ES3033859T3 - Asphalt composition comprising a mixture of an isocyanate and a plasticizer as performanceadditives - Google Patents

Asphalt composition comprising a mixture of an isocyanate and a plasticizer as performanceadditives

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Abstract

: Una composición de asfalto que comprende de 0,1 a 8 % en peso, basado en el peso total de la composición, de un isocianato como compuesto reactivo termoendurecible y de 0,1 a 8 % en peso, basado en el peso total de la composición, de un plastificante seleccionado del grupo que consiste en ortoftalatos, tereftalatos, ciclohexanoatos, azelatos, acetatos, butiratos, valeriatos, alquilsulfonatos, adipatos, benzoatos, dibenzoatos, citratos, maleatos, fosfatos, sebacatos, sulfonamidas, ésteres epoxi, trimelitatos, ésteres de glicerol, succinatos, aceites minerales y plastificantes poliméricos o mezclas de los mismos, en donde el plastificante polimérico se selecciona del grupo que consiste en polímero de ácido hexanodioico con 2,2-dimetil-1,3-propanodiol y éster isononílico de 1,2-propanodiol, polímero de ácido hexanodioico con Éster octílico de 1,2-propanodiol y polímero de ácido hexanodioico con acetato de 1,2-propanodiol o mezclas de los mismos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Composición de asfalto que comprende una mezcla de un isocianato y un plastificante como aditivos de rendimiento
Esta invención se refiere esencialmente a una composición de asfalto que comprende un isocianato y un plastificante seleccionado del grupo que consiste en ortoftalatos, tereftalatos, ciclohexanoatos, alquilsulfonatos, adipatos y citratos o mezclas de los mismos.
La presente invención también se refiere a un proceso para la preparación de una composición de asfalto y el uso en una composición de mezcla de asfalto para aplicaciones de pavimentación. La composición de asfalto de la presente invención muestra un aumento en el rango de temperatura funcional como, por ejemplo, el rango de temperatura útil del asfalto, una mayor elasticidad y un menor potencial de deformación, una mejor trabajabilidad/compactabilidad de las composiciones de mezclas de asfaltos con altos contenidos de RAP (por sus siglas en inglés), una excelente resistencia a la formación de surcos y comportamiento a la fatiga y un mejor rendimiento a baja temperatura (alta resistencia al agrietamiento gracias a una elasticidad suficiente).
En general, el asfalto es un material coloidal que contiene diferentes especies moleculares clasificadas en asfaltenos y maltenos. El asfalto, al ser viscoelástico y termoplástico, experimenta variaciones de sus propiedades en un rango de temperaturas que va desde el frío extremo hasta el calor extremo. El asfalto tiende a reblandecerse con el calor y a agrietarse con el frío extremo. A bajas temperaturas, los asfaltos se vuelven quebradizos y se agrietan, mientras que a altas temperaturas se ablandan y pierden propiedades físicas.
Los pavimentos se oxidan y envejecen continuamente durante su vida útil, lo que da lugar a problemas de durabilidad como resultado de una mayor rigidez y fragilidad y una menor capacidad para relajar las tensiones. Asimismo, el aumento del uso de material de pavimento de asfalto recuperado (RAP) para ahorrar recursos primarios y reducir las emisiones de CO<2>requiere la mejora de la restauración de las propiedades reológicas y de rendimiento de los aglutinantes de asfalto, que contienen altas relaciones de aglutinante procedente de RAP, y las composiciones de mezclas de asfalto correspondientes.
Los altos contenidos de material RAP en las composiciones de mezclas de asfaltos vienen acompañados de muchos retos. La procesabilidad de las composiciones de mezclas de asfaltos es deficiente, ya que los aglutinantes de asfalto envejecidos debido a procesos de envejecimiento oxidativo muestran puntos de reblandecimiento elevados y son así más viscosos. En consecuencia, son necesarias temperaturas de proceso más elevadas para tales composiciones de mezclas de asfaltos. Asimismo, cuando se emplean grandes cantidades de material RAP quebradizo y rígido, la resistencia al agrietamiento a baja temperatura de las composiciones de mezclas de asfaltos correspondientes se ve fuertemente afectada. Es muy deseable mejorar el rendimiento mencionado y las propiedades reológicas de los aglutinantes de asfalto, que contienen altas relaciones de aglutinante procedente de RAP, y las composiciones de mezclas de asfalto correspondientes. Los modificadores convencionales del estado de la técnica rejuvenecen el asfalto RAP envejecido (denominados rejuvenecedores), es decir, se reduce el punto de reblandecimiento, disminuyen las temperaturas de compactación requeridas para las composiciones de mezclas de asfaltos que contienen altas relaciones de RAP (mejor trabajabilidad/compactabilidad) y aumenta la resistencia al agrietamiento a baja temperatura de las composiciones de mezclas de asfaltos con altos contenidos de RAP. Sin embargo, el rendimiento a alta temperatura, es decir, la resistencia a la formación de surcos y el comportamiento a la fatiga de las composiciones de mezclas de asfalto de RAP rejuvenecido no mejora o incluso disminuye.
La adición de un componente reactivo termoestable, tal como los isocianatos, como aglutinante o, en términos más generales, como modificador, permite que las propiedades físicas del asfalto permanezcan más constantes a lo largo de un rango de temperaturas y/o mejoren las propiedades físicas a lo largo del rango de temperaturas al que se somete el asfalto.
Tales asfaltos modificados por aglutinantes o modificadores añadidos son conocidos desde hace años en el estado de la técnica. Sin embargo, la industria del asfalto sigue necesitando asfaltos mejorados. En parte, esto se debe a que los asfaltos modificados con polímeros conocidos actualmente presentan una serie de deficiencias. Entre ellas se incluyen la susceptibilidad a, por ejemplo, la deformación permanente (formación de surcos), la fatiga por flexión, la humedad, la disminución de la elasticidad en operaciones a baja temperatura.
WO 01/30911 A1 divulga una composición de asfalto que comprende, en peso basado en el peso total de la composición, aproximadamente de 1 a 8 %, de un MDI polimérico (por sus siglas en inglés), en donde el MDI polimérico tiene una funcionalidad de al menos 2,5. También se refiere a un proceso para preparar dicha composición de asfalto, usando tiempos de reacción menores a 2 horas. La formación del producto MDI-asfalto se mide por un aumento de la viscosidad del producto o, más preferiblemente, por análisis mecánico dinámico (DMA, por sus siglas en inglés).
WO 01/30912 A1 divulga una emulsión acuosa de asfalto que comprende, además de asfalto y agua, un poliisocianato emulsionable. También se refiere a una composición de agregados que comprende dicha emulsión, y a procesos para preparar dichas composiciones
WO 01/30913 A1 divulga una composición de asfalto que comprende, en peso basado en el peso total de la composición, de aproximadamente 1 a 5 %, de un prepolímero basado en MDI polimérico, en donde el MDI polimérico tiene una funcionalidad de al menos 2,5. También se refiere a un proceso para preparar dicha composición de asfalto.
EP 0537638 B1 divulga composiciones de betún modificadas con polímeros que contienen de 0,5 a 10 partes en peso de polioctenámero funcionalizado por 100 partes en peso de betún y, opcionalmente, agentes reticulantes caracterizados porque el polioctenámero es predominantemente un frans-polioctenámero y contiene grupos carboxilo, así como grupos derivados del mismo, por ejemplo, ácido maleico.
US 2015/0191597 A1 divulga composiciones aglutinantes de asfalto que comprenden asfalto y una mezcla de polímeros, en donde la mezcla de polímeros comprende polietileno de alta densidad oxidado y otro polímero elegido de: polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad y combinaciones de los mismos. Se ha descubierto que la adición de ciertas mezclas de polímeros a las composiciones aglutinantes de asfalto amplía el rango de PG (por sus siglas en inglés) y aumenta la UTI (por sus siglas en inglés) de las composiciones aglutinantes de asfalto.
WO 2018/228840 A1 divulga la modificación de aglutinantes de asfalto con compuestos reactivos termoestables que conducen a un reticulado de los constituyentes del aglutinante y generan una red polimérica elástica fuerte, mostrando propiedades físicas mejoradas con propiedades mantenidas a baja temperatura.
En consecuencia, sería muy deseable disponer de una composición de asfalto y un proceso de preparación relacionado que pudieran evitar todas las desventajas asociadas con las técnicas anteriores, por ejemplo, propiedades elásticas limitantes, baja resistencia a la formación de surcos, comportamiento a la fatiga limitante, rango de temperatura útil limitante y una mala trabajabilidad de las composiciones de mezclas de asfalto con altas cantidades de RAP.
Uno de los objetos de la presente invención era proporcionar una composición de asfalto y una composición de mezcla de asfalto que muestre propiedades físicas mejoradas en términos de una excelente resistencia a la formación de surcos y comportamiento a la fatiga, un rendimiento a baja temperatura mejorado, una alta resistencia al agrietamiento a través de una elasticidad suficiente y una trabajabilidad de mezcla de asfalto mejorada de las composiciones de mezclas de asfalto con altos contenidos de RAP. Asimismo, debía proporcionarse un proceso respectivo de preparación de la composición de asfalto y de la mezcla de asfalto.
Las diferentes propiedades físicas de la composición de asfalto se miden por diferentes pruebas conocidas en la técnica y descritas detalladamente en la sección experimental.
Debe entenderse que la terminología usada a continuación no pretende ser limitante, ya que el alcance de la invención actualmente reivindicada estará limitado únicamente por las reivindicaciones adjuntas. Asimismo, los ejemplos que se usan a continuación para definir los términos deben entenderse en el sentido que la definición del término respectivo no sea limitante por el ejemplo o ejemplos dados.
Asfalto / betún / aglutinante de asfalto / composición de asfalto
De acuerdo con la presente invención, los términos “asfalto”, “betún”, “aglutinante de asfalto” y “composición de asfalto” se usan de forma equivalente. En general, el asfalto es un material coloidal que contiene diferentes especies moleculares clasificadas en asfaltenos y maltenos.
El asfalto / betún / aglutinante de asfalto / composición de asfalto puede ser no modificado o modificado. El asfalto no modificado / betún / aglutinante de asfalto / composición de asfalto o también llamado betún de grado de pavimentación / asfalto de grado de pavimentación (aglutinante) puede ser por ejemplo, un grado de penetración (= grado de penetración) 50/70 o 70/100 (penetración de aguja determinada de acuerdo con DIN EN 1426). Las composiciones de asfaltos modificadas pueden ser, por ejemplo, betún modificado con polímeros (PmB, por sus siglas en inglés). El polímero respectivo puede seleccionarse del grupo que consiste en elastómeros termoplásticos, látex, polímeros termoplásticos, polímeros termoestables y mezclas de dos o más de los mismos. Un elastómero termoplástico puede ser, por ejemplo, elastómero de estireno butadieno (SBE), estireno butadieno estireno (SBS) o caucho de estireno butadieno (SBR); (por sus siglas en inglés, respectivamente). Un ejemplo de betún modificado con SBS es el PmB 25/55-55 RC.
Material granular / agregados
De acuerdo con la presente invención, el término “material granular” se usa de forma similar para describir un componente que también puede describirse como un “agregado” o como “agregados”. Además, de acuerdo con la presente invención, un material granular o un agregado puede comprender uno o más de grava, arena, material de relleno y agregados finos. A este respecto, se divulgan en la presente otras realizaciones específicas y/o preferidas.
Pavimento de asfalto recuperado
De acuerdo con la presente invención, los términos “pavimento de asfalto recuperado” (también abreviado como RAP), “asfalto reciclado”, “material de pavimento de asfalto recuperado” y “mezcla de asfalto recuperado” se usan de forma similar para describir un material que también puede describirse como “pavimento reprocesado que contiene asfalto y agregados”.
Composición de la mezcla de asfalto / mezcla de asfalto
De acuerdo con la presente invención, los términos “composición de mezcla de asfalto” y “mezcla de asfalto” se usan para describir una mezcla de agregados / material granular, asfalto recuperado, cualquier tipo de aditivos (por ejemplo, compuestos reactivos termoestables, fibras, rejuvenecedores, modificadores reactivos, plastificantes, ceras, tensioactivos, etc.), y composiciones de asfalto / betún / aglutinante de asfalto / asfalto (modificado o sin modificar).
Asfalto recuperado / betún recuperado / aglutinante de asfalto recuperado
De acuerdo con la presente invención, el término “asfalto recuperado” o “betún recuperado” o “aglutinante de asfalto recuperado” se usa para describir el asfalto / betún / aglutinante de asfalto que se extrae de las composiciones de mezclas de asfalto. A continuación se describe el procedimiento de recuperación correspondiente.
La respuesta elástica y la conformidad de fluencia no recuperable (J<nr>, por sus siglas en inglés) se calculan en la prueba de recuperación de fluencia de esfuerzos múltiples (MSCR, por sus siglas en inglés) en la que el asfalto se somete a una carga constante por un tiempo fijo. La deformación total por un periodo específico se indica en % y corresponde a una medida de la elasticidad del aglutinante.
Un reómetro de flexión (BBR, por sus siglas en inglés) se usa para determinar la rigidez del asfalto a bajas temperaturas y usualmente se refiere a la rigidez a la flexión del asfalto. Estos parámetros dan una indicación de la capacidad de un aglutinante de asfalto para resistir el agrietamiento a baja temperatura. El BBR se usa para determinar el grado de baja temperatura de un aglutinante de asfalto.
Por consiguiente, se encontró una composición de asfalto que comprende de 0,1 a 8 % en peso basado en el peso total de la composición de un isocianato como compuesto reactivo termoestable, y de 0,1 a 8 % en peso basado en el peso total de la composición de un plastificante seleccionado del grupo que consiste en ortoftalatos, tereftalatos, ciclohexanoatos, alquilsulfonatos, adipatos y citratos o mezclas de los mismos.
De acuerdo con otro aspecto de la invención se proporciona un proceso para la preparación de una composición de asfalto que comprende los siguientes pasos:
a) calentar el asfalto de partida a una temperatura de 110 a 190 °C,
b) añadir la cantidad deseada de isocianato y el plastificante respectivo en la cantidad deseada, en donde el orden de adición de los aditivos deseados no es decisivo o el isocianato respectivo y el plastificante respectivo se mezclan por separado y se añaden como mezcla,
c) después del paso b), la mezcla de reacción se agita por al menos 2 h a una temperatura en el rango de 110 a 190 °C o se homogeneiza por una duración en el rango de 2 a 180 s y, opcionalmente
d) el final de la reacción se determina por espectroscopia IR, en donde la reacción se produce bajo una atmósfera de oxígeno.
Lo que cumple los objetos de la invención. Además, se proporciona el uso de una composición de asfalto para la preparación de una composición de mezcla de asfalto y el uso de una composición de mezcla de asfalto en aplicaciones de pavimentación.
Sorprendentemente, se ha podido comprobar que una composición de asfalto que comprende una combinación de isocianato y plastificante de acuerdo con la invención y la composición de mezcla de asfalto relacionada muestran una mayor resistencia a la formación de surcos, un mejor comportamiento a la fatiga, mejores propiedades elásticas combinadas con un mejor comportamiento a baja temperatura. En contraste con los rejuvenecedores del estado de la técnica, la invención proporciona un mejor comportamiento contra la formación de surcos y la fatiga de las composiciones de mezclas de asfalto que contienen altas relaciones de RAP adicionalmente: i) se reduce el punto de reblandecimiento de la mezcla aglutinante que contiene una alta relación de aglutinante fuertemente envejecido a partir de RAP, ii) se pueden reducir las temperaturas de compactación de la composición de mezcla de asfalto correspondiente con un alto contenido de RAP y se mejora la trabajabilidad de la mezcla, iii) se mejora la resistencia al agrietamiento a baja temperatura de la mezcla de asfalto correspondiente.
Sin limitarse a esta teoría, actualmente se cree que esto se debe a la diferente reacción del isocianato como compuesto reactivo termoestable y del plastificante con las diferentes especies moleculares clasificadas en asfaltenos y maltenos del asfalto respectivo. Se necesita una morfología específica de las estructuras coloidales para obtener los rendimientos resultantes. Un compuesto reactivo termoestable reaccionará con el grupo fenólico, carboxílico, tiol, anhídrido y/o pirrólico o cualquier grupo reactivo de los componentes del asfalto y enlazará los asfaltenos entre sí, dando lugar a partículas más grandes en la composición de asfalto resultante. Además, el plastificante modificará la fase de malteno favoreciendo la formación de una estructura coloidal mejorada del asfalto modificado, resultando en un rendimiento no esperado, especialmente en términos de una resistencia mejorada al agrietamiento a baja temperatura de la mezcla de asfalto correspondiente y una trabajabilidad mejorada de la mezcla con un alto contenido de RAP. Debido al aumento de la estabilidad, esto puede ofrecer, por ejemplo, la oportunidad de reducir la dimensión de las capas de subbase en las que típicamente se usan grandes cantidades de RAP. Así se ahorran costes y material y se reducen las emisiones de CO<2>.
Las realizaciones preferidas se explican en las reivindicaciones y en la memoria descriptiva. Se entiende que las combinaciones de realizaciones preferidas están dentro del alcance de la presente invención.
De acuerdo con la invención, la composición de asfalto comprende un isocianato como compuesto reactivo termoestable y de 0,1 a 8 % en peso basado en el peso total de la composición de un plastificante seleccionado del grupo que consiste en ortoftalatos, tereftalatos, ciclohexanoatos, alquilsulfonatos, adipatos y citratos o mezclas de los mismos.
En general, un asfalto usado en la presente invención puede ser cualquier asfalto conocido y generalmente cubre cualquier compuesto de betún. Puede ser cualquiera de los materiales denominados betún, aglutinante de asfalto o asfalto. Por ejemplo, betún destilado, soplado, de alto vacío y recortado, y también, por ejemplo, hormigón de asfalto, asfalto fundido, mástico de asfalto y asfalto natural. Por ejemplo, se puede usar un asfalto directamente destilado que tenga, por ejemplo, una penetración de 80/100 o 180/220. Por ejemplo, el asfalto puede estar libre de cenizas volantes.
Preferiblemente el asfalto tiene una penetración de 20-30, 30-45, 35-50, 40-60, 50-70, 70-100, 100-150, 160-220, 250-330 o grados de rendimiento de 52-16, 52-22, 52-28, 52-34, 52-40, 58-16, 58-22, 58-28, 58-34, 58-40, 64-16, 64-22, 64-28, 64-34, 64-40, 70-16, 70-22, 70-28, 70-34, 70-40, 76-16, 76-22, 76-28, 76-34, 76-40, más preferiblemente, el asfalto tiene una penetración de 30-45, 35-50, 40-60, 50-70, 70-100, 100-150, 160-220 o grados de rendimiento de52-16, 52-22, 52-28, 52-34, 52-40, 58-16, 58-22, 58-28, 58-34, 58-40, 64-16, 64-22, 64-28, 64 34, 70-16, 70-22, 70-28, 76-16, 76-22, más preferiblemente el asfalto tiene una penetración40-60, 50-70, 70-100, 100-150 o grados de rendimiento de 52-16, 52-22, 52-28, 52-34, 52-40, 58-16, 58-22, 58-28, 58-34, 64-16, 64-22, 64-28, 70-16, 70-22, 76-16, 76-22.
Generalmente, un compuesto reactivo termoestable es un compuesto que podría reaccionar químicamente con las diferentes especies moleculares clasificadas en asfaltenos y maltenos del asfalto respectivo, y ayuda a generar una morfología específica de estructuras coloidales resultando en que las propiedades físicas del asfalto permanezcan más constantes a lo largo de un amplio rango de temperaturas y/o incluso mejoren las propiedades físicas a lo largo del rango de temperaturas al que está sometido el asfalto.
De acuerdo con la invención la cantidad de un isocianato como compuesto reactivo termoestable en la composición de asfalto es no mayor a 8,0 % en peso basado en el peso total de la composición de asfalto. Preferiblemente no mayor a 5,0 % en peso, más preferiblemente no mayor a 4,0 % en peso, más preferiblemente no mayor a 3,0 % en peso, basado en el peso total de la composición de asfalto. De acuerdo con la invención, la cantidad de un isocianato como compuesto reactivo termoestable en la composición de asfalto es de al menos 0,1 % en peso, preferiblemente de al menos 0,5 % en peso, más preferiblemente de al menos 0,7 % en peso, más preferiblemente de al menos 0,9 % en peso basado en el peso total de la composición de asfalto. Por ejemplo, la cantidad de un isocianato como compuesto reactivo termoestable en la composición de asfalto puede estar en el rango de 0,5 % en peso a 3,8 % en peso, en el rango de 0,8 % en peso a 2,7 % en peso, en el rango de 1,0 % en peso a 3,9 % en peso, en el rango de 1,1 % en peso a 2,0 % en peso, en el rango de 1,8 % en peso a 3,2 % en peso, en el rango de 2,1 % en peso a 3,7 % en peso, o en el rango de 0,5 % en peso a 3,5 % en peso.
El isocianato como compuesto reactivo termoestable de acuerdo con la invención puede ser cualquier isocianato, siempre que sea compatible con el asfalto, preferiblemente es diisocianato de tolueno (TDI, por sus siglas en inglés), diisocianato de hexametileno (HDI, por sus siglas en inglés), MDI polimérico, MDI monomérico, prepolímeros de MDI, más preferiblemente es TDI, MDI polimérico, MDI monomérico, más preferiblemente es MDI polimérico, MDI monomérico, por ejemplo, MDI polimérico.
Generalmente, el TDI es conocido en la técnica y se conoce como diisocianato de tolueno (TDI) es un compuesto orgánico que se presenta en diferentes isómeros. De acuerdo con la invención puede usarse cualquiera de los isómeros conocidos o mezclas de diferentes isómeros de TDI, siempre que sea compatible con el asfalto. Preferiblemente es 2,4-TDI puro o una mezcla de 2,4- y 2,6-TDI, más preferiblemente es una mezcla de isómeros 2,4- y 2,6-TDI, por ejemplo, una mezcla 80/20 o 65/35 de los isómeros 2,4- y 2,6-TDI.
Generalmente, el HDI es conocido en la técnica y se conoce como diisocianato de hexametileno (HDI), que es un diisocianato alifático. De acuerdo con la invención puede usarse cualquiera de los HDI conocidos, siempre que sea compatible con el asfalto.
Generalmente, el prepolímero de MDI es conocido en la técnica y es el producto de reacción del MDI polimérico con un poliol. El MDI polimérico como una parte del prepolímero MDI es conocido en la técnica y se conoce como poliisocianato de polimetileno y polifenileno, y también se denomina poliisocianato de poliarileno o poliisocianato de polifenilmetano. Puede comprender cantidades variables de isómeros como, por ejemplo, isómeros 4,4'-, 2,2'-y 2,4'-. Preferiblemente, la cantidad de isómeros de 4,4'-MDI está en el rango de 26 % a 98 %, más preferiblemente en el rango de 30 % a 95 %, más preferiblemente en el rango de 35 % a 92 %. Preferiblemente, el contenido de 2 anillos de MDI polimérico está en el rango de 20 a 62, más preferiblemente en el rango de 26 % a 48 %, más preferiblemente en el rango de 26 % a 42 %. También puede comprender variantes modificadas que contengan grupos carbodiimida, uretonimina, isocianurato, uretano, alofanato, urea o biuret. Todo esto se denominará en lo sucesivo pMDI (por sus siglas en inglés). El poliol que se usa para preparar el prepolímero es cualquier poliol que pueda usarse en este campo, siempre que sea compatible con el asfalto. Se puede usar cualquier poliol de alto peso molecular usado en la invención puede ser cualquiera de los polioles, o mezclas de los mismos, usados en la fabricación de poliuretanos, que tengan un peso equivalente de hidroxilo promedio de al menos 50, preferiblemente de 50 a 10.000, más preferiblemente de 500 a 5.000. Estos polioles pueden ser polioles de poliéter, polioles de poliéster, polioles de poliésteramidas, polioles de polietiléter, polioles de policarbonato, polioles de poliacetal, polioles de poliolefina y similares. Los polioles preferidos son los poliéteres (especialmente el polipropilenglicol), los poliésteres (especialmente los poliésteres aromáticos) y los polioles de poliolefina (especialmente el polibutadieno). La funcionalidad del poliol es preferiblemente 2-4, más preferiblemente 2-3 y más preferiblemente 2. Un poliol particularmente preferido es el polipropilenglicol (PPG, por sus siglas en inglés), por ejemplo, el PPG 2000. Para producir el prepolímero pueden usarse procesos conocidos por los expertos en la técnica. El valor NCO (por sus siglas en inglés) del prepolímero puede variar dentro de unos límites amplios. Puede ser de aproximadamente 6 a 30, preferiblemente de aproximadamente 9 a 25. De hecho, la relación poliol/pMDI puede variar de 2/98 a 80/20 en relación en peso.
Generalmente, el MDI polimérico es conocido en la técnica y se conoce como poliisocianato de polimetileno polifenileno y también se denomina poliisocianato de poliarileno o poliisocianato de polifenilmetano. Puede contener cantidades variables de isómeros como, por ejemplo, isómeros 4,4'-, 2,2'- y 2,4'-. Preferiblemente, la cantidad de isómeros de 4,4'-MDI está en el rango de 26 % a 98 %, más preferiblemente en el rango de 30 % a 95 %, más preferiblemente en el rango de 35 % a 92 %. Preferiblemente, el contenido de 2 anillos de MDI polimérico está en el rango de 20 a 62, más preferiblemente en el rango de 26 % a 48 %, más preferiblemente en el rango de 26 % a 42 %. También puede comprender variantes modificadas que contengan grupos carbodiimida, uretonimina, isocianurato, uretano, alofanato, urea o biuret. Todo esto se denominará en lo sucesivo pMDI. Preferiblemente, el pMDI usado de acuerdo con la invención tiene una funcionalidad de isocianato promedio de al menos 2,3, más preferiblemente de al menos 2,5, más preferiblemente de al menos 2,7, por ejemplo, 2,8, 2,9 o 3,0.
Generalmente, la pureza del MDI polimérico no está limitada a ningún valor, preferiblemente el pMDI usado de acuerdo con la invención tiene un contenido de hierro de 1 a 100 ppm, más preferiblemente de 1 a 70 ppm, más preferiblemente de 1 a 60 ppm.
Generalmente, el MDI monomérico (mMDI, por sus siglas en inglés) es conocido en la técnica y se conoce como diisocianato de metileno y difenilo. Puede presentarse en forma de diferentes isómeros, como los isómeros 4,4'-, 2,2'- y 2,4'-. De acuerdo con la invención puede usarse cualquiera de los isómeros conocidos o mezclas de diferentes isómeros de mMDI, siempre que sea compatible con el asfalto. Preferiblemente es 4,4'-MDI puro, una mezcla de 2,4'-MDI y 4,4'-MDI, una mezcla de 2,4'-MDI y 4,4'-MDI con contenido reducido de 2,2'-Md I, más preferiblemente es 4,4'-MDI puro, una mezcla de 2,4'-MD<i>y 4,4'-MDI, más preferiblemente es 4,4'-MDI puro. Preferiblemente, la cantidad de isómeros de 4,4'-MDI está en el rango de 40 a 99,5 %, más preferiblemente en el rango de 44 % a 99 %, más preferiblemente en el rango de 46 % a 98,5 %.
También puede comprender variantes modificadas que contengan grupos carbodiimida, uretonimina, isocianurato, uretano, alofanato, urea o biuret. Todo ello se denominará en lo sucesivo mMDI. Preferiblemente, el mMDI usado de acuerdo con la invención tiene una funcionalidad de isocianato promedio de al menos 2,0, más preferiblemente de al menos 2,1, más preferiblemente de al menos 2,15, por ejemplo, 2,2, 2,3 o 2,4.
En general, los plastificantes son aditivos que aumentan la plasticidad o disminuyen la viscosidad de un material y alteran sus propiedades físicas. Disminuyen la atracción entre las cadenas poliméricas para hacerlas más flexibles. De acuerdo con la invención puede usarse cualquiera de los plastificantes conocidos, siempre que sea compatible con el asfalto.
Preferiblemente, el plastificante se selecciona del grupo que consiste en ortoftalatos, tereftalatos, ciclohexanoatos, alquilsulfonatos, adipatos y citratos o mezclas de los mismos.
Los ortoftalatos preferidos pueden ser (DINP) ftalato de diisononilo, (DIDP) ftalato de diisodecilo, (DPHP) ftalato de bis(2-propilheptilo), (DEHP) ftalato de bis(2-etilhexilo), (DBP) ftalato de dibutilo, (DIBP) ftalato de diisobutilo, (BBP) ftalato de bencilo y butilo o mezclas de los mismos; (por sus siglas en inglés, respectivamente). Los ortoftalatos más preferidos pueden ser (DINP) ftalato de diisononilo.
Los tereftalatos preferidos pueden ser (DEHTP) tereftalato de bis(2-etilhexilo), (DBT) tereftalato de diisobutilo o mezclas de los mismos; (por sus siglas en inglés, respectivamente).
El tereftalato más preferido puede ser el (DEHTP) tereftalato de bis(2-etilhexilo).
El ciclohexanoato más preferido puede ser el éster diisononílico del ácido 1,2-ciclohexanodicarboxílico (DINCH, por sus siglas en inglés).
El alquilsulfonato más preferido puede ser el éster de ácido (C10-C21)-alquilsulfónico de fenol.
Los adipatos preferidos pueden ser (DEHA) adipato de dietilhexilo (adipato de bis(2-etilhexilo)), (DINA) adipato de diisononilo (adipato de bis(7-metiloctilo)), (DIDA) adipato de diisodecilo o mezclas de los mismos; (por sus siglas en inglés). Los adipatos más preferidos pueden ser (DINA) adipato de diisononilo (adipato de bis(7-metiloctilo)).
Los citratos preferidos pueden ser (ATBC) citrato de acetilo y tributilo, (TBC) citrato de tributilo, (TEC) citrato de trietilo o mezclas de los mismos; (por sus siglas en inglés).
Los citratos más preferidos pueden ser (ATBC) citrato de acetilo y tributilo.
Preferiblemente, el plastificante se selecciona del grupo que consiste en ftalato de diisononilo, ftalato de diisodecilo, ftalato de bis(2-propilheptilo), ftalato de bis(2-etilhexilo), tereftalato de bis(2-etilhexilo), ftalato de dibutilo, ftalato de diisobutilo, ftalato de bencilo y butilo, tereftalato de diisobutilo, ácido 1,2-ciclohexanodicarboxílico de diisononilo y éster de ácido (C10-C21)-alquilsulfónico de fenol o mezclas de los mismos.
Más preferiblemente, el plastificante se selecciona del grupo que consiste en tereftalato de bis(2-etilhexilo), éster de ácido (C10-C21)-alquilsulfónico de fenol y ácido 1,2-ciclohexanodicarboxílico de diisononilo o mezclas de los mismos.
Preferiblemente, el plastificante es el ácido 1,2-ciclohexanodicarboxílico de diisononilo (DINCH).
De acuerdo con la invención, la cantidad de un plastificante o de una mezcla de plastificantes en la composición de asfalto es no mayor a 8,0 % en peso basado en el peso total de la composición de asfalto. Preferiblemente no mayor a 5,0 % en peso, más preferiblemente no mayor a 4,0 % en peso, más preferiblemente no mayor a 3,0 % en peso, basado en el peso total de la composición de asfalto. De acuerdo con la invención, la cantidad de un plastificante o una mezcla de plastificantes en la composición de asfalto es de al menos 0,1 % en peso, preferiblemente de al menos 0,5 % en peso, más preferiblemente de al menos 0,7 % en peso, más preferiblemente de al menos 0,9 % en peso basado en el peso total de la composición de asfalto. Por ejemplo, la cantidad de un plastificante o de una mezcla de plastificantes en la composición de asfalto puede estar en el rango de 0,5 % en peso a 3,8 % en peso, en el rango de 0,8 % en peso a 2,7 % en peso, en el rango de 1,0 % en peso a 3,9 % en peso, en el rango de 1,1 % en peso a 2,0 % en peso, en el rango de 1,8 % en peso a 3,2 % en peso, en el rango de 2,1 % en peso a 3,7 % en peso, o en el rango de 0,5 % en peso a 3,5 % en peso.
Pueden añadirse adicionalmente aditivos opcionales conocidos en la técnica a la composición de acuerdo con la invención para adaptar las propiedades de la composición de asfalto dependiendo de la aplicación respectiva. Los aditivos pueden ser, por ejemplo, ceras. Estas ceras, si se usan como aditivo adicional en la composición aglutinante de asfalto, pueden ser ceras funcionalizadas o sintéticas, o ceras de origen natural. Asimismo, la cera puede estar oxidada o no. Los ejemplos no exclusivos de ceras sintéticas incluyen cera de etileno bis-estearamida (EBS), cera de Fischer-Tropsch (FT), cera de Fischer-Tropsch oxidada (FTO), ceras de poliolefina tal como cera de polietileno (PE), cera de polietileno oxidada (OxPE), cera de polipropileno, cera de alcohol de polipropileno/polietileno, cera de silicona, ceras de petróleo tal como cera microcristalina o parafina, y otras ceras sintéticas; (por sus siglas en inglés, respectivamente). Los ejemplos no exclusivos de ceras funcionalizadas son las ceras de amina, las ceras de amida, las ceras de éster, las ceras de ácido carboxílico y las ceras microcristalinas. Las ceras naturales pueden proceder de una planta, de un animal, de un mineral o de otras fuentes. Los ejemplos no exclusivos de ceras naturales incluyen ceras vegetales como la cera de candelilla, la cera de carnauba, la cera de arroz, la cera de Japón y el aceite de jojoba; ceras animales como la cera de abeja, la lanolina y la cera de ballena; y ceras minerales como la cera de montan, la ozoquerita y la ceresina. También son adecuadas las mezclas de las ceras mencionadas, tal como, por ejemplo, la cera puede incluir una mezcla de una cera de Fischer-Tropsch (FT) y una cera de polietileno.
Los antioxidantes pueden usarse en cantidades convencionales como aditivos adicionales para las composiciones aglutinantes del asfalto para prevenir la degradación oxidativa de los polímeros que causa una pérdida de resistencia y flexibilidad en estos materiales.
Las cantidades convencionales con respecto a los aditivos opcionales están en el rango de 0,1 a 5 % en peso basado en la cantidad total de la composición de asfalto respectiva. Por ejemplo, las cantidades convencionales son de 0,2 a 3 % en peso, de 0,5 a 2,8 % en peso o de 0,6 a 2,5 % en peso.
Generalmente, la cantidad de isocianato como compuesto reactivo termoestable y la cantidad de plastificante pueden depender de la composición de asfalto respectivo. Para el asfalto duro que tiene una penetración de aguja por debajo de 85 puede ser necesario menos compuesto reactivo termoestable, por ejemplo, pMDI, y para el asfalto blando que tiene una penetración de aguja por encima de 85 puede ser necesaria una mayor cantidad del respectivo compuesto reactivo termoestable, por ejemplo, pMDI. Sin limitarse a esta teoría, actualmente se cree que la cantidad del compuesto reactivo termoestable debe reajustarse debido a la diferente concentración de asfalteno en los distintos asfaltos. En los asfaltos blandos, lo que corresponde a una penetración de la aguja mayor a 85, los asfaltenos están diluidos, por lo tanto menos concentrados, lo que requiere una mayor cantidad del respectivo compuesto reactivo termoestable, por ejemplo, pMDI, y más oxidación, que puede ser suministrada por la atmósfera de oxígeno del proceso de preparación de una composición de asfalto, para conseguir un mejor rendimiento. Lo mismo puede imaginarse para la fase de maltena del asfalto respectivo con la que se cree que interactúan los polímeros respectivos.
Generalmente, para el asfalto que tiene una penetración de aguja menor a 85 que corresponde a un grado de rendimiento que tiene un límite de alta temperatura de al menos 64, la cantidad del isocianato como compuesto reactivo termoestable seleccionado del grupo que consiste en MDI polimérico, resinas epoxídicas y resinas de melamina formaldehído en la composición de asfalto puede estar en el rango de 0,1 a 3,0 % en peso, preferiblemente la cantidad del compuesto reactivo termoestable es no mayor a 2,5 % en peso, más preferiblemente es no mayor a 2,3 % en peso, particularmente es no mayor a 2,0 % en peso y la cantidad del reactivo termoestable es al menos 0,1 % en peso, preferiblemente al menos 0,5 % en peso, más preferiblemente al menos 0,7 % en peso, más preferiblemente al menos 1,0 % en peso basado en el peso total de la composición de asfalto.
Generalmente, para el asfalto que tiene una penetración de aguja mayor a 85 que corresponde a un grado de rendimiento que tiene un límite de alta temperatura de 64 o menor, la cantidad del compuesto reactivo termoestable seleccionado del grupo que consiste en MDI polimérico, resinas epoxídicas y resinas de melamina formaldehído en la composición de asfalto puede estar en el rango de 2,0 % en peso a 100 % en peso, preferiblemente la cantidad del compuesto reactivo termoestable es no mayor a 5,0 % en peso, más preferiblemente es no mayor a 4,5 % en peso, particularmente es no mayor a 4,0 % en peso y la cantidad del reactivo termoestable es al menos 2,0 % en peso, preferiblemente al menos 2,5 % en peso, más preferiblemente al menos 2,7 % en peso, más preferiblemente al menos 3,0 % en peso basado en el peso total de la composición de asfalto.
Adicionalmente a lo descrito anteriormente también se puede ajustar la cantidad de plastificante en función de las características del asfalto usado. La relación porcentual en peso de isocianato como compuesto reactivo termoestable y plastificante puede estar en el rango de 80:1 a 1:80, preferiblemente en el rango de 10:1 a 1:10, más preferiblemente en el rango de 5:1 a 1:5, más preferiblemente en el rango de 3:1 a 1:3, por ejemplo, 2:1 a 1:2 o 1:1.
Generalmente, modificando un asfalto se puede mejorar el rendimiento en términos de diferentes propiedades físicas, por ejemplo, se puede conseguir una mayor respuesta elástica.
La combinación de isocianato y plastificante como aditivo en un asfalto resulta en un efecto sinérgico, lo que significa que un asfalto que comprende la combinación de isocianato y plastificante sorprendentemente muestra un rendimiento mucho mejor, que un asfalto que comprende cada componente individual solo.
Las composiciones de asfaltos de la presente invención pueden usarse como cualquier composición de asfalto clásica de las técnicas anteriores. Las composiciones de asfaltos de la invención pueden ser especialmente útiles para la producción de:
• pinturas y recubrimientos, particularmente para impermeabilización,
• masillas para rellenar juntas y sellar grietas
• lechadas y superficies vertidas en caliente para el revestimiento de carreteras, aeródromos, terrenos deportivos, etc.
• en mezcla con piedra para obtener agregados (que comprenden aproximadamente 5-20 % de la composición de asfalto) por ejemplo, mezcla de asfalto
recubrimientos en caliente para revestimientos como los anteriores
recubrimientos superficiales para revestimientos como los anteriores
emulsiones de asfaltos
mezcla de asfalto templada (WMA, por sus siglas en inglés)
mezcla de asfalto en caliente (HMA, por sus siglas en inglés)
Por consiguiente, la presente invención se refiere a un proceso para la preparación de una composición de asfalto de acuerdo con la invención, que comprende los siguientes pasos
a) calentar el asfalto de partida a una temperatura de 110 a 190 °C,
b) añadir la cantidad deseada de isocianato y el plastificante respectivo en la cantidad deseada, en donde el orden de adición de los aditivos deseados no es decisivo o el isocianato respectivo y el plastificante respectivo se mezclan por separado y se añaden como mezcla,
c) después del paso b), la mezcla de reacción se agita por al menos 2 h a una temperatura en el rango de 110 a 190 °C o se homogeneiza por una duración en el rango de 2 a 180 s y, opcionalmente
d) el final de la reacción se determina por espectroscopia IR,
en donde la reacción se produce bajo una atmósfera de oxígeno.
Por ejemplo, el proceso de la invención puede realizarse a una temperatura de 110 a 190 °C en el paso a) y/o en el paso c). Preferiblemente la temperatura está en el rango de 110 a 180 °C, más preferiblemente en el rango de 115 a 170 °C, más preferiblemente en el rango de 120 a 165 °C, por ejemplo, la temperatura está en el rango de 121 a 162 °C.
Generalmente, las temperaturas en los pasos a), b) y c) están en el rango de 110 a 190 °C y pueden diferir en cada paso. Preferiblemente, la temperatura en cada uno de los tres pasos es la misma y está en el rango de 110 a 190 °C, más preferiblemente la misma y está en el rango de 110 °C a 170 °C, más preferiblemente la misma y está en el rango de 110 °C a 165 °C.
De acuerdo con la invención en el paso b) del proceso para la preparación de la composición de asfalto, se añade bajo agitación la cantidad deseada de isocianato como compuesto reactivo termoestable y la cantidad deseada de plastificante. El isocianato puede añadirse primero y después la cantidad deseada de plastificante o al revés. El isocianato y el plastificante pueden añadirse al mismo tiempo con agitación o en forma de mezcla. La cantidad deseada puede estar en el rango de 0,1 a 8 % en peso basado en el peso total de la composición para ambos componentes.
Generalmente, la cantidad también puede determinarse por valoración potenciométrica en la que se determinará el número de grupos reactivos en un asfalto y se correlacionará con el peso equivalente de grupos reactivos del compuesto termoestable respectivo. Los métodos de valoración son conocidos en la técnica.
Por lo general, el asfalto de distintos proveedores difiere en cuanto a su composición dependiendo de qué yacimiento proceda el crudo, así como del proceso de destilación en las refinerías. Sin embargo, la cantidad total acumulada de grupo reactivo para el isocianato como compuesto reactivo termoestable puede estar en el rango de 3,1 a 4,5 mg KOH/g.
Por ejemplo, un asfalto con un índice de penetración de 50-70 o 70-100 resulta en una cantidad estequiométrica para pMDI de 0,8 a 1,2 % en peso. Se usará un exceso adicional de isocianato para reaccionar con las funcionalidades recién formadas debido a la sensibilidad a la oxidación de los componentes de asfaltos bajo temperaturas elevadas durante la preparación de la composición de asfalto.
De acuerdo con la invención, el paso c) del proceso se realiza después del paso b). La mezcla de reacción se agita a una temperatura en el rango de 110 a 190 °C por al menos 2 h, preferiblemente el tiempo de mezcla es de al menos 2,1 h, más preferiblemente el tiempo de mezcla es de al menos 2,2 h, más preferiblemente el tiempo de mezcla es de al menos 2,5h. Después de agitar por al menos 2 h a una temperatura en el rango de 110 a 190 °C, se completa la reacción de reticulación de los grupos reactivos del compuesto termoestable y los grupos reactivos del asfalto, así como la reacción de reticulación por oxidación. Para completar la reacción de reticulación se necesitan al menos 2 h, preferiblemente al menos 2,1 h, más preferiblemente al menos 2,2 h, más preferiblemente al menos 2,5 h.
Como alternativa, la mezcla de reacción puede homogeneizarse a una temperatura en el rango de 110 a 190 °C por un tiempo en el rango de 2 a 180 s, preferiblemente por un tiempo de 2 a 60 s, más preferiblemente por un tiempo de 5 a 40 s, más preferiblemente por un tiempo de 8 a 30 s, más preferiblemente por un tiempo de 10 a 25 s, más preferiblemente por un tiempo de 12 a 20 s. La homogeneización se consigue con la ayuda de uno o más elementos mezcladores dinámicos, más preferiblemente con la ayuda de una o más bombas de circulación y/o mezcladores de alto esfuerzo de corte y/o uno o más agitadores y/o uno o más tornillos, más preferiblemente con la ayuda de uno o más agitadores. Durante este proceso de homogeneización del compuesto reactivo termoestable, el plastificante y el asfalto respectivo, la reacción de reticulación de los grupos reactivos solamente se induce y no finaliza.
La finalización de la reacción de reticulación tiene lugar en el proceso de producción de la composición de mezcla de asfalto (2) en el que la mezcla del asfalto respectivo y el compuesto reactivo termoestable y el plastificante (1) se añade a un material granular por ejemplo, a una temperatura en el rango de 110 a 240 °C y de nuevo se homogeneiza por una duración en el rango de 5 a 180 s. Tal proceso es conocido en la técnica y se describe en detalle por ejemplo, en EP 19198042.4. Debido a la elevada superficie del material granular, la finalización de la reacción de reticulación es más rápida que en la otra alternativa bajo agitación.
Se prefiere que la adición en (2) se realice por inyección de al menos una porción de la mezcla (1) en al menos una porción de material granular. Es particularmente preferible que la adición en (2) se realice por inyección de al menos una porción de la mezcla (1) en al menos una porción de material granular con ayuda de una bomba de dosificación.
Se prefiere que la homogeneización en (2) se logre con la ayuda de uno o más elementos mezcladores dinámicos, más preferiblemente con la ayuda de uno o más agitadores y/o uno o más tornillos, más preferiblemente con la ayuda de un mezclador obligatorio de doble eje (mezclador de doble eje).
Se prefiere que la homogeneización en (2) se realice en un dispositivo mezclador. Se prefiere particularmente que el dispositivo mezclador forme parte de una planta mezcladora de asfalto.
En el caso de que la homogeneización en (2) se realice en un dispositivo mezclador, se prefiere que el material granular se añada al dispositivo mezclador antes de añadir la mezcla de asfalto (1).
Se prefiere que en (2), la adición y la homogeneización se realicen simultáneamente.
Se prefiere que (c) y/o (2), más preferiblemente (c) y (2), se lleven a cabo como un proceso discontinuo o como un proceso continuo. Se prefiere particularmente que (c) y/o (2), más preferiblemente (c) y (2), se lleven a cabo como un proceso continuo.
De acuerdo con la invención, el proceso para la preparación de una composición de asfalto y el proceso de producción de la composición de mezcla de asfalto (2), tienen que realizarse bajo una atmósfera de oxígeno. Preferiblemente la concentración de oxígeno en la atmósfera de oxígeno está en el rango de 1 a 21 % en vol, más preferiblemente la concentración de oxígeno en la atmósfera de oxígeno está en el rango de 5 a 21 % en vol, más preferiblemente la concentración de oxígeno en la atmósfera de oxígeno está en el rango de 10 a 21 % en vol, por ejemplo, el proceso de la presente invención se realiza bajo aire o bajo una atmósfera saturada de oxígeno.
El proceso de la invención no está limitado a un asfalto especial como material de partida, lo que significa que también el asfalto modificado por polímeros (PmA, por sus siglas en inglés) disponible comercialmente puede modificarse adicionalmente por el proceso de la presente invención añadiendo un isocianato como compuesto termoestable y un polímero a un PmA o diluir un PmA con un betún virgen y usar éste como material de partida para el proceso de modificación de acuerdo con la invención. También puede ocurrir que un PmA disponible comercialmente se mezcle con un asfalto modificado sintetizado de acuerdo con el proceso de la presente invención.
En general, el proceso no está limitado a realizarse en un recipiente de reacción, por ejemplo, un contenedor. El asfalto respectivo puede hacerse reaccionar con un isocianato como compuesto reactivo termoestable y un plastificante en un primer paso en las condiciones descritas anteriormente, por ejemplo, a una temperatura de 110 °C a 190 °C bajo oxígeno. Posteriormente, el asfalto puede enfriarse, transferirse a un recipiente de reacción diferente y calentarse subsecuentemente para que se cumpla el tiempo total de reacción bajo oxígeno.
Además, la invención presente relaciona a un uso de la composición de asfalto para la preparación de una composición de mezcla de asfalto y el uso para aplicaciones de pavimento.
Se prefiere que el material granular proporcionado para la composición de mezcla de asfalto usando la composición de asfalto de acuerdo con la invención comprenda de 5 a 100 % en peso de pavimento de asfalto recuperado, basado en 100 % en peso del material granular, en donde más preferiblemente el material granular comprende de 10 a 90 % en peso, más preferiblemente de 15 a 80 % en peso, más preferiblemente de 20 a 70 % en peso, más preferiblemente de 25 a 60 % en peso, más preferiblemente de 30 a 50 % en peso, y más preferiblemente de 35 a 45 % en peso de pavimento de asfalto recuperado, basado en 100 % en peso del material granular.
Los ejemplos de composiciones de asfaltos de acuerdo con la invención
Z1: de 1,2 a 3,5 % en peso basado en el peso total de la composición de pMDI como compuesto reactivo termoestable, y de 1,5 a 3,2 % en peso basado en el peso total de la composición de DINCH.
Z2: de 1,2 a 3,5 % en peso basado en el peso total de la composición de pMDI como compuesto reactivo termoestable, y de 0,5 a 2,2 % en peso basado en el peso total de la composición de tereftalato de bis(2-etilhexilo). Z3: de 1,0 a 2,0 % en peso basado en el peso total de la composición de pMDI como compuesto reactivo termoestable, y de 2,0 a 3,2 % en peso basado en el peso total de la composición de éster de ácido (C10-C21)-alquilsulfónico de fenol.
Z4: de 1,0 a 2,3 % en peso basado en el peso total de la composición de pMDI como compuesto reactivo termoestable, y de 0,5 a 1,5 % en peso basado en el peso total de la composición de DINCH.
Z5: de 1,2 a 3,5 % en peso basado en el peso total de la composición de mMDI como compuesto reactivo termoestable, y de 1,5 a 3,2 % en peso basado en el peso total de la composición de tereftalato de bis(2-etilhexilo). Z6: de 1,2 a 3,5 % en peso basado en el peso total de la composición de mMDI como compuesto reactivo termoestable, y de 0,5 a 2,2 % en peso basado en el peso total de la composición de éster de ácido (C10-C21)-alquilsulfónico de fenol.
Ejemplos y Ejemplos comparativos
Métodos de caracterización
a) Pruebas de asfalto
Punto de reblandecimiento (“método del anillo y la bola”) de acuerdo con DIN EN 1427
Dos discos horizontales de asfalto, fundidos en anillos de latón con reborde, se calientan a velocidad controlada en un baño líquido mientras cada uno soporta una bola de acero. El punto de reblandecimiento se indica como la media de las temperaturas a las que los dos discos se reblandecen lo suficiente para permitir que cada bola, envuelta en asfalto, caiga una distancia de 25 ± 0,4 mm.
Prueba en horno de laminación de película fina (RTFOT o prueba RTFO) de acuerdo con DIN EN 12607-1 El asfalto se calienta en frascos cilindricos de vidrio en un horno por 75 minutos a 163 °C (pueden emplearse 8 frascos por serie). Los frascos se hacen girar a 15 rpm y se insufla aire caliente en cada frasco en su punto más bajo de recorrido a 4000 mL/min. Los efectos del calor y el aire se determinan a partir de los cambios en los valores de las pruebas físicas que se miden antes y después del tratamiento en el horno. La prueba RTFO (por sus siglas en inglés) simula el envejecimiento durante la fabricación (mezcla), el transporte de la mezcla y la colocación / tendido (= envejecimiento a corto plazo de los aglutinantes de asfalto).
Recipiente de envejecimiento a presión (PAV) de acuerdo con DIN EN 14769
Una muestra que ha experimentado un envejecimiento a corto plazo por la prueba RTFO se coloca dentro de una cubeta estándar de acero inoxidable y se envejece a una temperatura de acondicionamiento especificada (90 °C, 100 °C o 110 °C) por 20 h en un recipiente presurizado con aire a 2,10 MPa. La temperatura se selecciona en función del grado del aglutinante de asfalto (aplicación). Por último, la muestra se desgasifica al vacío. La prueba simula el envejecimiento durante la vida útil (envejecimiento a largo plazo).
Reómetro dinámico de corte (DSR) de acuerdo con DIN EN 14770, ASTM D7175
Un sistema de prueba de reómetro dinámico de corte (DSR, por sus siglas en inglés) consiste en placas paralelas, un medio para controlar la temperatura de la probeta, un dispositivo de carga y un sistema de control y adquisición de datos. Se usa para determinar las propiedades reológicas de los aglutinantes de asfalto. El módulo complejo de corte es un indicador de la rigidez o resistencia del aglutinante de asfalto a la deformación bajo carga. El módulo complejo de corte y el ángulo de fase definen la resistencia a la deformación por corte del aglutinante de asfalto en la región viscoelástica lineal.
“Procedimiento rápido de tipificación del betún” (BTSV) - determinación de la temperatura BTSV y del ángulo de fase BTSV
Una probeta de aglutinante de asfalto de 25 mm de diámetro se presiona entre placas metálicas paralelas a una frecuencia definida en un dispositivo DSR. Una de las placas paralelas oscila con respecto a la otra a, en este caso, 1,59 Hz y amplitudes angulares de deflexión. La temperatura aumenta a un ritmo constante de 1,2 °C/min. La medición se inicia a 20 °C. El calentamiento a un ritmo constante progresa hasta que se alcanza un módulo complejo de 15 kPa. La temperatura y el ángulo de fase en este punto se definen como la temperatura BTSV (T<btsv>, [°C], por sus siglas en inglés; puede usarse alternativamente en lugar del punto de reblandecimiento, ya que la T<btsv>se correlaciona bien con la dureza de los aglutinantes, es decir los aglutinantes duros presentan una T<btsv>alta y los blandos, una T<btsv>baja) y el ángulo de fase BTSV (5<btsv>, [°], por sus siglas en inglés; es una medida de la elasticidad del aglutinante, es decir, los aglutinantes con propiedades poco elásticas, como por ejemplo, los aglutinantes de asfalto para pavimentación, tienen un 5<btsv>alto, mientras que los aglutinantes modificados, como por ejemplo, los aglutinantes de asfalto modificados con polímeros, tienen un 5<btsv>bajo). (“Das Bitumen-Typisierungs-Schnell-Verfahren”, Alisovet al.,StralJe und Autobahn, agosto de 2018; “Modifzierung bestimmen”, M. Sutor-Fiedler,Asphalt & Bitumen05/2017).
Determinación de la viscosidad del aglutinante de asfalto
Una probeta de aglutinante de asfalto de 25 mm de diámetro se presiona entre placas metálicas paralelas a una velocidad de corte definida en un dispositivo DSR. A 150 °C, la viscosidad se determina a una velocidad de corte de 101/s.
Barrido de temperatura de acuerdo con DIN EN 14770
Esta prueba tiene por objeto medir el módulo de corte complejo y el ángulo de fase de los aglutinantes de asfalto con un dispositivo DSR. Una probeta de aglutinante de asfalto de 8 o 25 mm de diámetro se presiona entre placas metálicas paralelas a una frecuencia y temperatura definidas. Una de las placas paralelas oscila con respecto a la otra a, en este caso, 1,59 Hz y amplitudes angulares de deflexión. Las amplitudes requeridas deben seleccionarse de forma que las pruebas se realicen dentro de la región de comportamiento lineal. Esto se repite a 30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C, 80 °C y 90 °C.
Prueba de recuperación de fluencia por esfuerzos múltiples (MSCRT o prueba MSRC) de acuerdo con DIN EN 16659, ASTM D7405
La MSCRT (por sus siglas en inglés) se emplea para determinar la presencia de respuesta elástica en un aglutinante de asfalto sometido a fluencia de corte y recuperación a dos niveles de tensión (0,1 y 3,2 kPa) a una temperatura especificada (60 °C). Esto se lleva a cabo con un dispositivo DSR. Una probeta de aglutinante de asfalto de 25 mm se somete a un esfuerzo constante por 1 s y posteriormente se deja recuperar por 9 s. Se realizan diez ciclos de fluencia y recuperación con un esfuerzo de fluencia de 0,100 kPa, seguidos de diez ciclos con un esfuerzo de fluencia de 3,200 kPa.
Reómetro de flexión (BBR) de acuerdo con DIN EN 14771, ASTM D6648
Se determina la deflexión en el punto medio de una viga prismática simplemente apoyada de aglutinante de asfalto sometida a una carga constante aplicada en su punto medio. Se coloca una probeta prismática de prueba en un baño de fluido a temperatura controlada y se carga con una carga de prueba constante por 240 s. La carga de prueba (980 ± 50 mN) y la desviación del punto medio de la probeta de prueba se controlan en función del tiempo usando un sistema informatizado de adquisición de datos. El esfuerzo de flexión máximo en el punto medio de la probeta de ensayo se calcula a partir de las dimensiones de la probeta, la distancia entre apoyos y la carga aplicada a la probeta de ensayo para tiempos de carga de 8,0, 15,0, 30,0, 60,0, 120,0 y 240,0 s. La rigidez de la probeta de ensayo para los tiempos de carga específicos se calcula dividiendo el esfuerzo de flexión máximo por la cepa de flexión máxima.
b) Pruebas de composición de mezclas de asfaltos
Prueba de compresión cíclica (CCT) - de acuerdo con TP Asfalto-StB Parte 25 B1, DIN EN 12697-25:2016
La prueba de compresión cíclica (CCT, por sus siglas en inglés) uniaxial se usa para determinar el comportamiento de deformación de las probetas de mezcla de asfalto. En esta prueba, la probeta se templa por 150 ± 10 min a 50 ± 0,3 °C, que es la misma temperatura a la que se realiza la prueba. Después del periodo de templado, la probeta se coloca en la máquina universal de pruebas y se carga cíclicamente. Cada ciclo dura 1,7 s, donde el tiempo de carga es de 0,2 s y el periodo de pausa es de 1,5 s. La carga superior aplicada es de 0,35 MPa y la menor a 0,025 MPa. Se registran el número de ciclos y la deformación. La prueba finaliza cuando se completan 10.000 ciclos de carga o cuando la deformación es mayor a 40 %.
Prueba de resistencia indirecta a la tracción - de acuerdo con TP Asfalto-StB Parte 23, DIN EN 12697-23:2003 por la prueba de resistencia indirecta a la tracción, se determina el comportamiento a la fatiga de las probetas de mezcla de asfalto. Para ello, se carga una probeta cilíndrica en su plano diametral vertical a una velocidad de deformación determinada (en este caso 50 ± 0,2 mm/min) y a una temperatura de prueba (en este caso 20 ± 2 °C). Se registra la carga máxima en el momento del fallo y se usa para calcular la resistencia indirecta a la tracción de la probeta.
Ensayo de tracción uniaxial y ensayo de probeta sometida a esfuerzo térmico - de acuerdo con TP Asfalto-StB Parte 46A (LTT = pruebas de baja temperatura, por sus siglas en inglés) de acuerdo con DIN EN 12697-46:2012. El ensayo de tracción uniaxial y el ensayo de probeta sometida a esfuerzo térmico se emplean y realizan de acuerdo con la Norma Europea EN 12697-46:2012 para determinar el comportamiento en frío de las probetas de mezclas de asfaltos:
i) Prueba de la probeta sometida a esfuerzo térmico (TSRST, por sus siglas en inglés): mientras se restringe la deformación de la probeta, se reduce la temperatura a una velocidad de enfriamiento preestablecida.
ii) Prueba de resistencia a la tracción uniaxial (UTST, por sus siglas en inglés): para valorar el riesgo de agrietamiento a baja temperatura, se compara la tensión inducida por la contracción térmica con la resistencia a la tracción respectiva.
El agrietamiento a baja temperatura de las composiciones de mezclas de asfaltos resulta de la contracción térmica durante el enfriamiento, lo que induce una tensión de tracción en la mezcla de asfalto. Ambas pruebas imitan el comportamiento a baja temperatura de las capas del pavimento.
Prueba de tracción de ruedas de acuerdo con TP Asfalto-StB Parte 22 DIN EN 12697-22:2003
La profundidad de deformación (surco) de una composición de mezcla de asfalto sometida a ciclos de pasadas de una rueda de caucho cargada en condiciones de temperatura constante y controlada se determina por la prueba de seguimiento de la rueda. Típicamente son 10.000 ciclos a 50 °C.
Compactabilidad de acuerdo con TP Asfalto-StB Parte 10 DIN EN 12697-10
La compactabilidad de una composición de mezcla de asfalto se determina del siguiente modo: se prepara una probeta Marshall a partir de una composición de mezcla de asfalto de acuerdo con la norma EN 12697-30 usando 100 golpes de compactación a cada lado de la probeta. El cambio de grosor se mide después de cada golpe. A continuación, se obtiene una fórmula matemática a partir de los resultados experimentales. Los respectivos parámetros de la fórmula permiten caracterizar la compactabilidad de la composición de la mezcla de asfalto investigada.
Recuperación del aglutinante de asfalto a partir de composiciones de mezclas de asfaltos (asfalto recuperado / aglutinante de asfalto recuperado)
Con la ayuda de un analizador de asfalto, se mezclan aproximadamente 3 kg de una composición de mezcla de asfalto con tricloroetileno. Los agregados se separan del aglutinante de asfalto en un proceso que dura aproximadamente 60 minutos. Una vez realizado el procedimiento, se obtiene una solución de aproximadamente 600 mL de tricloroetileno y asfalto. Posteriormente, la solución se destila sumergiendo parcialmente el matraz de destilación rotatorio del evaporador rotatorio en un baño de aceite calentado mientras la solución se somete a un vacío parcial y a un flujo de aire. Este proceso consta de dos fases. La fase 1 dura 60 minutos, se realiza a 90 °C, a 40 kPa de presión y a una velocidad de rotación de 75 rpm. La fase 2 se realiza a 160 °C bajo 2 kPa y una velocidad de rotación de 75 rpm. Dependiendo del tipo de aglutinante de asfalto y del contenido de aglutinante de asfalto de la mezcla de asfalto, se recuperan entre 100-150 g de aglutinante de asfalto para someterlos posteriormente a las pruebas que se requieran.
a) Pruebas con aglutinantes de asfalto
Preparación de un aglutinante de asfalto 50/70 envejecido a largo plazo y de una mezcla del mismo con un aglutinante 70/100 no envejecido (puro) con una relación de mezcla de 75:25 en peso
De prepararon 2 kg de aglutinante de asfalto envejecido a largo plazo con un grado de penetración de 50/70 realizando cuatro procedimientos subsecuentes de envejecimiento RTFOT, es decir, 4 x 75 min de envejecimiento a 163 °C (300 min en total), empleando un aglutinante de asfalto puro con un grado de penetración de 50/70. Con una pasada (300 min a 163 °C) se pueden preparar 35 g /- 0,5 g de aglutinante de asfalto por frasco, es decir, 8 x 35 g = 280 g de aglutinante envejecido a largo plazo. Después de completar los ciclos de envejecimiento, todas las muestras envejecidas a largo plazo se colocaron en un único bote, se calentaron a 120-140 °C y se agitaron brevemente para lograr la homogeneidad.
Se mezcló 1 kg del aglutinante de asfalto homogeneizado envejecido a largo plazo con un aglutinante de asfalto puro con un grado de penetración de 70/100. La relación de mezcla era de 75:25 (envejecimiento prolongado:puro) en peso. La mezcla se realizó a 120-140 °C con agitación constante por menos de 1 min. La mezcla se dividió subsecuentemente en porciones de 120 g que sirvieron como muestras para las modificaciones del aglutinante de asfalto.
Preparación de mezcla de isocianato y plastificante:
Para las modificaciones del aglutinante de asfalto, se prepararon 500 g de una mezcla de un isocianato y un plastificante mezclando 150 g de diisocianato de difenilmetano polimérico con una funcionalidad de isocianato promedio de 2,7, designado en lo sucesivo como “As20”, con 350 g de un plastificante (ácido 1,2-ciclohexanodicarboxílico de diisononilo comprado como Hexamoll® DINCH) a temperatura ambiente con agitación corta. Las mezclas de As20 y Hexamoll® DINCH se denominan en lo sucesivo “mezclas As20-DINCH”.
Procedimiento general para la preparación de composiciones de aglutinante de asfalto modificado Las modificaciones del aglutinante de asfalto empleando un aglutinante 50/70 no envejecido (puro) (Tabla 1, Muestra 2) o una mezcla 75:25 (en peso) de un aglutinante 50/70 envejecido a largo plazo y un aglutinante 70/100 no envejecido (puro) (Tabla 1, Muestras 5 y 6) se llevaron a cabo de la siguiente manera: 120 g del aglutinante de asfalto respectivo se calentaron a 150 °C bajo aire colocando la muestra en el horno precalentado. 1,8 g (1,5 % en peso referido a la cantidad empleada de aglutinante de asfalto) o 6 g (5,0 % en peso referido a la cantidad empleada de aglutinante de asfalto) de As20 o de la mezcla de isocianato y plastificante (= 3:7 mezcla en peso de As20:Hexamoll® DINCH) al aglutinante de asfalto fundido (ver la Tabla 1). La mezcla subsecuentemente obtenida se agita por aproximadamente segundos (> 10 s) para lograr homogeneidad. A continuación, las muestras se dividieron en porciones de 35 g /- 0,5 g para realizar la prueba de envejecimiento a corto plazo en horno de película fina rodante. La prueba simula el envejecimiento del asfalto durante el proceso de mezclado, seguido del transporte de la composición de la mezcla de asfalto a la obra hasta el tendido de la mezcla de asfalto. Después del envejecimiento, el asfalto modificado se almacena a temperatura ambiente o se usa para otras pruebas como las siguientes: determinación del punto de reblandecimiento / temperatura BTSV (T<btsv>/ °C; puede usarse alternativamente en lugar del punto de reblandecimiento), ángulo de fase BTSV (5<btsv>/ °) y viscosidad (a 150 °C) (ver la Tabla 1).
T l 1. Vi i T rmin r if r n l in n f l .
La trabajabilidad de una composición de mezcla de asfalto está directamente vinculada a la viscosidad del aglutinante de asfalto, es decir, los aglutinantes de asfalto muy viscosos provocan problemas de compactación durante la colocación de la mezcla de asfalto. Es conocido en la técnica que el envejecimiento de los aglutinantes de asfalto provoca un aumento tanto de la viscosidad del aglutinante como del punto de reblandecimiento / temperatura BTSV. Esto significa, por un lado, que las composiciones de mezclas de asfalto que contienen una alta relación de aglutinante envejecido, es decir, una alta relación de pavimento de asfalto recuperado (RAP), son más difíciles de compactar/procesar. Por otro lado, un aumento del punto de reblandecimiento/temperatura BTSV significa que la mezcla de asfalto se está endureciendo, es decir, que aumenta la estabilidad a temperaturas más altas. Al observar el ángulo de fase BTSV de los aglutinantes de asfalto, los ángulos de fase más bajos reflejan mejores propiedades en términos de flexibilidad / elasticidad / menor fragilidad de la mezcla de asfalto y, así, un mejor rendimiento. Típicamente son característicos de los asfaltos modificados (por ejemplo, betún modificado con polímeros; ver “Modifzierung bestimmen”, M. Sutor-Fiedler,Asphalt & Bitumen05/2017) los ángulos de fase BTSV menores a 75°.
Como puede observarse en la Tabla 1, la modificación de un aglutinante de asfalto 50/70 no envejecido con As20 conduce a un aumento tanto de la viscosidad como del punto de reblandecimiento/temperatura BTSV. Asimismo, el ángulo de fase disminuye. Por consiguiente, cabe esperar un mejor rendimiento de las respectivas composiciones de mezclas de asfalto que contengan tal aglutinante.
El envejecimiento a largo plazo de un aglutinante de asfalto 50/70 no modificado (Muestra 3) provoca un fuerte aumento de la viscosidad y, particularmente, del punto de reblandecimiento / temperatura BTSV. Para contrarrestarlo, se puede añadir aglutinante de asfalto más blando no modificado como, por ejemplo, una pluma 70/100, como demuestra la Muestra 4. La relación 75:25 en peso es típicamente de una composición de mezcla de asfalto que contiene 75 % de RAP. Tales mezclas se usan, por ejemplo, para capas de sub-base.
Al modificar una mezcla 75:25 (en peso) de un aglutinante 50/70 envejecido a largo plazo y un aglutinante 70/100 no envejecido (puro) (Muestra 5), la viscosidad y el punto de reblandecimiento / temperatura BTSV aumentan previsiblemente y el ángulo de fase BTSV disminuye. La viscosidad del aglutinante modificado por consiguiente se encuentra en el rango del betún modificado con polímeros. Debido a su alta viscosidad, cabe esperar problemas de compactación con mezclas de asfaltos que contengan tal aglutinante de asfalto. Se descubrió sorprendentemente que empleando una combinación de un compuesto reactivo termoestable (As20) con un plastificante (Hexamoll<®>DINCH), la viscosidad y el punto de reblandecimiento / temperatura BTSV del aglutinante de asfalto pueden reducirse significativamente, es decir, mejorando la trabajabilidad de una mezcla de asfalto correspondiente (Muestra 6). Adicionalmente, el ángulo de fase no se ve influido negativamente, es decir, el ángulo de fase aumenta sólo ligeramente en comparación con la Muestra 5. Curiosamente, las características de rendimiento BTSV conseguidas son típicamente son las de un betún modificado con polímeros (por ejemplo, PmB 25/55-55). Por consiguiente, una composición de mezcla de asfalto que contenga un aglutinante de acuerdo con el ejemplo, se espera que el rendimiento se incremente fuertemente y se obtenga al mismo tiempo una buena trabajabilidad de la mezcla de asfalto, mientras que se puede realizar una alta relación de material de pavimento de asfalto recuperado para el pavimento.
Otras ventajas son, por ejemplo, la reducción de las temperaturas de extendido debido a la menor viscosidad y, por tanto, a las menores emisiones de betún (vapores y aerosoles de betún), el aumento del contenido de RAP de las capas de pavimento en donde el uso de RAP está limitado (por ejemplo, capas de base en donde solamente se permite 50 % en peso de RAP en combinación con betún modificado con polímeros), emplear material RAP cuando el punto de reblandecimiento del aglutinante sea muy alto (es decir, menos limitación en cuanto a la edad del material RAP), reducir la dimensión de la capa de subbase debido al aumento de la estabilidad y, por tanto, ahorrar costes y materias primas y reducir las emisiones de CO<2>.
b) Pruebas de composición de mezclas de asfaltos
Las pruebas de aglutinantes de asfalto mencionadas anteriormente con mezclas ideales de aglutinantes de asfalto envejecidos y no envejecidos ya demuestran las ventajas de la mezcla de As20-DINCH (aditivo de acuerdo con la invención). Sin embargo, las mezclas ideales de aglutinantes no representan las condiciones reales que se dan en las composiciones de mezclas de asfaltos. Allí, el asfalto envejecido contenido en el material RAP se adhiere a los agregados y no se mezcla total y homogéneamente con el aglutinante de asfalto no envejecido (puro) que se añade durante el proceso de mezcla. Asimismo, los datos de rendimiento del asfalto no siempre reflejan el rendimiento de las mezclas de asfaltos. Por lo tanto, se realizaron pruebas de composición de mezclas de asfaltos con / sin / con aditivo de referencia. El aditivo de referencia es un rejuvenecedor de última generación que se usa para reducir el punto de reblandecimiento del material RAP, restaurar las propiedades del material y por lo mismo permitir el uso de mayores cantidades de RAP.
Procedimiento para la preparación de composiciones de mezclas de asfaltos
Para cada una de las cuatro muestras enlistadas en la Tabla 2, se prepararon dos lotes con una masa total de 40 kg (= agregados material RAP; el aglutinante de asfalto y el aditivo vienen por encima, ver Tabla 2) por lote. En el caso del Ejemplo 1 y del Ejemplo comparativo 1, el aglutinante de asfalto 70/100 se premezcló con la mezcla de As20-DINCH (aditivo de acuerdo con la invención) y aditivo de referencia, respectivamente. El tamaño del lote de cada una de las premezclas fue de 1200 g y se preparó como sigue: i) el aglutinante de asfalto 70/100 se fundió calentándolo a 130-150 °C, ii) 972 g de aglutinante de asfalto fundido se pesaron en una lata separada, iii) 228 g del aditivo de acuerdo con la invención (mezcla 3:7 de As20:Hexamoll<®>DINCH) o el aditivo de referencia se añadieron al aglutinante de asfalto fundido a 130-150 °C bajo agitación, iv) la agitación se llevó a cabo por menos de 1 minuto para lograr la homogeneidad, v) la premezcla preparada se usó inmediatamente para la preparación de las composiciones de mezclas de asfalto correspondientes. El aditivo de referencia usado es un rejuvenecedor comúnmente usado y comercialmente disponible que reduce el punto de reblandecimiento de los aglutinantes de asfalto en las composiciones de mezclas de asfaltos que contienen RAP y la viscosidad de las respectivas composiciones de mezclas de asfaltos con el fin de proporcionar una buena trabajabilidad de la mezcla durante el tendido.
Los agregados, el RAP, el aglutinante de asfalto / la premezcla de aditivo de aglutinante de asfalto se pesaron para cada composición de mezcla de asfalto como se indica en la Tabla 2 y se agitaron subsecuentemente en un mezclador de laboratorio (permite un tamaño de lote máximo de 70 kg) por 10 min a 170 °C. Las fracciones de tamiz de los agregados, el contenido total de aglutinante de asfalto y de RAP corresponden a una capa de pavimento AC 22 TS. El contenido de asfalto del material RAP era de 3,8 % en peso. La cantidad de aditivo de 5 % en peso se refiere al contenido total de asfalto (asfalto procedente de RAP asfalto no envejecido (puro)) de la variante no modificada (ver la Referencia 2: 1140 g de aglutinante de RAP 404 g de aglutinante puro 70/100). Para mantener aproximadamente constante el volumen del aglutinante modificado (Ejemplo 1 y Ejemplo comparativo 1), la cantidad de aglutinante puro se reduce en la cantidad de aditivo (es decir, 76 g menos en comparación con la Referencia 2).
Después del mezclado, porciones de 20 kg de las composiciones de mezclas de asfalto preparadas se llenaron en cubos y se almacenaron por una hora a 150 °C en un horno (precalentado a 150 °C antes de introducir las muestras). Después del almacenamiento, se prepararon probetas Marshall para las pruebas de compactabilidad. Asimismo, se prepararon dos placas de mezcla de asfalto para pruebas de compresión cíclica (CCT) y pruebas a baja temperatura (LTT). Las características de los aglutinantes de asfalto (T<btsv>, 5<btsv>, BBR) se determinaron a partir de los aglutinantes de asfalto recuperados de las composiciones de mezclas de asfalto correspondientes (ver la descripción del proceso de recuperación anteriormente). Los resultados de las pruebas del aglutinante de asfalto y de la mezcla de asfalto se recolectan en la Tabla 3.
Tabla 2. Formulaciones para diferentes composiciones de mezclas de asfaltos. Las fracciones granulométricas de los agregados, el contenido total de aglutinante de asfalto y de RAP corresponden a una capa de pavimento AC 22 TS. La cantidad de aditivo de 5 % en peso se refiere al contenido total de asfalto (asfalto procedente de RAP asfalto no envejecido (puro)) de la variante no modificada como se indica para la Referencia 2. El contenido de f l l m ri l RAP r n .
Tabla 3. Características del aglutinante de asfalto y del comportamiento de las mezclas de asfaltos preparadas ver la Tabla 2.
Rendimiento del aglutinante de asfalto
Como puede observarse en la Tabla 3, el punto de reblandecimiento / temperatura BTSV del aglutinante de asfalto aumenta para las composiciones de mezclas de asfalto si se incrementa la relación de RAP (comparar Referencias 1a y 1b). Asimismo, el comportamiento a baja temperatura empeora como era de esperar (la rigidez de 300 MPa o el valor m de 0,3 se alcanzan a temperaturas más altas).
Cuando se emplea la mezcla de As20-DINCH (5 % en peso) para una composición de mezcla de asfalto que contiene 75 % en peso de RAP (Ejemplo 1), el punto de reblandecimiento / temperatura BTSV puede reducirse de 69,3 °C a 67,8 °C. Además, el ángulo de fase BTSV disminuye fuertemente de 72,0° a 68,0° y el comportamiento a baja temperatura mejora notablemente (se alcanza una rigidez de 300 MPa o un valor m de 0,3 a temperaturas más bajas en comparación con la Referencia 1b). Debido al menor ángulo de fase BTSV, se esperan unas propiedades mucho mejores en términos de flexibilidad / elasticidad / menor fragilidad de la mezcla de asfalto y, así, un mejor rendimiento.
El aditivo de referencia (Ejemplo comparativo 1) disminuye fuertemente el punto de reblandecimiento / temperatura BTSV del aglutinante de asfalto de 69,3 °C a 60,2 °C. El ángulo de fase BTSV se incrementa ligeramente, es decir, se espera que el rendimiento de la composición de la mezcla de asfalto correspondiente sea peor, no estando ni siquiera al mismo nivel de la variante no modificada (Referencia 1b).
Rendimiento de las mezclas de asfaltos
Las pruebas de composición de las mezclas de asfaltos coinciden con los resultados de las pruebas de aglutinantes de asfalto. Se pueden extraer las siguientes conclusiones:
• El aditivo de acuerdo con la invención (mezcla de As20-DINCH) supera al aditivo de referencia en términos de comportamiento de deformación (determinado por CCT) de la respectiva composición de mezcla de asfalto. El comportamiento de deformación de la composición de mezcla de asfalto que contiene el aditivo de referencia es incluso peor que el de la referencia sin aditivo. Esto coincide con los resultados de las investigaciones aglutinantes.
• El comportamiento a baja temperatura del Ejemplo 1 y del Ejemplo comparativo 1 está casi al mismo nivel, ambos superan al ejemplo de referencia sin aditivo.
• Debido a la disminución de la viscosidad del aglutinante de asfalto (ver los resultados de las pruebas de aglutinantes de asfalto), el aditivo de acuerdo con la invención (mezcla de As20-DINCH) permite una mejor compactabilidad a bajas temperaturas en comparación con la Referencia 1b y el Ejemplo comparativo 1 (ver la Tabla 3, 115 °C y 100 °C; los valores más bajos se correlacionan con una mejor compactabilidad de la composición de la mezcla de asfalto). Por lo tanto, la trabajabilidad de la mezcla se mejora con el aditivo de acuerdo con la invención (mezcla de As20-DINCH). Asimismo, se consigue una reducción de la temperatura en la producción y la colocación de la mezcla de asfalto.
c) Experimentos en una planta mezcladora (discontinua) de asfalto
Los resultados de las investigaciones de laboratorio se trasladaron a escala real por la realización de experimentos en una planta mezcladora de asfalto (por lotes), tal como se describe a continuación.
Preparación de una composición de mezcla de asfalto con 50 % en peso de RAP en una planta de mezcla de asfalto (por lotes) - no se usa ningún aditivo(Ejemplo comparativo 2)
El tamaño del lote es de 3500 kg. La curva granulométrica de la composición de la mezcla de asfalto era una AC 22 BS. La mezcla de asfalto comprende 50 % en peso de asfalto recuperado (agregados asfalto) y 50 % en peso de material virgen. El contenido total de asfalto en la mezcla de asfalto y agregados era de 4,5 % en peso, es decir, 157,5 kg de asfalto por lote de 3500 kg. 84 kg de los 157,5 kg de asfalto proceden de asfalto recuperado (4,8 % en peso) y los 73,5 kg restantes proceden de la adición de asfalto no modificado (grado de pavimentación) pluma 70/100 (una penetración de aguja de 7-10 mm de acuerdo con DIN EN 1426). La distribución granulométrica se ajustó como se indica en la Tabla 4, en el que la derivación describe la mezcla de material granular virgen (sin relleno) que cumple con una capa de firme AC 22 BS y que es ajustada manualmente por el operador de la planta.
El análisis de las fracciones de tamiz y del contenido aglutinante después de la producción de la mezcla de asfalto se muestra en la Tabla 5.
El material granular virgen y el asfalto recuperado se precalentaron por separado y subsecuentemente se mezclaron por 6 s (premezcla). La potencia calorífica y el tiempo de mezclado se ajustaron tal como para alcanzar una temperatura de 140-155 °C de la composición final de la mezcla de asfalto. Se pesaron en la balanza de asfalto 73,5 kg de asfalto no modificado (grado de pavimentación) pluma 70/100 precalentado a una temperatura de 165 175 °C. El asfalto junto con el material premezclado (mezcla de agregados vírgenes y asfalto recuperado con una temperatura de <170 °C) se añadieron a la unidad de mezclado (mezcladora obligatoria de doble eje) y la mezcla resultante se mezcló más, en donde la duración total del mezclado más es de 30 s. La temperatura de la composición de mezcla de asfalto final resultante en esta etapa del proceso se determinó que era de 145-150 °C. Subsecuentemente, la composición de la mezcla de asfalto fue liberada al silo y posteriormente directamente a un cargador de ruedas (es decir, sin tiempo de almacenamiento). Subsecuentemente, se tomaron muestras para pruebas de aglutinante de asfalto (realizadas después de la recuperación del aglutinante de asfalto, como se ha descrito anteriormente) y pruebas de composición de la mezcla de asfalto (Tabla 6).
Preparación de una composición de mezcla de asfalto que contiene 50 % en peso de RAP en una planta mezcladora de asfalto (por lotes) - se emplea 5 % en peso de mezcla de As20-DINCH (aditivo de acuerdo con la invención)(Ejemplo 2)
La planta mezcladora de asfalto estaba equipada con un sistema de dosificación a medida (línea de dosificación calentable, bomba dosificadora) que permite la dosificación del aditivo de acuerdo con la invención (mezcla 3:7 de As20:Hexamoll® DINCH) a la balanza de asfalto (recipiente agitado) de la planta mezcladora de asfalto. Asimismo, la balanza de asfalto estaba equipada con un agitador que se activa cuando i) se dosifica la mezcla de As20-DINCH y ii) se alcanza un nivel de llenado mínimo de 20 kg de asfalto. La cantidad y la velocidad de dosificación de los aditivos, así como la mezcla, se controlan mediante el sistema de control del proceso de la planta mezcladora de asfalto.
El tamaño del lote es de 3500 kg. La curva granulométrica de la composición de la mezcla de asfalto era una AC 22 BS. La mezcla de asfalto comprende 50 % en peso de asfalto recuperado (agregados asfalto) y 50 % en peso de material virgen. El contenido total de asfalto (incluido el aditivo, ya que está modificando el aglutinante) en la mezcla de asfalto y agregados era de 4,5 % en peso, es decir, 157,5 kg de asfalto (modificado) por cada lote de 3.500 kg. 84 kg de 157,5 kg de asfalto proceden de asfalto recuperado (4,8 % en peso), 65,5 kg proceden de la adición de asfalto no modificado (grado de pavimentación) pluma 70/100 (una penetración de aguja de 7-10 mm de acuerdo con DIN EN 1426), y se añadieron 8,0 kg de mezcla de As20-DINCH. La cantidad de aditivo se calculó sobre la base de la variante no modificada dada en el Ejemplo comparativo 2, es decir, 5,0 % en peso con respecto al aglutinante total (no modificado) (= asfalto procedente de asfalto recuperado asfalto no modificado añadido (grado de pavimentación) pen 70/100 = 157,5 kg). Para mantener el volumen del aglutinante modificado del Ejemplo 2 aproximadamente constante, la cantidad de aglutinante puro se reduce en la cantidad de la mezcla de As20-DINCH, es decir, 8,0 kg menos en comparación con el Ejemplo comparativo 2.
La distribución granulométrica se ajustó como se indica en la Tabla 4, en el que la derivación describe la mezcla de material granular virgen (sin relleno) que cumple con una capa de firme AC 22 BS y que es ajustada manualmente por el operador de la planta. El análisis de las fracciones de tamiz y del contenido aglutinante después de la producción de la mezcla de asfalto se muestra en la Tabla 5.
El material granular virgen y el asfalto recuperado se precalentaron por separado y subsecuentemente se mezclaron por 6 s (premezcla). La potencia calorífica y el tiempo de mezclado se ajustaron tal como para alcanzar una temperatura de 140-155 °C de la composición final de la mezcla de asfalto. Se pesaron en el recipiente de agitación (=balanza de asfalto) 65,5 kg de asfalto no modificado (grado de pavimentación) pluma 70/100 precalentado a una temperatura de 165-175 °C. 8,0 kg de la mezcla de As20-DINCH se añaden posteriormente al asfalto bajo agitación (1500 rpm) y la mezcla resultante se agita posteriormente, en donde la velocidad de dosificación se fija entre 0,1 L/s y 2,0 L/s y el tiempo de agitación posterior se fija en 10 s. El asfalto modificado resultante junto con el material premezclado (mezcla de agregados vírgenes y asfalto recuperado con una temperatura de <170 °C) se añadieron a la unidad de mezclado (mezclador obligatorio de doble eje) y la mezcla resultante se mezcló aún más, en donde la duración total del mezclado adicional es de 30 s. La temperatura de la composición de la mezcla de asfalto final resultante en esta etapa del proceso se determinó que era de 145-150 °C. Subsecuentemente, la composición de la mezcla de asfalto fue liberada al silo y posteriormente directamente a un cargador de ruedas (es decir, sin tiempo de almacenamiento). Subsecuentemente, se tomaron muestras para pruebas de aglutinante de asfalto (realizadas después de la recuperación del aglutinante de asfalto, como se ha descrito anteriormente) y pruebas de composición de la mezcla de asfalto (Tabla 6).
Tabla 4. Composiciones de mezclas de asfalto preparadas en una planta mezcladora de asfalto (por lotes) con y sin aditivo de acuerdo con la invención mezcla 3:7 de As20:HexamolP DINCH .
Tabla 5. Análisis de la fracción de tamiz y del contenido de aglutinante de asfalto de las composiciones de mezclas f l r r .
Tabla 6. Pruebas de composiciones de mezclas de asfaltos y pruebas de aglutinantes de asfalto realizadas con muestras producidas en una planta mezcladora de asfalto (por lotes) con y sin aditivo de acuerdo con la invención mezcla 3:7 de As20:Hexamoll® DINCH .
Rendimiento del aglutinante de asfalto
Cuando se emplea el aditivo de acuerdo con la invención (mezcla de As20-DINCH) para una composición de mezcla de asfalto que contiene 50 % en peso de RAP (Ejemplo 2) en una planta mezcladora de asfalto, la temperatura BTSV aumenta de 54,6 °C a 61,7 °C (Tabla 6). Por consiguiente, se incrementan los puntos de reblandecimiento comparativamente bajos, lo que conduce a una mejor estabilidad de la mezcla de asfalto a altas temperaturas (Ejemplo 2), y se reducen los puntos de reblandecimiento bastante altos (ver el Ejemplo 1 y la Referencia 1b anterior), lo que conduce a un material más blando. Adicionalmente, el ángulo de fase BTSV disminuye fuertemente de 75,9° a 66,5° y el comportamiento a baja temperatura se mantiene en un nivel similar(cf.Referencia 2). Debido al menor ángulo de fase BTSV, se esperan mejores propiedades en términos de flexibilidad / elasticidad / menor fragilidad de la mezcla de asfalto y, así, un mejor rendimiento. Asimismo, el valorJ<nr>(mediante la prueba MSCR) se redujo de 1,55 1/kPa a 0,26 1/kPa, es decir, el aglutinante se especifica posteriormente para cargas de tráfico extremas (< 30 millones de ESAL y tráfico parado para Jnr > 0,5; 1 ESAL (carga equivalente por eje único, por sus siglas en inglés) = 80 kN) en lugar de solamente para cargas pesadas (10-30 millones de ESAL o tráfico lento para J<nr>> 2) como se aplica en el Ejemplo comparativo 2.
Rendimiento de las mezclas de asfaltos
Como puede observarse en las pruebas de rendimiento de la mezcla de asfalto (prueba de seguimiento de ruedas de Hamburgo, compactabilidad, CCT, LTT), la mezcla de acuerdo con la invención (mezcla de As20-DINCH) supera notablemente al ejemplo comparativo (Tabla 6): mejor compactabilidad / trabajabilidad de la mezcla, mejor comportamiento frente a las roderas y la fatiga, mejor rendimiento a baja temperatura. Esto coincide con los resultados de las pruebas con aglutinantes de asfalto descritas anteriormente. Curiosamente, en contraste con las pruebas de aglutinantes de asfalto, el comportamiento a baja temperatura determinado a partir de pruebas de baja temperatura (LTT) de mezclas de asfaltos podría incluso mejorarse, ya que la temperatura de rotura se redujo de -26,4 °C a -31,2 °C.
En conclusión, tanto las pruebas de aglutinante de asfalto como las pruebas de composición de la mezcla de asfalto confirman los resultados de las investigaciones de laboratorio a escala industrial y demuestran el rendimiento y las ventajas del aditivo de acuerdo con la invención (mezcla de As20-DINCH).

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una composición de asfalto, que comprende de 0,1 a 8%en peso basado en el peso total de la composición de un isocianato como compuesto reactivo termoestable, y de 0,1 a 8 % en peso basado en el peso total de la composición de un plastificante seleccionado del grupo que consiste en ortoftalatos, tereftalatos, ciclohexanoatos, alquilsulfonatos, adipatos y citratos, o mezclas de los mismos.
2. La composición de asfalto de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el isocianato tiene una funcionalidad de al menos 2,0.
3. La composición de asfalto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde el isocianato se selecciona del grupo que consiste en MDI monomérico, MDI polimérico, prepolímeros de MDI, TDI e HDI.
4. La composición de asfalto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el isocianato es MDI polimérico.
5. La composición de asfalto de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el MDI polimérico tiene una viscosidad en el rango de 10 a 5000 cps/mPas a 25 °C.
6. La composición de asfalto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 5, en donde la cantidad de MDI polimérico es de 0,5 a 5,0 % en peso basado en el peso total de la composición.
7. La composición de asfalto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el plastificante se selecciona del grupo que consiste en ftalato de diisononilo, ftalato de diisodecilo, ftalato de bis(2-propilheptilo), ftalato de bis(2-etilhexilo), tereftalato de bis(2-etilhexilo), ftalato de dibutilo, ftalato de diisobutilo, ftalato de bencilobutilo, tereftalato de diisobutilo, ácido 1,2-ciclohexanodicarboxílico de diisononilo y éster de ácido (C10-C21)-alquilsulfónico de fenol o mezclas de los mismos.
8. La composición de asfalto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, por donde el plastificante se selecciona del grupo que consiste en Bis(2-etilhexil)tereftalato, éster de ácido (C10-C21)-alquilsulfónico de fenol y ácido 1,2-ciclohexanodicarboxílico de diisononilo o mezclas de los mismos.
9. La composición de asfalto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la cantidad de plastificante es de 0,5 a 5,0 % en peso basado en el peso total de la composición.
10. La composición de asfalto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la relación entre un isocianato como compuesto reactivo termoestable y plastificante está en el rango de 80:1 a 1:80.
11. Un proceso para la preparación de una composición de asfalto de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 10, que comprende los siguientes pasos:
a) calentar el asfalto de partida a una temperatura de 110 a 190 °C,
b) añadir la cantidad deseada de isocianato y el plastificante respectivo en la cantidad deseada, en donde el orden de adición de los aditivos deseados no es decisivo o el isocianato respectivo y el plastificante respectivo se mezclan por separado y se añaden como mezcla,
c) después del paso b), la mezcla de reacción se agita por al menos 2 h a una temperatura en el rango de 110 a 190 °C o se homogeneiza por una duración en el rango de 2 a 180 s y, opcionalmente
d) el final de la reacción se determina por espectroscopia IR,
en donde la reacción se produce bajo una atmósfera de oxígeno.
12. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la temperatura en el paso a) y en el paso c) es la misma y está en el rango de 110 a 165 °C.
13. Uso de la composición de asfalto de acuerdo con la reivindicación 1 a 10, para la preparación de una composición de mezcla de asfalto.
14. Uso de la composición de asfalto de acuerdo con la reivindicación 13, en donde el material granular para la composición de la mezcla de asfalto comprende de 5 a 100 % en peso de pavimento de asfalto recuperado.
15. Uso de la composición de asfalto de acuerdo con las reivindicaciones 13 o 14, para aplicaciones de pavimentación.
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