ES2306183T3 - Composicion y procedimiento para pavimento asfaltico resistente al arranque. - Google Patents
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Abstract
Composición para pavimento asfáltico que comprende un aglomerante asfáltico, un agregado y un aditivo antiarranque alcalino, donde el aglomerante asfáltico comprende asfalto y ácido polifosfórico.
Description
Composición y procedimiento para pavimento
asfáltico resistente al arranque.
La presente invención se refiere a aditivos
anti-arranque para pavimento asfáltico y, más
especialmente a la utilización de ácido polifosfórico en
combinación con un aditivo alcalino para mejorar la adhesión entre
el aglomerante y el agregado.
Es bien conocido que el asfalto se utiliza
frecuentemente como material para pavimento. En general, el
asfalto, a menudo denominado "cemento asfáltico" o
"aglomerante asfáltico", se mezcla con un agregado para formar
un hormigón bituminoso adecuado para pavimentación. Así, el hormigón
bituminoso comprende un agregado que está contenido en una fase
continua del aglomerante asfáltico por la adherencia del aglomerante
asfáltico al agregado. Sin embargo, desafortunadamente, el
aglomerante asfáltico tiene la tendencia a perder su adherencia al
agregado, especialmente en presencia de humedad, en un procedimiento
conocido como "arranque". Especialmente, la adhesión entre las
moléculas polares dentro del asfalto y las moléculas polares en la
superficie del agregado se interrumpe por el agua (una molécula
polar) de la lluvia o fuentes subterráneas. El arranque del
aglomerante asfáltico de las superficies del agregado reduce la
vida del pavimento y es un serio problema por los muchos millones
de millas de carreteras que existen en el mundo. Además del
arranque, el agua actúa como un disolvente en el asfalto
disminuyendo así la viscosidad del asfalto, reduciendo la
resistencia y aumentando la formación de roderas.
En vistas a lo anterior, se han realizado
numerosos esfuerzos durante los años con el fin de reducir el
arranque del asfalto. Muchos de dichos esfuerzos se han dirigido a
incluir diversos aditivos en las composiciones de aglomerante
asfáltico o incluso en el agregado para aumentar la adhesión del
aglomerante y el agregado. Un tipo típico de aditivo
anti-arranque comprende agentes tensioactivos tales
como aminas, preferiblemente líquidas, que tienen grupos de cabeza
polares que muestran afinidad hacia las superficies polares tipo
agregado. Generalmente, las aminas también contienen cadenas largas
de ácidos grasos apolares que muestran una elevada afinidad hacia
el aglomerante asfáltico. La estructura molecular de una amina
tensioactiva también tiende a disminuir la tensión interfacial
entre el aglomerante asfáltico y el agregado, aumentando de esta
manera la resistencia de contacto entre los dos. Ejemplos de dichas
poliaminas incluyen AD-HERE HP PLUS (una designación
de una marca de Arr-Maz Custom Chemicals, Inc. de
Winter Haven, Florida, USA) y PAVE-BOND LITE (una
designación de una marca de Rohm and Haas). Generalmente, dichos
anti-arranque se mezclan con el aglomerante
asfáltico antes del bombeo del aglomerante modificado a la planta
de mezclado.
Alternativamente, se conoce la modificación de
los aglomerantes del asfalto con ácido polifosfórico desde algún
tiempo (véase, por ejemplo, la patente americana U.S. 3.751.278),
aunque sus beneficios como aditivo anti-arranque no
se han reconocido hasta hace muy poco. Los ácidos polifosfóricos
pueden reaccionar con el asfalto para aumentar la fracción
asfalteno o la dispersión asfalteno del aglomerante. Se cree que
este cambio es la primera razón para un cambio en la relación
temperatura-viscosidad del aglomerante en el
asfalto. De forma específica, a temperaturas elevadas, un
aglomerante que comprende ácidos polifosfóricos tiende a tener una
viscosidad más elevada que el mismo aglomerante sin ácido
polifosfórico. Por el contrario, a temperaturas más bajas, un
aglomerante que comprende ácido polifosfórico tiende a tener una
baja viscosidad comparado con el mismo aglomerante sin el ácido
polifosfórico. Se cree que una razón secundaria para el aumento de
la elevada viscosidad-temperatura es debido a los
enlaces hidrógeno entre el ácido no reaccionado (sitios de ácido
libres) y el asfalto. Algunos estudios indican que el enlace
hidrógeno puede ser al menos en parte neutralizado o invertido por
la presencia de anti-arranques de amina y, como
resultado, algunos de los expertos en la materia creen que el ácido
polifosfórico y los anti-arranques de amina no
deberían utilizarse conjuntamente.
Una alternativa adicional para mejorar la
adhesión es el uso de cal apagada (a menudo simplemente referido
como "cal") en composiciones para pavimento. Generalmente, la
cal se añade a la composición de pavimento mediante el tratamiento
del agregado. La utilización de cal en el pavimento asfáltico se
conoce desde hace al menos 80 años, pero sus beneficios como
aditivo anti-arranque no se conocen hasta hace muy
poco tiempo. Concretamente, los expertos en la materia creen que la
cal reacciona con las moléculas altamente polares para formar sales
insolubles que no tienden a atraer el agua. Ello evita que dichas
moléculas polares reaccionen con otras moléculas en la composición
del pavimento para formar jabones solubles en agua que provocan el
arranque (véase, por ejemplo, Petersen, J.C., H. Plancher, y P.M.
Harnsbergen, "Lime Treatment of Asphalt to Reduce Age Hardening
and Improve Flow Properties", Procesos, AAPT, Vol. 56, 1987).
Un procedimiento adicional de mejora de la
adhesión mediante el tratamiento de agregados incluye la aplicación
de revestimientos poliméricos en las partículas (véase, por ejemplo,
las patentes americanas U.S. 5.219.901 y U.S. 6.093.494). De forma
concreta, la patente americana U.S. 5.219.901 describe una técnica
para reducir las tendencias al arranque que implica el
revestimiento del agregado con una película continua y delgada de
un polímero orgánico insoluble al agua de elevado peso molecular tal
como un polímero acrílico o un polímero
estireno-acrílico.
Aunque muchos de los procedimiento anteriores de
mejora de la resistencia al arranque han sido eficaces en varios
grados dependiendo de numerosos factores tales como el tipo de
asfalto, el tipo de agregado, la cantidad de aditivo, etc.,
continua existiendo la necesidad de una composición para pavimento u
hormigón asfáltico que presenta adherencia incrementada o un
comportamiento anti-arranque además de otras
cualidades que hacen un material para pavimentos deseable (por
ejemplo, el coste, facilidad de utilización, resistencia a la
formación de roderas, agrietamiento, fatiga, oxidación y
envejecimiento, etc...).
Por lo tanto, de forma breve, la presente
invención se refiere a una nueva composición para pavimentos que
comprende una composición para pavimentos asfálticos que comprende
un aglomerante asfáltico, un agregado y un aditivo
anti-arranque alcalino, donde el aglomerante
asfáltico comprende asfalto y ácido polifosfórico.
La presente invención también se refiere a una
composición para pavimentos asfálticos que consiste esencialmente
en asfalto, agregado, ácido polifosfórico y un aditivo alcalino
anti-arranque.
De forma adicional, la presente invención se
refiere a un pavimento asfáltico que comprende una composición para
pavimentos de asfalto compactado que comprende un aglomerante
asfáltico, un agregado y un aditivo anti-arranque
alcalino, donde el aglomerante asfáltico comprende asfalto y ácido
polifosfórico.
Además, la presente invención se refiere a un
procedimiento para la mejora de la resistencia al arranque de un
pavimento asfáltico preparado utilizando una composición para
pavimentos asfálticos que comprende asfalto y agregado,
comprendiendo el procedimiento la modificación de la composición de
pavimento asfáltico mediante la adición de ácido polifosfórico y un
aditivo alcalino anti-arranque en la composición de
pavimento asfáltico.
La presente invención también se refiere a un
procedimiento para la preparación de una composición de pavimento
asfáltico, comprendiendo el procedimiento la mezcla de un
aglomerante asfáltico modificado que comprende un asfalto y ácido
polifosfórico con un agregado y un aditivo
anti-arranque para producir la composición de
pavimento asfáltico.
De manera adicional, la presente invención se
refiere a un procedimiento de pavimentación de una superficie con
la composición de pavimento asfáltico, comprendiendo el
procedimiento depositar la composición de pavimento asfáltico sobre
la superficie y compactar la composición de pavimento asfáltico
depositada, en donde la composición de pavimento asfáltico
comprende asfalto, agregado, ácido polifosfórico y un aditivo
alcalino anti-arranque.
De acuerdo con la presente invención,
sorprendentemente se ha descubierto que la adición de un ácido
polifosfórico y un agente anti-arranque (por
ejemplo, la cal) en una composición de pavimento asfáltico aumenta
sustancialmente la resistencia al arranque de la composición para
pavimento. Así, en una realización, la presente invención se
refiere a una composición de pavimento asfáltico que comprende un
asfalto, un agregado, un ácido polifosfórico y un agente
anti-arranque alcalino. Generalmente, la composición
de pavimento asfáltico de la presente invención puede formarse a
partir del mezclado de un aglomerante asfáltico modificado y un
agregado, donde el aglomerante asfáltico comprende asfalto
modificado con ácido polifosfórico y la mezcla de agregado
comprende agregado tratado con un agente
anti-arranque alcalino (por ejemplo, la cal). Sin
embargo, es posible añadir la cal a la composición de pavimento
después de que la mezcla del agregado y el aglomerante asfáltico
haya empezado (por ejemplo, mediante la inyección de cal apagada en
un tambor mezclador justo después de haber inyectado el
aglomerante
asfáltico).
asfáltico).
El asfalto se define de acuerdo con ASTM como un
material cementoso marrón oscuro a negro en el cual los
constituyentes predominantes son betunes que se encuentran de forma
natural o que se obtienen en el procesamiento del petróleo. De
forma característica, los asfaltos contienen hidrocarburos de muy
elevado peso molecular denominados asfaltenos. Estos son
esencialmente solubles en bisulfuro de carbono, e hidrocarburos
aromáticos y clorados. El betún es un término genérico definido por
ASTM como una clase de sustancias cementosas negras o color
negruzcas, naturales o fabricadas, compuestas principalmente de
hidrocarburos de elevado peso molecular, de los que son típicos los
asfaltos, alquitranes y asfaltenos. La ASTM además clasifica los
materiales asfálticos o bituminosos como sólidos,
semi-sólidos o líquidos utilizando un ensayo de
penetración de consistencia o viscosidad. En esta clasificación,
los materiales sólidos son aquellos que tienen una penetración no
superior a 1 milímetro cuando se aplica una carga de 100 gramos
durante 5 segundos a 25ºC y los semi-sólidos son
aquellos que tienen una penetración de más de 1 milímetro cuando se
aplica una carga de 50 gramos durante 5 segundos a 25ºC. Los
asfaltos semi-sólidos y líquidos predominan hoy en
día en la práctica comercial.
El asfalto tiene propiedades de viscosidad, que
le permiten fluir y propiedades elásticas, que le impiden el
fluido. A elevadas temperaturas, las propiedades de viscosidad
dominan y el asfalto tiende a fluir o a deformarse. A bajas
temperaturas, las propiedades elásticas dominan y el asfalto tiende
a impedir el fluido. Todos los tipos de asfalto, tanto los que se
encuentran de forma natural como los fabricados sintéticamente son
adecuados para utilizar en la presente invención. El asfalto que se
encuentra de forma natural incluye roca asfáltica natural, asfalto
lacustre, etc. El asfalto fabricado sintéticamente a menudo es un
subproducto de las operaciones de refino del petróleo e incluye
asfalto oxidado, asfalto mezclado, asfalto de craqueo o residual,
asfalto de petróleo, asfalto de propano, asfalto de obtención
directa, asfalto térmico, etc. Ejemplos de asfaltos que a menudo
reciben el nombre de su lugar de extracción incluyen Sur de Wyoming,
Arabia Saudita, el Oeste de Texas intermedio, Valle de California,
Venezuela y
Canadá.
Canadá.
La química del asfalto puede describirse a nivel
molecular así como a nivel intermolecular (microestructural). A
nivel molecular, el asfalto es una mezcla de moléculas de complejos
orgánicos cuyo intervalo de peso molecular va desde varios cientos
hasta varios miles. Aunque dichas moléculas afectan las
características de comportamiento del asfalto, el comportamiento
del asfalto se determina ampliamente por la microestructura del
asfalto que es la de un fluido polar dispersado. Concretamente, una
asociación tri-dimensional continua de moléculas
polares (asfaltenos) dispersadas en un fluido de moléculas apolares
o de relativamente baja polaridad (maltenos). Todas estas moléculas
son capaces de formar enlaces intermoleculares dipolares de
resistencia variable. Debido al hecho que estos enlaces
intermoleculares son más frágiles que los enlaces que tienen los
constituyentes hidrocarburos orgánicos básicos del asfalto juntos,
éstos se rompen primero y controlan las características de
comportamiento del asfalto. Por lo tanto, las características
físicas del asfalto son un resultado directo de la formación,
rotura y reformación de estos enlaces intermoleculares u otras
propiedades asociadas con las superestructuras moleculares. El
resultado es un material que se comporta de forma elástica por los
efectos de las redes de moléculas polares y viscosidad porque las
distintas partes de las redes de moléculas polares pueden
relativamente moverse a otra parte debido a la dispersión en las
moléculas del fluido apolar.
Los aglomerantes asfálticos se caracterizan
comúnmente por las propiedades físicas que indican cómo se
comportan como constituyente en una composición de pavimento o
asfalto mixto caliente. Ejemplos de propiedades físicas relevantes
incluyen la durabilidad y reología y algunos ensayos para determinar
los aspectos diferentes de estas propiedades incluyen el ensayo en
caliente de película delgada (AASHTO 179 y ASTM D 1754), ensayo en
caliente de película delgada laminada (AASHTO T 240 y ASTM D 2872),
ensayo en recipiente de envejecimiento por presión (AASHTO PP1),
ensayo de penetración (AASHTO T 49 y ASTM D 4), ensayo de punto de
reblandecimiento (AASHTO T 53 y ASTM D 36), ensayo a 60ºC de
viscosidad absoluta (AASHTO T 202 y ASTM D 2171), ensayo a 135ºC de
viscosidad cinemática (AASHTO T 201 y ASTM D 2170), ensayo de
ductilidad (AASHTO T 51 y ASTM D113), ensayo de viscosímetro
rotacional (AASHTO TP 48 y ASTM D 4402), reómetro de cizalla
dinámica (AASHTO TP 5), medida de la viscosidad por flexión (AASHTO
TP1) y ensayo de tensión directa (AASHTO
TP 3).
TP 3).
En lugar de exponer una extensa lista de
propiedades físicas, los expertos en la materia generalmente
categorizan los aglomerantes asfálticos por uno o más sistemas de
clasificación tales como el sistema de clasificación de
penetración, sistema de clasificación de la viscosidad y el sistema
de clasificación de obtención de pavimentos. Los grados de
penetración se listan en forma de unidades de penetración
determinadas de acuerdo con AASHTO M 20 y ASTM D 946. El grado
40-50 es el grado más duro, los grados
60-70, 85-100 y
120-150 se utilizan generalmente en EE.UU. y el
grado 200-300 es el grado más blando y se utiliza
normalmente en climas fríos como en el norte de Canadá. El grado de
viscosidad se lleva a cabo en un aglomerante asfáltico suministrado
(de grado AC) o en muestras de residuo envejecido (grado AR) según
AASHTO M 226 y ASTM D 3381. Los grados típicos para el asfalto
mixto caliente en EE.UU. son AC-10,
AC-20, AC-30,
AR-4000 y AR-8000. El grado de
obtención de superpavimento más recientemente desarrollado (PG) se
considera generalmente más preciso y caracteriza completamente los
aglomerantes asfálticos a utilizar en pavimentos asfálticos de
mezclas en caliente. El grado de obtención de superpavimento se
basa en la idea de que las propiedades de los aglomerantes
asfálticos deben estar relacionadas con las condiciones bajo las
cuales se utilice. Por lo tanto, el sistema superpavimento utiliza
distintos ensayos que se llevan a cabo según AASHTO PP6 a
temperaturas que dependen de las condiciones climáticas relevantes.
El grado de obtención de superpavimento se expresa utilizando dos
números - siendo el primero la temperatura máxima de pavimento de
la media de siete días (ºC) y siendo el segundo la temperatura
mínima de pavimento en dicho experimento (ºC). Así, un PG
58-22 se entiende para utilizar donde la temperatura
del pavimento máxima media durante siete días es de 58ºC y la
temperatura mínima del pavimento esperada es -22ºC. Los aglomerantes
asfálticos que se utilizan habitualmente en EE.UU. tienen una
temperatura de pavimento máxima media de siete días que está en el
intervalo de aproximadamente 50 a aproximadamente 80ºC y la
temperatura de pavimento mínima esperada está en el intervalo de
aproximadamente 10 y aproximadamente 40ºC. Se destaca que como norma
general, los aglomerantes PG que difieren en la especificación de
la temperatura alta y baja 90ºC o más son generalmente el resultado
de alguna modificación de calidad con el fin de mejorar ciertas
características tales como la resistencia a la deformación térmica
por elevadas temperaturas ("deformación por fluencia" o
"formación de roderas"), fractura por baja temperatura o
ambas.
Tal y como se ha mencionado más arriba, la
composición del pavimento de la presente invención no se limita a
ningún aglomerante asfáltico particular o combinación de
aglomerantes. Aunque puede utilizarse cualquier tipo de aglomerante
asfáltico es preferible que la composición de pavimento comprenda un
aglomerante asfáltico o combinación de aglomerantes que tengan
adecuadas propiedades físicas para la aplicación particular. La
selección de dicho aglomerante asfáltico o combinación de
aglomerantes es bien conocida para los expertos en la materia.
Ejemplos de aglomerantes asfálticos disponibles comercialmente que
pueden utilizarse adecuadamente para la preparación de la
composición de pavimento de la presente invención incluyen CONOCO
AC-30, DIAMOND SHAMROCK AC-30,
SHELL AR-4000, AMOCO 64-22, CITGO
AC-30, CITGO PG 67-22, VALERO PG
64-22, y HUSKY
85/100.
85/100.
Un ácido polifosfórico es una serie de oxiácidos
de fósforo que tienen la fórmula química general H_{n+2}
(P_{n}O_{3n+1}). Más específicamente, los ácidos polifosfóricos
tienen lugar en el sistema P_{2}O_{5}-H_{2}O
y tienen un contenido en P_{2}O_{5} que es por encima del 74 por
ciento. Los ácidos polifosfóricos son mezclas complejas de orto-
(n=1), piro- (n=2), tri- (n=3), tetra (n=4) y especies poliméricas
de cadena larga, las proporciones de los cuales son función directa
del contenido de P_{2}O_{5} en el ácido. Aunque los ácidos
polifosfóricos puedan referirse en términos de contenido de
P_{2}O_{5}, los ácidos polifosfóricos generalmente se refieren
en términos de porcentaje o de concentración equivalente de
H_{3}PO_{4} (ácido fosfórico). Preferiblemente, el ácido
polifosfórico utilizado en la preparación de la composición para
pavimentos asfálticos según la presente invención tiene una
concentración equivalente de H_{3}PO_{4} de por lo menos
aproximadamente 100%. Más preferiblemente, el ácido polifosfórico
tiene una concentración equivalente de H_{3}PO_{4} de al menos
aproximadamente 105%. Todavía más preferiblemente, el ácido
polifosfórico tiene una concentración equivalente de
H_{3}PO_{4} de por lo menos 110%. Incluso todavía más
preferiblemente, el ácido polifosfórico tiene una concentración
equivalente de H_{3}PO_{4} de por lo menos 115%. Ejemplos de
ácidos polifosfóricos apropiados incluyen ácidos que tienen un
contenido equivalente de H_{3}PO_{4} del 105% (contenido de
P_{2}O_{5} de aproximadamente 76,05%), un contenido equivalente
de H_{3}PO_{4} de 115% (contenido de P_{2}O_{5} de
aproximadamente 83,29%), o un contenido equivalente de
H_{3}PO_{4} de 116,4% (contenido de P_{2}O_{5} de
aproximadamente 84,31%), que se encuentran disponibles
comercialmente por Astaris LLC.
Los ácidos polifosfóricos no están basados en
agua y son menos corrosivos que los ácidos fosfóricos basados en
agua, lo cual es ventajoso respecto los ácidos fosfóricos basados en
agua. Por ejemplo, la mezcla de ácido fosfórico con asfalto
caliente bajo las condiciones típicas de mezclado tiende a formar
espuma y proyecciones, mientras que los ácidos polifosfóricos se
incorporan rápidamente con poca o ninguna formación de espuma ni
proyeccio-
nes.
nes.
Preferiblemente, la cantidad de ácido
polifosfórico añadido a la composición de pavimento es una cantidad
eficaz, es decir, una cantidad que aumenta la adhesión entre el
aglomerante asfáltico y el agregado comparado con una composición
de pavimento idéntica que no contiene ácido polifosfórico. Más
preferiblemente, el ácido polifosfórico se añade a la composición
de pavimento en una cantidad que consigue el beneficio
anti-arranque máximo. Aunque esta cantidad óptima
depende de distintos factores que incluyen el tipo de asfalto (es
decir, la composición química del asfalto, el tipo de agregado
utilizado para obtener la composición de pavimento, el contenido de
humedad del asfalto y del agregado, la inclusión de aditivos
poliméricos, etc.), puede determinarse fácilmente a través de un
ensayo empírico rutinario. En general, sin embargo, se cree que las
mejoras anti-arranque pueden observarse añadiendo
tan poco como aproximadamente 0,05% en peso de ácido polifosfórico
en el aglomerante asfáltico. Preferiblemente, la concentración de
ácido polifosfórico añadida al asfalto es de por lo menos
aproximadamente 0,1% en peso del aglomerante asfáltico. Más
preferiblemente, la concentración de ácido polifosfórico añadida al
asfalto es de por lo menos aproximadamente 0,2% en peso del
aglomerante asfáltico.
También se ha descubierto que la adhesión puede
estar afectada en detrimento si se excede de una concentración
máxima de ácido polifosfórico. Aunque dicho nivel de concentración
máximo varía en cada asfalto particular, es preferible que la
concentración de ácido polifosfórico añadida al asfalto no sea
superior a aproximadamente 2% en peso del aglomerante asfáltico.
Más preferiblemente, la concentración de ácido polifosfórico añadida
al asfalto no es superior a aproximadamente 1,5% en peso del
aglomerante asfáltico. Todavía más preferiblemente, la
concentración máxima de ácido polifosfórico es aproximadamente 1,2%
en peso del aglomerante asfáltico. Todavía más preferiblemente, la
concentración máxima de ácido polifosfórico es aproximadamente 1% en
peso del aglomerante asfáltico. Todavía incluso más
preferiblemente, la concentración de ácido polifosfórico añadida al
asfalto es una concentración máxima de aproximadamente 0,7% en peso
del aglomerante asfáltico.
En vistas a lo anterior, en una realización de
la presente invención el ácido polifosfórico se encuentra a una
concentración que está en el intervalo de aproximadamente 0,05 a
aproximadamente 2,0% en peso del aglomerante asfáltico.
Preferiblemente, el ácido polifosfórico se encuentra a una
concentración que está en el intervalo de aproximadamente 0,1 a
aproximadamente 1,2% en peso del aglomerante asfáltico. Más
preferiblemente, el ácido polifosfórico se encuentra a una
concentración que está en el intervalo de aproximadamente 0,1 a
aproximadamente 0,7% en peso del aglomerante asfáltico.
\vskip1.000000\baselineskip
Además del ácido polifosfórico, la composición
de pavimento de la presente invención comprende un
anti-arranque alcalino como aditivo. De forma
general, se considera que el aditivo anti-arranque
alcalino sería cal apagada que comprende hidróxido cálcico
(Ca(OH)_{2}). La cal apagada comercial es un polvo
seco obtenido por el tratamiento de cal anhidra (óxido cálcico,
CaO) con suficiente agua para satisfacer su afinidad química hacia
el agua, convirtiendo de esta manera los óxidos en hidróxidos.
Preferiblemente, la cantidad de cal apagada
añadida a la composición de pavimento es una cantidad eficaz, es
decir, una cantidad que aumente la adhesión entre el aglomerante
asfáltico y el agregado comparada con una composición de pavimento
idéntica que no contiene cal apagada. Más preferiblemente, la cal
apagada se añade a la composición de pavimento en una cantidad que
consigue el máximo beneficio anti-arranque. Aunque
dicha cantidad óptima depende de distintos factores que incluyen el
tipo de asfalto (es decir, la composición química del asfalto), el
tipo de agregado utilizado para obtener la composición de pavimento,
el contenido en humedad del asfalto y del agregado, la adición de
aditivos poliméricos, etc.), puede determinarse fácilmente a través
de un ensayo empírico rutinario. En general, se cree que las mejoras
anti-arranque pueden observarse incluyendo tan poca
cal apagada como aproximadamente 0,5% en peso del agregado en la
composición de pavimento. Preferiblemente, la concentración de cal
apagada añadida a la composición de pavimento es de por lo menos
aproximadamente 1% en peso del agregado. De forma adicional, es
preferible que la concentración de cal apagada añadida a la
composición de pavimento no sea demasiado grande y sea en detrimento
de otras propiedades. Generalmente, la concentración de cal apagada
no es superior a aproximadamente 2,0% en peso del agregado.
Preferiblemente, la concentración de cal apagada no es superior a
aproximadamente 1,5% en peso del agregado. Como tal, en una
realización de la presente invención la composición de pavimento
comprende cal apagada a una concentración que está entre
aproximadamente 0,5 y aproximadamente 2,0% en peso del agregado.
Preferiblemente, la composición de pavimento comprende cal apagada
a una concentración que está entre aproximadamente 1 y
aproximadamente 1,5% en peso del
agregado.
agregado.
Cuando la cal apagada se añade al asfalto mixto
caliente, ésta reacciona con el agregado para reforzar los enlaces
entre el betún y la piedra. Al mismo tiempo que trata el agregado,
la cal apagada reacciona con el aglomerante asfáltico. De forma
específica, se cree que la cal apagada reacciona con moléculas
altamente polares que pueden de lo contrario reaccionar en la
mezcla para formar jabones solubles en agua que promueven el
arranque. Cuando estas moléculas reaccionan con la cal apagada,
éstas forman sales insolubles que no atraen más el agua (véase, por
ejemplo, Petersen, J.C., H. Plancher, y P.M. Harnsbergen, "Lime
Treatment of Asphalt to Reduce Age Hardening and Improve Flow
Properties", procesos, AAPT, Vol. 56, 1987). De forma adicional,
la dispersión de las partículas diminutas de cal apagada a través de
la mezcla la hace más rígida y tenaz, reduciendo la posibilidad de
que se rompa mecánicamente el enlace entre el aglomerante asfáltico
y el agregado, incluso si el agua no está
presente.
presente.
La cal apagada que se utiliza para preparar la
composición de pavimento según la presente invención puede añadirse
al agregado, asfalto o ambos según el método apropiado. Existen
diversas pruebas y métodos eficaces para añadir la cal apagada al
asfalto. Ejemplos de dichos métodos incluyen inyección de cal
apagada en un tambor mezclador, adición de la cal apagada en una
galletera, adición de la cal apagada a un agregado húmedo en adobo,
adición de la pasta en suspensión de cal apagada al agregado en o
sin adobo (véase, por ejemplo, "How to Add Hydrated Lime to
Asphalt", An Overview of Current Methods, National Lime
Association, hftp://www.lime.org/publications.html). Generalmente,
el procedimiento mediante el cual la cal apagada se añade se
especifica por los departamentos del estado de transporte.
Generalmente, estas especificaciones de desarrollo de estado y
procedimientos están adaptados a los materiales locales y a las
capacidades de las firmas de construcción y equipamiento.
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De forma adicional, se ha descubierto que la
composición de pavimento según la invención puede comprender un
aditivo tensioactivo y anti-arranque. Tal y como se
ha mencionado más arriba, la mayoría de dichos aditivos son
aditivos tipo amina y dicho descubrimiento es sorprendente porque
los aditivos tipo amina se consideran por algunos expertos en la
materia que son incompatibles con la modificación del ácido
fosfórico. Es importante destacar que el tipo de aditivo
tensioactivo y anti-arranque que puede añadirse en
una composición de pavimento según la presente invención no se
limita al tipo amina, sino que también incluye, otros materiales
tensioactivos comercialmente disponibles que son conocidos por los
expertos en la materia por el incremento de la adhesión entre el
agregado y el aglomerante asfáltico.
Generalmente, los aditivos
anti-arranque tipo amina comprenden, por ejemplo,
aminas primarias, diaminas, triaminas, tetraaminas, poliaminas,
amido amina o diaminas etoxiladas, etc. Preferiblemente, un aditivo
tensioactivo y anti-arranque es un líquido de
manera que se mezcla más fácilmente a través del asfalto. Los
aditivos anti-arranque amina líquidos disponibles
comercialmente, como ejemplo, incluyen los
anti-arranque PAVEBOND y MORLIFE comercialmente
disponibles por "Rohm and Haas" y el
anti-arranque AD-HERE comercialmente
disponible por Arr-Maz Custom Chemicals, Inc.
Si está presente, la concentración del aditivo
tensioactivo y anti-arranque en la composición de
pavimento según la invención es preferiblemente coherente con la
concentración considerada apropiada para la aplicación particular y
las variables asociadas tales como el tipo de asfalto, el tipo de
agregado, etc. Generalmente, la concentración de los aditivos
tensioactivos y anti-arranque está comprendida entre
aproximadamente 0,5 y aproximadamente 1,0% en peso del aglomerante
asfáltico.
En otra realización, sin embargo, la composición
de pavimento según la presente invención no está, preferiblemente,
en general modificada con aditivos anti-arranque
líquidos y, en particular, anti-arranque tipo
amina. Dicho de otra forma, en esta realización el aglomerante
asfáltico está preferiblemente sustancialmente libre de aditivos
anti-arranque líquidos. De forma específica, la
concentración de dichos aditivos es, con el fin de aumentar
preferencia, inferior a aproximadamente 0,5, 0,2, 0,1, 0,05, ó 0,01%
en peso del aglomerante asfáltico o incluso 0%.
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La composición de pavimento según la presente
invención puede también comprender un modificador polimérico.
Generalmente, los modificadores asfálticos poliméricos incluyen
copolímeros
estireno-butadieno-estireno (SBS),
copolímeros estireno-butadieno (SB), y terpolímeros
elastoméricos. Los terpolímeros comercialmente disponibles incluyen
ELVALOY disponible por DuPont, que es un polímero
etilenglicidilacrilato (es decir, comprende una cadena etileno
modificada con un grupo funcional glicidílico para proporcionar
propiedades reactivas tipo epoxi y un grupo funcional acrilato para
proporcionar propiedades de flexibilidad y elastoméricas). De forma
adicional, los modificadores poliméricos apropiados pueden incluir
polímeros etileno-vinil-acetato
(EVA), polímeros etileno-metacrilato (EMA),
copolímeros estireno-isopreno (SIS), resina epoxi,
cauchos naturales y poliolefinas tales como polibutadieno y
poliisopreno.
Si está presente, la concentración de
modificador polimérico en la composición de pavimento según la
presente invención es preferiblemente coherente con la concentración
considerada apropiada para la aplicación particular y las variables
asociadas tales como el tipo de asfalto, el tipo de agregado, etc.
Generalmente, la concentración de modificadores poliméricos está
comprendida entre aproximadamente 2 y aproximadamente 10% en peso
del aglomerante asfáltico. Más generalmente, la concentración de
polímero está comprendida entre aproximadamente 2 y aproximadamente
6% en peso del asfalto. Los terpolímeros tales como el modificador
ELVALOY comercialmente disponible generalmente comprende
aproximadamente 2% en peso del aglomerante asfáltico y en ocasiones
tan poco como aproximadamente 1% en peso del aglomerante
asfáltico.
Sin embargo, en otra realización, la composición
de pavimento según la presente invención preferiblemente no está
modificada con polímeros. Dicho de otra forma, en esta realización
el aglomerante asfáltico está preferiblemente sustancialmente libre
de modificadores poliméricos. De forma específica, la concentración
de dichos aditivos es, con el fin de aumentar preferencia, inferior
a aproximadamente 1,0, 0,5, 0,2, 0,1, 0,05 ó 0,01% en peso del
aglomerante asfáltico o incluso 0%.
A la vista de las realizaciones anteriores, la
composición de pavimento también puede estar sustancialmente libre
de anti-arranques líquidos y modificadores
poliméricos. Así, en una realización según la presente invención,
la composición de pavimento según la invención puede consistir
esencialmente en aglomerante asfáltico, ácido polifosfórico, cal
apagada y agregado a concentraciones preferibles de acuerdo con los
valores dados aquí.
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La preparación del aglomerante asfáltico puede
realizarse mediante cualquier método apropiado conocido en el
estado de la técnica como la adición directa con agitación o el
mezclado en línea. Generalmente, con independencia del método, la
preparación del aglomerante asfáltico se favorece con el aumento de
la temperatura del aglomerante asfáltico, el ácido polifosfórico y
otros aditivos. Para favorecer el mezclado, la temperatura se
aumenta hasta por lo menos el punto de reblandecimiento del asfalto.
Generalmente, la temperatura de la mezcla se aumenta desde
aproximadamente 160 hasta aproximadamente 200ºC. Generalmente,
después de haber calentado el asfalto a una temperatura suficiente
para llevar a cabo el mezclado, el ácido polifosfórico y cualquier
otro constituyente se añaden durante la alimentación en caliente del
asfalto con la agitación adecuada para dispersar el ácido
polifosfórico y otros constituyentes opcionales a través del
asfalto.
Aunque los aglomerantes asfálticos que
comprenden asfalto, aditivos tales como el ácido polifosfórico y
modificadores poliméricos (si están presentes) puedan prepararse
mediante el mezclado de los constituyentes en línea en la planta de
mezcla caliente (a menudo denominado post-mezclado),
es preferible que el asfalto, el ácido polifosfórico y cualquier
modificador polimérico opcional se mezcle mediante el suministrador
de aglomerante asfáltico antes de llevarse a la planta de asfalto
mezclado caliente (a menudo denominado
pre-mezclado). Algunas combinaciones de asfalto y
aditivos pueden mezclarse relativamente fácil utilizando una
mezcladora "kettle", mientras otras requieren una molturación
de elevado cizallamiento u otras operaciones de mezclado especial.
Sin embargo, esta preferencia no debe interpretarse como una
indicación de que el ácido polifosfórico no puede mezclarse con
aglomerante asfáltico (libre de o conteniendo un modificador
polimérico) en una instalación de asfalto mezclado caliente. Por lo
contrario, generalmente, los aditivos tensioactivos y
anti-arranque no se pre-mezclan,
generalmente se mezclan con el asfalto en la instalación de mezcla
caliente antes de mezclar el asfalto con el agregado. Los
procedimientos para el mezclado de aditivos tensioactivos y
anti-arranque y el asfalto son bien conocidos por
los expertos en la materia y cualquiera de dichos métodos puede
utilizarse para preparar una composición de pavimento asfáltico
según la presente invención. Asimismo, aunque puede ser posible
premezclar el aditivo alcalino anti-arranque (por
ejemplo, cal apagada) con el asfalto, dicha práctica sería atípica.
Tal y como se ha destacado más arriba, la cal apagada se añade,
generalmente, a la composición de pavimento tratando el agregado
antes de mezclarse con el aglomerante
asfáltico.
asfáltico.
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"Agregado" es un término colectivo para los
materiales minerales tales como la arena, la gravilla y la piedra
triturada que se utilizan con el aglomerante asfáltico para formar
materiales de compuestos tales como la composición de pavimento
asfáltico. Generalmente, en volumen, el agregado se considera por lo
menos aproximadamente el 90% en volumen de una composición de
pavimento asfáltico. Por ejemplo, no es extraordinario para las
composiciones de pavimento asfáltico comprender entre
aproximadamente 92 y aproximadamente 96% en volumen de
agregado.
agregado.
El agregado puede comprender agregado natural,
agregado fabricado o una combinación de los dos. Generalmente, el
agregado natural se extrae de la roca de una excavación abierta (es
decir, una cantera) que se reduce a tamaños útiles mediante el
aplastado mecánico. Los agregados naturales provienen de la roca de
tres clasificaciones geológicas amplias: ígneas, sedimentarias y
metamórficas. Las rocas ígneas son principalmente rocas cristalinas
que se formaron por el enfriamiento del material fundido bajo la
corteza terrestre. Las rocas sedimentarias se formaron del material
insoluble depositado en la parte inferior de un océano o lago que se
transformaron en roca por calor y presión. Las rocas sedimentarias
tienen un aspecto en capas y además se clasifican en base al
mineral predominante. Por ejemplo, generalmente, las rocas
sedimentarias se clasifican como calcáreas (piedra caliza, yeso,
etc.), silíceas (sílice, arenisca, etc.) o arcillosas (pizarra,
etc.). Las rocas metamórficas son rocas ígneas o sedimentarias que
se han sometido a suficiente calor, presión o ambos como para
cambiar la estructura mineral de la roca original. Generalmente, el
agregado fabricado es un subproducto de otros procesos de
fabricación tales como la escoria del procesado metalúrgico (por
ejemplo, producción de acero, estaño y cobre). El agregado
fabricado también incluye materiales de especialidad que se obtienen
para tener una característica física particular que no se encuentra
en la roca natural como, por ejemplo, uno de baja densidad. La
composición mineral del agregado determina ampliamente las
características físicas y químicas del agregado y como actúa como
material para pavimento. En particular, la composición del agregado
afecta de manera significativamente la susceptibilidad o la
propensión de una composición de pavimento al arranque. De hecho,
las propiedades superficiales fisioquímicas del agregado pueden
jugar un papel mucho más amplio en el arranque del asfalto mezclado
caliente que las propiedades del aglomerante asfáltico. Aunque el
fenómeno complejo relacionado con el desplazamiento del aglomerante
asfáltico de las superficies de las partículas de agregado por el
agua no está todavía bien entendido, se sabe que la composición
química del agregado o contenido mineral es un factor
significativo. Por ejemplo, la afinidad del agregado al agua o
asfalto juega un papel importante. Algunos agregados tienen
afinidad por el agua con respecto el asfalto (hidrofílicos) que
tiende a hacerlos más susceptibles al arranque. Estos agregados
tienden a ser ácidos y ejemplos de los mismos incluyen cuarcitas,
arenisca y granito. Por otro lado, los agregados con afinidad para
el asfalto con respecto el agua (hidrofóbicos) tienden a ser menos
susceptibles al arranque. Estos agregados tienden a ser básicos y
ejemplos de los mismos incluyen mármol, piedra caliza, basalto y
dolomita. La composición de pavimento según la presente invención
puede comprender cualquier tipo apropiado de agregado para
pavimentos. Sin embargo, tal y como se indica en los ejemplos que
siguen, la mejora en la adhesión es especialmente evidente cuando
se utiliza un agregado que se conoce que es susceptible al arranque
tal como el granito
Lithonia.
Lithonia.
Así, el agregado puede seleccionarse para
mejorar la propiedad anti-arranque de la composición
de pavimento. Sin embargo, generalmente, la selección del agregado
no se basa únicamente en su predisposición al arranque.
Generalmente, se consideran también otros factores tales como la
dureza, la tenacidad, la resistencia a la abrasión, la resistencia
a la fatiga, el coste, la disponibilidad, etc., que pueden ser de
mayor importancia que el factor anti-arranque. Por
ejemplo, aunque la piedra caliza generalmente se considera un buen
agregado en términos de anti-arranque, se considera
un mal agregado en términos de dureza o tenacidad.
Un agregado también se selecciona en base al
tamaño máximo o al tamaño de mezcla de sus partículas. Ejemplos de
tamaños de mezcla incluyen 4,75 mm, 9,5 mm, 12,5 mm, 19,0 mm, 25,0
mm y 37,5 mm. Además del tamaño de mezcla, la granulometría (es
decir, las cantidades relativas de partículas de diferente tamaño
que generalmente se determinan por análisis granulométrico) tiende
a ser un factor de selección. Ejemplos de granulometría típica
incluyen: compacto o corte calibrado que es el más ampliamente
utilizado en los EE.UU.; el discontinuo tiende a ser propenso a la
segregación durante la colocación de la composición de pavimento; el
abierto puede dar un mayor porcentaje de huecos porque no hay
suficientes partículas pequeñas entre las partículas más grandes; y
el uniforme en el que esencialmente todas las partículas tienen el
mismo tamaño.
La selección de un tipo de agregado apropiado y
sus propiedades (por ejemplo, el tamaño de la mezcla, la
granulometría, el contenido de humedad, etc.) para una aplicación
particular se basa en muchos factores tales como la ubicación del
pavimento, el tipo de tráfico, la temperatura, etc., conocidos y
entendidos por los expertos en la materia.
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Ya que generalmente los expertos en la materia
entienden que el grado de mejora o detrimento de las propiedades
tales como anti-arranque y otras propiedades tales
como formación de roderas, menos rigidez, resistencia a la
abrasión, oxidación y envejecimiento y agrietamiento dependen en
gran medida de numerosas variables tales como el tipo de asfalto,
el tipo de agregado, parámetros de modificación del asfalto que
incluyen la temperatura, el tiempo, el tipo y concentración de
agentes modificantes, la determinación empírica de los materiales
óptimos, concentraciones, condiciones de procesamiento o
combinaciones de los mismos es preferible producir un hormigón
asfáltico que tenga el mayor grado de comportamiento
anti-arranque además de otras propiedades
aceptables.
En general, la composición para pavimento
asfáltico aceptable puede prepararse mezclando el aglomerante
asfáltico, generalmente modificado con el ácido polifosfórico y
cualquier otro modificador y el agregado, generalmente tratado con
cal apagada, a temperatura elevada (por ejemplo, superior a
aproximadamente 165ºC) durante el tiempo de revestimiento del
agregado (por ejemplo, entre aproximadamente 1 y aproximadamente 4
horas) de acuerdo con cualquier procedimiento conocido en el estado
de la técnica. Los procedimientos comunes incluyen preparación por
lotes, el mezclado en el tambor de flujo en paralelo y mezclado en
el tambor de flujo contador. Aunque pueden utilizarse diferentes
métodos para combinar el agregado con el aglomerante asfáltico, la
composición de pavimento resultante es esencialmente la misma:
agregado y aglomerante en una cantidad suficiente para revestir el
agregado y unir adecuadamente la composición para pavimento.
Generalmente, la cantidad de aglomerante asfáltico es por lo menos
aproximadamente 4% en peso del resto de la composición para
pavimento comprendiendo el agregado, que preferiblemente se trata
con cal. De forma adicional, generalmente la composición para
pavimento no comprende más de aproximadamente 7% en peso del
aglomerante asfáltico porque, entre otras cosas, sería mucho más
cara y, generalmente, más propensa a la deformación. En vistas a
ello, la concentración del aglomerante asfáltico en la composición
para pavimento está preferiblemente comprendida entre
aproximadamente 4 y aproximadamente 7% en peso. Más
preferiblemente, la concentración del aglomerante asfáltico está
comprendida entre aproximadamente 4,5 y aproximadamente 6,5% en
peso.
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Es importante destacar que aunque la adición de
ácido fosfórico y cal puede utilizarse para mejorar la adhesión
entre el asfalto y el agregado, otros factores relacionados sobre
cómo se aplica una composición para pavimento juega un papel
significativo en la durabilidad de un pavimento. Por ejemplo, es
conocido por los expertos en la materia que el espesor del
pavimento ("espesor levantado") y el grado de compactación, a
menudo medido como porcentaje de huecos, afectan la permeabilidad
del pavimento al agua. En general, se cree que el espesor levantado
debería ser entre tres y cuatro veces el del tamaño de mezclado del
agregado. Por ejemplo, el tamaño levantado por una composición de
pavimento que contiene 9,5 mm de tamaño de mezclado es
aproximadamente 38 mm (aproximadamente 1,5 pulgadas). La selección
de mezcla apropiada y el espesor levantado ayuda a la compactación
de la composición para pavimento reduciendo de esta manera la
permeabilidad. Preferiblemente, la compactación de la composición
para pavimento tiene un porcentaje de huecos inferior a
aproximadamente 7,5%. Generalmente, la compactación puede ser tal
que se consiga un porcentaje de huecos tan bajo como aproximadamente
4-5%.
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Ejemplo
1
El ensayo de ebullición Texas (Método Texas
Tex-530-C) o ASTM D 3625, "Effect
of Water on Bituminous-Coated Aggregate Using
Boiling Water", es un ensayo subjetivo que se utiliza ampliamente
en la industria de aglomerantes asfálticos para evaluar la
adherencia de un aglomerante asfáltico en un agregado particular. En
dicho ensayo el aglomerante asfáltico se mezcla con el agregado y
la temperatura de la mezcla se aumenta hasta aproximadamente 135ºC.
Después de alcanzar aproximadamente 135ºC, la mezcla se añade a un
recipiente (por ejemplo, un vaso de precipitados) de ebullición de
agua y su contenido se lleva a ebullición durante aproximadamente
diez minutos. A continuación, el aglomerante asfáltico se separa
del agua y se deja secar a temperatura ambiente. El asfalto secado
se evalúa por estimación visual del porcentaje de agregado que se ha
recubierto en el aglomerante asfáltico. Generalmente, una muestra
control de hormigón asfáltico (es decir, un hormigón sin aditivos
anti-arranque) se ensaya simultáneamente para
evaluar con más exactitud la eficacia de los aditivos.
Estos ensayos se realizaron para evaluar el
efecto en el arranque que distintas concentraciones de 105% de
ácido polifosfórico tendrían en tres asfaltos con significativas
diferencias químicas. También se evaluó el efecto de dos aditivos
anti-arranque y amina líquidas y cal conjuntamente
con el ácido polifosfórico. Los aditivos
anti-arranque y amina líquida fueron PAVEBOND (grado
suave) disponible por Rohm & Haas y ADHERE (HP plus) disponible
por Arr-Maz Custom Chemicals, Inc. El agregado fue
9,5 mm de granito Lithonia disponible por Martin Marietta. Se
seleccionó este agregado porque se conoce que es especialmente
susceptible al arranque. Los alfaltos seleccionados fueron un PG
64-22 de Valero/UDS, un PG 67-22
disponible por Citgo, y un PG 58-22 disponible
por
Husky.
Husky.
Las concentraciones de los constituyentes y los
resultados del ensayo de ebullición Texas se muestran en la Tabla A
que sigue.
Los datos anteriores indican los resultados
inesperados que siguen. Primero, la combinación de aproximadamente
0,5% de ácido polifosfórico y aproximadamente 2,0% de agregado
tratado con cal mostró las mejores propiedades en conjunto.
Segundo, los datos indican que las composiciones de pavimento que
comprendían aproximadamente 0,5% de ácido polifosfórico con y sin
0,5% de un aditivo anti-arranque líquido tuvieron
grados de adhesión similares. Tercero, las elevadas concentraciones
de ácido polifosfórico, por sí solo, no mejoraron la adhesión. Como
tal, se cree que sobrepasando una concentración determinada de
polifosfórico (por ejemplo, aproximadamente 2,0%), con cal o
aditivos anti-arranque líquidos, se disminuye la
adhesión del aglomerante asfáltico hacia el agregado. Cuarto, el
asfalto control (no tratado) mostró la peor adhesión. Quinto, el
envejecimiento de la composición para pavimento (es decir,
manteniéndolo a aproximadamente 49ºC durante aproximadamente una
semana) favoreció el carácter anti-arranque de la
composición para pavimento. Finalmente, incluyendo aproximadamente
0,5% de ácido polifosfórico en el aglomerante asfáltico pareció
tener un efecto equivalente al de añadir 2,0% de cal al agregado.
En resumen, se consiguió una mejora en la adhesión seleccionando
concentraciones de ácido polifosfórico y cal apagada dentro de unos
márgenes determinados fácilmente.
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Ejemplo
2
Varios aglomerantes asfálticos mostrados en el
Ejemplo 1 se ensayaron de acuerdo con el ensayo con reómetro de
cizalla dinámica estándar (AASHTO TP 5). El ensayo conlleva medir el
módulo de cizallamiento complejo (G*) y el ángulo de fase
(\delta), que es el tiempo pasado expresado en radianes entre el
esfuerzo cortante aplicado máximo y la deformación por
cizallamiento máxima resultante. El módulo de cizallamiento complejo
(G*) y el ángulo de fase (\delta) se utilizaron como indicadores
de la formación de roderas y grietas por fatiga. Para resistir la
formación de roderas, un aglomerante asfáltico debería ser rígido
(no se deforma demasiado) y debería ser elástico (capaz de volver a
su forma original después de la deformación por carga), que
corresponde a una parte elástica grande del módulo de cizallamiento
complejo (G*cos\delta). Intuitivamente, cuanto mayor es el valor
G*, mayor es la rigidez del aglomerante asfáltico (resistencia a la
deformación), y menor el valor de \delta, la parte elástica de G*
es mayor (capacidad de recuperar su forma original). Para resistir
el agrietamiento por fatiga, un aglomerante asfáltico debería ser
elástico y no demasiado rígido (las sustancias excesivamente
rígidas romperán en lugar de deformarse y recuperar la forma de
nuevo). La parte viscosa del módulo de cizallamiento complejo
(G*sin\delta) preferiblemente es pequeña. Aunque parecen
similares, la especificación de un gran G*cos\delta y un pequeño
G*sin\delta no son lo mismo. Generalmente ambos requieren ángulos
de fase pequeños (\delta), pero la clave está en tener un módulo
de cizallamiento complejo (G*) que no sea ni demasiado grande ni
demasiado pequeño.
Las concentraciones de los constituyentes y los
resultados del ensayo en reómetro de cizallamiento dinámico se
muestran en la Tabla B que sigue.
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Entre otras cosas, los datos anteriores indican
que la adición de 0,5% de un aditivo anti-arranque
amina líquido (un éter amina) produjo resultados mezclados en la
parte de viscosidad del módulo de cizallamiento complejo
(G*sin\delta). De forma específica, para el asfalto PG
64-22, el G*sin\delta disminuyó añadiendo los
aditivos de amina líquida, proporcionando con el aditivo PAVEBOND
una mayor disminución. Para el asfalto PG 67-22, el
PAVEBOND aumentó el G*sin\delta y el ADHERE disminuyó el
G*sin\delta. Para el asfalto PG 58-22, ambos
aditivos aumentaron el G*sin\delta, pero el ADHERE proporcionó un
mayor aumento. Además, se observó un aumento significativo del
G*sin\delta mediante la adición de 0,5% de ácido polifosfórico sin
un aditivo amina líquido. De hecho, el aumento fue suficientemente
grande para subir el grado de temperatura elevada del aglomerante.
De forma adicional, se mezclaron los resultados de G*sin\delta de
combinar 0,5% de ácido polifosfórico y aditivos de amina líquida.
De forma particular, fueron neutros para el asfalto PG
64-22 y el asfalto PG 67-22 y
aumentaron significativamente para el asfalto PG
58-22. Todavía más, la adición de 2,0% ácido
polifosfórico, con o sin aditivos de amina líquida, aumentó
significativamente el G*sin\delta.
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Ejemplo
3
El procedimiento Lottman, que también se conoce
según AASHTO por la designación T
283-89(1993) y se titula "Resistance of
Compacted Bituminous Mixture-Induced Damage", se
llevó a cabo para medir los efectos de saturación y agua acelerada
que condicionan la resistencia a la tracción diametral de mezclas
bituminosas compactadas. Las muestras se prepararon utilizando
aproximadamente 6,4% de aglomerante asfáltico. Los resultados del
Procedimiento Lottman pueden utilizarse para predecir la
susceptibilidad a la rotura a largo plazo de dichas mezclas y para
evaluar la eficacia de aditivos anti-arranque que
pueden añadirse a un aglomerante asfáltico o a un agregado.
Generalmente, las resistencias a la tracción de
muestras compactadas se ensayan antes y después de estar en las
condiciones. Generalmente, la tres muestras se utilizaron para cada
ensayo. El procedimiento de condicionar el agua comprende la
saturación al vacío con humedad, manteniendo las muestras a
aproximadamente 60ºC durante aproximadamente 24 horas y, a
continuación, situar las muestras en un baño de agua que está a
aproximadamente 25ºC durante aproximadamente dos horas. De forma
adicional, puede añadirse un ciclo de
congelación-descongelación al procedimiento de
condicionamiento. Se determinaron las resistencias a la tracción de
las muestras no condicionadas y las muestras condicionadas.
Generalmente, si las resistencias a la tracción de las muestras
condicionadas son de por lo menos aproximadamente 70 por ciento de
las muestras no condicionadas el aglomerante asfáltico en
particular se considera resistente al daño inducido por la humedad.
Las composiciones de distintas muestras y resultados de los ensayos
se muestran en la Tabla C que sigue.
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Los datos en la Tabla C son coherentes con
algunas tendencias generalmente conocidas tales como la
interpretación que los anti-arranque amina tienden a
reducir la viscosidad de un aglomerante asfáltico y se espera que
disminuyan la viscosidad de un aglomerante asfáltico y se espera que
disminuyan la resistencia de una composición para pavimento.
También es generalmente conocido que la cal, sola, y el ácido
polifosfórico sólo tienden a aumentar la viscosidad de un
aglomerante asfáltico y se espera que aumenten la resistencia de
una composición para pavimento. Sin embargo, de forma sorprendente
la combinación de ácido polifosfórico y cal proporcionó el aumento
a la resistencia más elevado. También inesperadamente, la
combinación de anti-arranque amina y ácido
polifosfórico tubo un resistencia que fue significativamente
inferior a la de otras muestras modificadas.
\newpage
Ejemplo
4
En este procedimiento, los especimenes que
comprendían aglomerante asfáltico y agregado se prepararon en forma
de pastillas compactadas que se montaron y situaron en un baño de
agua de temperatura controlada (por ejemplo,
50-60ºC). Las pastillas se compactaron utilizando un
compactador de amasado lineal que permite obtener la densidad
deseada sin fractura del agregado. Las muestras preparadas se
situaron en un equipo y las ruedas se pusieron en movimiento y se
empezó a tomar datos. Estos datos, que pueden recogerse de forma
automática por el paso de la rueda, incluye profundidad de huella y
temperatura del baño. A menudo este ensayo se lleva a cabo hasta
unos 20.000 ciclos o 20 mm de deformación, al que primero se llegue.
Sin embargo, para esta evaluación, el ensayo se realizó hasta 8.000
ciclos y se determinó la profundidad de la huella. Una profundidad
de huella de 10 mm fue el criterio para determinar si una muestra
pasaba o fracasaba. Habitualmente, estos parámetros se utilizan por
distintos Departamentos de estado del Transporte ya que proporcionan
una evaluación más rápida y de coste más eficaz. Se destaca que un
ensayo fallido no necesariamente significa que dicha composición
para pavimento realmente fracasaría si se utilizara en la práctica.
Los resultados del ensayo son solamente un procedimiento de
predicción de la resistencia de una composición para pavimento a la
formación de roderas y al arranque bajo condiciones extremas de
exposición a la humedad y para la evaluación del comportamiento
relativo de diferentes composiciones para pavimento.
Las composiciones de aglomerante asfáltico y sus
datos de reómetro de cizallamiento dinámico se muestran en la Tabla
D que sigue.
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Los datos de la Tabla D son coherentes con los
datos de los otros ejemplos y demuestran los efectos reológicos
inducidos por el ácido polifosfórico y los otros aditivos a
concentraciones relativamente pequeñas. Se esperaba que existiera
una correlación indirecta entre la profundidad de huella y el módulo
de cizallamiento complejo (G*). De forma específica, se esperaba
que a mayores valores de G* se reduciría la profundidad de la
huella.
Las composiciones para pavimento, que se
obtuvieron con los aglomerantes asfálticos se muestran en la Tabla
D y los resultados del Ensayo Hamburg se muestran en la Tabla E que
sigue. Las valoraciones iniciales estaban dirigidas a establecer
una temperatura de ensayo que resultaría en el control (un
aglomerante asfáltico no tratado o neto mezclado con el agregado de
granito Lithonia) descartado y una muestra que comprendía un
aglomerante asfáltico neto y un agregado de granito Lithonia tratado
con cal que superó el ensayo. La temperatura que diferenció las
muestras fue aproximadamente 50ºC. Además de la medida de
profundidad de la huella, cada una de las muestras, se inspeccionó
visualmente para determinar el porcentaje de arranque provocado por
el ensayo.
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Entre otras cosas, generalmente los datos en la
Tabla E indican que la adición de ácido polifosfórico tiene un
efecto significativo en el comportamiento potencial de una
composición para pavimento. Otra observación general fue que
existía alguna correlación entre la profundidad de la huella y el
grado de arranque. Además, parece que la resistencia a la
deformación puede ser más compleja que sólo simplemente estar
relacionada con el módulo de cizallamiento complejo. Más
específicamente, se determinó que la combinación del aglomerante
asfáltico modificado con ácido polifosfórico y agregado tratado con
cal proporcionó los mejores resultados de todos (es decir, la
segunda profundidad de huella más pequeña y el arranque inferior a
aproximadamente 5%). De forma adicional, no pareció ser
significativa la diferencia de comportamiento entre ácidos
polifosfóricos 105% y 115%. También se observó que la concentración
relativamente elevada de aglomerante asfáltico (es decir,
aproximadamente 6,5%) produjo una profundidad de huella que dio como
resultado que no pasara el ensayo.
Todas las referencias en esta especificación,
incluyendo sin limitación todos los artículos de revista, folletos,
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La discusión de las referencias aquí tiene la intención meramente de
resumir las afirmaciones hechas por los autores y no se admite que
alguna referencia constituya estado de la técnica. Los solicitantes
se reservan el derecho de poner en duda la precisión y pertinencia
de las referencias citadas.
Se entiende que la descripción anterior tiene
por objeto ilustrar y no ser restrictiva. Muchas realizaciones
serán evidentes para los expertos en la materia después de la
lectura de la descripción de más arriba. Por lo tanto, el alcance
de la invención se determinará no con referencia única a la
descripción anterior sino que se determinará haciéndose referencia
a las reivindicaciones y el alcance completo de los equivalentes a
los cuales estas reivindicaciones dan derecho.
Cuando se introducen elementos de la presente
invención o una realización de los mismos, los artículos "un",
"una", "el/la" y "dicho" significan que existen uno o
más de dichos elementos. Los términos "que comprende", "que
incluye" y "que tiene" significan que incluyen y que pueden
estar presentes otros elementos adicionales distintos de los
elementos listados. De forma adicional, debe entenderse que una
realización que "consiste esencialmente en" o "consiste
en" unos constituyentes especificados puede también contener
productos de reacción de dichos constituyentes.
La relación de márgenes numéricos por puntos
finales incluye todos los números subsumidos dentro de dicho
margen. Por ejemplo, un margen descrito que está entre 1 y 5 incluye
1, 1,6, 2, 2,8, 3, 3,2, 4, 4,75, y 5.
Claims (20)
1. Composición para pavimento asfáltico que
comprende un aglomerante asfáltico, un agregado y un aditivo
anti-arranque alcalino, donde el aglomerante
asfáltico comprende asfalto y ácido polifosfórico.
2. Composición para pavimento asfáltico según la
reivindicación 1, donde el aglomerante asfáltico está en una
concentración comprendida entre 4 y 7% en peso de la composición
para pavimento asfáltico.
3. Composición para pavimento asfáltico según la
reivindicación 1, donde el agregado está a una concentración
comprendida entre por lo menos 90% en volumen de la composición para
pavimento asfáltico.
4. Composición para pavimento asfáltico según la
reivindicación 1, donde el ácido polifosfórico está a una
concentración comprendida entre por lo menos 0,05% en peso del
aglomerante asfáltico.
5. Composición para pavimento asfáltico según la
reivindicación 1, donde la concentración de ácido polifosfórico no
es superior al 2,0% en peso del aglomerante asfáltico.
6. Composición para pavimento asfáltico según la
reivindicación 1, donde el aditivo anti-arranque
alcalino comprende hidróxido cálcico.
7. Composición para pavimento asfáltico según la
reivindicación 1, donde el aditivo anti-arranque
alcalino está a una concentración que es por lo menos el 0,5% en
peso del agregado.
8. Composición para pavimento asfáltico según la
reivindicación 6, donde la concentración del aditivo
anti-arranque alcalino no es superior al 2% en peso
del agregado.
9. Composición para pavimento asfáltico según la
reivindicación 1, donde el aglomerante asfáltico además comprende
un aditivo anti-arranque tensioactivo.
10. Composición para pavimento asfáltico según
la reivindicación 8, donde el aditivo anti-arranque
tensioactivo comprende una amina.
11. Composición para pavimento asfáltico según
la reivindicación 8, donde el aditivo anti-arranque
tensioactivo está a una concentración comprendida entre 0,5 y 1,0%
en peso del aglomerante asfáltico.
12. Composición para pavimento asfáltico según
la reivindicación 1, donde el aglomerante asfáltico además
comprende un modificador polimérico.
13. Composición para pavimento asfáltico según
la reivindicación 11, donde el modificador polimérico se selecciona
entre el grupo que consiste en un copolímero
estireno-butadieno-estireno, un
copolímero estireno-butadieno, un terpolímero, un
polímero etilen-vinil-acetato, un
polímero etilen-metacrilato, un copolímero
estireno-isopreno, una resina epoxi, un caucho
natural, una polidiolefina y combinaciones de los mismos.
14. Composición para pavimento asfáltico según
la reivindicación 11, donde el modificador polimérico está a una
concentración que es por lo menos 1,0% en peso del aglomerante
asfáltico.
15. Composición para pavimento asfáltico según
la reivindicación 1, donde la concentración del modificador
polimérico no es superior a 10,0% en peso del aglomerante
asfáltico.
16. Composición para pavimento asfáltico según
la reivindicación 1 que consiste esencialmente en el asfalto, el
agregado, el ácido polifosfórico y el aditivo
anti-arranque alcalino.
17. Procedimiento para la mejora de la
resistencia al arranque de un pavimento asfáltico preparado
utilizando una composición para pavimento asfáltico que comprende
asfalto y agregado, comprendiendo el procedimiento la modificación
de la composición para pavimento asfáltico mediante la adición de
ácido polifosfórico y un aditivo anti-arranque
alcalino en la composición para pavimento asfáltico.
18. Procedimiento para la preparación de una
composición para pavimento asfáltico, comprendiendo el procedimiento
el mezclado de un aglomerante asfáltico modificado que comprende un
asfalto y un ácido polifosfórico con agregado y un aditivo
anti-arranque alcalino para producir la composición
para pavimento asfáltico.
19. Composición para pavimento asfáltico según
la reivindicación 1, donde el aglomerante asfáltico modificado está
a una concentración comprendida entre 4 y 7% en peso de la
composición para pavimento asfáltico, el agregado está a una
concentración de por lo menos 90% en volumen de la composición para
pavimento asfáltico, el ácido polifosfórico tiene una concentración
equivalente de H_{3}PO_{4} de por lo menos 100% y está a una
concentración comprendida entre 0,05% y 2,0% en peso del
aglomerante asfáltico modificado y el aditivo
anti-arranque alcalino está a una concentración
comprendida entre 0,5 y 2,0% en peso del agregado.
20. Composición para pavimento asfáltico según
la reivindicación 1, donde el aglomerante asfáltico modificado
consiste esencialmente en asfalto y ácido polifosfórico.
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