ES2776852T3 - Una composición bituminosa que comprende una mezcla de cera que consiste en un residuo parafínico de petróleo y una cera Fischer-Tropsch, el uso de la mezcla de cera en composiciones bituminosas, el uso de la composición bituminosa en composiciones de asfalto, composiciones de asfalto que comprenden la composición bituminosa y el método de producción de pavimentos de asfalto con las mismas - Google Patents
Una composición bituminosa que comprende una mezcla de cera que consiste en un residuo parafínico de petróleo y una cera Fischer-Tropsch, el uso de la mezcla de cera en composiciones bituminosas, el uso de la composición bituminosa en composiciones de asfalto, composiciones de asfalto que comprenden la composición bituminosa y el método de producción de pavimentos de asfalto con las mismas Download PDFInfo
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Abstract
Una composición bituminosa que comprende al menos una mezcla de cera que consiste en - del 20 al 80 % en peso de un residuo parafínico de petróleo (PSW), y - del 20 al 80 % en peso de una cera Fischer-Tropsch (FTW), cada uno con respecto a la masa total de al menos una mezcla de cera.
Description
DESCRIPCIÓN
Una composición bituminosa que comprende una mezcla de cera que consiste en un residuo parafínico de petróleo y una cera Fischer-Tropsch, el uso de la mezcla de cera en composiciones bituminosas, el uso de la composición bituminosa en composiciones de asfalto, composiciones de asfalto que comprenden la composición bituminosa y el método de producción de pavimentos de asfalto con las mismas
La invención se refiere a una composición bituminosa que comprende una mezcla de cera que consiste en un residuo parafínico de petróleo y una cera Fischer-Tropsch, el uso de la mezcla de cera en composiciones bituminosas, el uso de la composición bituminosa en composiciones de asfalto, composiciones de asfalto que comprenden la composición bituminosa y un método para producir pavimentos de asfalto y construcciones con los mismos.
Descripción de la técnica anterior y objeto de la invención
El betún es una mezcla de origen natural u obtenible a partir de la destilación al vacío de crudo de petróleo de compuestos orgánicos con propiedades viscoelásticas. Es pegajoso, no volátil, sellante y apenas soluble en disolventes no polares.
El betún se usa en una pluralidad de aplicaciones de construcción, tales como el revestimiento de edificios, preformas bituminosas, etc. Una de las aplicaciones más importantes es el uso como aglutinante para áridos de piedra en el asfalto para la pavimentación de carreteras.
El asfalto se produce en grandes plantas de mezclado con una producción de 130 a 350 toneladas por hora. En este proceso controlado electrónicamente hoy en día, se dosifican los componentes del asfalto, se mezclan y homogeneizan. Al principio, el árido de piedra con un tamaño de partícula y dosificación definidos se añade a una secadora de tambor. La humedad asociada con las piedras se evapora y la temperatura requerida se ajusta. Posteriormente, el árido se transfiere a una torre, donde se produce la distribución apropiada por tamaño de partícula. Entonces, el betún caliente y otros aditivos se pulverizan sobre el árido y se mezclan completamente con él, usando una mezcladora de tambor continuo o una mezcladora discontinua de tipo galletera. A temperaturas entre 160 y 180 °C, el asfalto fácilmente mezclado se puede transportar a silos o camiones para llegar al sitio de construcción, donde es necesarios y se pavimenta.
Dependiendo de la capa en el pavimento y la carga de tráfico, se utilizan diversos tipos de mezclas de asfalto que difieren en la gradación de los tamaños de los áridos minerales y el porcentaje de aglutinante bituminoso. Son ejemplos importantes de tipos de mezclas de asfalto el hormigón asfáltico para capas base, capas aglutinantes y capas de rodadura, asfalto mástico de piedra y asfalto poroso abierto. Otro tipo de mezcla de asfalto es el asfalto mástico o el asfalto Guss, que se produce a una temperatura muy alta por encima de 200 °C y se aplica en forma vertible. Da como resultado capas de asfalto que están casi libres de huecos de aire.
Alternativamente, también se pueden producir capas de asfalto delgadas pulverizando el aglutinante bituminoso caliente sobre la superficie a pavimentar, distribuyendo los áridos minerales sobre el aglutinante bituminoso caliente y presionando los áridos dentro del aglutinante usando un rodillo. Esta técnica se llama pulverización y aplicación de capa protectora (spray and chip) o sellado con capa protectora (chip seal) y requiere una gradación de árido específica.
Las mezclas de asfalto y los pavimentos están sujetos a estrictos reglamentos y normativas nacionales e internacionales para garantizar un rendimiento alto y satisfactorio del asfalto.
Hoy en día el asfalto también puede reciclarse si se construyen nuevos pavimentos. El pavimento reciclado se llama frecuentemente RAP (pavimento de asfalto recuperado). Para ello, el viejo asfalto se raspará del pavimento, se triturará a la gradación aplicable y se mezclará con nuevos aglutinantes bituminosos y áridos de piedra para dar como resultado un producto de al menos la calidad del asfalto nuevo. Se puede añadir un rejuvenecedor durante la producción de la mezcla, si el aglutinante bituminoso en el asfalto reciclado se endurece fuertemente por envejecimiento durante la vida útil. La mayor parte del RAP se añade en una planta de mezclado de asfalto sin precalentarlo, aplicando la "técnica de adición en frío". La energía térmica, que es necesaria para obtener la temperatura final de la mezcla de asfalto, tiene que ser introducida por los áridos frescos y el betún calentado a la temperatura deseada. Como existen limitaciones técnicas para calentar los materiales frescos, el porcentaje de RAP que se puede añadir mediante la técnica de adición en frío, está limitado a del 20 al 30 % en peso de la mezcla de asfalto resultante. El porcentaje máximo depende del tipo de mezcla de asfalto específica. Solo unas pocas plantas de mezclado de asfalto están equipadas con un tambor de calentamiento paralelo para precalentar el RAP. Esta "técnica de adición en caliente" permite la adición de porcentajes de RAP más altos.
Para mejorar las propiedades de los productos de asfalto en general, se pueden usar diferentes aditivos o modificadores, seleccionados del grupo de cargas (por ejemplo, cal hidratada, cemento, negro de carbón), extensores (por ejemplo, azufre, lignina), caucho, polímeros elastoméricos, polímeros plastoméricos, resinas, fibras
(por ejemplo, lana de roca, celulosa), antioxidantes, hidrocarburos, agentes antideslizantes, organosilanos, tensioactivos y materiales de desecho.
De la técnica anterior se sabe que las ceras son aditivos adecuados para el betún para producir mezclas de asfalto y pavimentos de asfalto de alta calidad. Se han utilizado especialmente ceras de hidrocarburos, tales como ceras de parafina y ceras Fischer-Tropsch.
Las ceras en general se definen principalmente como composiciones químicas, que tienen un punto de fusión por encima de 40 °C, son pulibles bajo ligera presión, son amasables o difíciles de quebrar, y de transparentes a opacas a 20 °C, se funden por encima de 40 °C sin descomposición y, normalmente, se funden entre 50 y 90 °C con casos excepcionales hasta 200 °C, forman pastas o geles y son malos conductores del calor y la electricidad.
Las ceras se pueden clasificar de acuerdo con diversos criterios tales como, por ejemplo, su origen. En esta ocasión, las ceras se pueden dividir en dos grupos principales: ceras naturales y sintéticas. Las ceras naturales se pueden dividir adicionalmente en ceras fósiles (por ejemplo, ceras de petróleo) y ceras no fósiles (por ejemplo, ceras animales y vegetales). Las ceras de petróleo se dividen en ceras macrocristalinas (ceras de parafina) y ceras microcristalinas (microceras). Las ceras sintéticas se pueden dividir en ceras parcialmente sintéticas (por ejemplo, ceras de amida) y ceras totalmente sintéticas (por ejemplo, ceras de poliolefina y Fischer-Tropsch).
Las ceras de parafina se originan a partir de cortes de destilación al vacío de petróleo. Son transparentes, libres de olores y pueden refinarse para contacto con alimentos. Contienen un intervalo de (principalmente) n-alcanos e isoalcanos, así como algunos cicloalcanos. Las ceras de parafina crudas o en bruto (residuos parafínicos) tienen una gran cantidad de alcanos de cadena corta y altamente ramificados ("aceites"), que se puede eliminar cuando se desengrasan. A partir de ellas se pueden obtener diferentes distribuciones y calidades de ceras de parafina. El refinado adicional puede incluir destilación, blanqueamiento e hidrotratamiento.
Las microceras se originan por desasfaltado, desaromatización y desengrasado de residuos de destilación al vacío de petróleo. Son ricas en alcanos ramificados y cíclicos, y contienen generalmente menos del 50 % de n-alcanos. Las ceras o hidrocarburos sintéticos de Fischer-Tropsch se originan a partir de la síntesis catalizada de gas de síntesis de Fischer-Tropsch (CO y H2) a alcanos. Existen algunas diferencias importantes entre las ceras de parafina a base de petróleo y las ceras de Fischer-Tropsch, que dan como resultado propiedades diferentes como, por ejemplo, la cristalización y el comportamiento reológico. Otra fuente para las ceras/hidrocarburos son los productos obtenidos de la oligomerización/polimerización de monómeros olefínicos, posiblemente seguida de hidrotratamiento. El documento GB 2234512 A divulga una composición de revestimiento de carreteras que comprende árido y un aglutinante, que comprende betún y un modificador de la viscosidad que comprende una cera. La viscosidad se reduce al menos un 25 % en comparación con el aglutinante original. Los modificadores adecuados incluyen cera microcristalina, cera de montana o cera de alquitrán de hulla, pero no cera de parafina o residuo parafínico de aceite. El aglutinante modificado está destinado principalmente a la preparación de superficies (SPRAy AND CHIP) o al asfalto de mezcla caliente. No se menciona el reciclaje del asfalto. Hasta e incluyendo esta publicación, la presencia de ceras de parafina para las composiciones de la superficie de carretera se consideró indeseable porque afecta negativamente a la adsorción de asfaltenos sobre el mármol y, por lo tanto, aumenta la viscosidad de la composición bituminosa. Esta es la razón por la cual los residuos de petróleo al vacío que son ricos en ceras de parafina por naturaleza no se usan como aglutinantes de asfalto. El documento GB 2234512 A encontró que las ceras más duras con una penetración más baja (por ejemplo, ceras microcristalinas) son adecuadas como agentes reductores de la viscosidad en el betún. En lugar de mezclarse completamente con la fase de maltenos en todos los estados del asfalto como lo hacen las ceras de parafina, las ceras de acuerdo con esta patente son menos compatibles con los maltenos y forman una fase dispersa a temperaturas más bajas, disminuyendo significativamente la viscosidad de las mismas.
El documento EP 1017760 B1 divulga el uso de ceras Fischer-Tropsch sintéticas en asfalto para pavimentos de carreteras para aumentar la estabilidad del mismo. Las ceras Fischer-Tropsch tienen un alto contenido de hidrocarburos lineales (> 90 % en peso) y pueden tener un alto punto de congelación (hasta 105 °C). Se encontró que un 0,5% en peso o más de cera de parafina Fischer-Tropsch en el betún del asfalto permite una mayor compactación del asfalto y, al mismo tiempo, disminuye la viscosidad del betún en estado líquido durante el mezclado del asfalto.
Se descubrió que las ceras Fischer-Tropsch permiten una temperatura de mezclado más baja (asfalto de mezcla caliente-WMX), pero hoy en día parte de la industria del asfalto discute un aumento en la rigidez y fragilidad a baja temperatura del betún debido a la adición de ceras Fischer-Tropsch.
Sobre la base de las mejoras descubiertas, se han sugerido combinaciones adicionales con otros aditivos y usos de ceras Fischer-Tropsch en betún en los próximos años.
El documento WO 02/16499 A1 divulga el uso de una cera, preferiblemente una cera sintética de Fischer-Tropsch,
como un aditivo resistente a los hidrocarburos, preferiblemente resistente al combustible, para el betún. Se supone que la cera hace que el betún sea más resistente al combustible al ser resistente al combustible ella misma, y aumenta la velocidad de compactación del asfalto producido a partir de ella, disminuyendo así el número de huecos en el asfalto accesibles al combustible.
El documento WO 2008/101809 A1 divulga una composición bituminosa resistente al envejecimiento, que contiene al menos una parafina en una concentración de entre 0,5 y 5,0 % en peso. La resistencia al envejecimiento se refleja en una variación más baja de la temperatura de reblandecimiento de anillo y bola de la composición bituminosa después del ensayo en horno rotatorio de película delgada (RTOFT). Las parafinas son preferiblemente parafinas sintéticas obtenidas por la síntesis de Fischer-Tropsch.
El documento US 8772381 B2 divulga el uso de ceras en una composición de betún/polímero reticulado para mejorar la resistencia al ataque químico.
El documento US 8734581 B2 divulga mezclas de pavimentación bituminosas que contienen agentes lubricantes o aditivos que permiten la pavimentación y compactación de las mismas a temperaturas de 10 a 55 °C por debajo de la temperatura de mezclado debido a las propiedades de compactación mejoradas.
El documento WO 2009/062925 divulga modificadores de asfalto para la aplicación de "mezcla en caliente" que incluyen un promotor de adhesión.
El documento US 2010/0227954 A1 divulga composiciones de asfalto y productos que comprenden asfalto de petróleo, poliolefina y una cera.
El documento WO 2014/043021 A1 divulga una composición bituminosa de calidad para techos no soplada que comprende una materia prima de betún, una poliolefina y, opcionalmente, uno o más aditivos. La composición se usa para obtener las propiedades deseadas del betún oxidado sin necesidad de un proceso de soplado.
El documento EP 2058056 B1 divulga el uso de cera de parafina sintética como agente endurecedor en el reciclado de asfalto usado/recuperado junto con agentes suavizantes tales como aceites para reducir el envejecimiento del asfalto recuperado.
El documento DE 202005003108 U1 divulga composiciones bituminosas que comprenden betún, al menos un aceite y/o grasa animal y/o vegetal y al menos una cera. Un ejemplo es el uso de una combinación de cera Fischer-Tropsch y aceite de colza para obtener un betún con mayor resistencia a la fatiga.
El documento US 2014/0076777 A1 divulga un método para actualizar un asfalto (es decir, betún) utilizando betún ceroso y/o añadiendo, al menos, un 3 % de cera de refinería y añadiendo un reductor del punto de fluidez. La cera reducirá la viscosidad del betún y el reductor del punto de fluidez mejorará el rendimiento a baja temperatura del betún. No se menciona el reciclaje del asfalto.
Con el tiempo, los círculos profesionales se dieron cuenta de que cada cera individual tiene ciertas propiedades en el betún, pero una combinación de diferentes ceras o ceras y otros aditivos pueden mostrar propiedades distintas de las propiedades de los componentes individuales. Por ejemplo, las ceras Fischer-Tropsch solas pueden mejorar las propiedades del proceso de las mezclas de betún y asfalto y la estabilidad del asfalto obtenido a partir de ellas. Por otro lado, los aceites pueden permitir el reciclaje del asfalto actuando como rejuvenecedor. Pero no se dispone de aditivos o combinaciones de cera de la técnica anterior que mejoren los parámetros de procesamiento del betún durante la producción de asfalto sin alterar negativamente al mismo tiempo las propiedades físicas del betún en el producto final, en particular, impartiendo casi ningún aumento de la rigidez y fragilidad a baja temperatura del betún y el asfalto.
Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es encontrar una mezcla de cera que muestre propiedades superiores en el procesamiento de mezclas de asfalto y betún superando las desventajas de la técnica anterior, pero que no tenga una influencia decisiva sobre las propiedades físicas del betún.
Sumario de la invención
Sorprendentemente, se encontró que una composición bituminosa que comprende al menos una mezcla de cera que consiste en
- de 20 a 80 % en peso de un residuo parafínico de petróleo (PSW), y
- de 20 a 80 % en peso de una cera Fischer-Tropsch (FTW),
cada uno en relación con la masa total de la al menos una mezcla de cera (= 100 % en peso) muestra propiedades superiores en el procesamiento del betún.
Una realización adicional de la invención es el uso de al menos una mezcla de cera en composiciones bituminosas, preferiblemente para mejorar la procesabilidad y/o la recuperación elástica de las mismas.
Otra realización más de la invención es el uso de la composición bituminosa para la producción de composiciones de asfalto, en particular para obtener una mejor resistencia a la compactación, resistencia al envejecimiento y/o rendimiento a baja temperatura de la composición de asfalto. Esto permite la aplicación en climas fríos (por debajo de 10 °C o incluso 0 °C), para asfaltos de larga duración y duraderos, así como para carreteras de asfalto de servicio pesado y/o tráfico pesado.
En otra realización, una composición de asfalto que comprende la composición bituminosa, se reivindican áridos de piedra y cargas.
Además, la invención incluye un método para la producción de pavimentos de asfalto haciendo uso de la composición bituminosa de acuerdo con la invención.
Si bien las mejoras conocidas de las ceras Fischer-Tropsch, como la menor viscosidad, están presentes, las posibles desventajas, tales como la fragilidad a baja temperatura y la mayor rigidez del betún y el asfalto producido a partir de este, pueden minimizarse. Eso significa que se mantienen las propiedades físicas del betún original, mientras se logran mejoras en el procesamiento del betún.
Además, la composición bituminosa de acuerdo con la invención permite una reducción adicional de la temperatura de compactación del asfalto en comparación con el uso exclusivo de ceras Fischer-Tropsch ya que se descubrió que el inicio de la cristalización de la mezcla de cera en la composición bituminosa y en la mezcla de asfalto hecha con la misma era 30 °C más bajo.
Sorprendentemente, se descubrió que la composición bituminosa de acuerdo con la invención permite el procesamiento de cantidades incrementadas de asfaltos reciclados en composiciones de asfalto usando la técnica de adición en frío en comparación con el estado de la técnica.
Además, la mejor procesabilidad de la composición bituminosa de acuerdo con la invención permite la aplicación y/o compactación de composiciones de asfalto a temperaturas por debajo de 150 °C.
Descripción detallada de la invención
En una realización preferida, la composición bituminosa comprende del 0,5 al 2,5 % en peso, más preferiblemente del 1,0 al 2,0 % en peso de al menos una mezcla de cera.
La mezcla de cera consiste preferiblemente en del 30 al 70 % en peso del residuo parafínico de petróleo; y del 30 al 70 % en peso de cera Fischer-Tropsch.
Además, la mezcla de cera consiste más preferiblemente en un 50 % en peso, más preferiblemente 40 % en peso del residuo parafínico de petróleo (PSW); y más preferiblemente 50 % en peso, más preferiblemente 60 % en peso de la cera Fischer-Tropsch (FTW).
Los residuos parafínicos de petróleo, como se usan en la composición de acuerdo con la invención, se definen como ceras de parafina crudas o en bruto que se originan a partir de cortes de destilación al vacío de petróleo, que, de acuerdo con una realización adicional, se blanquean y/o hidrotratan (que de acuerdo con la comprensión de esta invención también se definen como residuos parafínicos). Se pueden caracterizar adicionalmente en términos de clases de viscosidad de acuerdo con ASTM D 2161 que varían de 80 a 600 SUS (SUS = "Segundos Universales de Saybolt"), preferiblemente de 300 a 600 SUS.
El residuo parafínico de petróleo tiene preferiblemente una o más de las siguientes características:
- un punto de congelación de acuerdo con ASTM D 938 por debajo de 65 °C;
- un contenido de aceite MEK de acuerdo con ASTM D 7211-06 por encima del 15 % en peso;
- una viscosidad cinemática a 100 °C de acuerdo con ASTM D 7042-11 entre 5 y 10 mm2/s, preferiblemente de 6 a 8 mm2/s;
- una penetración con aguja a 25 °C de acuerdo con ASTM D 1321 por encima de 501/10 mm; y
- un contenido de n-alcanos por debajo del 60 % en peso.
Las ceras Fischer-Tropsch como se usan en la composición de acuerdo con la invención se definen como ceras que se originan a partir de la síntesis de síntesis de Fischer-Tropsch catalizada con cobalto o hierro (CO y H2) a alcanos. El producto en bruto de esta síntesis se separa en un líquido y diferentes fracciones sólidas por destilación. Las ceras contienen predominantemente n-alcanos, un bajo número de isoalcanos y básicamente no hay cicloalcanos ni impurezas como, por ejemplo, azufre o nitrógeno. A cambio, el número de olefinas es mayor en comparación con las ceras a base de petróleo. Las ceras Fischer-Tropsch tienen un punto de congelación de 30 °C a 105 °C y una
longitud de cadena de carbono de 15 a 65 átomos de carbono.
La cera Fischer-Tropsch tiene preferiblemente una o más de las siguientes características:
- un punto de congelación de acuerdo con ASTM D 938 por encima de 70 °C, preferiblemente por encima de 75 °C, más preferiblemente entre mayor que 75 °C y 85 °C y, lo más preferiblemente, entre mayor que 75 °C y 82 °C;
- un contenido de aceite MEK de acuerdo con ASTM D 7211-06 por debajo del 5 % en peso, preferiblemente por debajo del 2 % en peso;
- una viscosidad cinemática a 100 °C de acuerdo con ASTM D 7042-11 entre 5 y 10 mm2/s, preferiblemente de 7 a 9 mm2/s;
- una penetración con aguja a 25 °C de acuerdo con ASTM D 1321 por debajo de 101/10 mm; y
- un contenido de n-alcanos por encima del 80 % en peso.
La mezcla de cera tiene preferiblemente una o más de las siguientes características:
- un punto de congelación de acuerdo con ASTM D 938 entre 70 y 85 °C, preferiblemente entre 72 °C y 83 °C y, más preferiblemente, entre 75 °C y 82 °C;
- un contenido de aceite MEK de acuerdo con ASTM D 7211-06 por debajo del 10 % en peso;
- una penetración con aguja a 25 °C de acuerdo con ASTM D 1321 entre 15 y 301/10 mm; y
- un contenido de n-alcanos por encima del 60 % en peso.
El contenido de n-alcano anterior se determina por cromatografía de gases. Para eso se puede usar el método normalizado 001/03 de la Federación Europea de Cera.
La cera Fischer-Tropsch o el residuo parafínico de petróleo se hidrotratan preferiblemente, más preferiblemente se hidrotratan ambos. El hidrotratamiento de los componentes de cera mejora la resistencia al envejecimiento de la composición bituminosa que los comprende.
Sin quedar vinculado a esta teoría, esto puede provenir de la menor cantidad de hidrocarburos insaturados en los componentes de cera después del hidrotratamiento.
El hidrotratamiento de la cera Fischer-Tropsch puede realizarse catalíticamente utilizando cualquier técnica adecuada conocida por los expertos en la materia del hidrotratamiento de cera. Normalmente, la cera Fischer-Tropsch se hidrotrata usando hidrógeno a una presión absoluta entre aproximadamente 30 y aproximadamente 70 bar, por ejemplo, aproximadamente 50 bar y una temperatura elevada entre aproximadamente 150 y aproximadamente 250 °C, por ejemplo, aproximadamente 220 °C, en presencia de un catalizador de níquel, tal como NiSat 310 disponible de Sued-Chemie sA (Pty) Ltd de 1 Horn Street, Chloorkop, 1624, Sudáfrica. El hidrotratamiento de la cera Fischer-Tropsch debe entenderse como un proceso en el que los componentes tales como alcoholes u otros compuestos que contienen oxígeno e hidrocarburos insaturados tales como olefinas se convierten en alcanos mediante una reacción catalítica con hidrógeno. No incluye reacciones de craqueo tales como hidroisomerización o hidrocraqueo.
Las residuos parafínicos de petróleo contienen compuestos aromáticos, de azufre y nitrógeno. Las residuos parafínicos pueden liberarse de otros componentes por encima mediante hidrotratamiento en condiciones mejoradas, tales como una presión de hidrógeno de 80 a 150 bar, una temperatura de 250 a 350 °C y, preferiblemente, a velocidades espaciales de 0,3 a 2 h-1. Los catalizadores preferidos que son adecuados para hidrotratar residuos parafínicos de petróleo son catalizadores de Ni sulfurado, Mo y W.
La composición bituminosa también puede comprender uno o más polímeros seleccionados del grupo de elastómeros, por ejemplo, SBS y copolímeros y plastómeros de bloque similares, por ejemplo, EVA o poliolefinas, de acuerdo con una realización de hasta 7 % en peso.
Se pueden seleccionar aditivos adicionales del grupo de caucho (por ejemplo, hasta 25 % en peso), resinas (por ejemplo, hasta 10 % en peso), agentes antideslizantes (por ejemplo, hasta 3 % en peso), fibras (por ejemplo, hasta 5 % en peso), organosilanos (por ejemplo, hasta 2 % en peso), tensioactivos y/o promotores de adhesión (por ejemplo, hasta 2 % en peso) tales como aminas, amidas o ésteres orgánicos de ácido fosfórico. También es posible añadir hidrocarburos adicionales (diferentes de las ceras reivindicadas anteriormente).
Tal composición de asfalto puede usarse para pavimentos de carreteras, pavimentos de aeropuerto, pavimentos de gasolinera, pavimentos de calzada, pavimentos de estacionamiento, pavimentos para carril bici y peatones, pavimentos de áreas logísticas o pavimentos agrícolas.
Adicionalmente, la composición de asfalto contiene preferiblemente por encima del 25 % en peso, preferiblemente por encima del 30 % en peso, más preferiblemente por encima del 40 % en peso y, lo más preferiblemente, por encima del 60 % en peso de asfalto recuperado.
En otra realización de la invención, el método para la producción de pavimentos de asfalto (proceso A) comprende: - mezclar la composición bituminosa como se ha descrito anteriormente con árido mineral y cargas a temperaturas entre 150 y 190 °C, en caso de asfalto mástico hasta 250 °C, para obtener una composición de asfalto;
- cargar la composición de asfalto en un camión o silo de almacenamiento;
- transportarla al sitio de construcción;
- aplicar la composición de asfalto a la superficie con una pavimentadora para obtener una superficie de asfalto; y - compactar la superficie de asfalto con un rodillo y así se reivindica.
El método puede comprender la adición de por encima del 25 % en peso, preferiblemente por encima del 30 % en peso, más preferiblemente por encima de 40 % en peso y, más preferiblemente, por encima del 60 % en peso de asfalto reciclado sin calentarlo.
En otra realización de la invención, el método para la producción de pavimentos de asfalto (proceso B) comprende: - transportar la composición bituminosa como se ha descrito anteriormente al sitio de construcción;
- pulverizar la composición bituminosa sobre la superficie;
- distribuir áridos minerales sobre la capa caliente de la composición bituminosa; y
- presionar los áridos minerales en la capa de la composición bituminosa usando un rodillo, y así se reivindica. Ejemplos
Ejemplo 1
Se mezclaron muestras de betún de calidad 70/100 (sin modificar) de acuerdo con DIN EN 12591 con 1,5 % en peso de la mezcla de cera A (Sasobit Redux, véase la tabla 1) que consiste en un 40 % en peso de Sasolwax C80M y un 60 % en peso de Prowax 561 o 1,5 % en peso de una cera Fischer-Tropsch (Sasobit) con respecto al betún.
Tabla 1: Propiedades de la mezcla de cera A, residuo parafínico de petróleo y cera Fischer-Tropsch utilizadas en la m z l r A i.
El punto de congelación de la mezcla de cera A está dominado por el componente de cera Fischer-Tropsch de mayor fusión Sasolwax C80M para que tenga el mismo punto de congelación que la cera Fischer-Tropsch dentro de la precisión del método aplicable (ASTM D 938).
Las propiedades de las muestras de betún se determinaron midiendo la penetración de una aguja de acuerdo con DIN EN 1426, el punto de reblandecimiento (anillo y bola) de acuerdo con DIN EN 1427 y el módulo de cizalladura complejo G*, así como el ángulo de fase 8, cada uno de acuerdo con DIN EN 14770, este último aplicando un reómetro dinámico de cizalladura. Los valores altos de G* y bajos de 8 significan una alta rigidez del aglutinante bituminoso (tabla 2).
T l 2: Pr i ^ l n.
continuación
Se puede ver que la mezcla de cera A tiene un impacto mucho menor en la penetración de la aguja, el punto de ablandamiento, el módulo complejo y el ángulo de fase del betún que la cera Fischer-Tropsch Sasobit. Estos resultados muestran el impacto reducido en la rigidez del betún, cuando se usa una mezcla de residuo parafínico de petróleo y cera Fischer-Tropsch.
Para determinar la influencia del aditivo en el procesamiento del betún que comprende la mezcla de cera de acuerdo con la invención, se midieron las viscosidades dinámicas de las composiciones bituminosas usando un viscosímetro de placas paralelas con un diámetro de placa de 25 mm y una distancia entre placas de 1 mm a diferentes temperaturas de procesamiento (véase la tabla 3).
T l : Vi i m i i n i min if r n m r r r mi n .
A partir de los resultados se puede ver que la composición bituminosa de acuerdo con la invención puede procesarse con viscosidades razonables a temperaturas mucho más bajas que las del betún convencional, no modificado. La mezcla de cera A tiene casi el mismo impacto de reducción de viscosidad sobre el betún que la Sasobit del estado de la técnica, aunque tiene un impacto mucho menor sobre la rigidez de las calidades de betún blando (véase la tabla 2).
Ejemplo 2
Se mezcló un betún de calidad 50/70 (sin modificar) de acuerdo con DIN EN 12591 con 1,5 % en peso de la mezcla de cera A (véase la tabla 1). Después de la simulación de envejecimiento en laboratorio aplicando RTFOT (ensayo en horno rotatorio de película delgada, ASTM D2872) y PAV (recipiente de envejecimiento a presión, DIN En 14769), el comportamiento a baja temperatura del betún se caracterizó determinando los límites de los valores m y S aplicando el Reómetro de Haz de Flexión (BBR) de acuerdo con ASTM D6648 y comparándolos con los de un betún de la misma calidad sin cera (véase la tabla 4). RTFOT se realiza en el laboratorio para simular el envejecimiento del betún durante la producción de mezclas de asfalto y el envejecimiento PAV se realiza para simular el envejecimiento del betún durante la vida útil de los pavimentos de asfalto. Los límites de los valores m y S son parámetros para la rigidez que no deben superarse. De acuerdo con ASTM D6373/ASTM D7673, el ensayo BBR se realizó a diferentes temperaturas para determinar la temperatura a la que se alcanza el límite de rigidez.
Tabla 4: Propiedades de rigidez a baja temperatura de betún de calidad 50/70 después del envejecimiento RTFOT y
PAV.
Se descubrió que la mezcla de cera A de acuerdo con esta invención no cambia la rigidez a baja temperatura del betún, considerando la precisión del método de ensayo. Se desean temperaturas límite de rigidez más bajas después del envejecimiento para un buen rendimiento y durabilidad de los pavimentos de asfalto en climas fríos. Ejemplo 3
Se utilizaron el mismo betún de calidad 50/70 que en el ejemplo 2, así como el betún con 1,5% en peso de la mezcla de cera A, para preparar la mezcla de hormigón asfáltico AC 11 DS de acuerdo con TL StB 07/13. Ambas mezclas de asfalto se compactaron a 145 °C y la temperatura de fractura se examinó con el TSRST (Ensayo de muestra de tensión térmica restringida) de acuerdo con DIN EN 12697-46 para obtener información sobre el rendimiento a baja temperatura del asfalto (véase la tabla 5). Durante el TSRST, una muestra de asfalto se mantiene
a una longitud constante mientras se enfría a 10 °C/h hasta que las fuerzas de contracción inducidas térmicamente agrietan la muestra.
Tabla 5: Tem eratura de fractura TSRST de AC 11 DS.
Los resultados muestran que el comportamiento a baja temperatura del asfalto no está influenciado por la mezcla de cera A, considerando la precisión del método de ensayo.
Ejemplo 4
Se mezcló un betún modificado con polímero (PmB) de calidad 25/55-55 con 1,5 % en peso de la mezcla de cera A y se midió la recuperación elástica del mismo de acuerdo con DIN EN 13398 y se comparó con un PmB sin cera (véase la tabla 6). Se utilizan calidades de betún modificado con polímeros para pavimentos de asfalto con rendimiento y durabilidad mejorados. Las especificaciones de acuerdo con TL Bitumen-StB 07/13 para calidades de betún modificado con polímeros que contienen elastómeros (PmB A) requieren una recuperación elástica mínima.
Tabla 6: Resultados del ensa o de recu eración elástica.
En general, la cera Fischer-Tropsch de acuerdo con la técnica anterior (Sasobit) reduce la recuperación elástica de PmB. Se encontró que la mezcla de cera de acuerdo con la invención no reduce la recuperación elástica del betún modificado con elastómero.
Ejemplo 5
Se mezcló un betún de calidad 70/100 (sin modificar) de acuerdo con DIN EN 12591 con 1,5 % en peso de la mezcla de cera A en relación con el aglutinante puro y 30 % en peso de contenido RAP para obtener un aglutinante resultante de calidad 50/70 y árido y carga frescos para producir una mezcla de capa base de asfalto AC 32 TS de acuerdo con TL Asphalt-StB 07/13. La cantidad de mezcla de cera A en el aglutinante resultante era del 1,05 % en peso. Para comparación, se usaron el mismo betún y RAP para producir la mezcla de asfalto AC 32 TS sin añadir la mezcla de cera (referencia). Los aglutinantes bituminosos se extrajeron de ambas mezclas de asfalto de acuerdo con DIN EN 12697 y las propiedades se determinaron como en el ejemplo 1 y se muestran en la tabla 7. Las propiedades físicas del aglutinante bituminoso resultante con 1,05 % en peso de la mezcla de cera A fueron casi las mismas que las propiedades del betún sin la cera, mostrando que la mezcla de cera tampoco tiene un impacto negativo sobre las propiedades físicas de las calidades de betún más duras.
Tabla 7: Pro iedades del betún des ués de la extracción de la mezcla de asfalto AC 32 TS.
Además, la resistencia a la compactación de las mezclas de asfalto producidas con la composición bituminosa de la tabla 3 se midió con el método de compactación Marshall de acuerdo con TP Asphalt-StB Teil 10 B (véase la tabla 8).
Tabla 8: Resistencia a la compactación Marshall de asfaltos obtenidos a partir de composiciones bituminosas de la tabla 7.
Se descubrió que la composición bituminosa de acuerdo con la invención disminuye la resistencia a la compactación y, por lo tanto, aumenta la capacidad de procesamiento del asfalto elaborado a partir de la misma.
Ejemplo 6
Las muestras de betún extraídas de diversos pavimentos de asfalto reciclado que tienen las propiedades físicas que se dan en la tabla 10 se modificaron con un 1,5 % en peso de la mezcla de cera B, que consiste en 50 % en peso de
PSW2 y 50 % en peso de FTW2, y la mezcla de cera C, que consiste en un 30 % en peso de PSW2 y un 70 % en peso de FTW2 (véase la tabla 9).
Tabla 9: Propiedades de la mezcla de cera B, la mezcla de cera C, el residuo parafínico de petróleo (PSW) y la cera Fischer Tro sch FTW utilizadas en estas mezclas de cera.
Las propiedades de las muestras de betún se determinaron midiendo la penetración de una aguja de acuerdo con DIN EN 1426 y el punto de reblandecimiento (anillo y bola) de acuerdo con DIN EN 1427. Los resultados en la tabla 10 muestran que las mezclas de cera B y C en las composiciones bituminosas de acuerdo con la invención no tienen un impacto negativo sobre las propiedades físicas de las calidades de betún muy duras.
T l 1 : Pr i l n.
Ejemplo 7
Se mezcló un betún de calidad 50/70 de acuerdo con DIN EN 12591 con un 1,5 % en peso de la mezcla de cera de hidrocarburos A, árido y carga para producir una mezcla de capa de rodadura de asfalto AC 11 D S. Esta mezcla de asfalto se compactó utilizando un compactador de rodillos segmentados de acuerdo con DIN EN 12697-33. Durante la compactación se aplicó el mismo método que en la compactación Marshall (TP Asphalt StB Teil 10 B) para determinar la resistencia a la compactación de la mezcla de asfalto. Los resultados (véase la tabla 11) mostraron que la mezcla de cera de hidrocarburos A redujo la resistencia a la compactación.
Tabla 11: Resistencia a la compactación de mezclas de asfalto a diferentes temperaturas de compactación roducidas con las com osiciones bituminosas de acuerdo con la invención.
Ejemplo 8
A medida que el asfalto envejece, aumenta la rigidez del betún. El módulo de cizalladura complejo G*, medido con un reómetro dinámico de cizalladura de acuerdo con DIN EN 14770, es un valor característico para evaluar la rigidez del betún.
Para describir el comportamiento de envejecimiento del betún, tuvo que determinarse G* para diferentes etapas de envejecimiento. Después se calcularon los índices de envejecimiento, es decir, G* después del envejecimiento dividido por G* antes del envejecimiento. Cuanto menor es el índice de envejecimiento, mayor será el impacto antienvejecimiento.
El betún de una mezcla de asfalto de capa de aglutinante AC 16 BS de acuerdo con TL Asphalt-StB 07/13 con 20 % en peso de RAP se extrajo y se envejeció de acuerdo con DIN EN 14769 (PAV - Recipiente de Envejecimiento a Presión). La calidad del betún usado originalmente era 25/55-55. Se midió G* después de la extracción y después del envejecimiento en PAV del betún extraído, y se calcularon los índices de envejecimiento. Esto se realizó para dos variantes, con y sin modificación con la mezcla de cera A. La siguiente tabla 12 muestra los resultados de los
índices de envejecimiento a diferentes temperaturas de ensayo.
Tabla 12: Indices de envejecimiento de aglutinantes bituminosos extraídos de mezclas de asfalto AC 16 BS después l nv imi n n PAV.
Los resultados muestran que los índices de envejecimiento de la variante con la mezcla de cera A son más bajos que los de la variante sin el aditivo. Por lo tanto, la mezcla de cera tiene un impacto antienvejecimiento sobre el betún.
Ejemplo 9
La temperatura de inicio de la cristalización de la mezcla de cera A en betún 50/70 se midió aplicando la técnica de calorimetría diferencial de barrido (DSC) de acuerdo con ASTM D4419-90. Por encima de la temperatura de inicio de la cristalización, la mezcla de cera reduce la viscosidad de la composición bituminosa y, por lo tanto, mejora la procesabilidad y compatibilidad de las mezclas de asfalto elaboradas con la composición bituminosa.
Los resultados (véase la tabla 13) muestran que la mezcla de cera A proporciona una compactación de asfalto mejorada hasta los 57 °C, mientras que la cera Fischer-Tropsch de la técnica anterior Sasobit proporciona este efecto solo por encima de 90 °C.
Tabla 13: Temperaturas de inicio de cristalización de 3 % de la mezcla de cera A y 3 % de Sasobit en betún 50/70 m i r D n v l i nfri mi n 2 Kmin.
Ejemplo 10
Se produjo una mezcla de asfalto utilizando un 60 % de pavimento de asfalto recuperado en la mezcla de capa de aglutinante ACbin16 y un 50 % de pavimento de asfalto recuperado en la mezcla de capa de rodadura ACsurf 11 de acuerdo con la legislación checa. La parte fresca de la mezcla comprendía betún de calidad 50/70 con 2,5% en peso de la mezcla de cera A. Esto dio como resultado un 1,25 % en peso de la mezcla de cera A en el betún de la capa de aglutinante y un 1,0 % en peso de la mezcla de cera A en el betún de la capa de aglutinante de las mezclas de asfalto final. Las mezclas de asfalto salieron de la planta de mezclado a 150 °C. Como la temperatura ambiente era baja (noviembre en Europa central), la mezcla de asfalto se había enfriado a 130 °C cuando se pavimentó en el sitio de construcción. A pesar de esta baja temperatura de pavimentación, el vertido y la compactación con rodillo fue posible sin problemas y se superó el grado mínimo de compactación requerido. El grado de compactación se midió utilizando un densímetro nuclear Troxler (tabla 14). Los densímetros nucleares son una herramienta de uso frecuente en la pavimentación de carreteras para la medición rápida y no destructiva de la densidad de las capas de asfalto en el sitio de construcción. Una fuente de radiación nuclear emite una nube de partículas que interactúan con el asfalto. Se cuenta la radiación que se dispersa de regreso a un detector. Cuanto más denso es el asfalto, mayor será la probabilidad de que la radiación se redirija hacia el sensor. Se utiliza un factor de calibración para correlacionar el recuento con la densidad real y el grado de compactación.
T l 14: r m i n m i in i n f l vim n .
Ejemplo 11
Se produjo una mezcla de capa de rodadura de hormigón asfáltico AC 11 DS de acuerdo con la legislación alemana TL Asphalt-StB 07/13. La mezcla contenía 20 % de asfalto recuperado y la parte nueva se hizo con betún modificado con polímero PmB 25/55-55 de acuerdo con la legislación alemana t L Bitumen-StB 07/13. Una parte de la mezcla de asfalto contenía un 1,5 % en peso de la mezcla de cera A con respecto a la cantidad total resultante de betún, la otra parte de la mezcla no contenía cera y sirvió como referencia para el asfalto del estado de la técnica. Ambas mezclas de asfalto se pavimentaron a una temperatura ambiente de 8-13 °C y con viento fuerte. El grado de compactación se midió usando un densímetro nuclear Troxler después de la pavimentadora y después de cada una
de las tres pasadas del rodillo. Al mismo tiempo, se midió la temperatura del asfalto. La normativa ZTV Asphalt-StB 07/13 requiere un grado de compactación mínimo del 98% para la capa de asfalto pavimentada. Los grados de compactación medidos (tabla 15) muestran que el asfalto que contiene la mezcla de cera A era más fácil de compactar y alcanzó el grado de compactación mínimo especificado del 98 % casi después de una pasada del rodillo. La mezcla de asfalto de referencia requirió dos pasadas del rodillo.
Tabla 15: Grados tem eraturas de com actación durante la avimentación de la mezcla de asfalto AC 11 DS.
Claims (16)
1. Una composición bituminosa que comprende al menos una mezcla de cera que consiste en
- del 20 al 80 % en peso de un residuo parafínico de petróleo (PSW), y
- del 20 al 80 % en peso de una cera Fischer-Tropsch (FTW),
cada uno con respecto a la masa total de al menos una mezcla de cera.
2. La composición bituminosa de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende del 0,5 al 2,5 % en peso, preferiblemente del 1,0 al 2,0 % en peso, de la al menos una mezcla de cera.
3. La composición bituminosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la al menos una mezcla de cera consiste en del 30 al 70 % en peso, preferiblemente el 50 % en peso y más preferiblemente el 40 % en peso, del PSW, y el resto es, en cada caso, la FTW.
4. La composición bituminosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el PSW tiene una o más de las siguientes características:
- un punto de congelación de acuerdo con ASTM D 938 por debajo de 65 °C;
- un contenido de aceite MEK de acuerdo con ASTM D 7211-06 por encima del 15 % en peso;
- una viscosidad cinemática a 100 °C de acuerdo con ASTM D 7042-11 de entre 5 y 10 mm2/s, preferiblemente de 6 a 8 mm2/s;
- una penetración con aguja a 25 °C de acuerdo con ASTM D 1321 por encima de 501/10 mm; y
- un contenido de n-alcanos por debajo del 40 % en peso.
5. La composición bituminosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el FTW tiene una o más de las siguientes características:
- un punto de congelación de acuerdo con ASTM D 938 por encima de 70 °C, preferiblemente por encima de 75 °C, más preferiblemente de entre más de 75 °C y 85 °C y, lo más preferiblemente, de entre más de 75 °C y 82 °C;
- un contenido de aceite MEK de acuerdo con ASTM D 7211-06 por debajo del 5 % en peso, preferiblemente por debajo del 2 % en peso;
- una viscosidad cinemática a 100 °C de acuerdo con ASTM D 7042-11 de entre 5 y 10 mm2/s, preferiblemente de 7 a 9 mm2/s;
- una penetración con aguja a 25 °C de acuerdo con ASTM D 1321 por debajo de 101/10 mm; y
- un contenido de n-alcanos por encima del 80 % en peso.
6. La composición bituminosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la al menos una mezcla de cera tiene una o más de las siguientes características:
- un punto de congelación de acuerdo con ASTM D 938 de entre 70 y 85 °C, preferiblemente de entre 72 °C y 83 °C y, más preferiblemente, de entre 75 °C y 82 °C;
- un contenido de aceite MEK de acuerdo con ASTM D 7211-06 por debajo del 10 % en peso;
- una penetración con aguja a 25 °C de acuerdo con ASTM D 1321 de entre 15 y 301/10 mm; y
- un contenido de n-alcanos por encima del 60 % en peso.
7. La composición bituminosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la FTW, el PSW o ambos están hidrotratados.
8. La composición bituminosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la composición bituminosa comprende además uno o más polímeros seleccionados del grupo que consiste en elastómeros y plastómeros.
9. La composición bituminosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la composición bituminosa comprende además uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste en caucho, resinas, agentes antideslizantes, fibras, organosilanos, tensioactivos y promotores de adhesión.
10. Uso de la al menos una mezcla de cera de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7 como coadyuvante de procesamiento en composiciones bituminosas, en particular para mejorar la procesabilidad y/o recuperación elástica de las composiciones bituminosas.
11. El uso de una composición bituminosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 anteriores para la producción de una composición de asfalto, preferiblemente una composición de asfalto que tiene una resistencia a la compactación, una resistencia al envejecimiento y/o un rendimiento a baja temperatura mejorados.
12. Una composición de asfalto que comprende la composición bituminosa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 anteriores, un árido de piedra y cargas.
13. La composición de asfalto de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la composición de asfalto comprende más del 25 % en peso, preferiblemente más del 30 % en peso, más preferiblemente más del 40 % en peso y, lo más preferiblemente, más del 60 % en peso de asfalto recuperado.
14. Un método para la producción de pavimentos de asfalto mediante el proceso A que comprende las siguientes etapas:
- mezclar la composición bituminosa de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 9 anteriores con árido mineral y cargas a temperaturas de entre 150 y 190 °C; en el caso de un asfalto mástico, de hasta 250 °C, para obtener una composición de asfalto;
- cargar la composición de asfalto en un camión o en un silo de almacenamiento;
-transportarla al sitio de construcción;
- aplicar la composición de asfalto a la superficie con una pavimentadora para obtener una superficie de asfalto; y - compactar la superficie de asfalto con un rodillo;
o mediante el proceso B que comprende las siguientes etapas:
- transportar las composiciones bituminosas de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 9 anteriores al sitio de construcción que tiene temperaturas de entre 150 y 190 °C;
- pulverizar la composición bituminosa sobre la superficie;
- distribuir áridos minerales sobre la capa caliente de la composición bituminosa; y
- presionar los áridos minerales en la capa de betún usando un rodillo.
15. El método de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el proceso A comprende añadir más del 25 % en peso, preferiblemente más del 30 % en peso, más preferiblemente más del 40 % en peso y, lo más preferiblemente, más del 60 % en peso de asfalto reciclado, sin calentarlo.
16. El método de acuerdo con las reivindicaciones 14 y/o 15, en donde la aplicación y/o compactación de la composición de asfalto tiene lugar a temperaturas por debajo de 150 °C.
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