ES2605729T3 - Composición de aglutinante asfáltico pigmentable - Google Patents

Composición de aglutinante asfáltico pigmentable Download PDF

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Cristina Pontes Bittencourt
Adriana Tinoco Martins
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Luiz Rosa Silva Filho
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Abstract

Composición de aglutinante asfáltico coloreada, caracterizada porque comprende: - una mezcla de agregados de color claro; y - un aglutinante asfáltico pigmentable, En la que dicho aglutinante pigmentable comprende: - cemento asfáltico de petróleo (CAP); - residuo de desasfaltado y / o residuo de vacío, opcionalmente modificado por polímeros; - un diluyente derivado del aceite de esquisto y opcionalmente del petróleo; - uno o más pigmentos inorgánicos; y - opcionalmente un relleno.

Description

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DESCRIPCION
Composicion de aglutinante asfaltico pigmentable Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a una composicion de aglutinante asfaltico. Mas concretamente se refiere a una composicion de aglutinante asfaltico pigmentable obtenida a partir de productos de petroleo y de esquisto modificados por polfmero termoplastico y dotados de color mediante la adicion de pigmentos inorganicos.
Antecedentes de la invencion
El asfalto es el material mas antiguo utilizado por el hombre que confiere impermeabilidad. Los componentes del asfalto se pueden separar en asfaltenos y maltenos. Los asfaltenos se definen como una fraccion que tiene un colorante negro insoluble en n-heptano, mientras que los maltenos estan constituidos por compuestos saturados, compuestos aromaticos y resinas, solubles en n-heptano. La composicion porcentual de asfaltenos, maltenos y otros constituyentes tiene un efecto significativo sobre las propiedades viscoelasticas de los asfaltos y, en consecuencia, sobre el comportamiento de las mezclas pavimentadoras.
Se ha observado a lo largo del tiempo el uso de asfaltos modificados por polfmeros para mejorar el rendimiento de los asfaltos de pavimentacion. Las propiedades de la matriz de asfalto modificada por los polfmeros dependen directamente de las caractensticas y concentracion de tales polfmeros y tambien de la naturaleza de la matriz de asfalto.
Actualmente hay una gran variedad de polfmeros que se utilizan en la modificacion de matrices de asfalto. Sin embargo, el mayor obstaculo para el uso de matrices de asfalto modificadas en pavimentacion practica es su tendencia a la separacion de fases debido a la escasa compatibilidad entre el polfmero y la matriz de asfalto.
Ademas de la preocupacion actual por el uso de productos inocuos para el medio ambiente, tambien es necesario desarrollar revestimientos de asfalto que tengan una temperatura mas baja que la temperatura tradicional, ademas de una mayor resistencia a la deformacion permanente, mayor reflexion de la luz, debiendo tales productos proporcionar apoyo y seguridad a los usuarios en tuneles, sobre puentes y curvas en las carreteras, mejorando la concentracion de conductores.
El estado de la tecnica con respecto a composiciones pigmentables se describe a continuacion.
La patente estadounidense US 5 389 137, concedida el 14/02/1995 a nombre de Bayer AG, describe un procedimiento para la coloracion del asfalto mediante composiciones de pigmentos inorganicos con aceites que tienen una viscosidad cinematica a 40°C de 1,6 a 1500 mm2/s, o con ceras y parafinas que tienen un punto de reblandecimiento comprendido entre 50°C y 180°C.
La patente estadounidense US 5 484 481, concedida el 16/01/1996 a nombre de Bayer AG, presenta un procedimiento para colorear materiales de construccion, tales como hormigon o asfalto, utilizando pigmentos granulares inorganicos mezclados con ligantes derivados de petroleo o de aceites sinteticos o aceites biodegradables de origen vegetal y animal, con una viscosidad cinematica en una banda de 1,6 a 1500 mm2/s a 40°C y pigmentos inorganicos.
La solicitud de patente US 20030047116, publicada el 13/03/2003, describe composiciones de pigmentos en un medio homopolar con dispersantes para la coloracion de betunes y asfaltos.
WO 2003 062315 divulga una composicion aglutinante pigmentable y un asfalto comprendiendo una composicion aglutinante pigmentable.
Se deduce que como el estado de la tecnica utiliza residuos de petroleo que tienen un alto contenido de asfaltenos y ademas utiliza diluyentes peligrosos para el medio ambiente, se hace necesario el desarrollo de un producto que no presente los inconvenientes del estado de la tecnica.
Resumen de la invencion
Por consiguiente, para superar los inconvenientes del estado de la tecnica, el objetivo de la presente invencion es proporcionar una composicion asfaltica pigmentable.
La composicion de asfalto pigmentable de la presente invencion, ademas de proporcionar una reduccion de la
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temperature del recubrimiento de asfalto de hasta 5°C, puede usarse para diferenciar carreteras urbanas y autopistas mediante la coloracion. Dicha composicion de asfalto pigmentable incrementa la reflexion de la luz a niveles similares a los del pavimento ngido, aumentando as^ la seguridad en lugares peligrosos (curvas, montanas y tuneles). Ademas de ello, la composicion de asfalto pigmentable de la presente invencion promueve el embellecimiento de la carretera ya que tal revestimiento de la carretera puede ser amarillo, pardo, verde o gris.
Descripcion detallada de la invencion
El asfalto coloreado de la presente invencion comprende:
- una mezcla de agregados de color claro; y
- un aglutinante asfaltico pigmentable, el cual comprende:
- cemento asfaltico de petroleo (CAP);
- residuo de desasfaltado y/o residuo de vado, opcionalmente modificado por polfmeros;
- un diluyente derivado del aceite de esquisto y opcionalmente de petroleo;
- uno o mas pigmentos inorganicos; y
- opcionalmente un relleno.
Los agregados de color claro, es decir, de coloracion que fluctua del blanco al gris, usados en la composicion asfaltica coloreada se seleccionan preferentemente de entre piedra caliza, granito, basalto o gneis (roca metamorfica de granulometna media a gruesa predominantemente compuesta de feldespato, cuarzo y mica biotita), incluyendo arena.
Los polfmeros utilizados para modificar el residuo de desasfaltado o el residuo de vado son polfmeros del tipo copolfmero de estireno-butadieno-estireno (SBS) y/o copolfmero de etileno-acetato de vinilo (EVA).
Los pigmentos inorganicos utilizados en la presente invencion pueden seleccionarse de entre oxido de hierro, cromato de plomo, aluminato de cobalto, oxido de cromo y oxido de titanio.
Los rellenos opcionalmente utilizados se pueden seleccionar de entre cal hidratada y/o cemento Portland.
El procedimiento para obtener el aglutinante asfaltico de la presente invencion se realiza agitando de 500 a 4500 rpm a una temperatura de 160°C a 175°C durante 2 a 4 horas, dependiendo de la cantidad y el tipo de componentes implicados en la formulacion.
El aglutinante asfaltico de la presente invencion tiene la consistencia de cemento asfaltico, teniendo una penetracion del orden de 30 a 120 dmm a 25° C, bajo contenido de asfaltenos (2% a 4%), viscosidad a 135°C de 200 a 600 cP, punto de reblandecimiento de 45°C a 60°C y densidad de 0,97 a 1,05. Este bajo contenido de asfaltenos es esencial para promover la pigmentacion del aglutinante dado que los asfaltenos son materiales negros solidos no susceptibles de ser pigmentados. El procedimiento para obtener un aglutinante asfaltico pigmentable se consigue preferentemente a partir de una mezcla de cemento asfaltico de petroleo (CAP), CAP 50/70 o CAP 30/45 o residuo de vado o incluso residuo de desasfaltado (30% a 50% p/p), con diluyentes de petroleo y de esquisto (5% a 30% p/p), copolfmeros de SBS (estireno-butadieno-estireno) y de etileno-acetato de vinilo (EVA) (5% a 15% p/p), rellenos (0% a 15% p/p) y pigmentos (2% a 20% p/p).
Los componentes que proporcionan consistencia al aglutinante pigmentable propuestos para esta formulacion (cementos asfalticos y residuos) deben poseer un bajo contenido de asfaltenos, un maximo del 7%, y una penetracion que oscila entre 15 y 70 dmm, siendo diluidos antes de ser modificados por polfmero con diluyentes de esquisto. Los diluyentes de esquisto no contienen asfaltenos y su viscosidad a 60°C esta en una banda de 2 a 100 P. Los diluyentes de naturaleza aromatica derivados del esquisto tienen una aromaticidad que descansa en una banda de 35% a 50% (contenido de carbono aromatico por resonancia magnetica nuclear - RMN), siendo esenciales para la hinchazon de los polfmeros y la homogeneidad del producto final.
Los copolfmeros termoplasticos utilizados son los comunmente usados en pavimentos. El copolfmero SBS (estireno- butadieno-estireno) tiene una estructura lineal, estireno 30% p/p, densidad aparente de 0,27 g/cm3, tension de rotura de 23 MPa, alargamiento a rotura 800% y viscosidad en un 25% solucion de tolueno de 4000 cP. El copolfmero de EVA (etileno-acetato de vinilo) contiene acetato de vinilo al 28%, que tiene un punto de fusion de 75°C y un punto de reblandecimiento de 174°C.
Los rellenos inorganicos pueden estar presentes en las composiciones hasta un 15% p/p, siendo de color blanco a gris, y pueden ser talco, cal hidratada, cal viva o incluso cemento Portland.
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Los pigmentos inorganicos empleados son del tipo oxido de hierro (del amarillo al rojo), cromato de plomo (amarillo claro), aluminato de cobalto (azul), oxido de cromo (verde) y oxido de titanio (blanco).
La mezcla de asfalto coloreada resultante de la mezcla de aglutinante pigmentable con agregados de blancos a grises presenta un color dependiendo del pigmento empleado, que va desde terracota al marron y verde oscuro, y siendo mas clara la piedra utilizada, cuanto mas blanca sea la piedra.
La presente invencion describe la preparacion de aglutinante asfaltico pigmentable obtenido a partir de corrientes de refinado de petroleo y de esquisto con un contenido bajo de asfaltenos, diluyentes aromaticos que tienen alta aromaticidad, polfmeros y pigmentos inorganicos, obteniendo un producto de color terracota, rojo o verde oscuro, dependiendo del pigmento utilizado para favorecer la coloracion de las mezclas asfalticas utilizadas en el pavimento, dando lugar al embellecimiento de carreteras, un mejor reflejo de la luz y reduccion de la temperatura de recubrimiento y, ademas, mayor resistencia a la deformacion permanente debido a su excelente sensibilidad a la temperatura y mayor punto de reblandecimiento.
Los polfmeros se incorporan despues de la dilucion del cemento asfaltico o de los residuos con diluyentes en diversas proporciones, empleando un mezclador de alto cizallamiento.
Es importante destacar la importancia del diluyente aromatico derivado del aceite de esquisto en las presentes composiciones en virtud de su elevada aromaticidad que contribuye al hinchamiento de los polfmeros y a la homogeneidad de los constituyentes con los pigmentos inorganicos.
El tiempo de mezcla y la temperatura dependen de la dificultad de incorporacion de tales polfmeros, descansando en una banda de 160°C a 175°C y de 2 a 4 horas. Los rellenos y pigmentos se anaden despues de la incorporacion de los polfmeros.
La invencion se ilustrara con mayor detalle haciendo referencia al ejemplo siguiente, debiendo sin embargo entenderse que la presente invencion no se limita al mismo.
Ejemplo - CAP 50/70 con diluyente aromatico
En un reactor de vidrio de 1 kg de capacidad equipado con un mezclador de alto cizallamiento y una cubierta calefactora con temperatura controlada se introdujeron 400 g de residuo de desasfaltado y 300 g de diluyente aromatico. A dicha mezcla se anadieron 17,5 g de SBS, 17,5 g de EVA, 26,6 g de oxido de titanio, 105 g de pigmento verde a base de oxido de hierro, a una temperatura de 175°C durante 2 horas a 3000 rpm. El producto creado se registro como A.
Los resultados se muestran en la Tabla 1. No hubo problema de heterogeneidad y las propiedades obtenidas son las de un asfalto modificado con buena sensibilidad a la temperatura y buena resistencia al envejecimiento, susceptible de aplicacion en caliente mezcladas con agregados en recubrimientos asfalticos sin presentar problemas de deformacion permanente y fatiga.
Las mezclas asfalticas preparadas con agregados de piedra caliza, arena o el aglutinante pigmentable de la presente invencion presentan propiedades mecanicas satisfactorias, que tienen una resistencia cohesiva a 25°C del orden de 0,8 a 1 MPa, dentro de los valores tfpicos para aglutinantes que tienen una penetracion de entre 80 y 120 dmm. El punto de reblandecimiento de 57°C asegura una mayor resistencia a la deformacion permanente y el color obtenido es de terracota. El color resultante permite la diferenciacion del pavimento convencional, siendo oscuro o de tonalidad negra, lo que permite una mayor seguridad y apoyo a los conductores en los lugares que requieren mayor atencion ademas de provocar una reduccion de la temperatura.
TABLA 1 - ASFALTO MODIFICADO DE ACUERDO CON EL EJEMPLO
Test
Producto de la invencion (A)
Penetracion a 25°C, 100 g, 5 s, dmm
109
Punto de reblandecimiento, °C
57
Viscosidad a 135°C, cP
705.5
TSI
+ 2.8
Envejecimiento en el horno RTFOT
Cambio de masa (% p/p)
- 0.0742
Penetracion a 25°C, 100 g, 5 s, dmm
88
Punto de reblandecimiento, °C
52.9
Por consiguiente, a partir de los resultados aqu presentados puede comprobarse que la presente invencion, ademas de utilizar productos ambientalmente mas correctos, proporciona un producto que satisface las especificaciones de 5 la materia en terminos de consistencia, sensibilidad a la temperature y contenido de asfaltenos. Ademas, el producto de la presente invencion es economicamente mas viable que los recubrimientos del estado de la tecnica.
Aunque la presente invencion se ha descrito en detalle incorporando referencias espedficas a un ejemplo, sera evidente para una persona experta en la tecnica que se pueden introducir varias alteraciones y modificaciones a la 10 misma sin desviarse de su espmtu y alcance.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Composicion de aglutinante asfaltico coloreada, caracterizada porque comprende:
    una mezcla de agregados de color claro; y un aglutinante asfaltico pigmentable,
    En la que dicho aglutinante pigmentable comprende:
    cemento asfaltico de petroleo (CAP);
    residuo de desasfaltado y / o residuo de vado, opcionalmente modificado por poKmeros; un diluyente derivado del aceite de esquisto y opcionalmente del petroleo; uno o mas pigmentos inorganicos; y opcionalmente un relleno.
  2. 2. Composicion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque dichos agregados de color claro se seleccionan entre piedra caliza, granito, basalto o gneis, incluyendo arena.
  3. 3. Composicion segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada porque dichos polfmeros utilizados para modificar el indicado residuo de desasfaltado y/o residuo de vacro comprenden polfmeros del tipo copolfmero de estireno-butadieno-estireno (SBS) y/o copolfmero de etileno-acetato de vinilo (EVA).
  4. 4. Composicion segun la reivindicacion 1, 2 o 3, caracterizada porque dichos pigmentos inorganicos se seleccionan de entre oxido de hierro, cromato de plomo, aluminato de cobalto, oxido de cromo y oxido de titanio.
  5. 5. Composicion segun cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque dichos rellenos se seleccionan de entre la cal hidratada y/o cemento Portland.
  6. 6. Composicion segun se define en la reivindicacion 1, caracterizada porque la incorporacion de dichos polfmeros se efectua despues de la dilucion del indicado cemento asfaltico o de los indicados residuos con diluyentes, en donde la mezcla se lleva a cabo en una banda de temperatura de 160°C a 175°C y durante un periodo de 2 a 4 horas.
  7. 7. Composicion segun la reivindicacion 6, caracterizada porque dichos rellenos y pigmentos se anaden despues de la incorporacion de los indicados polfmeros.
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