ES2908985T3 - Composición de aditivo para conglomerados bituminosos con altas prestaciones mecánicas - Google Patents
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Abstract
Una composición de aditivo destinada a mezclarse en un conglomerado bituminoso para la pavimentación de carreteras y adecuada para mejorar las propiedades mecánicas de dicho conglomerado bituminoso, que comprende al menos un polímero termoplástico, un compuesto polimérico seleccionado del grupo que consiste en polivinilbutiral (PVB), polietilacrilato (PEA) polimetilacrilato (PMA), polibutilacrilato (PBA), lignina y mezclas de los mismos, y grafeno.
Description
DESCRIPCIÓN
Composición de aditivo para conglomerados bituminosos con altas prestaciones mecánicas
Campo de aplicación
La presente invención se refiere al campo técnico de la producción de conglomerados bituminosos para la pavimentación de carreteras.
En particular, la invención se refiere a una composición de aditivo para conglomerados bituminosos que permite mejorar las prestaciones mecánicas del conglomerado bituminoso que comprende dicho aditivo, así como prolongar la vida útil del pavimento de carreteras fabricado con tal conglomerado bituminoso.
Técnica anterior
La necesidad de desarrollar tecnologías y productos tan respetuosos con el medio ambiente como sea posible sigue siendo real en todo el campo de la industria petroquímica, especialmente en el campo del asfalto y los conglomerados bituminosos.
Esta necesidad implica buscar materiales que sean lo más compatibles posible con el entorno natural y antrópico, así como tratar de optimizar los procesos de producción de los mismos, disminuyendo la explotación global de materias primas, por lo tanto, de la huella de carbono debida a tales procesos.
Además, se conoce bien en la técnica el uso de aditivos para mejorar las prestaciones de los conglomerados bituminosos, y de los asfaltos en general, por ejemplo, tales aditivos pueden ser composiciones que comprenden polímeros termoplásticos para mejorar las propiedades mecánicas del asfalto bituminoso que contiene tales aditivos, en particular la resistencia a la rotura y la resistencia a la formación de grietas en el conglomerado bituminoso, usado normalmente como superficie de cobertura para carreteras.
Una composición de asfalto, que comprende agregados, material granular o en polvo derivado de desechos de caucho, por ejemplo, neumáticos, y una mezcla de polímeros y copolímeros termoplásticos, así como aditivos y materiales de relleno adicionales, se describe en la solicitud de patente internacional WO2015179553.
La solicitud de patente china CN106280505 se refiere a un aditivo para asfaltos en forma de una mezcla, que comprende poliolefinas en gránulos y otros materiales incluyendo un plastificante, preferiblemente ftalato de dioctilo. Este aditivo también es eficaz en la disminución de la formación de grietas en asfaltos fabricados con el mismo.
La patente china CN102585520 se refiere a un aditivo para asfalto, que comprende polipropileno, polietileno, PVB, que comprende también ftalato de dioctilo como plastificante, y además: un agente dispersante, un agente tixotrópico y un polvo a base de metal. Este aditivo mejora las prestaciones de las mezclas asfálticas.
La solicitud de patente china CN103509356 también se refiere a una mezcla asfáltica que comprende poliolefinas (polietileno, estireno-butadieno-estireno, poli(tereftalato de etileno)), polivinilbutiral como agente aglutinante y un material de relleno.
En cualquier caso, aunque los aditivos para mejorar las propiedades químicas y mecánicas de los asfaltos disponibles comercialmente, así como los asfaltos que pueden fabricarse con dichos aditivos, se formulan en general teniendo en cuenta el impacto ambiental, por ejemplo, comprendiendo materiales de desecho de otros procesos industriales o materiales reciclados, como es el caso, por ejemplo, de la composición de asfalto descrita en la solicitud WO2015179553, tales productos aún no son capaces de combinar la mejora de las propiedades mecánicas de los conglomerados bituminosos con una disminución concreta del impacto ambiental en la producción de los mismos, tanto a nivel cualitativo como cuantitativo de la materia prima usada.
A la luz de la técnica anterior mencionada anteriormente, el problema subyacente a la presente invención era proporcionar una composición de aditivo destinada a mezclarse en conglomerados bituminosos para la pavimentación de carreteras, en donde la composición fuera adecuada para mejorar las propiedades mecánicas del conglomerado bituminoso fabricado mezclando dicha composición con otros componentes apropiados y al mismo tiempo careciera de los inconvenientes mencionados anteriormente, por lo tanto, siendo al mismo tiempo más sostenible desde el punto de vista ambiental.
Sumario de la invención
Dicho problema se ha resuelto proporcionando una composición de aditivo destinada a mezclarse en un conglomerado bituminoso para la pavimentación de carreteras y adecuada para mejorar las propiedades mecánicas de dicho conglomerado bituminoso, que comprende al menos un polímero termoplástico, un compuesto polimérico seleccionado del grupo que consiste en polivinilbutiral (PVB), polietilacrilato (PEA) polimetilacrilato (PMA),
polibutilacrilato (PBA), lignina y mezclas de los mismos, y grafeno.
Más preferiblemente, dicho al menos un polímero termoplástico es una poliolefina, preferiblemente es polietileno, o polipropileno, o cualquier otra mezcla de polietileno y polipropileno.
Más preferiblemente, dicho polímero termoplástico es una mezcla de polietileno y polipropileno que comprende una cantidad de polietileno de entre el 25 y el 75 % en peso basado en el peso total de la mezcla.
Incluso más preferiblemente dicho polímero termoplástico es una mezcla de polietileno y polipropileno como se notifica en la siguiente tabla 1, en la que los valores en peso se calculan sobre el peso total de la mezcla de polietileno y polipropileno.
Tabla 1
Preferiblemente, dicho al menos un polímero termoplástico es material reciclado.
Alternativamente, el polímero termoplástico usado en la composición de aditivo según la presente invención es material virgen o una mezcla del material reciclado mencionado anteriormente y material virgen.
Ventajosamente, la composición de aditivo según la presente invención, destinada a mezclarse en conglomerados bituminosos, puede consistir esencialmente en los componentes mencionados anteriormente, sin la ayuda de componentes adicionales, tales como plastificantes, compuestos de azufre, sales y/u otros materiales.
De manera igualmente preferida, el compuesto polimérico contenido en la composición de aditivo según la invención es polivinilbutiral (PVB).
Según una realización preferida, el compuesto polimérico mencionado anteriormente es un compuesto reciclado, preferiblemente PVB reciclado, más preferiblemente obtenido por medio de un proceso de recuperación del mismo a partir del tratamiento posterior al uso del parabrisas de vehículos y/o doble acristalamiento de edificios.
Alternativamente, el compuesto polimérico mencionado anteriormente, en particular polivinilbutiral, usado en la composición de aditivo según la presente invención es material virgen o una mezcla del material reciclado mencionado anteriormente y material virgen.
Según la presente invención, con el término “grafeno” quiere decirse un material de carbono con estructura bidimensional de capas monoatómicas de carbono con matriz hexagonal, en donde cada átomo de carbono está unido a otros tres átomos de carbono por un enlace covalente y unido a los átomos de las capas adyacentes por fuerzas de Van Der Waals, así como también quiere decir cualquier derivado funcionalizado de tal material de carbono, por ejemplo, óxido de grafeno, es decir, grafeno parcialmente funcionalizado con grupos que comprenden oxígeno. El grafeno usado en la composición de aditivo según la presente invención tiene preferiblemente una densidad aparente de entre 2 y 100 g/dm3, más preferiblemente entre 10 y 70 g/dm3; al mismo tiempo, el grafeno usado en la composición de aditivo según la presente invención tiene un área superficial de entre 10 y 300 m2/g.
Dicha área superficial se mide por medio de un método BET por absorción de gas inerte (nitrógeno), en particular según el procedimiento ISO 9277:2010.
Además, las dimensiones laterales de las capas de grafeno son menores de 200 |im, preferiblemente menores de 100 |im, más preferiblemente menores de 50 |im.
Según una realización preferida, el grafeno usado en la composición de aditivo según la presente invención es grafeno reciclado.
Alternativamente, el grafeno usado en la composición de aditivo según la presente invención es grafeno virgen o una mezcla de grafeno reciclado y grafeno virgen.
Por lo tanto, de una manera absolutamente ventajosa, la composición de aditivo destinada a mezclarse en
conglomerados bituminosos para la pavimentación de carreteras según la invención puede existir como una mezcla de materiales parcial o totalmente reciclados; por consiguiente, la composición de aditivo según la invención es particularmente sostenible desde el punto de vista ambiental, determinando no solo un claro ahorro neto de materias primas, sino también una disminución relacionada de las emisiones de dióxido de carbono (que de otro modo se emitiría al medio ambiente durante los procesos de síntesis de los materiales en cuestión).
Preferiblemente, el grafeno incluido en la composición de aditivo según la invención está contenido en una cantidad de entre el 0,005 y el 1 %, más preferiblemente entre el 0,005 y el 0,15 %, incluso más preferiblemente entre el 0,01 y el 0,1 % en peso basado en el peso total de la composición.
De manera igualmente preferida, el polímero termoplástico mencionado anteriormente comprendido en la composición de aditivo según la invención está contenido en una cantidad de entre el 45 y el 95 %, más preferiblemente entre el 50 y el 90 % en peso basado en el peso total de la composición.
De manera igualmente preferida, el compuesto polimérico mencionado anteriormente comprendido en la composición de aditivo según la invención, preferiblemente polivinilbutiral, está contenido en una cantidad de entre el 5 y el 55 %, más preferiblemente entre el 10 y el 50 % en peso basado en el peso total de la composición.
Una composición de aditivo particularmente preferida destinada a mezclarse en conglomerados bituminosos consiste en los siguientes componentes, expresados en porcentaje en peso basado en el peso total de la composición:
material termoplástico 50-95
polivinilbutiral 5-50
grafeno 0,005-1.
Todos los porcentajes indicados en el texto de la presente solicitud deben entenderse como porcentajes en peso/peso, a menos que se especifique de otro modo.
La composición de aditivo según la invención se produce en forma de partículas, por ejemplo, en forma granular o en forma de astillas, preferiblemente con partículas que tienen un diámetro promedio de entre 0,5 y 10 mm, más preferiblemente entre 4 y 6 mm, o en forma de polvo, preferiblemente con partículas que tienen un diámetro promedio de entre 0,08 y 3 mm, más preferiblemente entre 0,5 y 3 mm.
Consecuentemente, la composición de aditivo según la invención puede obtenerse mediante un proceso que comprende la trituración por separado del polímero termoplástico mencionado anteriormente, del compuesto polimérico, preferiblemente polivinilbutiral, y del grafeno y su posterior mezclado.
De una manera totalmente preferida, el proceso mencionado anteriormente para obtener la composición de aditivo según la invención da como resultado la obtención de una composición de aditivo según la invención en forma de polvo o en forma granular con partículas que tienen un diámetro promedio de entre 0,08 y 3 mm, preferiblemente entre 0,5 y 3 mm.
Preferiblemente, la etapa de trituración mencionada anteriormente puede realizarse con la ayuda de un molino con rotor enfriado o un rotor granulador o mediante trituración criogénica.
Ventajosamente, el uso de la composición de aditivo según la presente invención, en cualquiera de sus realizaciones, también se prevé que produzca conglomerados bituminosos, con el fin de mejorar sus prestaciones mecánicas, así como prolongar la vida útil del pavimento de carreteras fabricado con tales conglomerados bituminosos.
La composición de aditivo mencionada anteriormente según la invención puede usarse, a su vez, para preparar un conglomerado bituminoso adecuado para fabricar pavimento de carreteras con altas prestaciones mecánicas. Tal conglomerado bituminoso incluye agregados, incluyendo, por ejemplo, materiales inorgánicos, inertes, tales como materiales de piedra triturada, escoria granular y triturada, agregados artificiales producidos, por ejemplo, mediante fusión a alta temperatura de ciertos minerales o rocas (por ejemplo, bauxita o ciertas arcillas), elementos de relleno, betún así como la composición de aditivo mencionada anteriormente, que generalmente está contenida en una cantidad de entre el 0,09 y el 15 %, preferiblemente entre el 2 y el 6 %, más preferiblemente el 5 %, en peso basado en el peso total de dicho betún.
Preferiblemente, dicho conglomerado bituminoso incluye una cantidad de betún de entre el 3 y el 7 % en peso basado en el peso total del conglomerado bituminoso, más preferiblemente una cantidad de betún de entre el 4 y el 6,5 % en peso basado en el peso total del conglomerado bituminoso.
Según la presente invención, con el término “betún” quiere decirse generalmente un material que comprende una fase de dispersión sólida a temperatura ambiente, que tiene un comportamiento termoplástico, dicha fase de dispersión
incluye compuestos orgánicos de alto peso molecular, principalmente hidrocarburos con un número de átomos de carbono superior a 25. En dicha fase de dispersión, generalmente pueden estar dispersas trazas de azufre, nitrógeno, oxígeno y metal tal como níquel, hierro y vanadio.
Por lo tanto, en uno de sus aspectos adicionales, la presente invención se refiere a un método para producir un conglomerado bituminoso adecuado para fabricar un pavimento de carreteras con altas prestaciones mecánicas, que comprende la etapa de añadir a dichos agregados, bajo agitación y a una temperatura variable de entre 130 °C y 200 °C, preferiblemente entre 165 °C y 185 °C, más preferiblemente entre 170 °C y 180 °C, una composición de aditivo como se describió anteriormente según la invención, así como que comprende betún y un elemento de relleno.
De una manera absolutamente ventajosa, la composición de aditivo según la presente invención, cuando se añade a conglomerados bituminosos para la pavimentación de carreteras, permite obtener un pavimento de carreteras con altas prestaciones mecánicas, tales como alta resistencia a la tracción, alta rigidez y alta resistencia a la fatiga, como se explica con más detalle con referencia a la descripción detallada.
Consecuentemente, una superficie de carretera hecha con un conglomerado bituminoso que comprende la composición de aditivo según la presente invención también tiene una escasa tendencia en relación con el fenómeno de formación de roderas, con respecto a una superficie de carretera hecha con un conglomerado bituminoso que no comprende la composición de aditivo según la invención, como se explicará con más detalle con referencia a la descripción detallada.
Las altas propiedades mecánicas conferidas al pavimento de carreteras por la composición de aditivo mezclada en el conglomerado bituminoso, así como la disminución considerable del fenómeno de formación de roderas, determinan un aumento sustancial de la vida útil del pavimento de carreteras, así como de la seguridad del mismo, en comparación con un pavimento de carreteras tradicional.
De una manera totalmente ventajosa, cuando se usa un conglomerado bituminoso que comprende la composición de aditivo según la presente invención en la fabricación de un pavimento de carreteras, las capas de este último (capa de base, capa de aglutinante y capa de superficie) pueden tener un grosor más pequeño, dada la misma vida útil, en comparación con un pavimento de carreteras fabricado con un conglomerado bituminoso que no comprende la composición de aditivo según la invención.
Por lo tanto, el uso de un conglomerado que comprende tal composición de aditivo implica no solo la necesidad de una cantidad menor de agregados y betún, determinando una disminución de las emisiones de dióxido de carbono que de lo contrario se producirían en la producción/extracción y en el transporte de las materias primas mencionadas anteriormente, sino también un ahorro de energía sustancial (y un menor impacto ambiental relacionado) debido a la menor producción de conglomerado bituminoso que, como se ilustró anteriormente, necesita manipulaciones a temperaturas bastante altas.
Además, la composición según la presente invención es fácil y segura de manipular, debido a que está libre de polvos finos, que los operarios que la usan podrían inhalar.
La composición según la presente invención puede almacenarse además durante períodos de tiempo prolongados, incluso durante muchos meses, sin riesgos de aglomeración, y mantiene sus propiedades de fluidez inalteradas a lo largo del tiempo, propiedades que son importantes cuando se añade esta composición al conglomerado bituminoso, con el fin de garantizar su dosificación exacta y reproducible.
Las características y ventajas de la presente invención se resaltarán adicionalmente mediante algunas realizaciones de la misma, que se exponen a continuación en el presente documento a modo de ilustración y no de limitación.
Descripción detallada
A continuación en el presente documento hay algunos ejemplos de composiciones de aditivo según la presente invención, que se han preparado y sometido a prueba con resultados favorables en relación con su efecto de aumento de las prestaciones mecánicas en la producción de conglomerado bituminoso. Finalmente, sigue un ejemplo comparativo, en el que se muestra una posible composición de aditivo, que no comprende grafeno y no es según la presente invención.
Ejemplo 1
Mezcla de polietileno y polipropileno (70:30) 49,995%
polivinilbutiral 49,995%
grafeno virgen 0,01 %
Ejemplo 2
Mezcla de polietileno y polipropileno (50:50) 49.95 %
polivinilbutiral 49.95 %
grafeno virgen 0,1 %
Ejemplo 3
Mezcla de polietileno y polipropileno (60:40) 49.95 %
polivinilbutiral 49.95 %
grafeno reciclado 0,1 %
Ejemplo 4
Mezcla de polietileno y polipropileno (30:70) 74,995%
polivinilbutiral 24,995%
grafeno virgen 0,01 %
Ejemplo 5
Mezcla de polietileno y polipropileno (50:50) 74.95 % polivinilbutiral 24.95 %
grafeno virgen 0,1 %
Ejemplo 6
Mezcla de polietileno y polipropileno (70:30) 79,995% polivinilbutiral 19,995%
grafeno virgen 0,01 %
Ejemplo 7
Mezcla de polietileno y polipropileno (40:60) 79.95 % polivinilbutiral 19.95 %
grafeno virgen 0,1 %
Ejemplo 8
Mezcla de polietileno y polipropileno (70:30) 89,995% polivinilbutiral 9,995 %
grafeno virgen 0,01 %
Ejemplo 9
Mezcla de polietileno y polipropileno (70:30) 89.95 % polivinilbutiral 9.95 %
grafeno virgen 0,1 %
Ejemplo 10
Mezcla de polietileno y polipropileno (60:40) 89.5 % polivinilbutiral 9.5 %
grafeno virgen 1%
Ejemplo 11
Mezcla de polietileno y polipropileno (70:30) 89,990% polivinilbutiral 9,995 %
grafeno virgen 0,005 %
Ejemplo 12 (ejemplo de referencia no según la invención)
Mezcla de polietileno y polipropileno (70:30) 90,00 % polivinilbutiral 10,00%
Las composiciones de los ejemplos 1-11 se prepararon triturando por separado la mezcla de polietileno y polipropileno, el polivinilbutiral y el grafeno, y mezclando entonces los componentes triturados dentro de una mezcladora, obteniendo una mezcla homogénea con partículas que tienen un diámetro promedio de 2 mm.
La composición del ejemplo 12 se preparó del mismo modo, partiendo solo de una mezcla de polietileno y polipropileno y de polivinilbutiral.
Ejemplo 13
Usando la composición según el ejemplo 8, se prepararon en el laboratorio dieciocho briquetas de conglomerado bituminoso con un diámetro de 100 mm y un grosor de aproximadamente 25 mm, que contenían tal composición según las proporciones de los componentes indicados en la siguiente tabla 2 (conglomerado A). También dieciocho briquetas de conglomerado bituminoso con la misma composición pero que comprendían la composición de aditivo según el ejemplo 12 (conglomerado B), y dieciocho briquetas de conglomerado bituminoso que no comprendían la composición de aditivo según el ejemplo 8, ni la composición según el ejemplo 12 (conglomerado C), así como nueve paneles de conglomerado bituminoso, tres para cada tipo de conglomerado A, B y C.
Tabla 2
El conglomerado bituminoso se prepara en el laboratorio por medio del procedimiento siguiente, usando dispositivos que simulan, en función, maquinaria a mayor escala, usada habitualmente en plantas para la producción de conglomerado bituminoso:
- seleccionar una curva granulométrica, dependiendo del pavimento de carreteras que se desea fabricar con el conglomerado bituminoso actualmente en preparación;
- seleccionar agregados según la curva granulométrica mencionada anteriormente, en el presente caso, los agregados según la tabla 2, y llevar los agregados hasta una temperatura de 170-180 °C dentro de una mezcladora;
- añadir una cantidad apropiada de composición de aditivo, en el presente caso, la composición de aditivo según el ejemplo 8 en la cantidad expresada en la tabla 2, luego mezclar durante 40-60 segundos para obtener una combinación;
- añadir a la combinación una cantidad apropiada de betún, en el presente caso, la cantidad expresada en la tabla 2, luego mezclar durante al menos 20-30 segundos;
- añadir a la combinación una cantidad apropiada de elemento de relleno, en el presente caso, la cantidad expresada en la tabla 2, luego mezclar durante al menos 5 minutos (según lo dispuesto por la ley normativa EN 12697-35), obteniendo una combinación homogénea de conglomerado bituminoso.
En particular, la combinación se mantiene a una temperatura de entre 170 y 180 °C durante todas las etapas de procesamiento de la misma.
En el caso del conglomerado bituminoso B, en lugar de la composición del ejemplo 8 según la invención, se añade la composición del ejemplo 12 no según la invención (que está libre de grafeno). En el caso del conglomerado bituminoso C, después de la etapa de calentamiento de los agregados, sigue directamente una etapa de adición de betún a los mismos.
La combinación de conglomerado bituminoso obtenida de este modo se descarga entonces de la mezcladora, se dosifica en una cantidad igual a aproximadamente 1210 g en recipientes y posteriormente se acondiciona en un horno a una temperatura de 150 °C durante aproximadamente 3 horas (para simular las condiciones de transporte).
El conglomerado bituminoso obtenido de este modo, después de la etapa de acondicionamiento en horno, se inserta entonces dentro de un molde. A continuación, con el fin de obtener un porcentaje de huecos de aproximadamente el
2,5 %, se realiza una compactación por medio de un compactador giratorio (alternativamente al compactador giratorio, es posible usar cualquier otro tipo de compactador adecuado para el propósito, por ejemplo, un compactador Marshall): - Presión de carga: 600 kPa;
- Ángulo giratorio: 1,25°;
- Densidad límite: 2400 kg/m3.
Se prepararon 18 briquetas para cada tipo de conglomerado bituminoso para realizar las pruebas mecánicas, simultáneamente se formaron tres paneles de 50 cm x 70 cm de tamaño, uno para cada tipo de conglomerado bituminoso.
Las dieciocho briquetas del conglomerado A, las dieciocho briquetas de conglomerado B y las dieciocho briquetas de conglomerado C, así como los paneles de conglomerado A, los paneles de conglomerado B y los paneles de conglomerado C se han colocado finalmente en cámaras climáticas para el acondicionamiento apropiado para realizar las pruebas mecánicas.
Ejemplo 14 (Determinación de la resistencia a la tracción)
Se usaron seis briquetas de conglomerado A, seis briquetas de conglomerado B y seis briquetas de conglomerado C para realizar una prueba de resistencia a la tracción.
Cada briqueta se alojó respectivamente en una prensa mecánica de la cesta de prueba designada, luego se realizó una prueba de resistencia a la tracción según la metodología UNI EN 12697-23.
La caracterización mecánica se produjo con la resistencia a la tracción indirecta (ITS). La ITS simula la tensión máxima generada por el paso de vehículos que puede tolerar el pavimento de carreteras.
Los resultados de las pruebas individuales se muestran en la tabla 3, a continuación.
Tabla 3
A partir de los datos notificados en la tabla 3, es posible observar que la composición de aditivo según la presente invención permite aumentar la resistencia a la tracción indirecta en aproximadamente un 60 % en un conglomerado bituminoso fabricado con la misma (conglomerado A) si se compara con un conglomerado bituminoso tradicional con betún como tal (conglomerado C), y en un 9 % si se compara con un conglomerado bituminoso que comprende una composición de aditivo sustancialmente idéntica con respecto al contenido de polietileno/propileno y PVB, pero que está libre de grafeno (conglomerado B). Un aumento de la resistencia a la tracción indirecta implica, por lo tanto, una mayor resistencia del conglomerado bituminoso sometido a carga y, por lo tanto, la composición de aditivo según la presente invención permite formular un conglomerado bituminoso que permite construir un pavimento de carreteras caracterizado por una vida útil más prolongada. El aumento considerable de la resistencia a la tracción directa obtenida con la composición según la presente invención, si se compara con una composición que es idéntica, excepto por carecer de una cantidad de grafeno de solo el 0,01 % en peso, ha de considerarse totalmente sorprendente.
Ejemplo 15 (Determinación del módulo de rigidez)
Se usaron seis briquetas de conglomerado A, seis briquetas de conglomerado B y seis briquetas de conglomerado C para realizar una prueba para determinar el módulo de rigidez, entendido como la capacidad de conglomerados bituminosos para propagar en la superestructura la carga ejercida en la superficie de la carretera desde las áreas de rodadura de los neumáticos de vehículos.
Cada briqueta se colocó respectivamente en un alojamiento designado de un sistema servoneumático para pruebas dinámicas, que a su vez estaba contenido en una celda climática para el control de la temperatura; posteriormente, se realizó una prueba para la determinación del módulo de rigidez según la metodología UNI EN 12697-26.
Las condiciones de prueba usadas para la determinación del módulo de rigidez fueron:
- Temperatura: variable;
- Deformación horizontal impuesta: 5 |im;
- Tiempo máximo: 124 ms (frecuencia 2 Hz);
- Coeficiente de Poisson: 0,35.
Los resultados de las pruebas individuales se muestran en la tabla 4, a continuación.
Tabla 4
Como es obvio, la composición de aditivo según la invención (ejemplo 8), cuando se usa para la formulación de un conglomerado bituminoso, determina en este último un aumento sustancial del módulo de rigidez con respecto a tanto el conglomerado tradicional (conglomerado C) como al conglomerado que comprende la composición de aditivo según el ejemplo 12, que está libre de grafeno (conglomerado B). En este sentido, el conglomerado A muestra que se realiza en particular a temperaturas moderadamente altas (T = 20 °C; T = 40 °C). El aumento en el módulo de rigidez encontrado para el conglomerado A con respecto al conglomerado B es incluso mayor que el aumento ya considerable de la resistencia a la tracción que se encuentra en el ejemplo anterior y es, por lo tanto, aún más sorprendente. Ejemplo 16 (Determinación de la resistencia a la fatiga)
Se usaron seis briquetas de conglomerado A, seis briquetas de conglomerado B y seis briquetas de conglomerado C para realizar el ensayo de resistencia a la fatiga. El fallo debido a la fatiga de un pavimento se produce debido a la repetición a lo largo del tiempo de estados de deformación, inducidos por tensiones de tracción provocadas tanto por el tráfico de vehículos como por los ciclos estacionales y el cambio de temperatura.
Cada briqueta se colocó respectivamente en un alojamiento designado de un sistema servoneumático para pruebas dinámicas, que a su vez estaba contenido en una celda climática para el control de la temperatura; posteriormente, se realizó una prueba para la determinación de la resistencia a la fatiga según la metodología UNI EN 12697-24.
Las condiciones de prueba para la determinación de la resistencia a la fatiga fueron:
- Temperatura: 20 °C;
- Deformación horizontal impuesta: 300 kPa;
- Tiempo máximo: 248 ms;
- Tiempo de reposo: 252 ms;
- Frecuencia: 2 Hz;
- Coeficiente de Poisson: 0,35;
- Condición de fallo: 10 % del módulo complejo inicial.
Los resultados de las pruebas individuales se muestran en la tabla 5, a continuación.
Tabla 5
A partir de los datos de la tabla 5, puede entenderse que el conglomerado A, que comprende la composición de aditivo según la invención (ejemplo 8), tiene un número de ciclos de fatiga aumentado en un 123 % si se compara con el conglomerado bituminoso B, que comprende la composición de referencia de aditivo según el ejemplo 12, que está libre de grafeno, y aumentó hasta el 570 % si se compara con un conglomerado bituminoso tradicional (conglomerado C). Esto es una evidencia adicional e impresionante de la sorprendente mejora de las prestaciones mecánicas del conglomerado, en donde dicha mejora se logra gracias a la presencia de grafeno, aunque añadido en una cantidad extremadamente baja (el 0,01 % del peso total de la composición de aditivo añadida al conglomerado bituminoso).
Ejemplo 17 (Monitorización del fenómeno de formación de roderas)
Se usaron tres paneles de conglomerado A, tres paneles de conglomerado B y tres paneles de conglomerado C para realizar el ensayo de monitorización de la formación de roderas, entendido como un fenómeno de deformación longitudinal provocado por un engrosamiento debajo del eje de carga con el consiguiente movimiento lateral de la mezcla bituminosa durante el paso de las ruedas. Cada panel se colocó respectivamente en un alojamiento designado en una máquina de formación de roderas (máquina de rodadura), que a su vez estaba contenida en una celda climática para el control de la temperatura; posteriormente, se realizó una prueba para la determinación de la resistencia a la fatiga según la metodología UNI EN 12697-22.
La prueba de laboratorio que permite simular tal fenómeno proporciona los siguientes resultados:
- PROFUNDIDAD: indica físicamente la profundidad de la rodera (mayor profundidad significa menor resistencia);
- PRD (profundidad de rodera proporcional): indica el porcentaje de rodera generada durante la prueba en el ciclo predeterminado; al reducirse dicho parámetro, se disminuye la deformación y, por lo tanto, se aumenta la vida útil del pavimento;
- WTS (pendiente de ahuellamiento de rueda): indica la velocidad a la que se deforma el conglomerado bituminoso; al reducirse dicho valor, se aumenta la resistencia a la deformación y se disminuye la deformación a lo largo del tiempo, aumentando la vida útil del pavimento.
La condición de prueba impuesta para la determinación de la resistencia a la formación de roderas fue una temperatura de 60 °C.
Los resultados de las pruebas individuales se muestran en la tabla 6, a continuación.
Tabla 6
Las pruebas realizadas permiten resaltar las altas prestaciones del conglomerado A, que comprende la composición de aditivo según la presente invención, con una disminución considerable del fenómeno de formación de roderas (-51 %) si se compara con el conglomerado bituminoso B, con el consiguiente aumento adicional de la vida útil del pavimento y de la seguridad de la carretera, si se compara con el pavimento tradicional (conglomerado C).
En este caso, también, puede observarse que el grafeno contenido en la composición de aditivo según la presente
invención, aunque dicho grafeno está presente en una cantidad definitivamente pequeña (el 0,01 % en peso en la composición según el ejemplo 8), determina un aumento considerable y sorprendente de la resistencia a la formación de roderas.
En última instancia, todas las evidencias experimentales muestran que la composición de aditivo según la invención permite producir conglomerados bituminosos con prestaciones aumentadas en cuanto a propiedades mecánicas, determinando en consecuencia una extensión de la vida total del pavimento de carreteras fabricado con los mismos. Esto determina no solo un ahorro económico (menos mantenimiento del pavimento de carreteras), sino también una disminución considerable del impacto ambiental (posibilidad de hacer una capa más delgada de conglomerado, si se compara con un conglomerado sin la composición de aditivo según la invención, dada la misma vida útil, con la reducción consecuente de las emisiones de dióxido de carbono debidas a la producción del propio conglomerado), así como un aumento de la seguridad global en el uso del pavimento de carreteras en cuestión.
Claims (14)
- REIVINDICACIONESi. Una composición de aditivo destinada a mezclarse en un conglomerado bituminoso para la pavimentación de carreteras y adecuada para mejorar las propiedades mecánicas de dicho conglomerado bituminoso, que comprende al menos un polímero termoplástico, un compuesto polimérico seleccionado del grupo que consiste en polivinilbutiral (PVB), polietilacrilato (PEA) polimetilacrilato (PMA), polibutilacrilato (PBA), lignina y mezclas de los mismos, y grafeno.
- 2. Composición de aditivo según la reivindicación 1, en la que dicho al menos un polímero termoplástico es una poliolefina, preferiblemente seleccionada del grupo que consiste en polietileno, polipropileno y mezclas de los mismos, y más preferiblemente es una mezcla de polietileno y polipropileno que comprende una cantidad de polietileno de entre el 25 y el 75 % en peso basado en el peso total de la mezcla.
- 3. Composición de aditivo según la reivindicación 1 o 2, en la que dicho polímero termoplástico es un material reciclado.
- 4. Composición de aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho compuesto polimérico es polivinilbutiral (PVB).
- 5. Composición de aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho compuesto polimérico es un compuesto polimérico reciclado.
- 6. Composición de aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho grafeno es grafeno reciclado.
- 7. Composición de aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho grafeno está contenido en dicha composición de aditivo en una cantidad de entre el 0,005 y el 1 %, preferiblemente entre el 0,005 y el 0,15 %, más preferiblemente entre el 0,01 y el 0,1 %, en peso basado en el peso total de la composición.
- 8. Composición de aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho polímero termoplástico está contenido en dicha composición de aditivo en una cantidad de entre el 45 y el 95 %, preferiblemente entre el 50 y el 90 % en peso basado en el peso total de la composición.
- 9. Composición de aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, en la que dicho compuesto polimérico está contenido en dicha composición de aditivo en una cantidad de entre el 5 y el 55 %, preferiblemente entre el 10 y el 50 %, en peso basado en el peso total de la composición.
- 10. Composición de aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, que consiste en los siguientes componentes, expresados en porcentaje en peso basado en el peso total de la composición:material termoplástico 50-95polivinilbutiral 5-50grafeno 0,005-1.
- 11. Composición de aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de estar en forma granular o en forma de astillas, con partículas que tienen un diámetro promedio de entre 0,5 y 10 mm, preferiblemente entre 4 y 6 mm, o en forma de polvo, con partículas que tienen un diámetro promedio comprendido entre 0,08 y 3 mm, preferiblemente entre 0,5 y 3 mm.
- 12. Uso de una composición de aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la producción de conglomerados bituminosos.
- 13. Conglomerado bituminoso adecuado para fabricar un pavimento de carreteras con propiedades mecánicas mejoradas, que comprende agregados, elemento de relleno, betún y una composición de aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicha composición de aditivo está contenida en dicho conglomerado bituminoso en una cantidad de entre el 0,09 y el 15 %, preferiblemente entre el 2 y el 6 %, más preferiblemente el 5 %, en peso basado en el peso total de dicho betún.
- 14. Método para producir un conglomerado bituminoso adecuado para fabricar un pavimento de carreteras con altas prestaciones mecánicas, que comprende la etapa de añadir a dichos agregados, bajo agitación y a una temperatura de entre 130 °C y 200 °C, preferiblemente entre 165 °C y 185 °C, más preferiblemente entre 170 °C y 180 °C, dicha composición de aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, betún y elemento de relleno.
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