 y 15, caracterizado porque el agente de coalescencia se introduce en la emulsión inmediatamente antes de su mezcla con los granulados.
17. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la emulsión de tipo betún comprende además un agente filmógeno.
18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque el agente filmógeno está formado por un poliacrilato de alquilo y, particularmente, por un poliacrilato de etilo.
19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 y 18, caracterizado porque el agente filmógeno se introduce en la emulsión inmediatamente antes de su mezcla con los granulados.
20. Utilización de la composición de aglomerados asfálticos en frío obtenida por medio del procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en la industria vial, para la realización de aglomerados densos, aglomerados drenantes, hormigones asfálticos finos (HAF), hormigones asfálticos muy finos (HAMF), hormigones asfálticos ultra-finos (HAUF) o de aglomerados fundidos en frío, que sirven para la realización de capas de rodadura o revestimientos.
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