ES2261077B1 - Ligante bitunimoso, procedimiento para la aplicacion del mismo y su uso para pavimentacion de carreteras. - Google Patents
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Abstract
Ligante bituminoso, procedimiento para la aplicación del mismo y su uso para pavimentación de carreteras. La presente invención se refiere a un ligante bituminoso, al procedimiento para la aplicación del mismo y su uso. Se describen formulaciones de ligantes bituminosos compuestas por betunes asfálticos, ácidos grasos y catalizadores metálicos para acelerar su reacción con el oxígeno. Estas formulaciones tienen aplicación tanto en mezclas bituminosas con áridos para pavimentar carreteras como en tratamientos superficiales de riego.
Description
Ligante bituminoso, procedimiento para la
aplicación del mismo y su uso para pavimentación de carreteras.
La presente invención se refiere a un ligante
bituminoso, al procedimiento para la aplicación del mismo y su uso.
Se describen formulaciones de ligantes bituminosos compuestas por
betunes asfálticos, ácidos grasos y catalizadores metálicos para
acelerar su reacción con el oxígeno. Estas formulaciones tienen
aplicación tanto en mezclas bituminosas con áridos para pavimentar
carreteras como en tratamientos superficiales de riego.
Para la puesta en obra de asfaltos y mezclas
bituminosas es necesaria la disminución de la viscosidad del
asfalto tanto si se pone tal cual como mezclado con los áridos.
Dependiendo del sistema utilizado para la disminución de la
viscosidad del asfalto se pueden clasificar las tecnologías de
puesta en obra como tecnología en caliente o tecnología en
frío.
La tecnología en caliente consiste en disminuir
la viscosidad del betún mediante un incremento de su temperatura.
Esto provoca vertido de humos a la atmósfera que sería deseable
evitar. Mientras la mezcla bituminosa está suficientemente caliente
puede ser extendida y compactada. Una vez fría el pavimento
asfáltico desarrolla propiedades mecánicas que lo hacen apto para
soportar el tráfico rodado.
En cuanto a la tecnología en frío, existen dos
variantes:
En una de ellas, el betún asfáltico se mezcla
con disolventes volátiles, agentes fluxantes, para reblandecerlo y
que pueda mezclarse con áridos o extenderse sobre la carretera con
facilidad. Mientras existen cantidades suficientes de disolvente, la
mezcla bituminosa fabricada con ese ligante puede ser extendida y
compactada. Una vez evaporado el disolvente el pavimento asfáltico
fabricado con ese ligante desarrolla propiedades mecánicas que lo
hacen apto para soportar el tráfico rodado. El inconveniente de esta
variante es que se vierten grandes cantidades de hidrocarburos a la
atmósfera.
En la segunda variante se utilizan emulsiones
bituminosas. Frente a la ventaja de su puesta en obra a temperatura
ambiente existe el inconveniente que los pavimentos fabricados con
emulsiones bituminosas no son adecuados para tráficos intensos.
Además, gran parte de las emulsiones están formuladas con cantidades
variables de disolventes volátiles que deben evaporarse antes de
alcanzar sus propiedades de servicio.
Últimamente existe un gran interés en buscar
nuevas vías para dotar a la industria de pavimentación de
carreteras de ligantes bituminosos que puedan extenderse a
temperaturas más bajas, conduzcan a propiedades mecánicas de los
pavimentos que permitan soportar tráficos elevados y que no tengan
que utilizar disolventes volátiles.
Una de ellas consiste en adicionar un producto
compatible con el betún que endurezca en presencia de oxígeno.
En la industria de barnices y pinturas es
conocida la capacidad que tienen los ácidos grasos para reaccionar
con el oxígeno y reticular polimerizando hasta crear una película
sólida. Sin embargo, la velocidad de polimerización es muy lenta por
lo que se requieren catalizadores metálicos en forma de sal (ver
por ejemplo Lambourne, R. "Paint and Surface Coatings"; Ellis
Horwood Limited, 1987). Esta propiedad se está aprovechado por la
industria de barnices y pinturas para sustituir disolventes
volátiles procedentes del petróleo por aceites de semillas que, una
vez reaccionados con el oxígeno, forman una capa sólida similar a
la que producen las pinturas con disolventes.
Sin embargo en la industria del asfalto la
aplicación tiene la limitación de que los aceites de semillas son
insolubles en el betún asfáltico.
Los aceites de semillas son insolubles en el
betún asfáltico porque están constituidos por triglicéridos de
ácidos grasos. Por el contrario, los ácidos grasos sí son muy
solubles en el betún como lo prueba el hecho de que el Tall Oil se
viene utilizando desde hace mucho tiempo como aditivo del betún
asfáltico.
También los ésteres de aceites de semillas y
alcoholes de bajo número de átomos de carbono son muy solubles en
el betún. La combinación de solubilidad en el betún de ésteres de
aceites de semillas y su capacidad de reticular en presencia de
oxígeno se ha aprovechado por la industria de fabricación de
ligantes de base bituminosa.
En la Patente francesa 2768150 se recoge un
procedimiento por el cual se utilizan como agentes fluxantes ésteres
metílicos de aceites de
semillas-en-presencia de
catalizadores metálicos. Según los autores, por la acción del
oxígeno los ésteres metílicos reticulan y endurecen el betún,
evitando la evaporación del fluxante.
Este sistema tiene la limitación de que la
dureza final se consigue mediante una combinación de la dureza del
betún antes de que se le añada el disolvente y de la dureza
resultante de la reticulación del disolvente. Es obvio que para que
la reticulación del disolvente se produzca en una extensión
adecuada es necesario que el sistema cuente con una cantidad de
disolvente elevada. Tal cantidad conduce a que la dureza final del
betún mezclado con disolvente reticulado no sea suficientemente
elevada para que el pavimento presente una resistencia adecuada a
pesar de que el betún antes de mezclarse con el disolvente presente
una dureza menor de 10 (1/10) mm.
Se ha descubierto que una forma de obviar esta
limitación consiste en utilizar betunes de Penetración a los que se
le adicionan ácidos grasos insaturados en cantidad suficientemente
elevada para que se produzca la reticulación. A la propiedad de
reticular en presencia de oxígeno, los ácidos grasos unen su alta
solubilidad en el betún asfáltico y su menor capacidad de
fluidificación.
La presente invención tiene el objetivo de
resolver los problemas antes expuestos y proporcionar un ligante
bituminoso con una dureza adecuada. De acuerdo con un primer
aspecto esencial de la invención el ligante bituminoso de aplicación
en la construcción de carreteras está caracterizado porque
comprende:
- a.-
- entre un 50 y un 94,4999% de un betún asfáltico de penetración;
- b.-
- entre un 0,5 y un 49,9999% de al menos un ácido graso insaturado; y
- c.-
- entre un 0,0001 y un 1% de al menos un catalizador de reticulación de ácidos grasos.
Opcionalmente, el ligante bituminoso también
comprende ácidos grasos ácidos grasos saturados. El Índice de yodo
constituye una medida del contenido en compuestos insaturados de
los ácidos grasos. Cuánto mayor es éste, mayor es la insaturación
que presentan los ácidos grasos. De acuerdo con una realización
preferida según la presente invención; los ácidos grasos tienen un
índice de Yodo de al menos 50, preferiblemente mayor de 80, más
preferiblemente mayor de 100.
Preferiblemente, dichos ácidos grasos pueden ser
de origen animal o vegetal. Los de origen animal pueden ser
seleccionados del grupo que consiste en ácidos grasos de sebo tanto
destilados como brutos, de origen animal tanto marino como
terrestre, la manteca, la mantequilla o mezclas de los mismos.
Los de origen vegetal pueden ser seleccionados
del grupo que consiste en los procedentes de la destilación del
aceite de oliva, maíz, soja, girasol, cacahuete, algodón, palma, el
Tall Oil tanto crudo como refinado, el TOFA, la colofonia o mezclas
de los mismos.
Preferiblemente dichos ácidos grasos tienen una
cadena hidrocarbonada mayor o igual a 12 átomos de carbono, más
preferiblemente mayor de 16 átomos de carbono, estando
preferiblemente en un porcentaje entre 0,5 y 30%, más
preferiblemente entre 0,5 y 10%. Opcionalmente, el betún asfáltico
de penetración se selecciona del grupo formado por betunes
procedentes de unidades de destilación a vacío, de unidades de
desfaltado, de unidades de visbreaking de las operaciones de refino
del petróleo o mezclas de los mismos.
De acuerdo con otra realización preferida según
la presente invención, dicho betún asfáltico de penetración
comprende un polímero que se selecciona del grupo formado por el
SBS, SBR; EVA; polietileno; EPDM; polvo procedente de la trituración
de neumáticos o mezclas de los mismos.
Preferiblemente, el catalizador de reticulación
de ácidos grasos se encuentra en una concentración comprendida
entre el 0,0005 y el 0,6%, y comprende jabones metálicos de fórmula
general:
(RCOO)_{x}M
donde,
- R es un hidrocarburo alifático o alicíclico, preferiblemente octoato, naftenato o mezclas de los mismos; y
- M es un metal de valencia x, el cual se selecciona del grupo que consiste en el cobalto, el manganeso, el cerio, el hierro, el vanadio, el circonio, el lantano, el neodimio, el aluminio, el bismuto, el estroncio, el plomo, el bario, el potasio, el el calcio, el cinc o mezclas de los mismos.
De acuerdo con otra realización preferida según
la presente invención, el ligante bituminoso comprende un
acelerante de la reacción de los ácidos grasos con el oxígeno, que
se selecciona del grupo que consiste en
2,2'-bipiridil, en 1,10-fenantrolina
o mezclas de los mismos y, preferiblemente, se encuentra en una
concentración comprendida entre 0 y el 1%.
De acuerdo con un segundo aspecto esencial, la
presente invención se refiere a un procedimiento para el
recubrimiento asfáltico de superficies caracterizado porque
comprende las etapas de:
- i.-
- mezclar un ligante bituminoso según la presente invención;
- ii.-
- añadir sobre la mezcla obtenida en la etapa i.- un fluidificante; y
- iii.-
- aplicar la mezcla obtenida en la etapa ii.- sobre la superficie que se desea pavimentar.
De acuerdo con una realización preferida, la
presente invención comprende una etapa adicional iv.- que consiste
en añadir gravilla sobre la superficie que se desea pavimentar.
Preferiblemente, el fluidificanteante se
selecciona del grupo formado por un éster de ácido graso obtenido
por transesterificación de un aceite de semilla o mezclas de los
mismos. Preferiblemente, el agente transesterificante es un alcohol
que se selecciona del grupo formado por el butanol, el propanol, el
etanol, el metanol o una mezcla de los mismos Preferiblemente la
aplicación de la etapa iii.- se realiza mediante un sistema de
riego.
Opcionalmente, el procedimiento de la presente
invención se aplica a una temperatura comprendida entre 10 y 200°C,
preferiblemente entre 25 y 180°C y más preferiblemente entre 25 y
130°C.
De acuerdo con un tercer aspecto esencial, la
presente invención se refiere al uso del ligante bituminoso para
fabricación y/o acondicionamiento de asfaltos, preferiblemente para
la fabricación de mezclas bituminosas de pavimentación de
carreteras, mediante el mezclado del ligante bituminoso con un
árido. De acuerdo con una realización preferida, la presente
invención se refiere al uso de un ligante bituminoso según la
presente invención para el tratamiento superficial mediante riego de
engravillado y de auxiliares de adherencia o imprimación.
A continuación la presente invención se ilustra
mediante los siguientes ejemplos de realizaciones preferidas, las
cuales en ningún caso deben considerarse limitativos.
Utilizando un agitador de Laboratorio se realiza
la siguiente mezcla
- 91,9% de betún asfáltico de Penetración 60/70
- 8% de Ácido graso destilado procedente de la soja
- 0,1% de Octoato de cobalto
La mezcla se cura a temperatura variable durante
24 h, en película fina, utilizando los recipientes y la estufa
descrita en la Norma Española NLT - 185/99.
Como puede apreciarse en la tabla siguiente,
existe un endurecimiento apreciable y un incremento de Punto de
Reblandecimiento.
| Penetración (1/10 mm) | Temperatura Anillo y Bola (°C) | ||||||
| Original | Curado | Curado | Curado | Original | Curado | Curado | Curado |
| a 100°C | a 130°C | a 160°C | a 100°C | a 130°C | a 160°C | ||
| 504 | 403 | 184 | 34 | 30,8 | 34,6 | 40,7 | 40,4 |
Utilizando un agitador de Laboratorio se realiza
la siguiente mezcla
- 91,89% de betún asfáltico de Penetración 60/70
- 8% de Ácido graso destilado procedente de la soja
- 0,1% de Naftenato de cobalto
- 0,01% de Naftenato de potasio
La mezcla se cura a temperatura variable durante
24 h, en película fina, utilizando los recipientes y la estufa
descrita en la Norma Española NLT - 185/99.
Como puede apreciarse en la tabla siguiente,
existe un endurecimiento apreciable y un incremento de Punto de
Reblandecimiento.
| Penetración (1/10 mm) | Temperatura Anillo y Bola (°C) | ||||||
| Original | Curado | Curado | Curado | Original | Curado | Curado | Curado |
| a 100°C | a 130°C | a 160°C | a 100°C | a 130°C | a 160°C | ||
| 504 | 306 | 185 | 27 | 30,8 | 35,0 | 41 | 34,7 |
Utilizando un agitador de Laboratorio se realiza
la siguiente mezcla
- 91,8899% de betún asfáltico de Penetración 60/70
- 8% de Ácido graso destilado procedente de la soja
- 0,1% de Naftenato de cobalto
- 0,01% de Naftenato de potasio
- 0,0001% de 1,10-fenantrolina
La mezcla se cura a temperatura variable durante
24 h, en película fina, utilizando los recipientes y la estufa
descrita en la Norma Española NLT - 185/99.
Como puede apreciarse en la tabla siguiente,
existe un endurecimiento apreciable y un incremento de Punto de
Reblandecimiento.
| Penetración (1/10 mm) | Temperatura Anillo y Bola (°C) | ||||||
| Original | Curado | Curado | Curado | Original | Curado | Curado | Curado |
| a 100°C | a 130°C | a 160°C | a 100°C | a 130°C | a 160°C | ||
| 504 | 180 | 85 | 27 | 30,8 | 37,0 | 42 | 39,1 |
En este ejemplo se muestra cómo partiendo de
betunes duros se pueden obtener ligantes bituminosos según esta
invención útiles para mezclas en caliente a temperaturas
relativamente bajas.
Utilizando un agitador de Laboratorio se realiza
la siguiente mezcla
- 91,8% de betún asfáltico de Penetración 13/22
- 8% de Tall Oil crudo
- 0,2% de Naftenato de cobalto
La mezcla se cura a temperatura variable durante
24 h, en película fina, utilizando los recipientes y la estufa
descrita en la Norma Española NLT - 185/99.
| Penetración (1/10 mm) | Temperatura Anillo y Bola (°C) | ||||
| Original | Curado a 100°C | Curado a 130°C | Original | Curado a 100°C | Curado 130°C |
| 163 | 98,7 | 60 | 43,7 | 50,4 | 58,6 |
Utilizando el Ligante del ejemplo 4, se
prepararon 3 probetas de mezcla bituminosa con áridos
sílico/calcáreos. La granulometría utilizada fue tipo S12 del Pliego
de Especificaciones del Ministerio de Fomento Español. El
porcentaje de betún en la mezcla, fue del 4,75.
La mezcla betún/áridos y la fabricación de las
probetas se realizó a 130°C. Posteriormente las probetas se
mantuvieron en estufa a 130°C durante 24 horas.
Los resultados Marshall (media de tres probetas)
fueron de 15 KN de estabilidad, 2,34 g/cc de densidad y 4,75 mm de
deformación. Los expertos en interpretación de resultados de Ensayo
Marshall podrán apreciar que los resultados obtenidos podrían
corresponder con los de una mezcla en caliente fabricados con un
betún asfáltico de Penetración 60/70.
Mediante este ejemplo se ilustra la ventaja de
utilizar un betún fluidificado según la presente invención.
Un 90% del ligante descrito en el ejemplo 4, se
mezcla con un 10% de un éster etílico de aceite de colza (LF1).
A efectos comparativos se preparó un betún
fluidificado con un 89,8% de un betún asfáltico 60/70, un 10% del
éster etílico de aceite de colza y un 0,2% de Naftenato de cobalto
(LF2).
Con cada uno de los ligantes fluidificados
obtenidos se realizó un ensayo de adhesividad en placa Vialit según
la Norma española NLT 313.87. Para ello se prepararon nueve placas
sobre las que se extendieron 45 gr del ligante fluidificado
anteriormente descrito. Sobre cada placa se extienden 100 gravillas
de árido silicocalcáreo de tamaño 6/10.
Las placas así preparadas se mantienen en estufa
a 130°C y tres se ensayan después de 1 hora, tres después de 8
horas y otras tres después de 24 horas.
La adhesividad media de las tres placas
preparadas con el ligante LF1 (objeto de esta invención) ensayadas
después de 1 horas fue del 94,2%, de las tres placas ensayadas
después de 8 horas del 100% y de las tres placas después de 24 horas
del 100%.
La adhesividad media de las tres placas
preparadas con el ligante LF2 (ligante comparativo) ensayadas
después de 1 horas fue del 85,2%, de las tres placas ensayadas
después de 8 horas del 93,3% y de las tres placas después de 24
horas del 100%.
Los expertos en la interpretación de estos
resultados podrán apreciar la ventaja de utilizar el ligante objeto
de esta invención frente al ligante comparativo.
Claims (24)
1. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras caracterizado porque
comprende:
- a.-
- entre un 50 y un 94,4999% de un betún asfáltico de penetración;
- b.-
- entre un 0,5 y un 49,9999% de al menos un ácido graso insaturado; y
- c.-
- entre un 0,0001 y un 1% de al menos un catalizador de reticulación de ácidos grasos.
2. Ligante bituminoso según la reivindicación 1,
caracterizado porque también comprende ácidos grasos
saturados.
3. Ligante bituminoso según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos
ácidos grasos tienen un índice de Yodo de al menos 50,
preferiblemente mayor de 80, más preferiblemente mayor de 100.
4. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras según las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque dichos ácidos grasos son de origen
animal seleccionados del grupo que consiste en ácidos grasos de sebo
tanto destilados como brutos, de origen animal tanto marino como
terrestre, la manteca, la mantequilla o mezclas de los mismos.
5. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras según las reivindicaciones
1-3, caracterizado porque los ácidos grasos
son de origen vegetal seleccionados del grupo que consiste en los
procedentes de la destilación del aceite de oliva, maíz, soja,
girasol, cacahuete, algodón, palma, el Tall Oil tanto crudo como
refinado, el TOFA, la colofonia o mezclas de los mismos.
6. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque dichos ácidos grasos tienen
una cadena hidrocarbonada mayor o igual a 12 átomos de carbono,
preferiblemente mayor de 16 átomos de carbono.
7. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque los ácidos grasos están en
un porcentaje entre 0,5 y 30%, preferiblemente entre 0,5 y 10%.
8. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque dicho betún asfáltico de
penetración se selecciona del grupo formado por betunes procedentes
de unidades de destilación a vacío, de unidades de desfaltado, de
unidades de visbreaking de las operaciones de refino del petróleo o
mezclas de los mismos.
9. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque dicho betún asfáltico de
penetración comprende un polímero que se selecciona del grupo
formado por el SBS, SBR; EVA; polietileno; EPDM; polvo procedente de
la trituración de neumáticos o mezclas de los mismos.
10. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el catalizador de
reticulación de ácidos grasos comprende jabones metálicos de fórmula
general:
(RCOO)_{x}M
donde,
R es un hidrocarburo alifático o alicíclico,
preferiblemente octoato, naftenato o mezclas de los mismos; y
M es un metal de valencia x, el cual se
selecciona del grupo que consiste en el cobalto, el manganeso, el
cerio, el hierro, el vanadio, el circonio, el lantano, el neodimio,
el aluminio, el bismuto, el estroncio, el plomo, el bario, el
potasio, el litio, el calcio, el cinc o mezclas de los mismos.
11. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque dicho catalizador está a
una concentración comprendida entre 0,0005 y el 0,6%.
12. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque se puede adicionar un
acelerante de la reacción de los ácidos grasos con el oxígeno.
13. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras según la reivindicación 12,
caracterizado porque dicho acelerante se selecciona del grupo
que consiste en 2,2'-bipiridil,
1,10-fenantrolina o mezclas de los mismos.
14. Ligante bituminoso de aplicación en la
construcción de carreteras según cualquiera de las reivindicaciones
12 y 13, caracterizado porque el acelerante se encuentra en
una concentración comprendida entre el 0 y el 1%.
15. Procedimiento para el recubrimiento
asfáltico de superficies caracterizado porque comprende las
etapas de:
- i.-
- mezclar un ligante bituminoso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14;
- ii.-
- añadir sobre la mezcla obtenida en la etapa i.- un fluidificante; y
- iii.-
- aplicar la mezcla obtenida en la etapa ii.- sobre la superficie que se desea pavimentar.
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado porque comprende una etapa adicional iv.- que
consiste en añadir gravilla sobre la superficie que se desea
pavimentar.
17. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 15 y 16, caracterizado porque el
fluidificante se obtiene por transesterificación de un ácido graso
insaturado con un agente transesterificante.
18. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 15 -17, caracterizado porque dicho agente
transesterificante es un alcohol que se selecciona del grupo
formado por el butanol, el propanol, el etanol, el metanol o una
mezcla de los mismos.
19. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 15-18, caracterizado porque
dicho fluidizante se selecciona del grupo formado por un éster de
ácido graso obtenido por transesterificación de un aceite de
semilla o mezclas de los mismos.
20. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 15-19, caracterizado porque
la aplicación en la etapa iii.- se realiza mediante un sistema de
riego.
21. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 15-20, caracterizado porque
se aplica a una temperatura comprendida entre 10 y 200°C,
preferiblemente entre 25 y 180°C y más preferiblemente entre 25 y
130°C.
22. Uso de un ligante bituminoso según
cualquiera de las reivindicaciones 1-14 para la
fabricación y/o acondicionamiento de asfaltos.
23. Uso según la reivindicación 22 para el
tratamiento superficial mediante riego de engravillado y de
auxiliares de adherencia o imprimación.
24. Uso según la reivindicación 22 para la
fabricación de mezclas asfálticas para pavimentación de carreteras
por el mezclado del ligante bituminosos con un árido.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200500989A ES2261077B1 (es) | 2005-04-25 | 2005-04-25 | Ligante bitunimoso, procedimiento para la aplicacion del mismo y su uso para pavimentacion de carreteras. |
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| ES200500989A ES2261077B1 (es) | 2005-04-25 | 2005-04-25 | Ligante bitunimoso, procedimiento para la aplicacion del mismo y su uso para pavimentacion de carreteras. |
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